Question

物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動能越來越大，為了“探究重力做功和物體動能變化間的定量關系”，我們提供了如下圖的實驗裝置．
（1）某同學根據所學的知識結合右圖設計一個本實驗情景的命題：如圖所示，設質量為m（已測定）的小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發生的位移s，通過光電門時的速度v，試探究外力做的功mgs與小球動能變化量

1

2

mv2的定量關系．
（2）某同學根據上述命題進行如下操作并測出如下數據．
①用天平測定小球的質量為0.50kg；
②用

 

 測出小球的直徑為10.0mm；（選填：刻度尺，游標卡尺，螺旋測微器）
③用刻度尺測出電磁鐵下端到

 

的距離為80.40cm；
④電磁鐵先通電，讓小球

 

．
⑤讓電磁鐵斷電，小球自由下落．
⑥在小球經過光電門時間內，計時裝置記下小球經過光電門所用時間為2.50×10^-3s．
⑦計算得出重力做的功為4.02J，小球動能變化量為

 

J．（g取10m/s²，結果保留三位有效數字）
（3）試根據在（2）中條件下做好本實驗的結論：

 

．

Answer 1

分析：本實驗探究重力做功與動能變化量的關系，通過下降的高度求出重力做功，通過光電門測量出小球的速度，從而探究重力功與動能的變化量是否相等．

解答：解：（2）②刻度尺測量誤差較大，用螺旋測微器測量的讀數單位若為mm，小數點后面應有三位，精確到千分之一，根據小球的直徑為10.0mm，知是用游標卡尺測量的．
③要求出重力做功的大小，需測量出電磁鐵下端到光電門的距離．
⑦小球的速度v=

d

t

=

10×10-3

2.5×10-3

m/s=4.0m/s，則小球動能的變化量△Ek=

1

2

mv2=

1

2

×0.5×16=4.00J．
（3）重力做功為4.02J，小球動能變化量為4.00J，在誤差允許范圍內外力做功與動能變化量相等．
故答案為：（2）②游標卡尺，③光電門，④吸在電磁鐵下端   ⑦4.00 （3）在誤差允許范圍內外力做功與動能變化量相等

點評：解決本題的關鍵掌握實驗的原理，知道刻度尺、游標卡尺和螺旋測微器的讀數方法，以及知道通過光電門的瞬時速度是通過極短時間內的平均速度求出的．