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”，我們提供了如圖的實驗裝置．

（1）某同學根據所學的知識結合該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，測出小球下落至光電門時發生的_____①_______和通過光電門時的______②______，試探究外力做的功_____③_______ 與小球動能變化量______④______的定量關系．（請在①②空格處填寫物理量的名稱和對應符號；在③④空格處填寫數學表達式．）
（2）某同學根據上述命題進行如下操作并測出如下數字．（在計算過程中g取10 m/s²，所有計算結果均保留三位有效數字）
①用天平測定小球的質量為0．50 kg；
②用游標尺測出小球的直徑為10．0 mm；
③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為80．80 cm；
④電磁鐵先通電，讓小球________；
⑤________，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^－3 s，由此可算得小球經過光電門時的速度為________m/s；
⑦計算得出重力做的功為________ J，小球動能變化量為________J。
（3）試根據在（2）條件下做好本實驗的結論：________________________________．

Answer 1

(1)位移x　 速度v　   mgx　 　   (2)④吸在開始端　 
⑤電磁鐵斷電 　⑥4.00　 ⑦4.04　     4.00　   (3)在誤差允許范圍內，重力做的功與物體動能的變化量相等

試題分析：（1）該實驗要探究重力做功和物體動能變化的定量關系，所以我們要測量小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發生的位移x通過光電門時的速度v，來探究外力做的功與小球動能變化量的定量關系．
（2）④電磁鐵先通電，讓小球吸在開始端．使得小球處于靜止狀態．
⑤電磁鐵斷電，小球只受重力，小球自由下落．
⑥利用平均速度代替瞬時速度算得小球經過光電門時的速度得：小球經過光電門時的速度為
⑦重力做功　J
小球動能變化量為
（3）在誤差允許范圍內，重力做的功與物體動能的變化量相等．
點評：本題關鍵是要根據探究功與動能變化關系的實驗的實驗原理，測出需要比較的物理量．計算過程中要注意單位的換算和有效數字的保留．