Question

18．物體在空中下落的過(guò)程中，重力做正功，物體的動(dòng)能越來(lái)越大，為了“探究重力做功和物體動(dòng)能變化間的定量關(guān)系”，我們提供了如圖的實(shí)驗(yàn)裝置．
（1）某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)結(jié)合右圖設(shè)計(jì)一個(gè)本實(shí)驗(yàn)情景的命題：如圖所示，設(shè)質(zhì)量為m（已測(cè)定）的小球在重力mg作用下從開(kāi)始端自由下落至光電門發(fā)生的位移s，通過(guò)光電門時(shí)的速度v，試探究外力做的功mgs與小球動(dòng)能變化量$\frac{1}{2}$mv²的定量關(guān)系．
（2）某同學(xué)根據(jù)上述命題進(jìn)行如下操作并測(cè)出如下數(shù)字．
①用天平測(cè)定小球的質(zhì)量為0.50kg；
②用游標(biāo)尺測(cè)出小球的直徑為10.0mm；
③用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到光電門的距離為80.80cm；
④電磁鐵先通電，讓小球吸在開(kāi)始端．
⑤電磁鐵斷電，小球自由下落．
⑥在小球經(jīng)過(guò)光電門時(shí)間內(nèi)，計(jì)時(shí)裝置記下小球經(jīng)過(guò)光電門所用時(shí)間為2.50×10^-3s，由此可算得小球經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度為4m/s．
⑦計(jì)算得出重力做的功為4.02J，小球動(dòng)能變化量為4.00J．（g取10m/s²，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（3）試根據(jù)在（2）中條件下做好本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)，重力做的功與物體動(dòng)能的變化量相等．

Answer 1

分析 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
利用平均速度代替瞬時(shí)速度算得小球經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度，從而求出動(dòng)能．
根據(jù)功的定義式求出重力做功．

解答 解：（2）④電磁鐵先通電，讓小球吸在開(kāi)始端．使得小球處于靜止?fàn)顟B(tài)．
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(shí)速度算得小球經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度得：
小球經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度為v=$\fracl33rpn7{△t}=\frac{0.01}{2.50×1{0}^{-3}}$=4m/s
⑦重力做功w=mgh=4.02J
小球動(dòng)能變化量為△E_k=$\frac{1}{2}$mv²-0=4.00J
（3）在誤差允許范圍內(nèi)，重力做的功與物體動(dòng)能的變化量相等．
故答案為：④吸在開(kāi)始端；⑤電磁鐵斷電；⑥4；⑦4.02；4.00；（3）在誤差允許范圍內(nèi)，重力做的功與物體動(dòng)能的變化量相等．

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)鍵是要根據(jù)探究功與動(dòng)能變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理，測(cè)出需要比較的物理量．計(jì)算過(guò)程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．