Question

物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化间的定量关系”，我们提供了如图的实验装置．

（1）某同学根据所学的知识结合该图设计一个本实验情景的命题：

如图所示，设质量为m（已测定）的小球在重力mg作用下从开始端自由下落，测出小球下落至光电门时发生的_____①_______和通过光电门时的______②______，试探究外力做的功_____③_______ 与小球动能变化量______④______的定量关系．（请在①②空格处填写物理量的名称和对应符号；在③④空格处填写数学表达式．）

（2）某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数字．（在计算过程中g取10 m/s²，所有计算结果均保留三位有效数字）

①用天平测定小球的质量为0．50 kg；

②用游标尺测出小球的直径为10．0 mm；

③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80．80 cm；

④电磁铁先通电，让小球________；

⑤________，小球自由下落；      ⑥在小球经过光电门时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2．50×10^－3 s，由此可算得小球经过光电门时的速度为________m/s；

⑦计算得出重力做的功为________ J，小球动能变化量为________J。

（3）试根据在（2）条件下做好本实验的结论：________________________________．

Answer

(1)位移x  速度v    mgx      (2)④吸在开始端  

⑤电磁铁断电  ⑥4.00  ⑦4.04      4.00    (3)在误差允许范围内，重力做的功与物体动能的变化量相等

【解析】

试题分析：（1）该实验要探究重力做功和物体动能变化的定量关系，所以我们要测量小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的位移x通过光电门时的速度v，来探究外力做的功与小球动能变化量的定量关系．

（2）④电磁铁先通电，让小球吸在开始端．使得小球处于静止状态．

⑤电磁铁断电，小球只受重力，小球自由下落．

⑥利用平均速度代替瞬时速度算得小球经过光电门时的速度得：小球经过光电门时的速度为

⑦重力做功 J

小球动能变化量为

（3）在误差允许范围内，重力做的功与物体动能的变化量相等．

考点：验证机械能守恒定律．