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的定量关系”，我们提供了如右图的实验装置．
（1）某同学根据所学的知识结合右图设计一个本实验情景的命题：
如图如示，质量为m的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的______，通过光电门时的______，试探究重力做的功______与小球动能变化量______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．
①用天平测定小球的质量为0.50kg；
②用游标卡尺测出小球的直径为10.0mm；
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80cm；
④电磁铁先通电，让小球吸在开始端．
⑤电磁铁断电时，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^-3s，由此可算得小球经过光电门的速度为______m/s．
⑦计算得出重力做的功为______J，小球动能变化量为______J．（结果保留三位数字）
（3）试根据（2）对本实验下结论：____________．

Answer

解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
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，从而求出动能．
根据功的定义式求出重力做功．
【解析】
（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s，
通过光电门时的速度v，来探究外力做的功mgs与小球动能变化量mv2的关系．
（2）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v=4m/s
小球从电磁铁处下落到经过光电门时重力做的功为w=mgh=4.04J．
小球动能变化量为△Ek=mv2-0=4.00J．
（3）根据②中计算出的数据得出本实验的结论为：在误差允许范围内，小球重力做的功与其动能的变化量相等．
故答案为：（1）位移s，瞬时速度v，mgs，mv2．
（2）⑥4；⑦4.04； 4.00．
（3）在误差允许范围内，小球重力做的功与其动能的变化量相等．