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

(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）本题计算减少的重力势能需要测出小球下落至光电门时发生的位移x；计算小球的动能需要测出小球通过光电门时的速度v；重力就是外力，做功为mgx；小球动能变化量为。
（2）④中，小球从开始端释放，应该先吸在开始端；⑤中电磁铁断电，小球才能下落；⑦中重力做的功mgx=4.00J，小球动能变化量
（3）重力做的功mgx=4.00J和小球动能变化量在数值上很接近，结论为：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
点评：容易题。本实验速度不能用或计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用口计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的错误结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而能用或计算得到．