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

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．
点评：本题关键是要根据探究功与动能变化关系的实验的实验原理，测出需要比较的物理量．计算过程中要注意单位的换算和有效数字的保留．