Question

小刚同学用如图实验装置研究“机械能守恒定律”．他进行如下操作并测出如下数值．
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82.05cm；
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；
⑦计算得出小球重力势能减小量△E_p=

 

J，小球的动能变化量△E_k=

 

J．（g取9.8m/s²，结果保留三位有效数字）
⑧从实验结果中发现△E_p

 

△E_k（填“稍大于”、“稍小于”或“等于”），试分析可能的原因

 

．

Answer 1

分析：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．
由于存在空气阻力；测量有误差；读数误差；计算速度值有误差等

解答：解：⑦计算小钢球经过光电门时的速度可利用表达式v=

d

t

进行计算，该速度是t时间内的平均速度，由于小球做匀加速直线运动，所以该速度小于小球经过d的中点时的瞬时速度，所以此计算结果比小球的实际速度略小；
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=

d

△t

=

10×10-3

2.5×10-3

m/s=4.00m/s．
小球从电磁铁处下落到经过光电门时，小球重力势能减小量为：△E_P=mgh=0.5×9.8×0.8205J=4.02J．
小球动能变化量为：△E_k=

1

2

mv²-0=

1

2

×0.5×4²J=4.00J．
⑧由于存在空气阻力，或测量中忽略了小球的尺度，导致实验结果中减小的重力势能稍大于增加的动能．
故答案为：⑦4.02；4.00；
⑧稍大于；空气阻力的影响，高度测量中忽略了小球的尺度等．

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．