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”，某实验小组根据如图提供的实验装置设计的实验方案为：利用电磁铁控制小钢球的起始下落；用刻度尺测量小钢球的下落高度；用计时装置测出小钢球经过光电门的时间，计算出小钢球的速度；比较小钢球所受到的重力所做的功与小钢球动能变化之间的关系．
（1）根据上述实验方案进行了如下操作．
①用天平测定小钢球的质量为m=0.25kg；
②用游标尺测出小钢球的直径为d=10.0mm；
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为L=80.40cm；
④实验时，电磁铁先通电，让小钢球

吸附在电磁铁的下端

．
⑤然后

断开电磁铁的电源

，小球自由下落．
⑥在小钢球经过光电门时间内，计时装置记下小钢球经过光电门所用时间为t=2.50×10^-3s，则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，此计算结果比小球的实际速度

小

（填“大”或者“小”）
⑦计算得出重力做的功为

2.01

J，小钢球动能变化量为

2.00

J．（g取10m/s²，结果保留三位有效数字）
（2）在本实验中的误差

空气阻力；测量有误差；读数误差；计算速度值有误差等

（至少写出两条）．

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：（1）④实验时，要让小球从磁体的下边开始下落，所以要先让小球被吸附在电磁铁的下端；
⑤当电磁铁失去磁性时，小球就会落下．所以小球自由下落时要断开电磁铁的电源；
⑥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；
⑦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

=4.00m/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=0.25×10×80.40J=2.01J．
小球动能变化量为：△E_k=

1

2

mv2-0=2.00J．
（2）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．所以实验的过程中存在误差．
故答案为：（1）④吸附在电磁铁的下端；⑤断开电磁铁的电源；⑥小；⑦2.01，2.00
（2）空气阻力；测量有误差；读数误差；计算速度值有误差等

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．