Question

【题目】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___________和通过光电门时的____________，试探究外力做的功____________与小球动能变化量____________的定量关系。

（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

【答案】（1）位移x 速度v mgx （2）吸在开始端 电磁铁断电 4.00 4.04 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】（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）小球从开始端释放，应该先吸在开始端；电磁铁断电，小球才能下落；重力做的功mgx=4.00 J，小球动能变化量；

（3）重力做的功mgx=4.00 J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。