Question

10．物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動(dòng)能越來越大，為了“探究重力做功和物體動(dòng)能變化間的定量關(guān)系”，我們提供了如下圖的實(shí)驗(yàn)裝置．
（1）某同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)結(jié)合右圖設(shè)計(jì)一個(gè)本實(shí)驗(yàn)情景的命題：如圖所示，設(shè)質(zhì)量為m（已測(cè)定）的小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發(fā)生的位移s，通過光電門時(shí)的速度v，試探究外力做的功mgs與小球動(dòng)能變化量$\frac{1}{2}$mv²的定量關(guān)系．
（2）某同學(xué)根據(jù)上述命題進(jìn)行如下操作并測(cè)出如下數(shù)據(jù)．
①用天平測(cè)定小球的質(zhì)量為0.50kg；
②用游標(biāo)卡尺 測(cè)出小球的直徑為10.0mm；（選填：“刻度尺”、“游標(biāo)卡尺”、“螺旋測(cè)微器”）
③用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到光電門的距離為80.40cm；
④電磁鐵先通電，讓小球吸在電磁鐵下端．
⑤讓電磁鐵斷電，小球自由下落．
⑥在小球經(jīng)過光電門時(shí)間內(nèi)，計(jì)時(shí)裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時(shí)間為2.50×10^-3s．
⑦計(jì)算得出重力做的功為4.02J，小球動(dòng)能變化量為4.00J．（g取10m/s²，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（3）試根據(jù)在（2）中條件下做好本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)外力做功與動(dòng)能變化量相等．

Answer 1

分析 本實(shí)驗(yàn)探究重力做功與動(dòng)能變化量的關(guān)系，通過下降的高度求出重力做功，通過光電門測(cè)量出小球的速度，從而探究重力功與動(dòng)能的變化量是否相等．

解答 解：（2）②刻度尺測(cè)量誤差較大，用螺旋測(cè)微器測(cè)量的讀數(shù)單位為mm，小數(shù)點(diǎn)后面應(yīng)有三位，精確到千分之一，根據(jù)小球的直徑為10.0mm，知是用游標(biāo)卡尺測(cè)量的．
③要求出重力做功的大小，需測(cè)量出電磁鐵下端到光電門的距離．
④電磁鐵先通電，讓小球吸在電磁鐵下端，
⑦小球的速度$v=\frac7fmb65v{t}=\frac{10×1{0}^{-3}}{2.5×1{0}^{-3}}=4.0m/s$，則小球動(dòng)能的變化量$△{E}_{K}=\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{1}{2}×0.5×4．{0}^{2}=4.00J$．
（3）重力做功為4.02J，小球動(dòng)能變化量為4.00J，在誤差允許范圍內(nèi)外力做功與動(dòng)能變化量相等．
故答案為：（2）②游標(biāo)卡尺；③光電門；④吸在電磁鐵下端； ⑦4.00； （3）在誤差允許范圍內(nèi)外力做功與動(dòng)能變化量相等．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握實(shí)驗(yàn)的原理，知道刻度尺、游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法，以及知道通過光電門的瞬時(shí)速度是通過極短時(shí)間內(nèi)的平均速度求出的．