Question

10．物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動能越來越大，為了“探究重力做功和物體動能變化間的定量關(guān)系”，我們提供了如下圖的實驗裝置．
（1）某同學根據(jù)所學的知識結(jié)合右圖設計一個本實驗情景的命題：如圖所示，設質(zhì)量為m（已測定）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，通過光電門時的速度v，試探究外力做的功mgs與小球動能變化量$\frac{1}{2}$mv²的定量關(guān)系．
（2）某同學根據(jù)上述命題進行如下操作并測出如下數(shù)據(jù)．
①用天平測定小球的質(zhì)量為0.50kg；
②用游標卡尺 測出小球的直徑為10.0mm；（選填：“刻度尺”、“游標卡尺”、“螺旋測微器”）
③用刻度尺測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)過光電門時間內(nèi)，計時裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時間為2.50×10^-3s．
⑦計算得出重力做的功為4.02J，小球動能變化量為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）中條件下做好本實驗的結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)外力做功與動能變化量相等．

Answer 1

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

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

點評 解決本題的關(guān)鍵掌握實驗的原理，知道刻度尺、游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)方法，以及知道通過光電門的瞬時速度是通過極短時間內(nèi)的平均速度求出的．