Question

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系”，某實驗小組根據如圖提供的實驗裝置設計的實驗方案為：利用電磁鐵控制小鋼球的起始下落；用刻度尺測量小鋼球的下落高度；用計時裝置測出小鋼球經過光電門的時間，計算出小鋼球的速度；比較小鋼球所受到的重力所做的功與小鋼球動能變化之間的關系．
（1）根據上述實驗方案進行了如下操作．
①用天平測定小鋼球的質量為m=0.25kg；
②用游標尺測出小鋼球的直徑為d=10.0mm；
③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為L=80.40cm；
④實驗時，電磁鐵先通電，讓小鋼球

吸附在電磁鐵的下端

．
⑤然后

斷開電磁鐵的電源

，小球自由下落．
⑥在小鋼球經過光電門時間內，計時裝置記下小鋼球經過光電門所用時間為t=2.50×10^-3s，則小鋼球經過光電門時的速度可利用表達式v=d/t進行計算，此計算結果比小球的實際速度

小

（填“大”或者“小”）
⑦計算得出重力做的功為

2.01

J，小鋼球動能變化量為

2.00

J．（g取10m/s²，結果保留三位有效數字）
（2）在本實驗中的誤差

空氣阻力；測量有誤差；讀數誤差；計算速度值有誤差等

（至少寫出兩條）．

Answer 1

分析：解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數據處理以及注意事項．
利用平均速度代替瞬時速度算得小球經過光電門時的速度，從而求出動能．根據功的定義式求出重力做功．
由于存在空氣阻力；測量有誤差；讀數誤差；計算速度值有誤差等

解答：解：（1）④實驗時，要讓小球從磁體的下邊開始下落，所以要先讓小球被吸附在電磁鐵的下端；
⑤當電磁鐵失去磁性時，小球就會落下．所以小球自由下落時要斷開電磁鐵的電源；
⑥計算小鋼球經過光電門時的速度可利用表達式v=

d

t

進行計算，該速度是t時間內的平均速度，由于小球做勻加速直線運動，所以該速度小于小球經過d的中點時的瞬時速度，所以此計算結果比小球的實際速度略小；
⑦利用平均速度代替瞬時速度算得小球經過光電門時的速度得：
小球經過光電門時的速度為：v=

d

△t

=

10×10-3

2.5×10-3

=4.00m/s．
小球從電磁鐵處下落到經過光電門時重力做的功為：w=mgh=0.25×10×80.40J=2.01J．
小球動能變化量為：△E_k=

1

2

mv2-0=2.00J．
（2）由于存在空氣阻力、測量有誤差；讀數誤差；計算速度值有誤差等．所以實驗的過程中存在誤差．
故答案為：（1）④吸附在電磁鐵的下端；⑤斷開電磁鐵的電源；⑥小；⑦2.01，2.00
（2）空氣阻力；測量有誤差；讀數誤差；計算速度值有誤差等

點評：本題關鍵是要根據探究功與動能變化關系的實驗的實驗原理，測出需要比較的物理量．
計算過程中要注意單位的換算和有效數字的保留．