Question

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”，某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)如圖提供的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案為：利用電磁鐵控制小鋼球的起始下落；用刻度尺測(cè)量小鋼球的下落高度；用計(jì)時(shí)裝置測(cè)出小鋼球經(jīng)過光電門的時(shí)間，計(jì)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(dòng)能變化之間的關(guān)系．
（1）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了如下操作．
①用天平測(cè)定小鋼球的質(zhì)量為m=0.25kg；
②用游標(biāo)尺測(cè)出小鋼球的直徑為d=10.0mm；
③用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到光電門的距離為L(zhǎng)=80.40cm；
④實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(jīng)過光電門時(shí)間內(nèi)，計(jì)時(shí)裝置記下小鋼球經(jīng)過光電門所用時(shí)間為t=2.50×10^-3s，則小鋼球經(jīng)過光電門時(shí)的速度可利用表達(dá)式v=d/t進(jìn)行計(jì)算，此計(jì)算結(jié)果比小球的實(shí)際速度

小

（填“大”或者“小”）
⑦計(jì)算得出重力做的功為

2.01

J，小鋼球動(dòng)能變化量為

2.00

J．（g取10m/s²，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
（2）在本實(shí)驗(yàn)中的誤差

空氣阻力；測(cè)量有誤差；讀數(shù)誤差；計(jì)算速度值有誤差等

（至少寫出兩條）．

Answer 1

分析：解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
利用平均速度代替瞬時(shí)速度算得小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度，從而求出動(dòng)能．根據(jù)功的定義式求出重力做功．
由于存在空氣阻力；測(cè)量有誤差；讀數(shù)誤差；計(jì)算速度值有誤差等

解答：解：（1）④實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(dāng)電磁鐵失去磁性時(shí)，小球就會(huì)落下．所以小球自由下落時(shí)要斷開電磁鐵的電源；
⑥計(jì)算小鋼球經(jīng)過光電門時(shí)的速度可利用表達(dá)式v=

d

t

進(jìn)行計(jì)算，該速度是t時(shí)間內(nèi)的平均速度，由于小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以該速度小于小球經(jīng)過d的中點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，所以此計(jì)算結(jié)果比小球的實(shí)際速度略小；
⑦利用平均速度代替瞬時(shí)速度算得小球經(jīng)過光電門時(shí)的速度得：
小球經(jīng)過光電門時(shí)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(jīng)過光電門時(shí)重力做的功為：w=mgh=0.25×10×80.40J=2.01J．
小球動(dòng)能變化量為：△E_k=

1

2

mv2-0=2.00J．
（2）由于存在空氣阻力、測(cè)量有誤差；讀數(shù)誤差；計(jì)算速度值有誤差等．所以實(shí)驗(yàn)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(cè)量有誤差；讀數(shù)誤差；計(jì)算速度值有誤差等

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵是要根據(jù)探究功與動(dòng)能變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理，測(cè)出需要比較的物理量．
計(jì)算過程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．