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”,我們提供了如圖的實驗裝置.
(1)某同學根據(jù)所學的知識結合該圖設計一個本實驗情景的命題:
如圖所示,設質量為m(已測定)的小球在重力mg作用下從開始端自由下落,測出小球下落至光電門時發(fā)生的_____①_______和通過光電門時的______②______,試探究外力做的功_____③_______ 與小球動能變化量______④______的定量關系.(請在①②空格處填寫物理量的名稱和對應符號;在③④空格處填寫數(shù)學表達式.)
(2)某同學根據(jù)上述命題進行如下操作并測出如下數(shù)字.(在計算過程中g取10 m/s2,所有計算結果均保留三位有效數(shù)字)
①用天平測定小球的質量為0.50 kg;
②用游標尺測出小球的直徑為10.0 mm;
③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為80.80 cm;
④電磁鐵先通電,讓小球________;
⑤________,小球自由下落; ⑥在小球經(jīng)過光電門時間內,計時裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時間為2.50×10-3 s,由此可算得小球經(jīng)過光電門時的速度為________m/s;
⑦計算得出重力做的功為________ J,小球動能變化量為________J。
(3)試根據(jù)在(2)條件下做好本實驗的結論:________________________________.
(1)位移x 速度v mgx (2)④吸在開始端
⑤電磁鐵斷電 、4.00 ⑦4.04 4.00 (3)在誤差允許范圍內,重力做的功與物體動能的變化量相等.
【解析】
試題分析:(1)本題計算減少的重力勢能需要測出小球下落至光電門時發(fā)生的位移x;計算小球的動能需要測出小球通過光電門時的速度v;重力就是外力,做功為mgx;小球動能變化量為。
(2)④中,小球從開始端釋放,應該先吸在開始端;⑤中電磁鐵斷電,小球才能下落;⑦中重力做的功mgx=4.00J,小球動能變化量
(3)重力做的功mgx=4.00J和小球動能變化量在數(shù)值上很接近,結論為:在誤差允許范圍內,重力做的功與物體動能的變化量相等.
考點:驗證機械能守恒
點評:容易題。本實驗速度不能用或計算,因為只要認為加速度為g,機械能當然守恒,即相當于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律,況且用口計算出的速度比實際值大,會得出機械能增加的錯誤結論,而因為摩擦阻力的影響,機械能應該減小,所以速度應從紙帶上直接測量計算.同樣的道理,重物下落的高度h,也只能用刻度尺直接測量,而能用或計算得到.
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