Question

小剛同學(xué)用如圖實(shí)驗(yàn)裝置研究“機(jī)械能守恒定律”．他進(jìn)行如下操作并測(cè)出如下數(shù)值．
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；
③用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到光電門(mén)的距離為82.05cm；
④電磁鐵先通電，讓小球吸在開(kāi)始端；
⑤電磁鐵斷電時(shí)，小球自由下落；
⑥在小球經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)間內(nèi)，計(jì)時(shí)裝置記下小球經(jīng)過(guò)光電門(mén)所用時(shí)間為2.50×10^-3s，由此可算得小球經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度；
⑦計(jì)算得出小球重力勢(shì)能減小量△E_p=

 

J，小球的動(dòng)能變化量△E_k=

 

J．（g取9.8m/s²，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
⑧從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)△E_p

 

△E_k（填“稍大于”、“稍小于”或“等于”），試分析可能的原因

 

．

Answer 1

分析：解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)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(guò)光電門(mén)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：⑦計(jì)算小鋼球經(jīng)過(guò)光電門(mén)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(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以該速度小于小球經(jīng)過(guò)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；
利用平均速度代替瞬時(shí)速度算得小球經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度得：
小球經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度為：v=

d

△t

=

10×10-3

2.5×10-3

m/s=4.00m/s．
小球從電磁鐵處下落到經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，小球重力勢(shì)能減小量為：△E_P=mgh=0.5×9.8×0.8205J=4.02J．
小球動(dòng)能變化量為：△E_k=

1

2

mv²-0=

1

2

×0.5×4²J=4.00J．
⑧由于存在空氣阻力，或測(cè)量中忽略了小球的尺度，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果中減小的重力勢(shì)能稍大于增加的動(dòng)能．
故答案為：⑦4.02；4.00；
⑧稍大于；空氣阻力的影響，高度測(cè)量中忽略了小球的尺度等．

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(guò)程中要注意單位的換算和有效數(shù)字的保留．