Question

20．小明學習了動能和相關知識后，為了模擬研究汽車超載和超速帶來的安全隱患，他設計了如圖甲、乙、丙所示的探究實驗，將A、B、C三個小球先后從同一裝置，高度分別為h_A、h_B、h_C的位置滾下（m_A=m_B＜m_C，h_A=h_C＞h_B），推動小木塊運動一段距離后靜止，請你根據(jù)生活經(jīng)驗和所學的物理探究方法，對以下問題進行解答：

①用來研究超速安全隱患時，需要讓兩個小球的質(zhì)量相同，實驗時應選擇甲乙兩個圖所示實驗進行比較；
②用來研究超載安全隱患時，需要讓兩個小球的速度相同，實驗時應選擇甲、丙兩個圖所示實驗進行比較；
③這種科學研究方法在物理學中叫做轉換法．

Answer 1

分析 （1）實驗中運用轉換法來研究小球動能的大小，即觀察小球撞擊木塊移動的距離遠近；
（2）動能大小的影響因素：質(zhì)量和速度．質(zhì)量一定時，速度越大，動能越大；速度一定時，質(zhì)量越大，動能越大．對照圖示，結合控制變量法可得出結論．
（3）探究物體動能大小與哪些因素有關的實驗中，小球動能的大小是通過小球對外做功的多少來體現(xiàn)，實驗中通過觀察木塊被小球推開的距離反映做功的多少．

解答 解：
（1）超速是指汽車的質(zhì)量一定，速度越大，動能越大．選擇質(zhì)量相等到達水平面速度不同的AB小球，即甲、乙兩圖符合題意；A實驗中小球的位置高，到達水平面時的速度大，撞擊木塊時木塊移動距離遠，球的動能大，故可知得出結論：物體質(zhì)量相同時，運動的速度越大動能越大；
（2）超載是指汽車的速度一定時，質(zhì)量越大動能越大．選擇到達水平面的速度相等，質(zhì)量不同的AC小球進行實驗，即甲、丙兩圖符合題意；C球的質(zhì)量大，撞擊木塊時移動的距離遠，球的動能大，故可以得出結論：物體運動速度相同時，質(zhì)量越大動能越大．
（3）探究物體動能大小與哪些因素有關時，物體動能的大小無法直接體驗，所以通過小球對木塊外做功的多少來體現(xiàn)小球動能的多少，即通過木塊被推動的距離來判斷小球動能的大小，所用方法為轉換法．
故答案為：（1）甲乙；（2）速度；（3）轉換．

點評 （1）掌握控制變量法與轉換法的運用．
（2）明確影響動能大小的因素，知道自由滾下的物體到達水平面的速度取決于物體的高度，跟質(zhì)量無關．