Question

11．在探究“物體動能的大小與哪些因素有關(guān)”的實驗中，讓鐵球從斜面的某一高度處由靜止釋放，撞擊同一木塊，能將木塊撞出一段距離，如圖甲所示．請回答下列問題：（h₁＞h₂；m₁＞m₂）

（1）實驗中通過觀察木塊移動距離 的大小，來判斷小球動能的大小，這種方法在物理學上稱為轉(zhuǎn)換法．選擇步驟1和步驟2的實驗目的是研究鐵球的動能大小與速度的關(guān)系．
（2）鐵球沿斜面滾下過程中，重力勢能減小，動能增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）為了探究“物體動能大小與質(zhì)量的關(guān)系”應選擇步驟3與步驟1（選填“1”、“2”）進行對比，如果水平面絕對光滑，則不能（選填“能”、“不能”）比較出鐵球動能的大�。�
（4）有同學將實驗裝置改進成圖乙所示，利用質(zhì)量不同的鐵球?qū)⑼�一彈簧壓縮相同程度后由靜止釋放，撞擊同一木塊，將木塊撞出一段距離進行比較．該實驗方案不能（選填“能”、“不能”）探究“物體動能大小與質(zhì)量的關(guān)系”．
（5）某同學利用上述實驗裝置“探究動能大小與質(zhì)量”的關(guān)系，它將不同質(zhì)量的鐵球從斜面上由靜止自由滑下，實驗記錄數(shù)據(jù)如下：

鋼球的質(zhì)量m/kg	0.1	0.15	0.20	0.25	0.30	0.35	0.40
木塊滑行距離s/m	0.12	0.10	0.12	0.12	0.11	0.13	0.12

該同學根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)得出物體的動能大小與質(zhì)量無關(guān)，你認為實驗結(jié)論與物理事實是否相符？不相符（選填：相符或不相符）；你認為出現(xiàn)此實驗現(xiàn)象的主要原因是沒有保證質(zhì)量不同的小球從斜面的同一高度靜止下滑．

Answer 1

分析 （1）此實驗把動能的大小轉(zhuǎn)換為木塊被撞擊后運動的距離，距離越遠表明鐵球的動能越大；動能的大小通過觀察木塊移動的距離來反映出來，此方法為轉(zhuǎn)換法；
實驗過程要采用控制變量法，當研究動能大小與速度的關(guān)系時，應選擇同一鐵球，這樣可以保證鐵球的質(zhì)量相同；
（2）物體質(zhì)量一定，根據(jù)物體高度和速度變化判斷重力勢能和動能大小的變化；
（3）當研究動能大小與質(zhì)量的關(guān)系時，要讓鐵球沿斜面的同一高度下落，這樣保證下落速度相同；
根據(jù)牛頓第一定律，若水平面絕對光滑，則木塊不受摩擦力作用，運動后將保持勻速直線運動．
（4）結(jié)合控制變量法的要求，看是否合理的控制了相關(guān)變量，并改變了要研究的變量，這樣才能知道是否符合實驗要求；
（5）注意表格中的控制變量．不同質(zhì)量的物體，注意應讓球在同一高度自由落下，到達地面的速度相同．

解答 解：（1）實驗中，是通過觀察木塊移動的距離的大小，來說明鐵球?qū)δ緣K做功的多少，從而判斷出鐵球具有的動能的大小，這是轉(zhuǎn)換法的運用；
步驟1和步驟2讓同一個鐵球從不同的高度滾下，控制鐵球的質(zhì)量一定，改變鐵球撞擊木塊前的速度大小，探究物體動能大小與速度的關(guān)系；
（2）鐵球沿斜面滾下，質(zhì)量一定，高度降低，重力勢能減��；速度變大，動能變大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；
（3）研究鐵球的動能大小與質(zhì)量的關(guān)系，要控制鐵球到達下端時具有相同的速度，故在實驗中要保持鐵球在斜面上的高度相同，故選擇步驟3與步驟1；
若水平面光滑，木塊不受摩擦力，由牛頓第一定律可知木塊將永遠運動下去．木塊通過的距離無法確定，做功的多少也無法確定．所以鐵球動能的大小就無法比較；
（4）觀察圖乙的裝置可知，若用質(zhì)量不同的鐵球?qū)⑼�一彈簧壓縮相同程度后靜止釋放，撞擊同一木塊，撞擊的動能由彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化而來，而彈簧的彈性勢能的大小與形變程度有關(guān)，故彈簧勢能相同，轉(zhuǎn)化出的動能相同，因此，木塊最終移動的距離相同，這樣是不能完成實驗的；
（5）根據(jù)控制變量法，應保證質(zhì)量不同的小球在同一高度滾下，使球滾到水平面時速度相同．所以實驗結(jié)論與物理事實不相符，原因不同質(zhì)量的球沒有從斜面上同一高度釋放，未控制球的速度相同．
故答案為：（1）木塊移動距離；轉(zhuǎn)換法；速度；
（2）減��；增大；
（3）1；不能；
（4）不能；
（5）不相符；沒有保證質(zhì)量不同的小球從斜面的同一高度靜止下滑．

點評 探究“物體動能的大小與哪些因素有關(guān)”的實驗，考查了控制變量法及轉(zhuǎn)換法在實驗中的應用，有一定的難度，解題過程中一定要仔細．