Question

14．如圖甲所示，是設(shè)計的“探究小球的重力勢能大小與哪些因素有關(guān)“的實(shí)驗(yàn)裝置． 其中AB是四分之一光滑圓弧軌道，BC是粗糙的水平面，木塊初始靜止在B點(diǎn)，讓小球從距水平面高h(yuǎn)處由靜止釋放，小球剛好能沿著過A點(diǎn)的切線方向進(jìn)入圓弧軌軌道，然后與木塊發(fā)生碰撞，木塊運(yùn)動一段距離后最終停下來．小球可認(rèn)為是光滑的，如圈乙所示，是實(shí)驗(yàn)過程中的三個步驟其中小球質(zhì)量m₁＜m₂=m₃，小球由靜止釋放的位置距水平面的高度h₁=h₂＜h₃．

（1）在小球由靜止釋放到即將與木塊碰撞的過程中，小球的重力勢能轉(zhuǎn)化為小球的動能．設(shè)步驟一和步驟三中的小球剛到達(dá)水平位置時的速度為v₁、v₂，則v₁小于v₂（選填“大于、小于或等于”）．
（2）通過觀察木塊移動的距離來比較小球的重力勢能的大�。�這里運(yùn)用科學(xué)研究方法是控制變量法和轉(zhuǎn)換法．
（3）歩驟一、歩驟二是探究小球的重力勢能大小與小球的質(zhì)量關(guān)系．
（4）步驟二、步驟三是探究小球的重力勢能大小與小球的高度的關(guān)系．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)影響動能和重力勢能的因素來進(jìn)行分析，得出結(jié)論；
物體質(zhì)量越大，被舉高的越高，具有的重力勢能越大，到達(dá)斜面底部時轉(zhuǎn)化的動能越多；
（2）利用轉(zhuǎn)化法反映重力能的大小，通過木塊移動距離反映小球重力勢能的大��；
（3）探究重力勢能與質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)控制小球的高度相同，改變小球的質(zhì)量；
（4）探究重力勢能與高度的關(guān)系，應(yīng)控制小球的質(zhì)量相同，改變小球的高度．

解答 解：
（1）將小球從圖示位置由靜止釋放，小球向下滑動的過程中，觀察到它的速度越來越大，則小球的動能逐漸增大，重力勢能逐漸減小，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能．
因?yàn)閙₁＜m₃，h1＜h₃；所以步驟一小球具有的重力勢能大于步驟三中的重力勢能，當(dāng)小球滑下剛到達(dá)水平位置時的速度為v₁小于v₂．
（2）該實(shí)驗(yàn)通過木塊移動的距離大小反映小球重力勢能的大小，利用了轉(zhuǎn)換法．
（3）比較歩驟一、歩驟二可以看出小球釋放的高度相同，小球的質(zhì)量不同，木塊移動的距離不同，所以這兩次試驗(yàn)是探究小球的重力勢能大小與小球質(zhì)量的關(guān)系．
（4）比較歩驟二、歩驟三可以看出小球質(zhì)量相同，小球的釋放高度不同，木塊移動的距離不同，所以這兩次試驗(yàn)是探究小球的重力勢能大小與小球高度的關(guān)系．
故答案為：（1）動能；小于；（2）木塊移動的距離；轉(zhuǎn)換；（3）小球的質(zhì)量；（4）小球的高度．

點(diǎn)評 此題是探究“物體的動能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置與以往的課本裝置不同，采用懸掛的小球做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)更容易操作，同時考查了學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論的能力．