Question

11．在探究“物體動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)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(qǐng)回答下列問(wèn)題：（h₁＞h₂；m₁＞m₂）

（1）實(shí)驗(yàn)中通過(guò)觀察木塊移動(dòng)距離 的大小，來(lái)判斷小球動(dòng)能的大小，這種方法在物理學(xué)上稱為轉(zhuǎn)換法．選擇步驟1和步驟2的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯胯F球的動(dòng)能大小與速度的關(guān)系．
（2）鐵球沿斜面滾下過(guò)程中，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）為了探究“物體動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系”應(yīng)選擇步驟3與步驟1（選填“1”、“2”）進(jìn)行對(duì)比，如果水平面絕對(duì)光滑，則不能（選填“能”、“不能”）比較出鐵球動(dòng)能的大�。�
（4）有同學(xué)將實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)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(jìn)行比較．該實(shí)驗(yàn)方案不能（選填“能”、“不能”）探究“物體動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系”．
（5）某同學(xué)利用上述實(shí)驗(yàn)裝置“探究動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(xué)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出物體的動(dòng)能大小與質(zhì)量無(wú)關(guān)，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)論與物理事實(shí)是否相符？不相符（選填：相符或不相符）；你認(rèn)為出現(xiàn)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的主要原因是沒(méi)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(shí)驗(yàn)把動(dòng)能的大小轉(zhuǎn)換為木塊被撞擊后運(yùn)動(dòng)的距離，距離越遠(yuǎn)表明鐵球的動(dòng)能越大；動(dòng)能的大小通過(guò)觀察木塊移動(dòng)的距離來(lái)反映出來(lái)，此方法為轉(zhuǎn)換法；
實(shí)驗(yàn)過(guò)程要采用控制變量法，當(dāng)研究動(dòng)能大小與速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)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(shì)能和動(dòng)能大小的變化；
（3）當(dāng)研究動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，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(duì)光滑，則木塊不受摩擦力作用，運(yùn)動(dòng)后將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（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(shí)驗(yàn)要求；
（5）注意表格中的控制變量．不同質(zhì)量的物體，注意應(yīng)讓球在同一高度自由落下，到達(dá)地面的速度相同．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中，是通過(guò)觀察木塊移動(dòng)的距離的大小，來(lái)說(shuō)明鐵球?qū)δ緣K做功的多少，從而判斷出鐵球具有的動(dòng)能的大小，這是轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用；
步驟1和步驟2讓同一個(gè)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(dòng)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(shì)能減��；速度變大，動(dòng)能變大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；
（3）研究鐵球的動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系，要控制鐵球到達(dá)下端時(shí)具有相同的速度，故在實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．木塊通過(guò)的距離無(wú)法確定，做功的多少也無(wú)法確定．所以鐵球動(dòng)能的大小就無(wú)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(dòng)能由彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，而彈簧的彈性勢(shì)能的大小與形變程度有關(guān)，故彈簧勢(shì)能相同，轉(zhuǎn)化出的動(dòng)能相同，因此，木塊最終移動(dòng)的距離相同，這樣是不能完成實(shí)驗(yàn)的；
（5）根據(jù)控制變量法，應(yīng)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(shí)速度相同．所以實(shí)驗(yàn)結(jié)論與物理事實(shí)不相符，原因不同質(zhì)量的球沒(méi)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(dòng)距離；轉(zhuǎn)換法；速度；
（2）減��；增大；
（3）1；不能；
（4）不能；
（5）不相符；沒(méi)有保證質(zhì)量不同的小球從斜面的同一高度靜止下滑．

點(diǎn)評(píng) 探究“物體動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法及轉(zhuǎn)換法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，有一定的難度，解題過(guò)程中一定要仔細(xì)．