探究物體動能的影響因素

潘榮敏

探究物體動能大小的影響因素是機(jī)械能部分的重要實驗之一，這里需要進(jìn)一步鞏固控制變量法、轉(zhuǎn)換法在探究實驗中的作用。

[實驗要點]

物體由于運動而具有的能稱為動能，一切運動的物體都具有動能。如圖1是探究動能大小與質(zhì)量、速度關(guān)系的實驗裝置圖，實驗中涉及以下知識要點。（1）水平面上木塊的作用：通過木塊被撞后移動距離的遠(yuǎn)近反映物體動能的大小（轉(zhuǎn)換法）;（2）由于動能大小與質(zhì)量、速度有關(guān)，因此本實驗需要采用控制變量法，即探究動能與質(zhì)量的關(guān)系時，須保持小球到達(dá)斜面底部速度相同，探究動能與速度的關(guān)系時，須保持小球質(zhì)量相同;（3）讓質(zhì)量不同的小球從相同斜面的相同高度下滑的目的：使小球到達(dá)水平面時速度一樣;（4）由于斜面與水平面存在摩擦力，小球在下滑過程中機(jī)械能不斷減小（機(jī)械能中少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能），因此，實驗是探究小球在水平面上與木塊碰撞前一瞬間動能大小與質(zhì)量、速度的關(guān)系，所以每次實驗前木塊應(yīng)處于同一位置;（5）動能大小的影響因素：物體質(zhì)量和運動速度，質(zhì)量越大、運動速度越大，動能越大。

[實驗拓展]

1.本實驗中由于小球動能是通過木塊被撞后移動距離的遠(yuǎn)近反映的，因此，如果水平面絕對光滑則不能完成實驗，因為木塊將一直做勻速直線運動，無法比較木塊移動的距離。

2.汽車的超載與超速是造成許多交通事故的重要因素，那么哪個因素影響更大呢？即在影響物體動能大小的因素中，質(zhì)量和速度哪個因素對動能影響更大呢？利用上述圖1中器材進(jìn)行了實驗測定，得到的數(shù)據(jù)如表1。對比1、3兩組數(shù)據(jù)可知，在速度相同時，質(zhì)量增大為原來的2倍，動能增大為原來的2倍;對比1、2兩組數(shù)據(jù)可知，在質(zhì)量相同時，速度增大為原來的2倍，動能增大為原來的4倍。由此可知，速度對物體的動能影響更大，即當(dāng)發(fā)生交通事故時，超速造成的危害更嚴(yán)重。

[典例精析]

例（2020·福建）如圖2，用鋼球、木塊和帶有斜槽的長木板探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)。

（1）如圖甲，讓鋼球從斜槽上的某一高度由 開始運動，撞擊水平面上的木塊，鋼球撞擊木塊時具有的動能大小可通過木塊移動的距離來反映。

（2）如圖乙，將鋼球置于斜槽上更高的位置重復(fù)上述實驗。實驗表明，鋼球質(zhì)量一定時，從斜槽越高的位置開始運動，撞擊木塊的速度越大，鋼球的動能越 。

（3）探究動能跟質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)選擇讓質(zhì)量 （選填“相同”或“不同”）的鋼球從斜槽 （選填“相同”或“不同”）高度的位置開始運動。

解析：這是探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)的典型實驗，通過控制變量法探究實驗，利用轉(zhuǎn)換法顯示動能的大小。

（1）實驗中將鋼球從斜槽上的某一高度由靜止開始運動，撞擊水平面上的木塊，木塊被撞擊得越遠(yuǎn)，說明鋼球具有的動能越大。

（2）將鋼球置于斜槽上更高的位置重復(fù)上述實驗，此時鋼球運動到水平面上的速度較大，木塊被撞擊的距離更遠(yuǎn)，說明鋼球具有的動能更大。

（3）探究動能跟質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)該控制鋼球在水平面上的速度相同（即鋼球從斜面相同高度靜止釋放），讓質(zhì)量不同的鋼球從斜槽相同高度的位置開始運動，比較木塊被撞擊距離的遠(yuǎn)近。

小結(jié)：實驗中要始終保持鋼球的運動路線與木塊的中心在同一條直線上，這樣確保木塊被撞擊后沿著鋼球水平滾動方向運動。

答案：（1）靜止? ?（2）大? ?（3）不同 相同

（作者單位：江蘇省高郵市送橋鎮(zhèn)初級中學(xué)）