探究物體的動能跟哪些因素有關

賈元真 富春竹 祝蕊

[要點提煉]

1. 研究對象：鋼球。如圖1，實驗通過觀察木塊被撞擊后移動的距離s來反映鋼球動能的大小。觀察對象是木塊，研究對象是鋼球。

2. 研究方法：控制變量法和轉換法。

（1）控制變量法：①控制鋼球的質量相同，改變鋼球的運動速度。實驗結論是質量相同的物體，運動速度越快，它的動能越大。②控制鋼球的運動速度相同，改變鋼球的質量大小。實驗結論是運動速度相同的物體，質量越大，它的動能也越大。

（2）轉換法：物體的動能大小難以直接測量，只能借助做功來比較。實驗中通過木塊被撞擊后移動的距離不同，說明鋼球對木塊做功不同。木塊被推動得越遠，表明鋼球對木塊做功越多，即鋼球的動能越大。

3. 注意事項：

（1）實驗的變量之一是“鋼球的運動速度”而不是“下落高度”。在水平面直接用手推鋼球也可以使其獲得動能，但這樣不易控制質量不同的鋼球保持相同速度，所以實驗選用斜面。在斜面上，鋼球既可以獲得相同的速度（從斜面的同一高度由靜止滾下），也可以獲得不同的速度（從斜面的不同高度由靜止滾下）。

（2）本實驗與探究阻力對物體運動的影響實驗類似，但本實驗卻恰恰利用了水平面的摩擦力。在理想情況下，若水平面絕對光滑，木塊將做勻速直線運動，本實驗將無法利用轉換法得出結論。

4. 拓展延伸：

（1）本實驗可以將鋼球換成圓柱體。用鋼球去撞擊木塊是點接觸，若撞擊位置不正，會導致木塊偏離預定軌道，直接影響木塊被撞擊后移動的距離。而圓柱體與木塊的接觸面較大，只要讓圓柱體的軸線、斜面的底線、木塊的受力邊大致平行即可完成實驗，但要注意圓柱體也不可太短。

（2）物體的質量和速度中，哪個因素對物體的動能影響較大？一般通過分析實驗數據來比較。（最好能利用控制變量法）動能的表達式在高中物理才涉及，感興趣的同學可以拓展學習。

（3）改變物體獲得動能的方式。除了利用斜面使鋼球獲得動能外，還可以利用單擺（一根不可伸長的細線下面懸掛一個小球）、長木板和木塊等器材進行探究實驗（如下文的例題）。

[探究應用]

例 （2022·甘肅）如圖2所示，擺線的長L相同，小球A、B的質量mA < mB，懸線與豎直方向的夾角θ1 < θ2。

（1）圖甲、乙中，同時由靜止釋放A、B兩球，觀察到它們并排擺動且始終相對靜止，同時到達豎直位置，這表明兩小球在擺動過程中任一時刻速度大小與小球的_______________________無關。

（2）小強設計用如圖2所示裝置探究“物體的動能大小與哪些因素有關”。小球按圖示位置由靜止釋放，當小球擺動到豎直位置時，恰好與靜止在水平面上的木塊C發生碰撞，木塊都會在水平面上滑行一定距離后停止，本實驗中通過比較__________________反映小球撞擊木塊C前的動能大小，這種研究方法叫__________________（選填“控制變量法”或“轉換法”）。

（3）根據乙、丙所示的探究過程，他觀察到圖丙中木塊C撞得更遠，可得出結論：小球的動能大小與__________________（選填“速度”“高度”或“質量”）有關。

（4）若水平面絕對光滑且足夠長，木塊C被撞擊后，它將做__________________（選填“減速”“勻速”或“加速”）直線運動。

（5）在探究小球動能與質量的關系時，有同學提議可以在水平桌面上將同一根彈簧壓縮相同的程度，分別彈出質量不同的小球去撞擊木塊，撞擊木塊時小球的動能__________________（選填“相等”或“不相等”），該方案__________________（選填“正確”或“錯誤”）。

答案：（1）質量 （2）木塊移動的距離? ?轉換法 （3）速度 （4）勻速 （5）相等? ?錯誤