研究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)

實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)

1.實(shí)驗(yàn)裝置：如圖1所示。

2.實(shí)驗(yàn)方法：

（1）轉(zhuǎn)換法：從能量的本質(zhì)入手，把能量的大小用對外做功的多少來體現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)用轉(zhuǎn)換法借助做功來比較鋼球的動(dòng)能大小，如圖1所示，讓運(yùn)動(dòng)的鋼球推動(dòng)木塊做功，用木塊移動(dòng)的距離來比較鋼球動(dòng)能的大小。

（2）控制變量法： ① 探究動(dòng)能大小與速度的關(guān)系時(shí)，控制鋼球的質(zhì)量不變，改變鋼球的速度，即讓兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球（同一個(gè)鋼球）從斜面上的不同高度由靜止釋放;② 探究動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，控制鋼球的速度相同，改變鋼球的質(zhì)量，即讓質(zhì)量不同的鋼球從斜面上同一高度由靜止釋放。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體動(dòng)能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動(dòng)的速度越大，它的動(dòng)能越大;運(yùn)動(dòng)速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動(dòng)能也越大。

實(shí)驗(yàn)拓展

1.防止木塊被撞后滑出木板的方法

（1）換質(zhì)量更大的木塊（注意更換木塊時(shí)要更換實(shí)驗(yàn)所有木塊）;（2）換質(zhì)量較小的鋼球；（3）換較長的木板；（4）適當(dāng)降低鋼球在斜面的高度。

2.實(shí)驗(yàn)存在的問題及解決辦法

（1）鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡容易偏，不能確保正好撞擊到木塊。解決辦法：采用凹槽來限制鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡。（2）木塊容易偏向斜前方運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)距離無法測量。解決辦法：選擇圓柱體代替鋼球，撞擊木塊時(shí)，比較容易控制木塊的運(yùn)動(dòng)路線。

能力提升

例1如圖2，為了探究“物體動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)”，小明設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)方案，讓小球從斜面的某一高度靜止滑下，推動(dòng)小木塊在水平木板上運(yùn)動(dòng)一段距離。

（1）該實(shí)驗(yàn)是通過觀察 來比較小車動(dòng)能的大小，從而得出結(jié)論的。

（2）探究動(dòng)能的大小與速度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)將質(zhì)量相同的小車從斜面的 高度靜止滑下。

（3）細(xì)心的小明忽然發(fā)現(xiàn)老師拿來的木塊前面用橡皮筋固定著一塊海綿，這塊海綿有什么作用？大家經(jīng)過討論認(rèn)為，加上海綿的目的是希望小車在撞擊木塊時(shí)，出現(xiàn) （選填下面答案的序號(hào)）的現(xiàn)象，從而更好達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。

A.小車向回反彈 B.小車隨木塊一起運(yùn)動(dòng) C.小車立即停止

（4）小華發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)裝置和探究“阻力對物體運(yùn)動(dòng)的影響\"實(shí)驗(yàn)裝置相似，只要去掉木塊，添加毛巾、棉布就可以探究。實(shí)驗(yàn)表明，小車受到的阻力越小，小車的速度減小得越 （選填“快\"或“慢”）。實(shí)驗(yàn)中，小車在毛巾、木板表面整個(gè)滑行過程中克服阻力做功的功率分別是 P₁，P₂ ，則 P_1. （選填“大于\"\"小于\"或“等于”） P₂ 。

（5）小麗利用如圖乙所示的裝置探究“物體動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)\"實(shí)驗(yàn)，小車剛開始處于 B 處（與彈簧接觸，但此時(shí)彈簧無形變）。用手推動(dòng)小車壓縮彈簧至A點(diǎn)，然后迅速松手，小車在水平面上向右運(yùn)動(dòng)一段距離后停下，記錄小車在木板上的運(yùn)動(dòng)距離，則在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，小車速度最大時(shí)位于 （選填 ^：B 點(diǎn)” ⁱB 點(diǎn)左側(cè)\"或 點(diǎn)右側(cè)”）。

若第一次使小車壓縮彈簧至A點(diǎn)后迅速松手，記錄小車運(yùn)動(dòng)距離為 s₁ ；第二次在小車上放置兩個(gè)鉤碼，同樣壓縮彈簧至A點(diǎn)后迅速松手，記錄小車運(yùn)動(dòng)的距離為 s₂ 。通過本實(shí)驗(yàn)，小麗 （選填“能\"或“不能”）探究“動(dòng)能的大小與質(zhì)量的關(guān)系”。

解析：（1）該實(shí)驗(yàn)通過觀察木塊移動(dòng)的距離來比較小車動(dòng)能的大小，這是轉(zhuǎn)換法。（2）探究動(dòng)能的大小與速度的關(guān)系時(shí)，需控制小車的質(zhì)量相同，改變小車達(dá)到水平面的速度，所以讓同一輛小車分別從同一斜面的不同高度由靜止開始滑下。（3）在木塊前固定海綿后，小車撞擊木塊會(huì)立刻停止運(yùn)動(dòng)，小車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為木塊的動(dòng)能，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。（4）探究阻力對物體運(yùn)動(dòng)的影響時(shí)，接觸面越光滑，阻力越小，速度減小得越慢。木塊靜止時(shí)，木塊的動(dòng)能全部克服摩擦力做功，所做的功是相同的，木塊在毛巾表面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間短，在木板表面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長，根據(jù) 可知 P₁gt;P₂ 。

（5）小車從A到 B 的過程中，受到向右的彈力和向左的摩擦力，松手后一段時(shí)間內(nèi)向右的彈力大于向左的摩擦力，小車做加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)彈力和摩擦力大小相等時(shí)小車的速度最大，在 B 點(diǎn)時(shí)小車在水平方向只受到摩擦力，此時(shí)速度不是最大，所以小車在 B 點(diǎn)左側(cè)時(shí)速度最大。

由實(shí)驗(yàn)過程可知，小車的動(dòng)能是由彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化而來的，兩次都是壓縮彈簧至A點(diǎn)后迅速松手，所以其彈性勢能相同。本實(shí)驗(yàn)中，并未控制小車的速度相同，不符合控制變量法的要求，因此不能探究“動(dòng)能的大小與質(zhì)量的關(guān)系”。

答案：（1）木塊移動(dòng)的距離 （2）不同（3）C（4）慢大于（5）B點(diǎn)左側(cè)不能

綜合實(shí)踐

例2興趣小組的同學(xué)認(rèn)為車禍的危害程度與汽車的動(dòng)能大小有關(guān)，于是他們進(jìn)行了以下探究。

【提出問題】汽車動(dòng)能的大小跟什么因素有關(guān)？

【猜想假設(shè)】（1）由“十次車禍九次快\"可猜想汽車的動(dòng)能可能跟 有關(guān)；由“安全駕駛莫超載”可猜想汽車的動(dòng)能可能跟 有關(guān)。

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】（2）他們做了如圖3的三次實(shí)驗(yàn)：用金屬球模擬汽車，讓金屬球從斜槽的某一高度由靜止開始滾下，碰到水平面上的物塊，將物塊撞出一段距離。物塊被撞得越遠(yuǎn)，說明金屬球到達(dá)水平面時(shí)的動(dòng)能越大，實(shí)驗(yàn)中探究的動(dòng)能是指

A.小球在斜面上的動(dòng)能 B.小球撞擊木塊前瞬間的動(dòng)能C.小球撞擊木塊后的動(dòng)能 D.木塊被小球撞擊后的動(dòng)能

【分析論證】（3）分析甲、丙兩圖的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以初步得到的結(jié)論是： 。

【實(shí)踐應(yīng)用】（4）用甲、乙兩圖的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所得到的結(jié)論，可以解釋汽車（選填\"超載\"或“超速”）行駛時(shí)危險(xiǎn)性大的原因。

【知識(shí)拓展】（5）木塊在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊所受的重力與水平面對木塊的支持力是一對 （選填\"相互作用力\"或“平衡力”）。

【知識(shí)拓展】（6）若在進(jìn)行甲、丙兩圖實(shí)驗(yàn)時(shí)，甲圖中木塊被撞后滑出木板，為了使木塊不滑出木板，需改進(jìn)甲圖實(shí)驗(yàn)，再與丙圖實(shí)驗(yàn)對比。在不改變木板長度的情況下，應(yīng)采用以下 方法。

A.換用質(zhì)量更小的鋼球 B.給水平木板鋪上毛巾C.適當(dāng)降低鋼球的高度 D.換用一個(gè)較重的木塊

答案：（1）速度 質(zhì)量 （2）B （3）質(zhì)量一定時(shí)，速度越大，動(dòng)能越大 （4）超載（5）平衡力（6）C

（作者單位：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)附屬中學(xué)）