Question

10．小明和同學在探究“動能大小與哪些因素有關”的實驗中，設計了圖甲所示的實驗方案，并進行了如下的實驗：
步驟l：讓鋼球從斜面A點由靜止開始下滑，到達水平面時速度為v₁，撞擊木塊并使木塊移動，記下木塊移動的距離s₁；
步驟2：讓同一鋼球從斜面B點由靜止開始下滑，到達水平面時速度為v₂，撞擊木塊并使木塊移動，記下木塊移動的距離s₂；
步驟3：改變讓質量不同的鋼球從A點由靜止開始下滑，撞擊木塊使木塊移動，記下木塊移動的距離s₃．

（1）比較v₁、v₂，可知v_l＞v₂（選填“＞”、“＜”、“=”），原因：鋼球的重力勢能越大，轉化為鋼球的動能越大．
（2）比較步驟1、3可以探究動能大小和物體質量的關系．
（3）小明根據(jù)s₁＞s₂，得出“質量相等時，物體的速度越大，動能越大”的結論，他是如何分析得出結論的？
（4）小球從斜面上滑下后，碰撞到斜面底端水平放置的木塊后繼續(xù)向前運動，木塊在水平木板上滑行一段距離后停下，如圖甲所示，設碰撞后木塊獲得的動能為E_o，木塊克服摩擦力所做的功為W，則E_o=W（選填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）實驗結束后，該同學拿走木塊，先后將同一小球從同一斜面的不同高度處靜止釋放，記錄小球在相同表面上滑行到靜止的距離，如圖乙所示，根據(jù)此現(xiàn)象，小剛得出了動能與速度有關的結論．你認為該同學實驗方案是否合理．合理（選填“合理”或“不合理”）
（6）小明和同學交流后發(fā)現(xiàn)：只利用圖甲中的器材進行實驗，還能完成另一個探究實驗．請你幫小明和同學寫出經探究后得出的結論：當質量一定時，物體的高度越高，重力勢能越大．

Answer 1

分析 此題中研究了物體動能與質量、速度兩個物理量間的關系，通過控制變量法進行探究是本實驗的突出特點，因此，明確變量與不變量，通過分析現(xiàn)象可得出相應的結論．

解答 解：（1）A點高于B點，同一鋼球在A點處具有的重力勢能大于在B點處的重力勢能；鋼球從斜面上向下滾動時，重力勢能轉化為動能，所以鋼球從A點釋放時，滾動到水平面時的動能較大，速度也較大，即v_l＞v₂；
（2）步驟1和步驟3控制鋼球在斜面上的初始位置相同，滾動到水平面上的速度相同，改變鋼球的質量，則是在速度相同的情況下，探究動能與質量的關系；
（3）步驟1和步驟2控制鋼球質量相同，從斜面的不同高度滾下，步驟1鋼球到達斜面底端的速度大，推動木塊運動距離遠，鋼球動能大；步驟2推動木塊運動的距離近，鋼球動能小；由此得出結論：當質量一定時，物體的速度越大，動能越大；
（4）碰撞后木塊獲得的動能為E_o，木塊由于受到摩擦力作用，最終會停止運動（此時木塊的動能為0），在整個過程中，小球的動能用于克服摩擦力做功，所以E_o=W；
（5）相同的表面對小球的阻力是相同的，通過觀察小球滑行到靜止的距離大小可以判斷出小球的動能大小，即球滑行到靜止的距離越大，小球的動能越大；可以得出動能與速度的關系，該實驗方案正確；
（6）圖甲中，小球的質量一定，從斜面不同高度處滾下時，重力勢能轉化為動能，推動木塊移動的距離越大，說明小球對木塊做功越多，小球的具有的動能越大，即小球的重力勢能越大；故可以探究得出重力勢能與高度的關系：當質量一定時，物體的高度越高，重力勢能越大．
故答案為：（1）＞；動；（2）1、3；（3）控制鋼球質量相同，從斜面的不同高度滾下，步驟1鋼球到達斜面底端的速度大，推動木塊運動距離遠，鋼球動能大；步驟2推動木塊運動的距離近，鋼球動能��；由此得出結論：當質量一定時，物體的速度越大，動能越大；（4）=；（5）合理；（6）當質量一定時，物體的高度越高，重力勢能越大．

點評 本題考查影響物體動能大小的實驗．通過實驗考查了學生對控制變量法的運用，通過實驗過程在不同實驗中的聯(lián)系，考查了學生對基本知識的掌握．