Question

1．小靜在觀看臺球比賽時發(fā)現(xiàn)：有時運動的白球去撞擊一個靜止的球后，白球會立即靜止在碰撞時的位置，而被撞的球似乎接替了白球，沿白球原來的運動方向，以幾乎相同的速度向前運動，如圖甲所示．小靜想：白球碰撞后立即靜止，被撞的球是以白球撞前相同大小的速度運動出去的嗎？通過了解和初步實驗，小靜發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)體積和質(zhì)量均相同的兩球，而且球心在同一直線上相碰時，才可能出現(xiàn)上述現(xiàn)象．為進一步探究，她設(shè)計了下述實驗方案：

將一個兩端翹起、中間水平的軌道固定在水平桌面上，取兩個相同的臺球A、B，將B球靜置于軌道的滴水平部分，A球置于軌道左端斜面上某處，測出該點到水平桌面的高度h₁，如圖乙所示，釋放A球，撞擊后，A球靜止，B球向前運動并沖上軌道右端斜面能到達的最高點，測出該點的高度h₂．通過比較h₂與h₁的大小關(guān)系即可作出判斷．請你作答以下問題：
（1）A球從斜面滑下的過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能．
（2）B球由靜止變?yōu)檫\動是因為B球在碰撞中獲得了動能．
（3）已知重力勢能的計算公式為E_p=mgh，動能的計算公式為E_k=$\frac{1}{2}$mv²．若軌道光滑，則碰撞前瞬間A球運動速度的表達式v_A=$\sqrt{2g{h}_{1}}$；若h₂=h₁，則說明B球被撞后開始運動的速度v_B=v_A（選填“＞”、“=”或“＜”）．
（4）在實際實驗中，測出的h₂總小于h₁，若導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是軌道不光滑，那么，在阻力不可避免的情況下，你認為小靜的設(shè)計是否還有價值？請說出你的理由．

Answer 1

分析 （1）動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，根據(jù)能量的變化情況進行分析；
（2）物體由于運動具有的能量是動能；
（3）軌道光滑，A球下滑的過程中重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能，據(jù)此得出等式求出碰撞前瞬間A球運動速度；若h₂=h₁，說明最高點時A和B球的重力勢能相等，進一步說明B球碰撞后的速度和A球碰撞前的速度相等；
（4）實驗中軌道的摩擦力是不可避免的，我們可以根據(jù)推理法進行驗證，即用光滑程度不同的軌道多次實驗，軌道越光滑，h₂約接近h₁，進一步推理得出無阻力時h₂=h₁，進一步得出結(jié)論．

解答 解：（1）A球從斜面滑下的過程中，重力勢能減小，動能增大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；
（2）B球由靜止變?yōu)檫\動是因為B球在碰撞中獲得了動能；
（3）因軌道光滑時，A球下滑的過程中重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能，
所以，E_p=E_k，即mgh₁=$\frac{1}{2}$mv_A²，
解得：v_A=$\sqrt{2g{h}_{1}}$；
若h₂=h₁，則最高點時A和B球的重力勢能相等，
由上面的勻速可知，B球碰撞后的速度和A球碰撞前的速度相等，即v_B=v_A；
（4）有價值．在阻力無法避免的情況下，用光滑程度不同的軌道多次實驗，軌道越光滑，h₂越接近h₁，
即可推理得出：當(dāng)無阻力時，h₂=h₁，即可判斷v_B=v_A．
故答案為：
（1）重力勢；
（2）動；
（3）=；
（4）有價值．在阻力無法避免的情況下，用光滑程度不同的軌道多次實驗，軌道越光滑，h₂越接近h₁，即可推理得出：當(dāng)無阻力時，h₂=h₁，即可判斷v_B=v_A．

點評 本題考查了驗證動能定理的實驗，利用好題干中所給的信息是關(guān)鍵，對學(xué)生獲取知識和解決問題的能力要求較高．