Question

10．小明和同學(xué)在探究“動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了圖甲所示的實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)：
步驟l：讓鋼球從斜面A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，到達(dá)水平面時(shí)速度為v₁，撞擊木塊并使木塊移動(dòng)，記下木塊移動(dòng)的距離s₁；
步驟2：讓同一鋼球從斜面B點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，到達(dá)水平面時(shí)速度為v₂，撞擊木塊并使木塊移動(dòng)，記下木塊移動(dòng)的距離s₂；
步驟3：改變讓質(zhì)量不同的鋼球從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始下滑，撞擊木塊使木塊移動(dòng)，記下木塊移動(dòng)的距離s₃．

（1）比較v₁、v₂，可知v_l＞v₂（選填“＞”、“＜”、“=”），原因：鋼球的重力勢(shì)能越大，轉(zhuǎn)化為鋼球的動(dòng)能越大．
（2）比較步驟1、3可以探究動(dòng)能大小和物體質(zhì)量的關(guān)系．
（3）小明根據(jù)s₁＞s₂，得出“質(zhì)量相等時(shí)，物體的速度越大，動(dòng)能越大”的結(jié)論，他是如何分析得出結(jié)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(yùn)動(dòng)，木塊在水平木板上滑行一段距離后停下，如圖甲所示，設(shè)碰撞后木塊獲得的動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)束后，該同學(xué)拿走木塊，先后將同一小球從同一斜面的不同高度處?kù)o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(dòng)能與速度有關(guān)的結(jié)論．你認(rèn)為該同學(xué)實(shí)驗(yàn)方案是否合理．合理（選填“合理”或“不合理”）
（6）小明和同學(xué)交流后發(fā)現(xiàn)：只利用圖甲中的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還能完成另一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)你幫小明和同學(xué)寫(xiě)出經(jīng)探究后得出的結(jié)論：當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體的高度越高，重力勢(shì)能越大．

Answer 1

分析 此題中研究了物體動(dòng)能與質(zhì)量、速度兩個(gè)物理量間的關(guān)系，通過(guò)控制變量法進(jìn)行探究是本實(shí)驗(yàn)的突出特點(diǎn)，因此，明確變量與不變量，通過(guò)分析現(xiàn)象可得出相應(yīng)的結(jié)論．

解答 解：（1）A點(diǎn)高于B點(diǎn)，同一鋼球在A點(diǎn)處具有的重力勢(shì)能大于在B點(diǎn)處的重力勢(shì)能；鋼球從斜面上向下滾動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，所以鋼球從A點(diǎn)釋放時(shí)，滾動(dòng)到水平面時(shí)的動(dòng)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(dòng)到水平面上的速度相同，改變鋼球的質(zhì)量，則是在速度相同的情況下，探究動(dòng)能與質(zhì)量的關(guān)系；
（3）步驟1和步驟2控制鋼球質(zhì)量相同，從斜面的不同高度滾下，步驟1鋼球到達(dá)斜面底端的速度大，推動(dòng)木塊運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)，鋼球動(dòng)能大；步驟2推動(dòng)木塊運(yùn)動(dòng)的距離近，鋼球動(dòng)能��；由此得出結(jié)論：當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體的速度越大，動(dòng)能越大；
（4）碰撞后木塊獲得的動(dòng)能為E_o，木塊由于受到摩擦力作用，最終會(huì)停止運(yùn)動(dòng)（此時(shí)木塊的動(dòng)能為0），在整個(gè)過(guò)程中，小球的動(dòng)能用于克服摩擦力做功，所以E_o=W；
（5）相同的表面對(duì)小球的阻力是相同的，通過(guò)觀察小球滑行到靜止的距離大小可以判斷出小球的動(dòng)能大小，即球滑行到靜止的距離越大，小球的動(dòng)能越大；可以得出動(dòng)能與速度的關(guān)系，該實(shí)驗(yàn)方案正確；
（6）圖甲中，小球的質(zhì)量一定，從斜面不同高度處滾下時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，推動(dòng)木塊移動(dòng)的距離越大，說(shuō)明小球?qū)δ緣K做功越多，小球的具有的動(dòng)能越大，即小球的重力勢(shì)能越大；故可以探究得出重力勢(shì)能與高度的關(guān)系：當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體的高度越高，重力勢(shì)能越大．
故答案為：（1）＞；動(dòng)；（2）1、3；（3）控制鋼球質(zhì)量相同，從斜面的不同高度滾下，步驟1鋼球到達(dá)斜面底端的速度大，推動(dòng)木塊運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)，鋼球動(dòng)能大；步驟2推動(dòng)木塊運(yùn)動(dòng)的距離近，鋼球動(dòng)能��；由此得出結(jié)論：當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體的速度越大，動(dòng)能越大；（4）=；（5）合理；（6）當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體的高度越高，重力勢(shì)能越大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查影響物體動(dòng)能大小的實(shí)驗(yàn)．通過(guò)實(shí)驗(yàn)考查了學(xué)生對(duì)控制變量法的運(yùn)用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在不同實(shí)驗(yàn)中的聯(lián)系，考查了學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的掌握．