Question

15．投石機(jī)是古人應(yīng)用杠桿原理及能量轉(zhuǎn)化原理制造的武器，石塊拋出的遠(yuǎn)近往往是克敵制勝的重要因素，那么，投石機(jī)拋出的石塊運(yùn)動的水平距離與哪些因素有關(guān)呢？
小光模仿投石機(jī)制作了如圖所示的簡易拋擲裝置進(jìn)行探究，木板A、B、C組成了一個支架，AB之間有一擋板，底座C上固定有幾個掛鉤，D是一根硬質(zhì)拋擲桿，其左端固定一瓶蓋，右端下方固定一掛鉤，用彈性較強(qiáng)的橡皮筋固定在該掛鉤上，橡皮筋拉伸后可分別與底座上的掛鉤相連，將拋擲裝置置于水平地面，小鋼珠置于瓶蓋內(nèi)，壓住拋擲桿并使之處于水平位置，松手后拋擲桿可繞固定軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)拋擲桿碰撞到擋板時，瓶蓋內(nèi)的鋼珠立即被拋出，（提示：擋板的作用是保證小鋼珠每次拋出時高度相同；實(shí)驗(yàn)時人要避開小鋼珠飛行方向，以免造成傷害）
小光依據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置對影響小鋼珠運(yùn)動水平距離的因素提出了以下猜想：
A．與橡皮筋拉伸的程度有關(guān)        B．與小鋼珠的質(zhì)量有關(guān)

若不考慮空氣阻力及轉(zhuǎn)軸處的摩擦，請你回答下列問題：
（1）被拋出的小鋼珠能在空中繼續(xù)運(yùn)動是因?yàn)樗�具有慣性，小鋼珠落地后不會立即停下，為了準(zhǔn)確找到小鋼珠的落地點(diǎn)，你的辦法是在裝置前放一足夠大的沙盤，根據(jù)沙盤中留下的印跡確定小鋼珠的落地點(diǎn)．（可根據(jù)需要添加器材）
（2）探究猜想A時，將橡皮筋的末端分別拉至掛鉤1、2、3處，用同一小鋼珠置于瓶蓋內(nèi)，每次均使拋擲桿處于水平位置后松手，比較發(fā)現(xiàn)橡皮筋連接掛鉤1處，小鋼珠運(yùn)動的水平距離最遠(yuǎn)，由此可得：當(dāng)小鋼珠質(zhì)量一定時，橡皮筋的拉伸程度越大，小鋼珠運(yùn)動的水平距離越遠(yuǎn)．
（3）探究猜想B時，橡皮筋末端始終拉至掛鉤1處，將質(zhì)量不同的小鋼珠先后置于瓶蓋內(nèi)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)：質(zhì)量越小的鋼珠運(yùn)動的水平距離越遠(yuǎn)，老師說道：質(zhì)量小的鋼珠拋得遠(yuǎn)，是因?yàn)閽伋鰰r它的速度大，若不考慮桿的自重，請你從能量轉(zhuǎn)化的角度解釋，相同條件下質(zhì)量小歐的鋼珠拋出時速度大的原因．
（4）在不增加其他器材的前提下，利用該裝置如何使同一個小鋼珠拋得更遠(yuǎn)，請你寫出兩條可行辦法．

Answer 1

分析 （1）慣性是物體本身的一種屬性，只跟質(zhì)量大小有關(guān)；根據(jù)力的作用效果分析解答；
（2）探究猜想A時，應(yīng)控制小鋼珠的質(zhì)量一定，改變橡皮筋拉伸的程度；
（3）機(jī)械能等于重力勢能與動能的和；
（4）增大小鋼珠一開始時的機(jī)械能或增大彈性勢能．

解答 解：（1）被拋出的小鋼珠能在空中繼續(xù)運(yùn)動是因?yàn)樗�具有慣性；
小鋼珠落地后不會立即停下，為了準(zhǔn)確找到小鋼珠的落地點(diǎn)，可以在裝置前放一足夠大的沙盤，根據(jù)沙盤中留下的印跡確定小鋼珠的落地點(diǎn)；
（2）探究猜想A時，將橡皮筋的末端分別拉至掛鉤1、2、3處，用同一小鋼珠置于瓶蓋內(nèi)，每次均使拋擲桿處于水平位置后松手，比較發(fā)現(xiàn)橡皮筋連接掛鉤1處，小鋼珠運(yùn)動的水平距離最遠(yuǎn)，由此可得：當(dāng)小鋼珠質(zhì)量一定時，橡皮筋的拉伸程度越大，小鋼珠運(yùn)動的水平距離越遠(yuǎn)；
（3）質(zhì)量越小的鋼珠運(yùn)動的水平距離越遠(yuǎn)，質(zhì)量小的鋼珠拋得遠(yuǎn)，是因?yàn)閽伋鰰r它的速度大，若不考慮桿的自重，是由于每次拉伸橡皮筋的程度相同，小鋼珠獲得的機(jī)械能相同，在拋出點(diǎn)的高度相同的情況下，質(zhì)量小的小鋼珠的重力勢能小而動能大，因此小鋼珠拋出的速度大；
（4）在不增加其他器材的前提下，利用該裝置如何使同一個小鋼珠拋得更遠(yuǎn)，兩條可行辦法：①將底座上的掛鉤1再向左移動一些，連接兩掛鉤再次實(shí)驗(yàn)；②在掛鉤之間把同一根橡皮筋纏繞更多的圈數(shù)，然后從相同位置釋放．
故答案為：（1）慣性；在裝置前放一足夠大的沙盤，根據(jù)沙盤中留下的印跡確定小鋼珠的落地點(diǎn)；（2）越大；（3）由于每次拉伸橡皮筋的程度相同，小鋼珠獲得的機(jī)械能相同，在拋出點(diǎn)的高度相同的情況下，質(zhì)量小的小鋼珠的重力勢能小而動能大，因此小鋼珠拋出的速度大；（4）①將底座上的掛鉤1再向左移動一些，連接兩掛鉤再次實(shí)驗(yàn)；②在掛鉤之間把同一根橡皮筋纏繞更多的圈數(shù)，然后從相同位置釋放．

點(diǎn)評 本題主要考查杠桿原理及能量轉(zhuǎn)化原理的應(yīng)用，注意控制變量法的使用．