Question

11．某同學(xué)在探究“動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，記下木塊移動的距離s₁；
步驟2：讓鋼球從斜面B點(diǎn)由靜止開始下滑，到達(dá)水平面時(shí)速度為v₂，撞擊木塊并使木塊移動，記下木塊移動的距離s₂
步驟3：改變鋼球的質(zhì)量讓鋼球從A點(diǎn)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（＞/＜/=），原因：鋼球的重力勢能越大，轉(zhuǎn)化為鋼球的動能能越大．
（2）設(shè)計(jì)步驟l和步驟2的目的是探究動能與速度的關(guān)系．
（3）比較步驟1和步驟3可以探究動能大小和物體質(zhì)量的關(guān)系．
（4）鋼球從斜面上滑下后，碰撞到斜面底端水平放置的木塊后繼續(xù)向前運(yùn)動，木塊在水平木板上滑行一段距離后停下，如圖甲所示，設(shè)木塊克服摩擦力所做的功為W，鋼球與木塊碰撞前的動能為E_k，則E_k＞W(wǎng)（＞/＜/=）．
（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(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（合理/不合理）

Answer 1

分析 （1）動能的大小通過小球撞擊木塊移動的距離來體現(xiàn)．
（2）動能的決定因素有兩個(gè)：質(zhì)量和速度；要利用控制變量法去研究：研究與速度關(guān)系時(shí)要保證質(zhì)量相同，速度不同；研究與質(zhì)量關(guān)系時(shí)，要保證速度相同，質(zhì)量不同．
（3）該實(shí)驗(yàn)利用了控制變量法，如果探究動能大小與質(zhì)量的關(guān)系，必須保證運(yùn)動速度相同，應(yīng)該使不用質(zhì)量的小球從斜面的相同高度滑下．

解答 解：（1）A點(diǎn)高于B點(diǎn)，同一鋼球在A點(diǎn)處具有的重力勢能大于在B點(diǎn)處的重力勢能；鋼球從斜面上向下滾動時(shí)，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，所以鋼球從A點(diǎn)釋放時(shí)，滾動到水平面時(shí)的動能較大，速度也較大，即v_l＞v₂；
（2）在步驟1和步驟2中，物體的質(zhì)量相同，速度不同，因此是在質(zhì)量相同的情況下，探究動能與速度的關(guān)系；
（3）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(zhì)量，則是在速度相同的情況下，探究動能與質(zhì)量的關(guān)系；
（4）小球到達(dá)水平面時(shí)具有動能，推動木塊運(yùn)動時(shí)，一部分動能轉(zhuǎn)移給木塊使木塊運(yùn)動，一部分克服摩擦，轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，故則E_k＞W(wǎng)；
（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(guān)系，該實(shí)驗(yàn)方案合理；
故答案為：（1）＞動能；（2）探究動能與速度的關(guān)系；（3）1； （4）＞；（5）合理．

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