Question

18．某同學在探究“動能大小與哪些因素有關(guān)”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：改變鋼球的質(zhì)量讓鋼球從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）設計步驟l和步驟2的目的是探究動能大小與物體速度的關(guān)系．
（2）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．
（3）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)向前運動，木塊在水平木板上滑行一段距離后停下，如圖甲所示，設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)（＞/＜/=）．
（4）實驗結(jié)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(guān)的結(jié)論．你認為該同學實驗方案是否合理．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：質(zhì)量和速度；要利用控制變量法去研究：研究與速度關(guān)系時要保證質(zhì)量相同，速度不同；研究與質(zhì)量關(guān)系時，要保證速度相同，質(zhì)量不同．
（3）該實驗利用了控制變量法，如果探究動能大小與質(zhì)量的關(guān)系，必須保證運動速度相同，應該使不用質(zhì)量的小球從斜面的相同高度滑下．

解答 解：
（1）在步驟1和步驟2中，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(zhuǎn)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．
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；
（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(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；
（3）小球到達水平面時具有動能，推動木塊運動時，一部分動能轉(zhuǎn)移給木塊使木塊運動，一部分克服摩擦，轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，故則E_k＞W(wǎng)；
（4）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，該實驗方案合理．
故答案為：（1）探究動能大小與物體速度的關(guān)系；（2）1；（3）＞；（4）合理．

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．