潘榮敏
探究物體動(dòng)能大小的影響因素是機(jī)械能部分的重要實(shí)驗(yàn)之一,這里需要進(jìn)一步鞏固控制變量法、轉(zhuǎn)換法在探究實(shí)驗(yàn)中的作用。
[實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)]
物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能稱(chēng)為動(dòng)能,一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。如圖1是探究動(dòng)能大小與質(zhì)量、速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置圖,實(shí)驗(yàn)中涉及以下知識(shí)要點(diǎn)。(1)水平面上木塊的作用:通過(guò)木塊被撞后移動(dòng)距離的遠(yuǎn)近反映物體動(dòng)能的大?。ㄞD(zhuǎn)換法);(2)由于動(dòng)能大小與質(zhì)量、速度有關(guān),因此本實(shí)驗(yàn)需要采用控制變量法,即探究動(dòng)能與質(zhì)量的關(guān)系時(shí),須保持小球到達(dá)斜面底部速度相同,探究動(dòng)能與速度的關(guān)系時(shí),須保持小球質(zhì)量相同;(3)讓質(zhì)量不同的小球從相同斜面的相同高度下滑的目的:使小球到達(dá)水平面時(shí)速度一樣;(4)由于斜面與水平面存在摩擦力,小球在下滑過(guò)程中機(jī)械能不斷減小(機(jī)械能中少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能),因此,實(shí)驗(yàn)是探究小球在水平面上與木塊碰撞前一瞬間動(dòng)能大小與質(zhì)量、速度的關(guān)系,所以每次實(shí)驗(yàn)前木塊應(yīng)處于同一位置;(5)動(dòng)能大小的影響因素:物體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度,質(zhì)量越大、運(yùn)動(dòng)速度越大,動(dòng)能越大。
[實(shí)驗(yàn)拓展]
1.本實(shí)驗(yàn)中由于小球動(dòng)能是通過(guò)木塊被撞后移動(dòng)距離的遠(yuǎn)近反映的,因此,如果水平面絕對(duì)光滑則不能完成實(shí)驗(yàn),因?yàn)槟緣K將一直做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),無(wú)法比較木塊移動(dòng)的距離。
2.汽車(chē)的超載與超速是造成許多交通事故的重要因素,那么哪個(gè)因素影響更大呢?即在影響物體動(dòng)能大小的因素中,質(zhì)量和速度哪個(gè)因素對(duì)動(dòng)能影響更大呢?利用上述圖1中器材進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定,得到的數(shù)據(jù)如表1。對(duì)比1、3兩組數(shù)據(jù)可知,在速度相同時(shí),質(zhì)量增大為原來(lái)的2倍,動(dòng)能增大為原來(lái)的2倍;對(duì)比1、2兩組數(shù)據(jù)可知,在質(zhì)量相同時(shí),速度增大為原來(lái)的2倍,動(dòng)能增大為原來(lái)的4倍。由此可知,速度對(duì)物體的動(dòng)能影響更大,即當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí),超速造成的危害更嚴(yán)重。
[典例精析]
例(2020·福建)如圖2,用鋼球、木塊和帶有斜槽的長(zhǎng)木板探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)。
(1)如圖甲,讓鋼球從斜槽上的某一高度由 開(kāi)始運(yùn)動(dòng),撞擊水平面上的木塊,鋼球撞擊木塊時(shí)具有的動(dòng)能大小可通過(guò)木塊移動(dòng)的距離來(lái)反映。
(2)如圖乙,將鋼球置于斜槽上更高的位置重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,鋼球質(zhì)量一定時(shí),從斜槽越高的位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng),撞擊木塊的速度越大,鋼球的動(dòng)能越 。
(3)探究動(dòng)能跟質(zhì)量的關(guān)系時(shí),應(yīng)選擇讓質(zhì)量 (選填“相同”或“不同”)的鋼球從斜槽 (選填“相同”或“不同”)高度的位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。
解析:這是探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)的典型實(shí)驗(yàn),通過(guò)控制變量法探究實(shí)驗(yàn),利用轉(zhuǎn)換法顯示動(dòng)能的大小。
(1)實(shí)驗(yàn)中將鋼球從斜槽上的某一高度由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),撞擊水平面上的木塊,木塊被撞擊得越遠(yuǎn),說(shuō)明鋼球具有的動(dòng)能越大。
(2)將鋼球置于斜槽上更高的位置重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),此時(shí)鋼球運(yùn)動(dòng)到水平面上的速度較大,木塊被撞擊的距離更遠(yuǎn),說(shuō)明鋼球具有的動(dòng)能更大。
(3)探究動(dòng)能跟質(zhì)量的關(guān)系,應(yīng)該控制鋼球在水平面上的速度相同(即鋼球從斜面相同高度靜止釋放),讓質(zhì)量不同的鋼球從斜槽相同高度的位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng),比較木塊被撞擊距離的遠(yuǎn)近。
小結(jié):實(shí)驗(yàn)中要始終保持鋼球的運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)與木塊的中心在同一條直線(xiàn)上,這樣確保木塊被撞擊后沿著鋼球水平滾動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。
答案:(1)靜止? ?(2)大? ?(3)不同 相同
(作者單位:江蘇省高郵市送橋鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué))