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探究物体动能大小的影响因素是机械能部分的重要实验之一,这里需要进一步巩固控制变量法、转换法在探究实验中的作用。
[实验要点]
物体由于运动而具有的能称为动能,一切运动的物体都具有动能。如图1是探究动能大小与质量、速度关系的实验装置图,实验中涉及以下知识要点。(1)水平面上木块的作用:通过木块被撞后移动距离的远近反映物体动能的大小(转换法);(2)由于动能大小与质量、速度有关,因此本实验需要采用控制变量法,即探究动能与质量的关系时,须保持小球到达斜面底部速度相同,探究动能与速度的关系时,须保持小球质量相同;(3)让质量不同的小球从相同斜面的相同高度下滑的目的:使小球到达水平面时速度一样;(4)由于斜面与水平面存在摩擦力,小球在下滑过程中机械能不断减小(机械能中少部分转化为内能),因此,实验是探究小球在水平面上与木块碰撞前一瞬间动能大小与质量、速度的关系,所以每次实验前木块应处于同一位置;(5)动能大小的影响因素:物体质量和运动速度,质量越大、运动速度越大,动能越大。
[实验拓展]
1.本实验中由于小球动能是通过木块被撞后移动距离的远近反映的,因此,如果水平面绝对光滑则不能完成实验,因为木块将一直做匀速直线运动,无法比较木块移动的距离。
2.汽车的超载与超速是造成许多交通事故的重要因素,那么哪个因素影响更大呢?即在影响物体动能大小的因素中,质量和速度哪个因素对动能影响更大呢?利用上述图1中器材进行了实验测定,得到的数据如表1。对比1、3两组数据可知,在速度相同时,质量增大为原来的2倍,动能增大为原来的2倍;对比1、2两组数据可知,在质量相同时,速度增大为原来的2倍,动能增大为原来的4倍。由此可知,速度对物体的动能影响更大,即当发生交通事故时,超速造成的危害更严重。
[典例精析]
例(2020·福建)如图2,用钢球、木块和带有斜槽的长木板探究物体的动能跟哪些因素有关。
(1)如图甲,让钢球从斜槽上的某一高度由 开始运动,撞击水平面上的木块,钢球撞击木块时具有的动能大小可通过木块移动的距离来反映。
(2)如图乙,将钢球置于斜槽上更高的位置重复上述实验。实验表明,钢球质量一定时,从斜槽越高的位置开始运动,撞击木块的速度越大,钢球的动能越 。
(3)探究动能跟质量的关系时,应选择让质量 (选填“相同”或“不同”)的钢球从斜槽 (选填“相同”或“不同”)高度的位置开始运动。
解析:这是探究物体的动能跟哪些因素有关的典型实验,通过控制变量法探究实验,利用转换法显示动能的大小。
(1)實验中将钢球从斜槽上的某一高度由静止开始运动,撞击水平面上的木块,木块被撞击得越远,说明钢球具有的动能越大。
(2)将钢球置于斜槽上更高的位置重复上述实验,此时钢球运动到水平面上的速度较大,木块被撞击的距离更远,说明钢球具有的动能更大。
(3)探究动能跟质量的关系,应该控制钢球在水平面上的速度相同(即钢球从斜面相同高度静止释放),让质量不同的钢球从斜槽相同高度的位置开始运动,比较木块被撞击距离的远近。
小结:实验中要始终保持钢球的运动路线与木块的中心在同一条直线上,这样确保木块被撞击后沿着钢球水平滚动方向运动。
答案:(1)静止 (2)大 (3)不同 相同
(作者单位:江苏省高邮市送桥镇初级中学)
[实验要点]
物体由于运动而具有的能称为动能,一切运动的物体都具有动能。如图1是探究动能大小与质量、速度关系的实验装置图,实验中涉及以下知识要点。(1)水平面上木块的作用:通过木块被撞后移动距离的远近反映物体动能的大小(转换法);(2)由于动能大小与质量、速度有关,因此本实验需要采用控制变量法,即探究动能与质量的关系时,须保持小球到达斜面底部速度相同,探究动能与速度的关系时,须保持小球质量相同;(3)让质量不同的小球从相同斜面的相同高度下滑的目的:使小球到达水平面时速度一样;(4)由于斜面与水平面存在摩擦力,小球在下滑过程中机械能不断减小(机械能中少部分转化为内能),因此,实验是探究小球在水平面上与木块碰撞前一瞬间动能大小与质量、速度的关系,所以每次实验前木块应处于同一位置;(5)动能大小的影响因素:物体质量和运动速度,质量越大、运动速度越大,动能越大。
[实验拓展]
1.本实验中由于小球动能是通过木块被撞后移动距离的远近反映的,因此,如果水平面绝对光滑则不能完成实验,因为木块将一直做匀速直线运动,无法比较木块移动的距离。
2.汽车的超载与超速是造成许多交通事故的重要因素,那么哪个因素影响更大呢?即在影响物体动能大小的因素中,质量和速度哪个因素对动能影响更大呢?利用上述图1中器材进行了实验测定,得到的数据如表1。对比1、3两组数据可知,在速度相同时,质量增大为原来的2倍,动能增大为原来的2倍;对比1、2两组数据可知,在质量相同时,速度增大为原来的2倍,动能增大为原来的4倍。由此可知,速度对物体的动能影响更大,即当发生交通事故时,超速造成的危害更严重。
[典例精析]
例(2020·福建)如图2,用钢球、木块和带有斜槽的长木板探究物体的动能跟哪些因素有关。
(1)如图甲,让钢球从斜槽上的某一高度由 开始运动,撞击水平面上的木块,钢球撞击木块时具有的动能大小可通过木块移动的距离来反映。
(2)如图乙,将钢球置于斜槽上更高的位置重复上述实验。实验表明,钢球质量一定时,从斜槽越高的位置开始运动,撞击木块的速度越大,钢球的动能越 。
(3)探究动能跟质量的关系时,应选择让质量 (选填“相同”或“不同”)的钢球从斜槽 (选填“相同”或“不同”)高度的位置开始运动。
解析:这是探究物体的动能跟哪些因素有关的典型实验,通过控制变量法探究实验,利用转换法显示动能的大小。
(1)實验中将钢球从斜槽上的某一高度由静止开始运动,撞击水平面上的木块,木块被撞击得越远,说明钢球具有的动能越大。
(2)将钢球置于斜槽上更高的位置重复上述实验,此时钢球运动到水平面上的速度较大,木块被撞击的距离更远,说明钢球具有的动能更大。
(3)探究动能跟质量的关系,应该控制钢球在水平面上的速度相同(即钢球从斜面相同高度静止释放),让质量不同的钢球从斜槽相同高度的位置开始运动,比较木块被撞击距离的远近。
小结:实验中要始终保持钢球的运动路线与木块的中心在同一条直线上,这样确保木块被撞击后沿着钢球水平滚动方向运动。
答案:(1)静止 (2)大 (3)不同 相同
(作者单位:江苏省高邮市送桥镇初级中学)