動(dòng)能與勢(shì)能探究題賞析

孫維龍

一、動(dòng)能探究題

例1 如圖1是探究“物體動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)？”的實(shí)驗(yàn)示意圖.

①讓小球從不同高度由靜止開始運(yùn)動(dòng)，碰到同一位置的相同木塊上，該實(shí)驗(yàn)要探究的是物體的動(dòng)能的大小與物體

的關(guān)系.

②該實(shí)驗(yàn)物體的動(dòng)能是指物體

（A/B）.

③該實(shí)驗(yàn)物體動(dòng)能的大小是通過(guò)

來(lái)反映的.

④該實(shí)驗(yàn)物體的速度是指物體A從斜面上靜止?jié)L下與物體B碰撞時(shí)

（碰前A/碰后A/碰前B/碰后B）的速度，它是通過(guò) （高度/質(zhì)量）來(lái)改變的.

⑤實(shí)驗(yàn)中多次讓物體從斜面同一高度處?kù)o止?jié)L下時(shí)，應(yīng)改變 （物體A/物體B）的質(zhì)量，這是為了研究物體動(dòng)能與物體質(zhì)量的關(guān)系.

解析 （1）同一小球是控制小球的質(zhì)量不變，改變小球的高度即改變物體運(yùn)動(dòng)的速度.

（2）小球與木塊碰撞后使木塊前進(jìn)一段距離，說(shuō)明小球?qū)δ緣K做了功，小球具有動(dòng)能.

（3）運(yùn)動(dòng)的小球與木塊碰撞后，推動(dòng)木塊前進(jìn)的距離越遠(yuǎn)，說(shuō)明小球的動(dòng)能越大.

（4）小球從斜面上不同高度處滾下來(lái)，到達(dá)斜面底端時(shí)的速度不同；要改變小球在斜面上的高度來(lái)改變小球的速度，要保持小球的質(zhì)量不變.

（5）保持小球的速度不變，必須讓小球從斜面的同一高度由靜止?jié)L下，同時(shí)用質(zhì)量不同的小球來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

答案 ①速度 ②A ③物體B運(yùn)動(dòng)的距離 ④碰前A 高度 ⑤物體A

點(diǎn)評(píng) 本題不僅考查了物體動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)，而且考查了科學(xué)探究中常用的控制變量法和轉(zhuǎn)換法.小球的動(dòng)能大小是通過(guò)木塊被碰撞后前進(jìn)距離的大小來(lái)反映的，這是轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用.解決本題的關(guān)鍵是理解和掌握影響動(dòng)能大小的兩個(gè)因素，并熟練掌握控制變量法的應(yīng)用.

二、勢(shì)能探究題

例2 在探究“物體的重力勢(shì)能與什么因素有關(guān)”時(shí)，小雨提出了如下猜想：

猜想一：物體的重力勢(shì)能可能與物體的質(zhì)量有關(guān).

猜想二：物體的重力勢(shì)能可能與物體所在的高度有關(guān).

為此他設(shè)計(jì)了如圖2甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置.將兩端開口、長(zhǎng)約1m、粗細(xì)均勻的圓柱形玻璃管豎直固定在鐵架臺(tái)上將粗細(xì)適宜的圓柱形泡沫塑料塊置于玻璃管內(nèi)O點(diǎn)處（塑料塊與玻璃管內(nèi)壁有適量的摩擦）.其他器材還有：刻度尺、一組系有細(xì)線的質(zhì)量不等的鉤碼、用于調(diào)整泡沫塑料塊回到O點(diǎn)位置的木棒（如圖2乙所示）

請(qǐng)你幫助小雨回答下列問題：

（1）探究“猜想一”時(shí)，應(yīng)使用質(zhì)量

（相同/不同”）的鉤碼從 （相同/不同）的高度在玻璃管內(nèi)由靜止下落，去沖擊O點(diǎn)的泡沫塑料塊，然后用刻度尺分別測(cè)量 ；從而比較出重力勢(shì)能的大小.

（2）設(shè)計(jì)探究“猜想二”的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格.

解析 （1）探究物體的重力勢(shì)能與質(zhì)量間的關(guān)系，或控制鉤碼下落時(shí)的高度相同，而鉤碼的質(zhì)量不同；或控制鉤碼的質(zhì)量不變，而鉤碼下落時(shí)的高度不同，再利用泡沫塑料塊下移的距離判斷重力勢(shì)能的變化.

（2）應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)是：鉤碼下落的高度和泡沫塑料塊下移的距離，鉤碼的質(zhì)量.

答案 （1）不同、相同；泡沫塑料塊下移的距離；（2）見下表.

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查對(duì)控制變量法的理解以及設(shè)計(jì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格的能力.探究重力勢(shì)能與質(zhì)量間的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制高度不變；探究重力勢(shì)能與鉤碼下落的高度的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制質(zhì)量不變.

例3 在綜合實(shí)踐活動(dòng)課上，王艷同學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地上有若干大小不等的鉛球，于是她想利用這些器材親自體驗(yàn)一下“重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)”.請(qǐng)你幫她設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.

解析 本題應(yīng)該考慮的因素是鉛球的質(zhì)量和釋放鉛球的高度，至于怎樣判斷鉛球重力勢(shì)能的大小，就可以結(jié)合課本模擬打樁的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來(lái)進(jìn)行：讓大小相同（不同）的鉛球從不同（相同）的高度靜止釋放去砸相同的木樁，看在相同的地面上，相同的木樁被砸的深度，如圖3.

答案 1.拿兩個(gè)質(zhì)量不同的鉛球到操場(chǎng)上，在跳遠(yuǎn)的沙坑里做實(shí)驗(yàn).

2.驗(yàn)證重力勢(shì)能與質(zhì)量的關(guān)系：將兩個(gè)質(zhì)量不同的鉛球從同一高度自由釋放落向沙坑，觀察陷進(jìn)沙坑的深度.

3.驗(yàn)證重力勢(shì)能與高度的關(guān)系：將同一鉛球從不同高度落向沙坑，觀察陷進(jìn)沙坑的深度.

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)，以及根據(jù)所學(xué)知識(shí)和方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和步驟的能力，綜合性較強(qiáng).除了要知道重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)外，還要能運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成探究.