探究物體的動(dòng)能、勢(shì)能跟哪些因素有關(guān)

耿相亦

機(jī)械能是一種常見的能量形式，包括動(dòng)能和勢(shì)能，而勢(shì)能又包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。常見的關(guān)于機(jī)械能的探究實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)：“探究物體動(dòng)能的大小跟哪些因素有關(guān)”“探究物體重力勢(shì)能的大小跟哪些因素有關(guān)”。由于這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的思路是相似的，下面以前一實(shí)驗(yàn)為例來說明實(shí)驗(yàn)的方法、注意事項(xiàng)等。

要點(diǎn)提煉

探究物體動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示：

1.實(shí)驗(yàn)采用了以下兩種方法：

（1）轉(zhuǎn)換法：根據(jù)物塊被撞擊后移動(dòng)的距離的遠(yuǎn)近來反映鋼球動(dòng)能的大小。

（2）控制變量法：①讓同一鋼球從斜面上不同的高度由靜止?jié)L下，觀察物塊被撞擊后移動(dòng)的距離，來判斷物體動(dòng)能的大小與速度的關(guān)系;②讓不同質(zhì)量的鋼球從斜面上相同的高度由靜止?jié)L下，觀察物塊被撞擊后移動(dòng)的距離，來判斷物體動(dòng)能的大小與質(zhì)量的關(guān)系。

2.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)明確以下兩點(diǎn)：

（1）讓質(zhì)量不同的鋼球從同一位置釋放的目的是控制鋼球到達(dá)水平面的速度相同;

（2）讓質(zhì)量相同的鋼球從不同位置釋放的目的是改變鋼球到達(dá)水平面的速度。

3.通過實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論：

質(zhì)量相同的物體，速度越大，動(dòng)能越大;運(yùn)動(dòng)速度相同的物體，質(zhì)量越大，動(dòng)能越大。

探究應(yīng)用

例1 （2021·天津）興趣小組的同學(xué)認(rèn)為車禍的危害程度與汽車的動(dòng)能大小有關(guān)，于是他們進(jìn)行了如下探究：

【提出問題】汽車的動(dòng)能大小跟什么因素有關(guān)？

【猜想假設(shè)】（1）由“十次車禍九次快”可猜想：汽車的動(dòng)能可能跟________有關(guān);由“安全駕駛莫超載”可猜想：汽車的動(dòng)能可能跟__________有關(guān)。

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】（2）他們做了如圖2所示的三次實(shí)驗(yàn)：用金屬球模擬汽車，讓金屬球從斜槽的某一高度由靜止開始滾下，碰到水平面上的物塊，將物塊撞出一段距離。物塊被撞擊得越遠(yuǎn)，說明金屬球到達(dá)水平面時(shí)的動(dòng)能就越________。

【分析論證】（3）分析甲、丙兩圖的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以初步得到的結(jié)論是：________。

【實(shí)踐應(yīng)用】（4）用甲、乙兩圖的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所得到的結(jié)論，可以解釋汽車 ________（選填“超載”或“超速”）行駛時(shí)危險(xiǎn)性大的原因。

答案：（1）速度 質(zhì)量 （2）大 （3）質(zhì)量相同時(shí)，汽車的速度越大，動(dòng)能越大 （4）超載

例2 （2021·蘇州·常州）小明探究“重力勢(shì)能與重物質(zhì)量和下落高度的關(guān)系”，如下表所示，重物質(zhì)量m < M。

（1）讓重物自由下落到平放在細(xì)沙表面的小桌上，通過觀察桌腿下陷的深度判斷________（選填“小桌”或“重物”）的重力勢(shì)能大小。

（2）由實(shí)驗(yàn)步驟________和________，可判斷重力勢(shì)能的大小和重物下落高度的關(guān)系。

（3）小明認(rèn)為由實(shí)驗(yàn)步驟B和C，可判斷重力勢(shì)能的大小和重物質(zhì)量的關(guān)系，該觀點(diǎn)________（選填“正確”或“錯(cuò)誤”），理由是 。

解析：（1）在實(shí)驗(yàn)探究過程中，通過觀察桌腿下陷的深度來比較重物的重力勢(shì)能的大小。（2）研究重力勢(shì)能大小和高度的關(guān)系時(shí)，保證質(zhì)量不變，改變小球的高度。由圖知，步驟A、B可判斷重力勢(shì)能的大小和重物下落高度的關(guān)系。（3）B、C步驟中重物的質(zhì)量、高度兩個(gè)都是變量，不符合控制變量法，無法確定重力勢(shì)能的不同是由質(zhì)量不同引起的還是由高度不同引起的。

答案：（1）重物 （2）A B （3）錯(cuò)誤 重物的質(zhì)量、高度兩個(gè)都是變量，無法比較

（作者單位：黑龍江省哈爾濱市賓縣教師進(jìn)修學(xué)校）