研究物體的動能跟哪些因素有關

實驗要點

1.實驗裝置：如圖1所示。

2.實驗方法：

（1）轉換法：從能量的本質入手，把能量的大小用對外做功的多少來體現。本實驗用轉換法借助做功來比較鋼球的動能大小，如圖1所示，讓運動的鋼球推動木塊做功，用木塊移動的距離來比較鋼球動能的大小。

（2）控制變量法： ① 探究動能大小與速度的關系時，控制鋼球的質量不變，改變鋼球的速度，即讓兩個質量相同的鋼球（同一個鋼球）從斜面上的不同高度由靜止釋放;② 探究動能大小與質量的關系時，控制鋼球的速度相同，改變鋼球的質量，即讓質量不同的鋼球從斜面上同一高度由靜止釋放。

3.實驗結論：物體動能的大小與物體的質量和速度有關，質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大;運動速度相同的物體，質量越大，它的動能也越大。

實驗拓展

1.防止木塊被撞后滑出木板的方法

（1）換質量更大的木塊（注意更換木塊時要更換實驗所有木塊）;（2）換質量較小的鋼球；（3）換較長的木板；（4）適當降低鋼球在斜面的高度。

2.實驗存在的問題及解決辦法

（1）鋼球運動軌跡容易偏，不能確保正好撞擊到木塊。解決辦法：采用凹槽來限制鋼球的運動軌跡。（2）木塊容易偏向斜前方運動，移動距離無法測量。解決辦法：選擇圓柱體代替鋼球，撞擊木塊時，比較容易控制木塊的運動路線。

能力提升

例1如圖2，為了探究“物體動能的大小與哪些因素有關”，小明設計了如圖甲所示的實驗方案，讓小球從斜面的某一高度靜止滑下，推動小木塊在水平木板上運動一段距離。

（1）該實驗是通過觀察 來比較小車動能的大小，從而得出結論的。

（2）探究動能的大小與速度的關系時，應將質量相同的小車從斜面的 高度靜止滑下。

（3）細心的小明忽然發現老師拿來的木塊前面用橡皮筋固定著一塊海綿，這塊海綿有什么作用？大家經過討論認為，加上海綿的目的是希望小車在撞擊木塊時，出現 （選填下面答案的序號）的現象，從而更好達到實驗效果。

A.小車向回反彈 B.小車隨木塊一起運動 C.小車立即停止

（4）小華發現該實驗裝置和探究“阻力對物體運動的影響\"實驗裝置相似，只要去掉木塊，添加毛巾、棉布就可以探究。實驗表明，小車受到的阻力越小，小車的速度減小得越 （選填“快\"或“慢”）。實驗中，小車在毛巾、木板表面整個滑行過程中克服阻力做功的功率分別是 P₁，P₂ ，則 P_1. （選填“大于\"\"小于\"或“等于”） P₂ 。

（5）小麗利用如圖乙所示的裝置探究“物體動能的大小與哪些因素有關\"實驗，小車剛開始處于 B 處（與彈簧接觸，但此時彈簧無形變）。用手推動小車壓縮彈簧至A點，然后迅速松手，小車在水平面上向右運動一段距離后停下，記錄小車在木板上的運動距離，則在整個實驗過程中，小車速度最大時位于 （選填 ^：B 點” ⁱB 點左側\"或 點右側”）。

若第一次使小車壓縮彈簧至A點后迅速松手，記錄小車運動距離為 s₁ ；第二次在小車上放置兩個鉤碼，同樣壓縮彈簧至A點后迅速松手，記錄小車運動的距離為 s₂ 。通過本實驗，小麗 （選填“能\"或“不能”）探究“動能的大小與質量的關系”。

解析：（1）該實驗通過觀察木塊移動的距離來比較小車動能的大小，這是轉換法。（2）探究動能的大小與速度的關系時，需控制小車的質量相同，改變小車達到水平面的速度，所以讓同一輛小車分別從同一斜面的不同高度由靜止開始滑下。（3）在木塊前固定海綿后，小車撞擊木塊會立刻停止運動，小車的動能轉化為木塊的動能，從而達到實驗效果。（4）探究阻力對物體運動的影響時，接觸面越光滑，阻力越小，速度減小得越慢。木塊靜止時，木塊的動能全部克服摩擦力做功，所做的功是相同的，木塊在毛巾表面上運動的時間短，在木板表面上運動的時間長，根據 可知 P₁gt;P₂ 。

（5）小車從A到 B 的過程中，受到向右的彈力和向左的摩擦力，松手后一段時間內向右的彈力大于向左的摩擦力，小車做加速運動。當彈力和摩擦力大小相等時小車的速度最大，在 B 點時小車在水平方向只受到摩擦力，此時速度不是最大，所以小車在 B 點左側時速度最大。

由實驗過程可知，小車的動能是由彈簧的彈性勢能轉化而來的，兩次都是壓縮彈簧至A點后迅速松手，所以其彈性勢能相同。本實驗中，并未控制小車的速度相同，不符合控制變量法的要求，因此不能探究“動能的大小與質量的關系”。

答案：（1）木塊移動的距離 （2）不同（3）C（4）慢大于（5）B點左側不能

綜合實踐

例2興趣小組的同學認為車禍的危害程度與汽車的動能大小有關，于是他們進行了以下探究。

【提出問題】汽車動能的大小跟什么因素有關？

【猜想假設】（1）由“十次車禍九次快\"可猜想汽車的動能可能跟 有關；由“安全駕駛莫超載”可猜想汽車的動能可能跟 有關。

【進行實驗】（2）他們做了如圖3的三次實驗：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。物塊被撞得越遠，說明金屬球到達水平面時的動能越大，實驗中探究的動能是指

A.小球在斜面上的動能 B.小球撞擊木塊前瞬間的動能C.小球撞擊木塊后的動能 D.木塊被小球撞擊后的動能

【分析論證】（3）分析甲、丙兩圖的實驗現象，可以初步得到的結論是： 。

【實踐應用】（4）用甲、乙兩圖的實驗現象所得到的結論，可以解釋汽車（選填\"超載\"或“超速”）行駛時危險性大的原因。

【知識拓展】（5）木塊在水平面上運動時，木塊所受的重力與水平面對木塊的支持力是一對 （選填\"相互作用力\"或“平衡力”）。

【知識拓展】（6）若在進行甲、丙兩圖實驗時，甲圖中木塊被撞后滑出木板，為了使木塊不滑出木板，需改進甲圖實驗，再與丙圖實驗對比。在不改變木板長度的情況下，應采用以下 方法。

A.換用質量更小的鋼球 B.給水平木板鋪上毛巾C.適當降低鋼球的高度 D.換用一個較重的木塊

答案：（1）速度 質量 （2）B （3）質量一定時，速度越大，動能越大 （4）超載（5）平衡力（6）C

（作者單位：沈陽農業大學附屬中學）