Question

11．某同学在探究“动能大小与哪些因素有关”的实验中，设计了图甲所示的实验方案，并进行了如下的实验：
步骤l：让钢球从斜面A点由静止开始下滑，到达水平面时速度为v₁，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离s₁；
步骤2：让钢球从斜面B点由静止开始下滑，到达水平面时速度为v₂，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离s₂
步骤3：改变钢球的质量让钢球从A点由静止开始下滑，撞击木块使木块移动，记下木块移动的距离s₃．
（1）比较v₁、v₂，可知v_l＞v₂（＞/＜/=），原因：钢球的重力势能越大，转化为钢球的动能能越大．
（2）设计步骤l和步骤2的目的是探究动能与速度的关系．
（3）比较步骤1和步骤3可以探究动能大小和物体质量的关系．
（4）钢球从斜面上滑下后，碰撞到斜面底端水平放置的木块后继续向前运动，木块在水平木板上滑行一段距离后停下，如图甲所示，设木块克服摩擦力所做的功为W，钢球与木块碰撞前的动能为E_k，则E_k＞W（＞/＜/=）．
（5）实验结束后，该同学拿走木块，先后将同一小球从同一斜面的不同高度处静止释放，记录小球在相同表面上滑行到静止的距离，如图乙所示，根据此现象，小刚得出了动能与速度有关的结论．你认为该同学实验方案是否合理．合理（合理/不合理）

Answer 1

分析 （1）动能的大小通过小球撞击木块移动的距离来体现．
（2）动能的决定因素有两个：质量和速度；要利用控制变量法去研究：研究与速度关系时要保证质量相同，速度不同；研究与质量关系时，要保证速度相同，质量不同．
（3）该实验利用了控制变量法，如果探究动能大小与质量的关系，必须保证运动速度相同，应该使不用质量的小球从斜面的相同高度滑下．

解答 解：（1）A点高于B点，同一钢球在A点处具有的重力势能大于在B点处的重力势能；钢球从斜面上向下滚动时，重力势能转化为动能，所以钢球从A点释放时，滚动到水平面时的动能较大，速度也较大，即v_l＞v₂；
（2）在步骤1和步骤2中，物体的质量相同，速度不同，因此是在质量相同的情况下，探究动能与速度的关系；
（3）步骤1和步骤3控制钢球在斜面上的初始位置相同，滚动到水平面上的速度相同，改变钢球的质量，则是在速度相同的情况下，探究动能与质量的关系；
（4）小球到达水平面时具有动能，推动木块运动时，一部分动能转移给木块使木块运动，一部分克服摩擦，转化成内能，故则E_k＞W；
（5）相同的表面对小球的阻力是相同的，通过观察小球滑行到静止的距离大小可以判断出小球的动能大小，即球滑行到静止的距离越大，小球的动能越大；可以得出动能与速度的关系，该实验方案合理；
故答案为：（1）＞动能；（2）探究动能与速度的关系；（3）1； （4）＞；（5）合理．

点评 本题考查影响物体动能大小的实验．通过实验考查了学生对控制变量法的运用，通过实验过程在不同实验中的联系，考查了学生对基本知识的掌握．