Question

15．投石机是古人应用杠杆原理及能量转化原理制造的武器，石块抛出的远近往往是克敌制胜的重要因素，那么，投石机抛出的石块运动的水平距离与哪些因素有关呢？
小光模仿投石机制作了如图所示的简易抛掷装置进行探究，木板A、B、C组成了一个支架，AB之间有一挡板，底座C上固定有几个挂钩，D是一根硬质抛掷杆，其左端固定一瓶盖，右端下方固定一挂钩，用弹性较强的橡皮筋固定在该挂钩上，橡皮筋拉伸后可分别与底座上的挂钩相连，将抛掷装置置于水平地面，小钢珠置于瓶盖内，压住抛掷杆并使之处于水平位置，松手后抛掷杆可绕固定轴转动，当抛掷杆碰撞到挡板时，瓶盖内的钢珠立即被抛出，（提示：挡板的作用是保证小钢珠每次抛出时高度相同；实验时人要避开小钢珠飞行方向，以免造成伤害）
小光依据实验装置对影响小钢珠运动水平距离的因素提出了以下猜想：
A．与橡皮筋拉伸的程度有关        B．与小钢珠的质量有关

若不考虑空气阻力及转轴处的摩擦，请你回答下列问题：
（1）被抛出的小钢珠能在空中继续运动是因为它具有惯性，小钢珠落地后不会立即停下，为了准确找到小钢珠的落地点，你的办法是在装置前放一足够大的沙盘，根据沙盘中留下的印迹确定小钢珠的落地点．（可根据需要添加器材）
（2）探究猜想A时，将橡皮筋的末端分别拉至挂钩1、2、3处，用同一小钢珠置于瓶盖内，每次均使抛掷杆处于水平位置后松手，比较发现橡皮筋连接挂钩1处，小钢珠运动的水平距离最远，由此可得：当小钢珠质量一定时，橡皮筋的拉伸程度越大，小钢珠运动的水平距离越远．
（3）探究猜想B时，橡皮筋末端始终拉至挂钩1处，将质量不同的小钢珠先后置于瓶盖内重复上述实验操作，发现：质量越小的钢珠运动的水平距离越远，老师说道：质量小的钢珠抛得远，是因为抛出时它的速度大，若不考虑杆的自重，请你从能量转化的角度解释，相同条件下质量小欧的钢珠抛出时速度大的原因．
（4）在不增加其他器材的前提下，利用该装置如何使同一个小钢珠抛得更远，请你写出两条可行办法．

Answer 1

分析 （1）惯性是物体本身的一种属性，只跟质量大小有关；根据力的作用效果分析解答；
（2）探究猜想A时，应控制小钢珠的质量一定，改变橡皮筋拉伸的程度；
（3）机械能等于重力势能与动能的和；
（4）增大小钢珠一开始时的机械能或增大弹性势能．

解答 解：（1）被抛出的小钢珠能在空中继续运动是因为它具有惯性；
小钢珠落地后不会立即停下，为了准确找到小钢珠的落地点，可以在装置前放一足够大的沙盘，根据沙盘中留下的印迹确定小钢珠的落地点；
（2）探究猜想A时，将橡皮筋的末端分别拉至挂钩1、2、3处，用同一小钢珠置于瓶盖内，每次均使抛掷杆处于水平位置后松手，比较发现橡皮筋连接挂钩1处，小钢珠运动的水平距离最远，由此可得：当小钢珠质量一定时，橡皮筋的拉伸程度越大，小钢珠运动的水平距离越远；
（3）质量越小的钢珠运动的水平距离越远，质量小的钢珠抛得远，是因为抛出时它的速度大，若不考虑杆的自重，是由于每次拉伸橡皮筋的程度相同，小钢珠获得的机械能相同，在抛出点的高度相同的情况下，质量小的小钢珠的重力势能小而动能大，因此小钢珠抛出的速度大；
（4）在不增加其他器材的前提下，利用该装置如何使同一个小钢珠抛得更远，两条可行办法：①将底座上的挂钩1再向左移动一些，连接两挂钩再次实验；②在挂钩之间把同一根橡皮筋缠绕更多的圈数，然后从相同位置释放．
故答案为：（1）惯性；在装置前放一足够大的沙盘，根据沙盘中留下的印迹确定小钢珠的落地点；（2）越大；（3）由于每次拉伸橡皮筋的程度相同，小钢珠获得的机械能相同，在抛出点的高度相同的情况下，质量小的小钢珠的重力势能小而动能大，因此小钢珠抛出的速度大；（4）①将底座上的挂钩1再向左移动一些，连接两挂钩再次实验；②在挂钩之间把同一根橡皮筋缠绕更多的圈数，然后从相同位置释放．

点评 本题主要考查杠杆原理及能量转化原理的应用，注意控制变量法的使用．