Question

小华和小明在实验室用小球和细线制成了如图所示的装置，他们使摆球在竖直平面内左右摆动．请回答：
（1）在摆球左右摆动的过程中，他们将会看到摆球上升的高度逐渐降低，这种现象与能量的转化和守恒定律

不相矛盾

（相矛盾/不相矛盾），这是因为

在动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量减少了，内能增加了，总能量保持不变

；
（2）小华和小明在实验中意外地发现：在摆动角度不大的情况下，虽然同一小球两次摆动的角度不同，但往返一次所用的时间却相同．请你针对这一问题提出一种猜想：小球往返一次所用的时间可能与

摆球的质量、绳长

（除小球摆动的角度外）有关．
（3）请对你的猜想设计一个实验加以验证：（写出主要实验步骤）

不同质量的摆球，在绳长、摆动的角度相同时，记录摆球往返一次所用的时间，探究往返一次的时间和摆球质量的关系．

Answer 1

分析：（1）摆球左右摆动的过程中，动能和重力势能转化的过程中，动能和重力势能的总量减少了，机械能转化为内能．能的总量保持不变．
（2）摆球在摆动过程中，往返一次的时间可能跟摆球的质量有关，可能跟摆球的偏转角度有关，可能跟绳长有关．探究往返时间跟其中任何一个因素的关系时，采用控制变量法．
探究往返时间跟摆球质量的关系时，控制摆球偏转的角度和绳长不变．
探究往返时间跟绳长的关系时，控制摆球的偏转角度和质量不变．

解答：解：（1）摆球左右摆动的过程中，动能和重力势能转化的过程中，动能和重力势能的总和是摆球的机械能，摆球在摆动的过程中，摆球和空气之间存在摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，机械能减少，内能增加．但是能的总量是不变的，和能量守恒定律不矛盾．
（2）摆球摆动时，往返一次的时间可能跟摆球的质量、绳长、摆动的角度有关．
（3）探究往返一次的时间跟质量的关系：不同质量的摆球，在绳长、摆动的角度相同时，记录摆球往返一次所用的时间．
探究往返一次的时间跟绳长的关系：长度不同的绳子，系上相同质量的摆球，在摆动的角度相同时，记录摆球往返一次所用的时间．
故答案为：（1）不相矛盾；在动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量减少了，内能增加了，总能量保持不变．
（2）摆球的质量、绳长；
（3）探究往返一次的时间和摆球质量的关系：不同质量的摆球，在绳长、摆动的角度相同时，记录摆球往返一次所用的时间（答案不唯一）．

点评：一个物理量受多个因素影响时，探究物理量和其中一个因素的关系时，采用控制变量法，明确控制不变的量是什么，改变的量是什么．控制变量法在初中物理中应用广泛，一定要掌握．