Question

小紅猜想動能的大小可能與物體質量和運動速度有關，于是設計了如圖甲、乙所示的實驗，探究動能的大小與哪些因素有關．

（1）讓質量相同的兩個小球沿同一光滑斜面分別從A處和B處開始向下運動，然后與放在水面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動一段距離后靜止，如圖甲所示．
（2）讓不同質量的兩個小球沿同一光滑斜面分別從B處開始向下運動，然后與放在水平面上的紙盒相碰，紙盒在水平面上移動一段距離后靜止，如圖乙所示．上述甲、乙兩組實驗中：
①選用圖甲探究得出的結論是：________；選用圖乙探究的是動能與________的關系．
②該實驗物體動能的大小是通過________來反映的．
③小紅實驗完成后想，本實驗中水平的軌道是光滑的還是粗糙的呢？請你幫小紅解決這個問題，你的結論是________（填：“光滑的”或“粗糙的”），你的依據是________．
④物理研究方法有許多，如等效替代法、類比法、對比法、控制變量法；本實驗中運用了兩種研究方法，一是________法；二是轉換法．
（3）小紅由此實驗還聯想到伽利略的斜面實驗，讓同一個小球沿同一光滑斜面的同一個高度由靜止開始向下運動，到達毛巾、棉布、木板三種不同水平面上繼續向前運動直到停止，在水平面運動的全過程中，克服摩擦力做的功________（填：“相等”或“不相等”），你的依據是________．

Answer 1

解：（2）①圖甲中，小球的質量相同，高度不同，由此可得出結論：物體質量相同時，速度越大，動能越大；
圖乙中，小球的高度相同，質量不同，因此，探究的是物體的動能與質量的關系；
②動能大小體現在對外做功的多少，可以通過紙盒移動的距離來比較動能的大小；
③本實驗中，小球和紙盒最終都停了下來，說明受到了摩擦阻力的作用，由此可見，水平軌道是粗糙的，是有一定摩擦力的．
④本實驗中，主要的科學研究方法是控制變量法和轉換法；
（3）物體克服摩擦力做功的能量來自物體的動能，而動能一開始是相等的，最終物體停下來，動能為零，因此說明，小球無論在什么樣的水平面上，克服摩擦力做的功是相等的．
故答案為：（2）①物體質量一定時，速度越大，動能越大；質量；
②紙盒移動的距離；
③粗糙的；小球和紙盒由于受到摩擦力的作用而最終停下來；
④控制變量；
（3）相等；小球最初的動能相等，且最后都減小為零．
分析：（2）①根據控制變量法的思想，要研究動能大小與質量的關系，就要保持速度相同；當研究動能大小與速度的關系時，應選擇同一小球，這樣可以保證小球的質量相同；
②將小球動能的大小通過紙盒移動的距離來反映，是一種轉換的思想；
③根小球與紙盒最終會停下來，可判斷小球受到了阻力的作用；
④控制變量法和轉換法是本實驗用到的兩種最基本的方法；
（3）小球最初的動能相等，而最終動能都變為零，據此可做出判斷．
點評：此類實驗題目是考查對控制變量法和轉換法的掌握情況，及如何正確的對實驗現象進行分析，歸納出正確的結論，最后一問是本題的難點．