探究物體動(dòng)能的影響因素

潘榮敏

探究物體動(dòng)能大小的影響因素是機(jī)械能部分的重要實(shí)驗(yàn)之一，這里需要進(jìn)一步鞏固控制變量法、轉(zhuǎn)換法在探究實(shí)驗(yàn)中的作用。

[實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)]

物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能稱(chēng)為動(dòng)能，一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。如圖1是探究動(dòng)能大小與質(zhì)量、速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置圖，實(shí)驗(yàn)中涉及以下知識(shí)要點(diǎn)。（1）水平面上木塊的作用：通過(guò)木塊被撞后移動(dòng)距離的遠(yuǎn)近反映物體動(dòng)能的大?。ㄞD(zhuǎn)換法）;（2）由于動(dòng)能大小與質(zhì)量、速度有關(guān)，因此本實(shí)驗(yàn)需要采用控制變量法，即探究動(dòng)能與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，須保持小球到達(dá)斜面底部速度相同，探究動(dòng)能與速度的關(guān)系時(shí)，須保持小球質(zhì)量相同;（3）讓質(zhì)量不同的小球從相同斜面的相同高度下滑的目的：使小球到達(dá)水平面時(shí)速度一樣;（4）由于斜面與水平面存在摩擦力，小球在下滑過(guò)程中機(jī)械能不斷減小（機(jī)械能中少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能），因此，實(shí)驗(yàn)是探究小球在水平面上與木塊碰撞前一瞬間動(dòng)能大小與質(zhì)量、速度的關(guān)系，所以每次實(shí)驗(yàn)前木塊應(yīng)處于同一位置;（5）動(dòng)能大小的影響因素：物體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度，質(zhì)量越大、運(yùn)動(dòng)速度越大，動(dòng)能越大。

[實(shí)驗(yàn)拓展]

1.本實(shí)驗(yàn)中由于小球動(dòng)能是通過(guò)木塊被撞后移動(dòng)距離的遠(yuǎn)近反映的，因此，如果水平面絕對(duì)光滑則不能完成實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槟緣K將一直做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，無(wú)法比較木塊移動(dòng)的距離。

2.汽車(chē)的超載與超速是造成許多交通事故的重要因素，那么哪個(gè)因素影響更大呢？即在影響物體動(dòng)能大小的因素中，質(zhì)量和速度哪個(gè)因素對(duì)動(dòng)能影響更大呢？利用上述圖1中器材進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定，得到的數(shù)據(jù)如表1。對(duì)比1、3兩組數(shù)據(jù)可知，在速度相同時(shí)，質(zhì)量增大為原來(lái)的2倍，動(dòng)能增大為原來(lái)的2倍;對(duì)比1、2兩組數(shù)據(jù)可知，在質(zhì)量相同時(shí)，速度增大為原來(lái)的2倍，動(dòng)能增大為原來(lái)的4倍。由此可知，速度對(duì)物體的動(dòng)能影響更大，即當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，超速造成的危害更嚴(yán)重。

[典例精析]

例（2020·福建）如圖2，用鋼球、木塊和帶有斜槽的長(zhǎng)木板探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)。

（1）如圖甲，讓鋼球從斜槽上的某一高度由 開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，撞擊水平面上的木塊，鋼球撞擊木塊時(shí)具有的動(dòng)能大小可通過(guò)木塊移動(dòng)的距離來(lái)反映。

（2）如圖乙，將鋼球置于斜槽上更高的位置重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，鋼球質(zhì)量一定時(shí)，從斜槽越高的位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，撞擊木塊的速度越大，鋼球的動(dòng)能越 。

（3）探究動(dòng)能跟質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)選擇讓質(zhì)量 （選填“相同”或“不同”）的鋼球從斜槽 （選填“相同”或“不同”）高度的位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。

解析：這是探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)的典型實(shí)驗(yàn)，通過(guò)控制變量法探究實(shí)驗(yàn)，利用轉(zhuǎn)換法顯示動(dòng)能的大小。

（1）實(shí)驗(yàn)中將鋼球從斜槽上的某一高度由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，撞擊水平面上的木塊，木塊被撞擊得越遠(yuǎn)，說(shuō)明鋼球具有的動(dòng)能越大。

（2）將鋼球置于斜槽上更高的位置重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，此時(shí)鋼球運(yùn)動(dòng)到水平面上的速度較大，木塊被撞擊的距離更遠(yuǎn)，說(shuō)明鋼球具有的動(dòng)能更大。

（3）探究動(dòng)能跟質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)該控制鋼球在水平面上的速度相同（即鋼球從斜面相同高度靜止釋放），讓質(zhì)量不同的鋼球從斜槽相同高度的位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，比較木塊被撞擊距離的遠(yuǎn)近。

小結(jié)：實(shí)驗(yàn)中要始終保持鋼球的運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)與木塊的中心在同一條直線(xiàn)上，這樣確保木塊被撞擊后沿著鋼球水平滾動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。

答案：（1）靜止? ?（2）大? ?（3）不同 相同

（作者單位：江蘇省高郵市送橋鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué)）