1、微专题 11-5机械能相关实验 知识 解读 一、影响动能大小因素的探究问题 1.使小球获得动能的方法:让小球从同一斜槽的某一高度由静止滚下。 2.实验方法: 转换法转换法:通过木块被撞后移动距离的远近反映物体动能的大小。 控制变量法控制变量法:实验中探究动能与小球质量的关系,必须保持小球到达水平面的速度相同 (方法:使小球从同一斜槽的同一高度由静止滚下);探究动能与小球速度的关系,必须保持 小球的质量相同。 3.设计实验记录表格,分析可得出:物体的质量和物体运动的速度都影响物体动能的大小,且 质量越大、运动速度越大,动能越大。 4.超速、超载问题的判断超速、超载问题的判断:超速问题质量不变,超
2、载问题速度不变。 5.小球从开始运动到静止过程中机械能的变化:在斜槽上运动时,机械能减少,重力势能转化 为动能和内能;在水平面上运动时,因为受到摩擦阻力,最后静止,机械能转化为内能。 6.水平面绝对光滑绝对光滑不能完成实验:木块将一直做匀速直线运动,无法比较木块移动的距离。 二、影响重力势能大小因素的探究问题 1.实验方法: 转换法转换法:通过沙坑的凹陷程度反映物体重力势能的大小。 控制变量法控制变量法:实验中探究重力势能与物体质量的关系,必须保持物体高度相同(方法:不 同物体从同一高度由静止落下);探究重力势能与高度的关系,必须保持物体的质量相同 (方法:同一物体从不同高度由静止落下)。 2
3、.设计实验记录表格,分析可得出:物体的质量和物体所处的高度都影响物体的重力势能大 小,且质量越大、所处高度越大,重力势能越大。 3.物体下落过程中未接触沙子时机械能的变化:考虑空气阻力的情况下,机械能减少,重力势 能转化为动能和内能。接触沙子后,因为受到摩擦阻力,最后静止,所以机械能转化为内 能。 4.计算物体的重力势能(Ep=mgh)。 典例 解读 类型一：影响动能大小因素 例 1、如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜 面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止 (1)小球滚下斜面的过程中，它的_能转化为动能，其动能大小是通过木
4、块移动的距 离来反映的 (2)分析比较_两次实验，可探究出的结论是：质量相同的物体，速度越大，动能越 大 (3)甲实验中若木块的重力为 1 N，水平移动的距离是 30 cm.则重力对木块做功_J. (4)如果水平面光滑，则_(选填“能”或“不能”)完成本实验 【答案】(1)重力势(2)甲、乙(3)0(4)不能 【解析】 (1)小球从斜面滚下过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能； (2)由实验可知，甲、乙两次实验，球的质量相同，甲滚下的高度大于乙滚下的高度，甲中木 块移动距离更远，说明动能较大，可得质量相同的物体，速度越大，具有的动能就越大； (3)木块在水平方向上运动，在重力的方
5、向上没有移动距离，不做功，重力G对木块做的功为 0 J； (4)如果水平面光滑， 则没有摩擦， 木块在水平方向上受力为 0， 竖直方向上受到平衡力作用， 根据牛顿第一定律，运动的物体在受平衡力的作用时，将一直做匀速直线运动，无法测量滑 行距离，故不能完成本实验 类型二：影响重力势能大小因素 例 2、某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能 与物体的质量、下落高度和运动路径有关于是设计了如图所示的实验：用大小、形状 相同的 A、B、C、D 四个铅球，其中 A、C、 D 三球的质量为 m，B 球质量为 2m，让 A、B 两球从距沙表面高 H 静止下落， C 球从距
6、沙 表面高 2H 静止下落，D 球从距沙表面高 2H 的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管 道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计) 实验测得 A、 B 两球陷入沙深 度分别为 h1和 h2，C、D 两球陷入沙深度均为 h3，且 h1h2h3. (1)本实验中，铅球的重力势能大小是通过_来反映的； (2) 比 较 A 、 B 两 球 ， 发 现 B 球 陷 入 沙 深 度 更 大 ， 由 此 可 得 出 结 论 ： _； (3)比较_两球，发现 C 球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时， 下落高度越高，物体的重力势能越大； (4)比较 C、D 两球，发现两球运动的路
7、径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体 的重力势能与物体运动的路径_(填“有关”或“无关”) （5）小球在下落过程陷入沙面前，将重力势能转化为_能，陷入沙中后到小球静止过程 中，将机械能转化为_能. 培优 训练 一、选择题 1 1、在如图所示的实验中，小车从斜面的某一高度由静止开始滑下，撞击静止于水平木板上 的木块(不计空气阻力)则下列说法中正确的是() A小车在斜面上下滑的过程中，小车的动能转化为重力势能 B小车在斜面上下滑的过程中，小车的机械能增大 C木块对木板的压力和木板对木块的支持力是一对平衡力 D若木板的表面光滑且足够长，则被撞击后的木块所获得的动能将保持不变 2 2、下图是
8、高速公路避险车道示意图。当高速行驶的汽车出现刹车失灵时,可通 过进入避险车道快速降低车速直至停止。避险车道的作用是降低汽车因高 速行驶而具有的哪种能量带来的危害() A.动能B.势能C.内能D.电能 3 3、“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验 中，小红同学让同一铁球从斜面的不同高度 由静止释放，撞击同一木块，如图所示该 实验是通过观察木块移动的距离来说明铁球 对木块做功的多少下列实验与此实验方法相同的是（） A用红墨水在水中的扩散现象来认识分子是运动的 B建立牛顿第一定律用“伽利略斜面小车实验”进行研究 C用不同的电阻和相同的电源研究电流和电阻的关系 D研究光的直线传播时引入“光线” 二、
9、填空题 1 1、利用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”将小球 A、B 分别拉到与竖 直方向成一定角度的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止 在水平面上的木块 C 发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止图中的摆长 L 都相同，12，球 A、B 的质量分别为 mA、mB(mAmB) 【答案】(1)球陷入沙面的深度(2)当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大 (3)A、C(4)无关（5）动 内. 【解析】 本题考查探究影响重力势能大小的因素. （1） 用沙子凹陷的深度来间接反映物体重力势能的大小， 这种研究物理问题的方法称为转换法； （2）B 球比
10、A 球重，A、B 两球下落高度相同而 B 球在沙内凹陷得程度大，说明当所处高度相同 时，物体质量越大，重力势能越大； （3）依据控制变量法的要求，在比较高度对物体重力势能的影响情况时，需控制两球的质量相 同，因此应选 A、C 两球进行实验对比； （4）C、D 两球质量和所处位置的高度相同，但 D 球运动路径与 C 球不同，而在沙中凹陷得程 度相同，说明重力势能与物体运动路径无关； （5）球从高处下落时，高度越来越低、速度越来越大，这是将物体的重力势能转化为动能；当 小球接触沙子静止后，其动能变为零，这是因为运动的小球克服沙子的阻力做功，将自身的动 能全部转化为沙子的内能. (1)如图甲、乙所示
11、，同时释放 A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直 位置这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的_无关 (2)如图甲、乙所示，观察到 B 球能将木块 C 撞得更远，由此可得出结论： _ (3)图乙中小球 B 到达竖直位置时的速度_(填“大于”“小于”或“等于”)图丙中 小球 B 到达竖直位置时的速度图乙、丙所示，图丙中木块 C 滑行得更远些，由此可得 出结论： _ (4)有同学在探究“动能大小与质量的关系”时将实验装置改进成如图丁所示，利用质量不 同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击同一木块该实验方案是否可行？答： _， 若他按此方案操作， 他会看到的现象是：
12、_ 2 2、为了探究重力势能的大小与哪些因素有关,小明找到了A、B、C三个体积 相同的小球。让小球从高处自由落下,观察小球砸入沙坑中的深浅程度来 比较重力势能的大小,其中mA=mBmC,三次实验如图所示。 (1)为了探究重力势能大小与质量的关系,他应选择图甲和图进行对比实验。 (2)为了探究重力势能的大小与高度的关系,他应选择图甲和图进行对比实验。 (3)本次试验用到了多种研究 物理问题的方法,请你任意指出其中一种方 法, 如:。 3 3、利用如图的装置探究物体的动能大小与哪些因素有关。 将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定 角度的位置,然后都由静止释放,当小 球摆动到竖直位置时,将与静止在水
13、平面 上的木块C发生碰撞,木块都会在水平 面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L 都相同,A=B,BB,球A、B的质量 分别为mA、mB(mAmB)。 (1)如图甲、乙所示,同时释放A、B,观察到它们并排摆动且始终相对静止,同时到达竖直 位置,这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的_无关。 (2) 如 图 甲 、 乙 所 示 , 观 察 到B球 能 将 木 块C撞 得 更 远 , 由 此 可 得 出 结 论 : _ _。 (3)图乙中小球B到达竖直位置时的速度_ (选填“大于”“小于”或“等于”) 图丙中小球B到达竖直位置时的速度,如图乙、丙所示,图丙中木块C滑行得更远些,由 此可
14、得出结论: _ _。 4 4、 火箭发射过程中残骸坠落地面有可能砸毁民宅,这个问题引起了某校科技小组的关注。 竖 直下落的物体与地面碰撞时对地面的作用力大小与哪些因素有关呢?某同学猜想与物体 的质量、开始下落时离地面的高度有关。 (1)你猜想还与_有关。 (2)该同学为验证他的猜想,设计了如下实验方案。在水平地面上平铺一些报纸,将涂满红 色颜料的同一篮球从不同高度由静止释放,篮球会在报纸上留下大小不同的圆形红色印 迹;通过比较印迹的大小即可比较篮球对地面作用力的大小。该方案所用到的实验 方法有_。 (3)另一同学将留有红色印迹的报纸放在如图所示电子测力计上,再将篮球放在印迹 中央,用力下压篮球
15、,当篮球恰好将_覆盖时,此时测力计示数即为篮 球留下该印迹时对地面作用力的大小。 5 5、为了探究物体动能大小与哪些因素有关，同学们设计了如图甲、乙所示的实验装置来进 行实验 （1） 图甲是让不同质量的小球沿同一光滑斜面从 B 处由静止自由释放， 然后分别撞击到 放在水平面上的同一木块，木块在水平面运动一段距离后静止时的情景据此你能得到 的结论是_. （2）图乙是让质量相同的小球沿同一光滑斜面分别从 A、B 由静止自由释放，让后与放 在水平面上的同一木块相碰到静止后的情景据此你能得出结论是_ （3） 实验后， 同学们联想到在公交事故中， 造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超 速”，进一步想
16、知道，在影响物体动能大小的因素中，哪个队动能影响更大，于是利用 上述器材进行了实验测定，得到的数据如下表 为了探究“超载”隐患时，应选择_序号的实验进行比较 分析表格中对应的数据可知： _对物体的动能影响更大， 即当发生交通事故时， 由此造成的危害更严重 实验序号实验序号小球的质量小球的质量m m/g/g小球自由滚下的高度小球自由滚下的高度h h/cm/cm木块被撞后运动的距离木块被撞后运动的距离s s/m/m 130104 2302016 360108 微专题 11-5机械能相关实验 例 1、 【答案】(1)重力势(2)甲、乙(3)0(4)不能 【解析】 (1)小球从斜面滚下过程中，重力势能
17、减小，动能增大，重力势能转化为动能； (2)由实验可知，甲、乙两次实验，球的质量相同，甲滚下的高度大于乙滚下的高 度，甲中木块移动距离更远，说明动能较大，可得质量相同的物体，速度越大， 具有的动能就越大； (3)木块在水平方向上运动，在重力的方向上没有移动距离，不做功，重力G对木 块做的功为 0 J； (4)如果水平面光滑，则没有摩擦，木块在水平方向上受力为 0，竖直方向上受到 平衡力作用，根据牛顿第一定律，运动的物体在受平衡力的作用时，将一直做匀 速直线运动，无法测量滑行距离，故不能完成本实验 例 2、 【答案】(1)球陷入沙面的深度(2)当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能 越大 (
18、3)A、C(4)无关（5）动 内. 【解析】 本题考查探究影响重力势能大小的因素. （1） 用沙子凹陷的深度来间接反映物体重力势能的大小， 这种研究物理问题的方法 称为转换法； （2）B 球比 A 球重，A、B 两球下落高度相同而 B 球在沙内凹陷得程度大，说明当所 处高度相同时，物体质量越大，重力势能越大； （3）依据控制变量法的要求，在比较高度对物体重力势能的影响情况时，需控制两 球的质量相同，因此应选 A、C 两球进行实验对比； （4）C、D 两球质量和所处位置的高度相同，但 D 球运动路径与 C 球不同，而在沙 中凹陷得程度相同，说明重力势能与物体运动路径无关； （5）球从高处下落时，
19、高度越来越低、速度越来越大，这是将物体的重力势能转化 为动能；当小球接触沙子静止后，其动能变为零，这是因为运动的小球克服沙子的 阻力做功，将自身的动能全部转化为沙子的内能. 培优 训练 一、选择题 1、D 2、A 3、A 二、填空题 1、 (1)质量(2)速度相同时，物体质量越大，它的动能就越大(3)小于质量相同时， 物体速度越大，它的动能就越大(4)不可行木块最终移动距离相同 2、(1)丙(2)乙(3)控制变量法 (或转换法) 【解析】重力势能大小取决于物体的质量和高度,所以在探究重力势能大小与质量的关系 时,要控制高度相同,物体的质量不同,所以应选择图甲和图丙进行对比实验;在探究重力势 能
20、大小与高度的关系时,要控制物体的质量相同,高度不同,所以应选择图甲和图乙进行对比 实验。 这利用了控制变量法。 同时,在此实验中,用小球砸入沙坑中的深浅程度来体现重力势 能的大小,这利用了转换法。 3、(1)质量(2)速度相同时,物体质量越大,它的动能越大(3)小于质量相同时,物体速 度越大,它的动能越大 【解析】 (1)分析题图甲、 乙,可以看出,两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小 球的质量无关。 (2)由题图甲、乙可以得出结论:速度相同时,物体质量越大,它的动能越大。 (3)由于题图乙小球开始时的高度小于题图丙中的小球B的高度,所以题图乙中小球B到达 竖直位置时的速度小于题图丙中小
21、球B到达竖直位置时的速度;由题图乙、丙可得出结 论:质量相同时,物体速度越大,它的动能越大。 4、(1)物体落地时的速度(选填“物体的形状”“物体及地面硬度”“物体与地面作用时 间”“是否反弹”“反弹速度大小”等其他合理猜想均可)(2)控制变量法和转换法 (3)印迹 【解析】 (1)物体与地面碰撞时对地面的作用力大小与物体的动能有关,动能越大,物体与 地面碰撞时对地面的作用力也就越大,而动能的大小与速度有关,所以猜想与物体落地时 的速度有关。 (2)在实验中使用同一个篮球,且由静止释放,只是改变下落的高度,所以用到了控制变量法; 对地面的作用力不能直接看出,而是转化为篮球留在报纸上的印迹大小来
22、比较对地面作 用力的大小,所以也用到了转换法。 (3)印迹是篮球受力发生形变而留下的,印迹越大,说明篮球受到的力越大,所以当用力使篮 球恰好将印迹覆盖时,测力计示数即为篮球留下该印迹时对地面作用力的大小。 5、 （1）速度相同时，物体的质量越大，动能越大； （2）质量相同时，物体运动的速度越大， 动能越大； （3）甲；速度 试题分析： （1）图甲，两小球滚下高度相同，到斜面底端速度相同，两小球的质量不同，探究的是动 能与质量的关系，得出的结论是，速度相同时，物体的质量越大，动能越大； （2）图乙两小球的质量相等，滚下的高度不同，到斜面底端速度不同，探究的是动能与速 度的关系； 图乙中两小球的质量相同，滚下的高度越大，到达水平面的速度越大，将木块推得越远， 得出的结论是：质量相同时，物体运动的速度越大，动能越大； （3）研究超载隐患时，应控制小球下滑的高度相同而质量不同，由表中实验数据可知， 应选择甲图所示实验进行比较； 由表中实验数据可知，在同等条件下超速带来的安全隐患更大一些
