初中物理尖子生自主招生培優(yōu)講義版塊11 功和機(jī)械能 專(zhuān)題11-5　機(jī)械能相關(guān)實(shí)驗(yàn) （學(xué)生版）

頁(yè)專(zhuān)題11-5機(jī)械能相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)·解讀一、影響動(dòng)能大小因素的探究問(wèn)題1.使小球獲得動(dòng)能的方法:讓小球從同一斜槽的某一高度由靜止?jié)L下。2.實(shí)驗(yàn)方法:①轉(zhuǎn)換法:通過(guò)木塊被撞后移動(dòng)距離的遠(yuǎn)近反映物體動(dòng)能的大小。②控制變量法:實(shí)驗(yàn)中探究動(dòng)能與小球質(zhì)量的關(guān)系,必須保持小球到達(dá)水平面的速度相同(方法:使小球從同一斜槽的同一高度由靜止?jié)L下);探究動(dòng)能與小球速度的關(guān)系,必須保持小球的質(zhì)量相同。3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格,分析可得出:物體的質(zhì)量和物體運(yùn)動(dòng)的速度都影響物體動(dòng)能的大小,且質(zhì)量越大、運(yùn)動(dòng)速度越大,動(dòng)能越大。4.超速、超載問(wèn)題的判斷:超速問(wèn)題質(zhì)量不變,超載問(wèn)題速度不變。5.小球從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到靜止過(guò)程中機(jī)械能的變化:在斜槽上運(yùn)動(dòng)時(shí),機(jī)械能減少,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和內(nèi)能;在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí),因?yàn)槭艿侥Σ磷枇?最后靜止,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。6.水平面絕對(duì)光滑不能完成實(shí)驗(yàn):木塊將一直做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),無(wú)法比較木塊移動(dòng)的距離。二、影響重力勢(shì)能大小因素的探究問(wèn)題1.實(shí)驗(yàn)方法:①轉(zhuǎn)換法:通過(guò)沙坑的凹陷程度反映物體重力勢(shì)能的大小。②控制變量法:實(shí)驗(yàn)中探究重力勢(shì)能與物體質(zhì)量的關(guān)系,必須保持物體高度相同(方法:不同物體從同一高度由靜止落下);探究重力勢(shì)能與高度的關(guān)系,必須保持物體的質(zhì)量相同(方法:同一物體從不同高度由靜止落下)。2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格,分析可得出:物體的質(zhì)量和物體所處的高度都影響物體的重力勢(shì)能大小,且質(zhì)量越大、所處高度越大,重力勢(shì)能越大。3.物體下落過(guò)程中未接觸沙子時(shí)機(jī)械能的變化:考慮空氣阻力的情況下,機(jī)械能減少,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和內(nèi)能。接觸沙子后,因?yàn)槭艿侥Σ磷枇?最后靜止,所以機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。4.計(jì)算物體的重力勢(shì)能(Ep=mgh)。典例·解讀類(lèi)型一：影響動(dòng)能大小因素例1、如圖，某實(shí)驗(yàn)小組在“探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，讓小球從同一斜面某處由靜止釋放，撞擊同一水平面上的同一木塊，木塊移動(dòng)一段距離后停止．(1)小球滾下斜面的過(guò)程中，它的________能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，其動(dòng)能大小是通過(guò)木塊移動(dòng)的距離來(lái)反映的．(2)分析比較________兩次實(shí)驗(yàn)，可探究出的結(jié)論是：質(zhì)量相同的物體，速度越大，動(dòng)能越大．(3)甲實(shí)驗(yàn)中若木塊的重力為1N，水平移動(dòng)的距離是30cm.則重力對(duì)木塊做功________J.(4)如果水平面光滑，則________(選填“能”或“不能”)完成本實(shí)驗(yàn)．【答案】【答案】(1)重力勢(shì)(2)甲、乙(3)0(4)不能．【解析】(1)小球從斜面滾下過(guò)程中，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；(2)由實(shí)驗(yàn)可知，甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)，球的質(zhì)量相同，甲滾下的高度大于乙滾下的高度，甲中木塊移動(dòng)距離更遠(yuǎn)，說(shuō)明動(dòng)能較大，可得質(zhì)量相同的物體，速度越大，具有的動(dòng)能就越大；(3)木塊在水平方向上運(yùn)動(dòng)，在重力的方向上沒(méi)有移動(dòng)距離，不做功，重力G對(duì)木塊做的功為0J；(4)如果水平面光滑，則沒(méi)有摩擦，木塊在水平方向上受力為0，豎直方向上受到平衡力作用，根據(jù)牛頓第一定律，運(yùn)動(dòng)的物體在受平衡力的作用時(shí)，將一直做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，無(wú)法測(cè)量滑行距離，故不能完成本實(shí)驗(yàn)．類(lèi)型二：影響重力勢(shì)能大小因素例2、某同學(xué)在體育活動(dòng)中，從鉛球下落陷入沙坑的深度情況猜想到：物體的重力勢(shì)能可能與物體的質(zhì)量、下落高度和運(yùn)動(dòng)路徑有關(guān)．于是設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)：用大小、形狀相同的A、B、C、D四個(gè)鉛球，其中A、C、D三球的質(zhì)量為m，B球質(zhì)量為2m，讓A、B兩球從距沙表面高H靜止下落，C球從距沙表面高2H靜止下落，D球從距沙表面高2H的光滑彎曲管道上端靜止滑入，最后從管道下端豎直地落下(球在光滑管道中運(yùn)動(dòng)的能量損失不計(jì))．實(shí)驗(yàn)測(cè)得A、B兩球陷入沙深度分別為h1和h2，C、D兩球陷入沙深度均為h3，且h1＜h2＜h3.(1)本實(shí)驗(yàn)中，鉛球的重力勢(shì)能大小是通過(guò)__________________來(lái)反映的；(2)比較A、B兩球，發(fā)現(xiàn)B球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：___________________________________；(3)比較________兩球，發(fā)現(xiàn)C球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當(dāng)物體的質(zhì)量相同時(shí)，下落高度越高，物體的重力勢(shì)能越大；(4)比較C、D兩球，發(fā)現(xiàn)兩球運(yùn)動(dòng)的路徑不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結(jié)論：物體的重力勢(shì)能與物體運(yùn)動(dòng)的路徑________(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)．（5）小球在下落過(guò)程陷入沙面前，將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為_(kāi)___能，陷入沙中后到小球靜止過(guò)程中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為_(kāi)____能.【答案】【答案】(1)球陷入沙面的深度(2)當(dāng)下落高度一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大(3)A、C(4)無(wú)關(guān)（5）動(dòng)

內(nèi).【解析】本題考查探究影響重力勢(shì)能大小的因素.（1）用沙子凹陷的深度來(lái)間接反映物體重力勢(shì)能的大小，這種研究物理問(wèn)題的方法稱(chēng)為轉(zhuǎn)換法；（2）B球比A球重，A、B兩球下落高度相同而B(niǎo)球在沙內(nèi)凹陷得程度大，說(shuō)明當(dāng)所處高度相同時(shí)，物體質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大；（2）B球比A球重，A、B兩球下落高度相同而B(niǎo)球在沙內(nèi)凹陷得程度大，說(shuō)明當(dāng)所處高度相同時(shí)，物體質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大；（3）依據(jù)控制變量法的要求，在比較高度對(duì)物體重力勢(shì)能的影響情況時(shí)，需控制兩球的質(zhì)量相同，因此應(yīng)選A、C兩球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比；（4）C、D兩球質(zhì)量和所處位置的高度相同，但D球運(yùn)動(dòng)路徑與C球不同，而在沙中凹陷得程度相同，說(shuō)明重力勢(shì)能與物體運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)；（5）球從高處下落時(shí)，高度越來(lái)越低、速度越來(lái)越大，這是將物體的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；當(dāng)小球接觸沙子靜止后，其動(dòng)能變?yōu)榱悖@是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的小球克服沙子的阻力做功，將自身的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為沙子的內(nèi)能.培優(yōu)·訓(xùn)練一、選擇題1、在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)從斜面的某一高度由靜止開(kāi)始滑下，撞擊靜止于水平木板上的木塊(不計(jì)空氣阻力)．則下列說(shuō)法中正確的是()A．小車(chē)在斜面上下滑的過(guò)程中，小車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能B．小車(chē)在斜面上下滑的過(guò)程中，小車(chē)的機(jī)械能增大C．木塊對(duì)木板的壓力和木板對(duì)木塊的支持力是一對(duì)平衡力D．若木板的表面光滑且足夠長(zhǎng)，則被撞擊后的木塊所獲得的動(dòng)能將保持不變2、下圖是高速公路避險(xiǎn)車(chē)道示意圖。當(dāng)高速行駛的汽車(chē)出現(xiàn)剎車(chē)失靈時(shí),可通過(guò)進(jìn)入避險(xiǎn)車(chē)道快速降低車(chē)速直至停止。避險(xiǎn)車(chē)道的作用是降低汽車(chē)因高速行駛而具有的哪種能量帶來(lái)的危害()A.動(dòng)能B.勢(shì)能C.內(nèi)能D.電能3、“物體動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，小紅同學(xué)讓同一鐵球從斜面的不同高度由靜止釋放，撞擊同一木塊，如圖所示．該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)觀察木塊移動(dòng)的距離來(lái)說(shuō)明鐵球?qū)δ緣K做功的多少．下列實(shí)驗(yàn)與此實(shí)驗(yàn)方法相同的是（）A．用紅墨水在水中的擴(kuò)散現(xiàn)象來(lái)認(rèn)識(shí)分子是運(yùn)動(dòng)的B．建立牛頓第一定律用“伽利略斜面小車(chē)實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行研究C．用不同的電阻和相同的電源研究電流和電阻的關(guān)系D．研究光的直線(xiàn)傳播時(shí)引入“光線(xiàn)”二、填空題1、利用如圖所示裝置探究“物體的動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”．將小球A、B分別拉到與豎直方向成一定角度θ的位置，然后都由靜止釋放，當(dāng)小球擺動(dòng)到豎直位置時(shí)，將與靜止在水平面上的木塊C發(fā)生碰撞，木塊都會(huì)在水平面上滑行一定距離后停止．圖中的擺長(zhǎng)L都相同，θ1＜θ2，球A、B的質(zhì)量分別為mA、mB(mA＜mB)．(1)如圖甲、乙所示，同時(shí)釋放A、B，觀察到它們并排擺動(dòng)且始終相對(duì)靜止，同時(shí)到達(dá)豎直位置．這表明兩小球在擺動(dòng)過(guò)程中的任一時(shí)刻的速度大小與小球的________無(wú)關(guān)．(2)如圖甲、乙所示，觀察到B球能將木塊C撞得更遠(yuǎn)，由此可得出結(jié)論：__________________________________________________．(3)圖乙中小球B到達(dá)豎直位置時(shí)的速度________(填“大于”“小于”或“等于”)圖丙中小球B到達(dá)豎直位置時(shí)的速度．圖乙、丙所示，圖丙中木塊C滑行得更遠(yuǎn)些，由此可得出結(jié)論：________________________________________________．(4)有同學(xué)在探究“動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)將實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)成如圖丁所示，利用質(zhì)量不同的鐵球?qū)椈蓧嚎s相同程度靜止釋放，撞擊同一木塊．該實(shí)驗(yàn)方案是否可行？答：________，若他按此方案操作，他會(huì)看到的現(xiàn)象是：________________________________．2、為了探究重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān),小明找到了A、B、C三個(gè)體積相同的小球。讓小球從高處自由落下,觀察小球砸入沙坑中的深淺程度來(lái)比較重力勢(shì)能的大小,其中mA=mB>mC,三次實(shí)驗(yàn)如圖所示。(1)為了探究重力勢(shì)能大小與質(zhì)量的關(guān)系,他應(yīng)選擇圖甲和圖進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

(2)為了探究重力勢(shì)能的大小與高度的關(guān)系,他應(yīng)選擇圖甲和圖進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

(3)本次試驗(yàn)用到了多種研究物理問(wèn)題的方法,請(qǐng)你任意指出其中一種方法,如:。

3、利用如圖的裝置探究物體的動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)。將小球A、B分別拉到與豎直方向成一定角度θ的位置,然后都由靜止釋放,當(dāng)小球擺動(dòng)到豎直位置時(shí),將與靜止在水平面上的木塊C發(fā)生碰撞,木塊都會(huì)在水平面上滑行一定距離后停止。圖中的擺長(zhǎng)L都相同,θA=θB,θB<θB',球A、B的質(zhì)量分別為mA、mB(mA<mB)。(1)如圖甲、乙所示,同時(shí)釋放A、B,觀察到它們并排擺動(dòng)且始終相對(duì)靜止,同時(shí)到達(dá)豎直位置,這表明兩小球在擺動(dòng)過(guò)程中的任一時(shí)刻的速度大小與小球的_________無(wú)關(guān)。

(2)如圖甲、乙所示,觀察到B球能將木塊C撞得更遠(yuǎn),由此可得出結(jié)論:________________________________________________________。

(3)圖乙中小球B到達(dá)豎直位置時(shí)的速度________(選填“大于”“小于”或“等于”)圖丙中小球B到達(dá)豎直位置時(shí)的速度,如圖乙、丙所示,圖丙中木塊C滑行得更遠(yuǎn)些,由此可得出結(jié)論:______________________________________________________。

4、火箭發(fā)射過(guò)程中殘骸墜落地面有可能砸毀民宅,這個(gè)問(wèn)題引起了某?？萍夹〗M的關(guān)注。豎直下落的物體與地面碰撞時(shí)對(duì)地面的作用力大小與哪些因素有關(guān)呢?某同學(xué)猜想與物體的質(zhì)量、開(kāi)始下落時(shí)離地面的高度有關(guān)。(1)你猜想還與________有關(guān)。

(2)該同學(xué)為驗(yàn)證他的猜想,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案。在水平地面上平鋪一些報(bào)紙,將涂滿(mǎn)紅色顏料的同一籃球從不同高度由靜止釋放,籃球會(huì)在報(bào)紙上留下大小不同的圓形紅色印跡;通過(guò)比較印跡的大小即可比較籃球?qū)Φ孛孀饔昧Φ拇笮　Ｔ摲桨杆玫降膶?shí)驗(yàn)方法有________________。

(3)另一同學(xué)將留有紅色印跡的報(bào)紙放在如圖所示電子測(cè)力計(jì)上,再將籃球放在印跡中央,用力下壓籃球,當(dāng)籃球恰好將_____________覆蓋時(shí),此時(shí)測(cè)力計(jì)示數(shù)即為籃球留下該印跡時(shí)對(duì)地面作用力的大小。

5、為了探究物體動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．（1）圖甲是讓不同質(zhì)量的小球沿同一光滑斜面從B處由靜止自由釋放，然后分別撞擊到放在水平面上的同一木塊，木塊在水平面運(yùn)動(dòng)一段距離后靜止時(shí)的情景．據(jù)此你能得到的結(jié)論是______________.（2）圖乙是讓質(zhì)量相同的小球沿同一光滑斜面分別從A、B由靜止自由釋放，讓后與放在水平面上的同一木塊相碰到靜止后的情景．據(jù)此你能得