Question

20．小华为了探究动能的大小与哪些因素有关，他设计了如图甲、乙所示的实验．
①让质量相同的两个小球沿同一光滑圆形轨道分别从A处和B处由静止释放，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图甲所示．
②让不同质量的两个小球沿同一光滑圆形轨道分别从A处由静止释放，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图乙所示．上述甲、乙两组实验中：

（1）乙图中让不同质量的两个小球从同一高度静止释放的目的是使小球到达水平面时的初速度相同；
（2）甲、乙两组实验分别说明了物体的动能大小与物体的速度和质量有关；
（3）上述实验中，利用纸盒被撞后移动的距离大小来比较物体的动能大小，下列四个实例中与此实验方法相同的有①③（填序号）；
①根据磁场对磁体有力的作用来认识磁场：
②保持电阻大小不变，改变电阻两端的电压值，观察电流如何随电压变化而变化；
③研究电流的大小时，根据电流产生的效应大小来判断电流的大小；
④认识电流大小时，用水流进行类比．
（4）如图丙所示，让小球从A点由静止释放，运动到C点时，若一切外力全部消失，则小球会沿b（选填a、b、c或d）路线继续运动，你判断的依据是牛顿第一定律．

Answer 1

分析 （1）动能的大小与物体的质量和物体运动的速度有关，故想探究动能的影响因素，必须用控制变量的思维来考虑，即想探究动能大小与物体运动速度的关系，即需控制小球的质量，改变小球运动到斜面底端的速度（通过改变小球在斜面上的不同的高度来实现）；若想探究动能大小与物体的质量是否有关，即需控制小球在斜面上的高度（即小球到斜面底端的速度），改变小球的质量来进行试验；
（2）在物理学中，我们经常把一些不易观察的物理量转化为便于观察的物理量，这就是我们所说的转换法，即在该实验中，动能的大小不易观察，于是我们将小球的动能的大小转换为小球推动木块移动的距离 来观察，即小球推动木块距离越远，小球所具有的动能就越大；在物理学中经常用的转换法，请同学们注意区分和理解．
（3）根据牛顿第一定律，当物体不受外力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态．

解答 解：
（1）图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是为了使小球到达水平面时的初速度相同；
（2）甲图实验能表面小球的动能与小球的运动速度有关，乙图实验能表明小球的动能与小球的质量有关，故甲、乙两组实验可以得出的结论是：物体的动能大小与物体的质量和速度有关；
（3）在该题中，利用纸盒被撞后移动的距离大小来比较物体的动能大小是采用了转换法．
①将看不见的磁场的认识转换为磁场力来观察，所以这里也采用了转换法，故该选项正确；
②保持电阻大小不变，改变电阻两端的电压值，观察电流如何随电压变化而变化，这里采用了控制变量法，故该选项不符合题意；
③把看不见的电流的大小转换为电流效应的大小，故是转换法，故该选项符合题意；
④认识电流大小时，用水流进行类比，这里采用了类比法，故该选项不符合题意．
故选①③．
（4）图丙所示，让小球从A点由静止释放，运动到C点时，若一切外力全部消失，根据牛顿第一定律则小球会沿b路线继续运动．
故答案为：（1）使小球到达水平面时的初速度相同；（2）速度； 质量；（3）①③；（4）b； 牛顿第一定律．

点评 明确本实验中研究动能大小的决定因素时运用了控制变量法，反映动能多少时运用了转换法．