Question

19．理想实验是科学研究中的一种重要方法，它是将实验条件、过程在思维中以理想化的方式表现出来．如为了研究轻重不同的物体在真空中的下落快慢，科学家曾做过下面的理想实验．
将大小相同的金、铅、木三个实心小球，分别同时放入三种密度不同的介质中（ρ_介质1＞ρ_介质2＞ρ_介质3），观察比较三个小球下落的快慢，如图所示．

试回答下列问题．
（1）“下落的快慢”可以通过比较三个实心小球在同种介质的同一高度，由静止同时释放，下落到相同位置时所需的时间得出．
（2）在上述实验中，三个小球下落快慢的差异由大到小的介质依次是介质1、介质2、介质3．
（3）进一步推理可得：当三个小球在真空中同时由同一高度静止下落，它们下落快慢是相同（填“密度大的快”、“密度小的快”或“相同”）．

Answer 1

分析 （1）体积相同、材料不同的小球在三种密度不同的介质中，从相同高度开始做自由落体运动，通过比较下落到相同位置所用时间，比较出下落的快慢；
（2）观察三个小球在介质中下落到相同位置时，小球之间相对距离的大小可比较出小球在不同介质中下落快慢的差异；
（3）该实验运用推理法：在减小物体受到的阻力为零时，材料、质量不同的小球下落的速度相等．

解答 解：
（1）运用控制变量法，使三个体积相同、不同材料的实心小球在同一介质的相同高度处，同时释放，比较下落到相同位置时所用的时间，可以判断三个小球下落的快慢；
（2）三个小球在不同介质的相同高度下落到相同位置时，比较小球之间相对距离的大小，即可比较出小球在不同介质中下落快慢的差异；介质1中小球之间距离大，说明小球下落快慢的差异大；介质3中小球之间距离小，说明小球下落快慢的差异小；因此三个小球下落快慢的差异由大到小的介质一次是介质1、介质2、介质3；
（3）比较介质1、介质2、介质3发现，三种介质密度为：ρ_介质1＞ρ_介质2＞ρ_介质3，密度越小，小球下落快慢的差异越小，当介质不存在，即为真空时，小球下落快慢的差异将消失，即它们下落快慢相同．
故答案为：（1）时间；（2）介质1、介质2、介质3；（3）相同．

点评 本题考查的是自由落体运动的探究性实验，内容虽然是高中物理的知识，但本题考查的方法却是初中物理经常用到的方法-控制变量法．所以对于不是初中物理知识的实验题，我们也可以采用控制变量法去完成它，也就是说我们学习物理更重要的是要掌握方法，当我们遇到新的问题时，也可以自己设计实验去解决它，不能只停留在我学过的、我会的实验题上．