题目内容

13．小明在探究牛顿第一定律的实验中，如图A所示，用同一小车从同样斜面的同一高度由静止释放滑下，使它在三种不同表面的水平轨道上继续运动．
（1）为什么要让小车从斜面同一高度滑下？使小车滑到斜面底端时，具有相等的速度．
（2）小车在三种不同表面上运动的距离不同说明了：小车受到的阻力越小，小车运动的路程越长．
（3）对这个实验作进一步推想，可以得出什么结论？如果小车在绝对光滑的水平面上运动，即不受到阻力作用，小车将永远沿直线运动．

在探究活动中，小明对老师给出的“小球在光滑斜面由静止释放时，所处高度越高，到达斜面底端的速度越大，而与小球质量无关”这一结论产生了质疑．他想深入探究小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度与高度和质量的关系．
【猜想一】可能与小球在光滑斜面上的高度无关
【猜想二】可能与小球的质量有关
为了进行实验，他准备了3个钢球，则钢球1、2、3的质量关系必须满足m1＜m2=m3．实验过程如图B所示，（图中A、B、C分别表示小钢球在第0.1s末、第0.2s末、第0.3s末所处的位置）

（1）实验一是为了验证猜想二（选填“一”或“二”），通过该实验他得到的结论是：小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度与小球的质量无关 （选填“有关”或“无关”）．
（2）实验二中，小球2和3在同一光滑斜面的不同高度处同时由静止释放，到达底端时的速度分别为v2、v3，请判断v2＜ v3（选填“＜”、“＞”或“=”）．

分析 （1）①本实验影响小车运动距离远近的因素主要有两个：一是摩擦力的大小；二是小车到达水平面的速度大小．因此探究小车滑行的距离与摩擦力的关系时，就必须确保到达水平面时的速度相同；
②根据接触面的粗糙程度和小车滑行的距离进行归纳；
③在实验的基础上，加上科学的推理进行归纳：如果运动物体受到的阻力为零，它将会永远运动下去；
（2）①此题用到了控制变量法，从实验一可知；两球的质量不同，在斜面的高度相同．研究的是速度与质量的关系．
②实验二中球的质量相同，高度不同．研究的是速度与高度的关系．在这些异同点中找出解题思路．

解答 解：（1）①使小车从同一高度滑下，目的是为了让小车到达水平面就具有相同的速度．
②小车在不同平面上同过的距离不等，就说明了小车受到的摩擦阻力不同，小车运动距离越长就说明摩擦阻力越小；即在小车速度相等的情况下，受到的阻力越小，滑行的距离越长；
③从实验可以得出，小车受到的阻力越小，小车滑行的距离越远；因此如果小车不受阻力作用，那么小车将保持原来的速度和方向永远运动下去；即运动的小车，当不受到阻力作用时，将保持匀速直线运动．
（2）要探究速度与高度的关系，需使质量相等，高度不等，所以m1＜m2=m3．
①实验一可知；两球的质量不同，在斜面的高度相同．研究的是速度与质量的关系，即猜想二．由于两球在水平面上通过的距离相同，所以与质量无关．
②实验二中球的质量相同，高度不同．由于两球在水平面上通过的距离不同，所以与高度有关，因为S2＜S3，所以v2＜v3．
故答案为：
（1）①使小车滑到斜面底端时，具有相等的速度；②小车受到的阻力越小，小车运动的路程越长；③如果小车在绝对光滑的水平面上运动，即不受到阻力作用，小车将永远沿直线运动；
（2）=；①二；无关；②＜．

点评 实验探究题的关键是注意实验中的注意事项，以及具体实验探究的内容，并会熟练应用控制变量法和科学推理法进行分析探究问题．

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②如要探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系，应选序号为1、4、5三组数据进行分析．
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