Question

5．海若同学骑自行车来到一段上坡路，她发现即使不踩踏板，自行车也能冲上斜坡一段距离．几次试验，她发现在坡底时的速度越大，自行车自行冲上斜坡的距离就越远．自行车冲上斜坡的最大距离与哪些因索有关呢？海若同学提出了下列猜想：
A．与其运动到坡成时速度的大小有关；
B．与其在斜坡上受到摩擦力的大小有关；
C．与其质量的大小有关．
为了验证猜想，海若将一左侧光滑，右侧粗糙的弧形轨道固定在水平桌面上，并用小球模拟自行车，如图所示．将小球从左侧轨道某位置自由释放，小球沿轨道向下运动，继而冲上右侧轨道，测出小球在右侧轨道运动的最大距离s．（不计空气阻力）
请你作答以下问题：
（1）小珠在轨道上释放后会加速向下运动，是由于小球受到重力的作用；小球冲上右侧轨道的过程中，它的动能转化为重力势能和内能．
（2）海若将同一小球从左侧轨道的不同高度释放，分别记下小球冲上右侧轨道的最大距离s，这是为了探究猜想A（选填“A”、“B”或“C”）．
（3）在探究猜想C时，海若将质量不同的小球由左侧轨道相同高度自由释放，分别测出它们在右侧轨道运动的最大距离s，数据如表所示：

实验次数	1	2	3	4	5
小球质量m/g	20	30	40	50	60
小球冲上轨道的最大距离s/cm	30.1	30.2	29.8	29.9	30.1

①根据表中的数据可得出的结论是：小球冲上轨道的最大距离与小球的质量无关．
②小球在右侧轨道上运动的最大距离相同，即表示小球能到达的最大高度相同．某同学由此分析认为：“以上各次小球从左侧轨道滚到底端时速度相同，那么质量大的小球此时动能就大，则它冲上右侧轨道的高度一定越高．
这位同学的现点是否合理？不正确．原因是：小球上升过程中动能转化为重力势能，而动能和重力势能均与质量有关．

Answer 1

分析 （1）小珠在轨道上运动时，受到竖直向下的重力作用，所以会加速向下运动；
小球冲上右侧轨道过程中，速度减慢，高度增大，同时还要克服摩擦做功，从而判断出能量转化情况；
（2）实验中，小球滚下的高度不同，到达水平面时的速度不同，从而可分析出实验探究的因素；
（3）①根据表格中数据分析质量的变化和小球冲上轨道的最大距离的变化，得出小球冲上斜坡距离是否与质量有关；
②小球在上升过程中由动能转化为重力势能，动能与质量和速度有关，重力势能与物体的质量和高度有关，根据这个特点分析即可．

解答 解：（1）小珠在轨道上释放后会加速向下运动，是由于小球受到竖直向下的重力的作用；
小球冲上右侧轨道的过程中，动能减小，重力势能变大，将它的大部分动能转化为重力势能；
由于小球在滚动过程中要克服摩擦做功，所以部分机械能转化为内能．
（2）海若将同一小球从左侧轨道的不同高度释放，小球到达水平面时的速度不同，通过比较小球冲上右侧轨道的最大距离s，可探究小球滚动到斜面上距离与速度的关系，即可探究猜想A；
（3）①由表格中数据知，小球的质量发生明显的变化，在误差允许的范围内，小球冲上轨道的最大距离不变，可得小球冲上轨道的最大距离与小球的质量无关；
②小球的动能与质量和速度有关系，速度相同，小球的质量越大，动能越大，转化成的重力势能越大，但重力势能与质量和高度有关，因此小球到达的高度不一定大．
故答案为：（1）重；动；内；（2）A；（3）①无关；②不正确；小球上升过程中动能转化为重力势能，而动能和重力势能均与质量有关．

点评 本题通过自行车上坡时的现象探究了冲上斜坡高度的影响因素，主要考查了控制变量法在实验中的应用，在分析时注意控制的变量和改变的量来确定所研究的对象及结果．