探究影响动能和重力势能大小的因素

一、探究影响动能大小的因素

例1（2011泰州）小明猜想：动能的大小可能与物体的质量与物体的速度有关。因此，他设计了如下两种实验方案：

A．让同一辆小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑。与放在水平面上的木块相碰，比较木块在水平面上移动的距离（如图1甲所示)

B．让不同质量的小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，与放在水平面上的木块相碰。比较木块在水平面上移动的距离(如图1乙所示)。

上述两种实验方案中：

（1）A方案是为了探究动能大小与关系，若木块被撞后移动的距离越远．说明小车对木块的推力越多，小车撞击木块时的动能。

（2）小明想用B方案探究动能大小与质量的关系．该方案是否合理?。理由是。

解析：要研究动能的大小与哪些因素有关，首先就要知道怎样“看出”动能的大小。物体具有动能的大小是无法直接“看出”的。怎么办呢？我们想到物体具有的能量越多，它能对外做的功也越多，把物体具有能量的大小转换为它能够对外做功的大小反应出来。这就用到了转换法。

怎样研究物体具有动能的大小与物体的质量和速度的关系？要研究动能跟质量的关系，就要改变质量，同时控制速度不变；要研究动能跟速度的关系，就要改变速度，同时控制质量不变。以上两个关系研究好了，动能与质量、速度的关系也就出来了。这里就应用了控制变量法。

（1）让同一辆小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，目的是让小车进入水平面时有不同的速度，高度越高，速度越大。所以A方案是为了探究动能大小与物体速度的关系。小车撞击木块，就给木块一个作用力，木块在这个力的作用下移动一段距离，小车就对木块做了功，这表明小车具有能。木块被撞后移动的距离越远，说明小车对木块的推力做的功越多，也就表明小车撞击木块时的动能越大。

（2）让不同质量的小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，这样小车的质量不同，进入水平面时的速度也不同，有两个变量，不符合控制变量法，没法进行研究。

答案：（1）速度做功越大；（2）不合理没有控制小车进入水平面时的速度相同（或没有控制变量）

反思：物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。特别是对那些抽象的难以理解的物理知识，这种方法很有效。生活中你也用到过转换法，只是未注意罢了。空气是看不见摸不着的，但我们可以根据空气流动（风）所产生的作用来认识它。如红旗飘动，树叶摇晃等。

当要研究的一个物理量与另外几个物理量都有关系时，为简化和方便，先研究与其中一个量的关系，而要控制其余几个量不变。这种研究问题的方法叫控制变量法。若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法。

二、探究影响重力势能的因素

例2（2011 烟台）小明利用装有细沙的盒子、小桌、砝码、木块等器材,探究“重力势能的大小与哪些因素有关”,其过程如图2所示

(1)小明通过观察什么来判断重力势能的大小？

(2)分析比较甲、乙两图中的实验现象，得出的结论是什么？

(3)图乙和图丙探究的问题是什么？

解析：（1）能是物体具有的做功的本领，要判断重力势能的大小，就要看物体对小桌做功的大小，即小桌陷入沙中的深度。这里运用了转换法。

（2）分析比较甲、乙两图中的实验现象,可以看出是同一个砝码被举高的高度不同。因而得出的结论是：质量相同的物体，高度越高，具有的重力势能越大。

（3）观察图乙和图丙，是两个质量不同的物体，被举高的高度相同。根据控制变量法，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。因而探究的问题是重力势能大小与质量的关系。

总结：从以上可以看出，现在探究题的考查方式发生了很大的变化，单纯考查操作步骤、实验结论等凭机械记忆及套用就可奏效的考题已退出舞台，题目普遍重视探究的过程和方法的考查、重视基本实验能力的考查。大家在平时的学习过程中，应改变过分强调知识传承的倾向，让自己亲历科学探究过程，学习科学研究方法。改革以书本为主、实验为辅的教学模式，提倡多样化的学习方式。培养自己的探索精神、实践能力以及创新意识。

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