動能與勢能探究題賞析

孫維龍

一、動能探究題

例1 如圖1是探究“物體動能的大小與什么因素有關？”的實驗示意圖.

①讓小球從不同高度由靜止開始運動，碰到同一位置的相同木塊上，該實驗要探究的是物體的動能的大小與物體

的關系.

②該實驗物體的動能是指物體

（A/B）.

③該實驗物體動能的大小是通過

來反映的.

④該實驗物體的速度是指物體A從斜面上靜止滾下與物體B碰撞時

（碰前A/碰后A/碰前B/碰后B）的速度，它是通過 （高度/質量）來改變的.

⑤實驗中多次讓物體從斜面同一高度處靜止滾下時，應改變 （物體A/物體B）的質量，這是為了研究物體動能與物體質量的關系.

解析 （1）同一小球是控制小球的質量不變，改變小球的高度即改變物體運動的速度.

（2）小球與木塊碰撞后使木塊前進一段距離，說明小球對木塊做了功，小球具有動能.

（3）運動的小球與木塊碰撞后，推動木塊前進的距離越遠，說明小球的動能越大.

（4）小球從斜面上不同高度處滾下來，到達斜面底端時的速度不同；要改變小球在斜面上的高度來改變小球的速度，要保持小球的質量不變.

（5）保持小球的速度不變，必須讓小球從斜面的同一高度由靜止滾下，同時用質量不同的小球來進行實驗.

答案 ①速度 ②A ③物體B運動的距離 ④碰前A 高度 ⑤物體A

點評 本題不僅考查了物體動能的大小與什么因素有關，而且考查了科學探究中常用的控制變量法和轉換法.小球的動能大小是通過木塊被碰撞后前進距離的大小來反映的，這是轉換法的應用.解決本題的關鍵是理解和掌握影響動能大小的兩個因素，并熟練掌握控制變量法的應用.

二、勢能探究題

例2 在探究“物體的重力勢能與什么因素有關”時，小雨提出了如下猜想：

猜想一：物體的重力勢能可能與物體的質量有關.

猜想二：物體的重力勢能可能與物體所在的高度有關.

為此他設計了如圖2甲所示的實驗裝置.將兩端開口、長約1m、粗細均勻的圓柱形玻璃管豎直固定在鐵架臺上將粗細適宜的圓柱形泡沫塑料塊置于玻璃管內O點處（塑料塊與玻璃管內壁有適量的摩擦）.其他器材還有：刻度尺、一組系有細線的質量不等的鉤碼、用于調整泡沫塑料塊回到O點位置的木棒（如圖2乙所示）

請你幫助小雨回答下列問題：

（1）探究“猜想一”時，應使用質量

（相同/不同”）的鉤碼從 （相同/不同）的高度在玻璃管內由靜止下落，去沖擊O點的泡沫塑料塊，然后用刻度尺分別測量 ；從而比較出重力勢能的大小.

（2）設計探究“猜想二”的記錄實驗數據的表格.

解析 （1）探究物體的重力勢能與質量間的關系，或控制鉤碼下落時的高度相同，而鉤碼的質量不同；或控制鉤碼的質量不變，而鉤碼下落時的高度不同，再利用泡沫塑料塊下移的距離判斷重力勢能的變化.

（2）應記錄的數據是：鉤碼下落的高度和泡沫塑料塊下移的距離，鉤碼的質量.

答案 （1）不同、相同；泡沫塑料塊下移的距離；（2）見下表.

點評 本題主要考查對控制變量法的理解以及設計記錄實驗數據表格的能力.探究重力勢能與質量間的關系時，應控制高度不變；探究重力勢能與鉤碼下落的高度的關系時，應控制質量不變.

例3 在綜合實踐活動課上，王艷同學發現學校運動場地上有若干大小不等的鉛球，于是她想利用這些器材親自體驗一下“重力勢能的大小與哪些因素有關”.請你幫她設計實驗方案.

解析 本題應該考慮的因素是鉛球的質量和釋放鉛球的高度，至于怎樣判斷鉛球重力勢能的大小，就可以結合課本模擬打樁的實驗活動來進行：讓大小相同（不同）的鉛球從不同（相同）的高度靜止釋放去砸相同的木樁，看在相同的地面上，相同的木樁被砸的深度，如圖3.

答案 1.拿兩個質量不同的鉛球到操場上，在跳遠的沙坑里做實驗.

2.驗證重力勢能與質量的關系：將兩個質量不同的鉛球從同一高度自由釋放落向沙坑，觀察陷進沙坑的深度.

3.驗證重力勢能與高度的關系：將同一鉛球從不同高度落向沙坑，觀察陷進沙坑的深度.

點評 本題主要考查重力勢能的大小與哪些因素有關，以及根據所學知識和方法設計實驗方法和步驟的能力，綜合性較強.除了要知道重力勢能的大小與哪些因素有關外，還要能運用控制變量法設計實驗，完成探究.