耿相亦

機械能是一種常見的能量形式，包括動能和勢能，而勢能又包括重力勢能和彈性勢能。常見的關于機械能的探究實驗有兩個：“探究物體動能的大小跟哪些因素有關”“探究物體重力勢能的大小跟哪些因素有關”。由于這兩個實驗的思路是相似的，下面以前一實驗為例來說明實驗的方法、注意事項等。

要點提煉

探究物體動能跟哪些因素有關的實驗裝置如圖1所示：

1.實驗采用了以下兩種方法：

（1）轉換法：根據物塊被撞擊后移動的距離的遠近來反映鋼球動能的大小。

（2）控制變量法：①讓同一鋼球從斜面上不同的高度由靜止?jié)L下，觀察物塊被撞擊后移動的距離，來判斷物體動能的大小與速度的關系;②讓不同質量的鋼球從斜面上相同的高度由靜止?jié)L下，觀察物塊被撞擊后移動的距離，來判斷物體動能的大小與質量的關系。

2.實驗中應明確以下兩點：

（1）讓質量不同的鋼球從同一位置釋放的目的是控制鋼球到達水平面的速度相同;

（2）讓質量相同的鋼球從不同位置釋放的目的是改變鋼球到達水平面的速度。

3.通過實驗得到的結論：

質量相同的物體，速度越大，動能越大;運動速度相同的物體，質量越大，動能越大。

探究應用

例1 （2021·天津）興趣小組的同學認為車禍的危害程度與汽車的動能大小有關，于是他們進行了如下探究：

【提出問題】汽車的動能大小跟什么因素有關？

【猜想假設】（1）由“十次車禍九次快”可猜想：汽車的動能可能跟________有關;由“安全駕駛莫超載”可猜想：汽車的動能可能跟__________有關。

【進行實驗】（2）他們做了如圖2所示的三次實驗：用金屬球模擬汽車，讓金屬球從斜槽的某一高度由靜止開始滾下，碰到水平面上的物塊，將物塊撞出一段距離。物塊被撞擊得越遠，說明金屬球到達水平面時的動能就越________。

【分析論證】（3）分析甲、丙兩圖的實驗現(xiàn)象，可以初步得到的結論是：________。

【實踐應用】（4）用甲、乙兩圖的實驗現(xiàn)象所得到的結論，可以解釋汽車 ________（選填“超載”或“超速”）行駛時危險性大的原因。

答案：（1）速度 質量 （2）大 （3）質量相同時，汽車的速度越大，動能越大 （4）超載

例2 （2021·蘇州·常州）小明探究“重力勢能與重物質量和下落高度的關系”，如下表所示，重物質量m < M。

（1）讓重物自由下落到平放在細沙表面的小桌上，通過觀察桌腿下陷的深度判斷________（選填“小桌”或“重物”）的重力勢能大小。

（2）由實驗步驟________和________，可判斷重力勢能的大小和重物下落高度的關系。

（3）小明認為由實驗步驟B和C，可判斷重力勢能的大小和重物質量的關系，該觀點________（選填“正確”或“錯誤”），理由是 。

解析：（1）在實驗探究過程中，通過觀察桌腿下陷的深度來比較重物的重力勢能的大小。（2）研究重力勢能大小和高度的關系時，保證質量不變，改變小球的高度。由圖知，步驟A、B可判斷重力勢能的大小和重物下落高度的關系。（3）B、C步驟中重物的質量、高度兩個都是變量，不符合控制變量法，無法確定重力勢能的不同是由質量不同引起的還是由高度不同引起的。

答案：（1）重物 （2）A B （3）錯誤 重物的質量、高度兩個都是變量，無法比較

（作者單位：黑龍江省哈爾濱市賓縣教師進修學校）