动能与势能探究题赏析

孙维龙

一、动能探究题

例1 如图1是探究“物体动能的大小与什么因素有关？”的实验示意图.

①让小球从不同高度由静止开始运动，碰到同一位置的相同木块上，该实验要探究的是物体的动能的大小与物体

的关系.

②该实验物体的动能是指物体

（A/B）.

③该实验物体动能的大小是通过

来反映的.

④该实验物体的速度是指物体A从斜面上静止滚下与物体B碰撞时

（碰前A/碰后A/碰前B/碰后B）的速度，它是通过 （高度/质量）来改变的.

⑤实验中多次让物体从斜面同一高度处静止滚下时，应改变 （物体A/物体B）的质量，这是为了研究物体动能与物体质量的关系.

解析 （1）同一小球是控制小球的质量不变，改变小球的高度即改变物体运动的速度.

（2）小球与木块碰撞后使木块前进一段距离，说明小球对木块做了功，小球具有动能.

（3）运动的小球与木块碰撞后，推动木块前进的距离越远，说明小球的动能越大.

（4）小球从斜面上不同高度处滚下来，到达斜面底端时的速度不同；要改变小球在斜面上的高度来改变小球的速度，要保持小球的质量不变.

（5）保持小球的速度不变，必须让小球从斜面的同一高度由静止滚下，同时用质量不同的小球来进行实验.

答案 ①速度 ②A ③物体B运动的距离 ④碰前A 高度 ⑤物体A

点评 本题不仅考查了物体动能的大小与什么因素有关，而且考查了科学探究中常用的控制变量法和转换法.小球的动能大小是通过木块被碰撞后前进距离的大小来反映的，这是转换法的应用.解决本题的关键是理解和掌握影响动能大小的两个因素，并熟练掌握控制变量法的应用.

二、势能探究题

例2 在探究“物体的重力势能与什么因素有关”时，小雨提出了如下猜想：

猜想一：物体的重力势能可能与物体的质量有关.

猜想二：物体的重力势能可能与物体所在的高度有关.

为此他设计了如图2甲所示的实验装置.将两端开口、长约1m、粗细均匀的圆柱形玻璃管竖直固定在铁架台上将粗细适宜的圆柱形泡沫塑料块置于玻璃管内O点处（塑料块与玻璃管内壁有适量的摩擦）.其他器材还有：刻度尺、一组系有细线的质量不等的钩码、用于调整泡沫塑料块回到O点位置的木棒（如图2乙所示）

请你帮助小雨回答下列问题：

（1）探究“猜想一”时，应使用质量

（相同/不同”）的钩码从 （相同/不同）的高度在玻璃管内由静止下落，去冲击O点的泡沫塑料块，然后用刻度尺分别测量 ；从而比较出重力势能的大小.

（2）设计探究“猜想二”的记录实验数据的表格.

解析 （1）探究物体的重力势能与质量间的关系，或控制钩码下落时的高度相同，而钩码的质量不同；或控制钩码的质量不变，而钩码下落时的高度不同，再利用泡沫塑料块下移的距离判断重力势能的变化.

（2）应记录的数据是：钩码下落的高度和泡沫塑料块下移的距离，钩码的质量.

答案 （1）不同、相同；泡沫塑料块下移的距离；（2）见下表.

点评 本题主要考查对控制变量法的理解以及设计记录实验数据表格的能力.探究重力势能与质量间的关系时，应控制高度不变；探究重力势能与钩码下落的高度的关系时，应控制质量不变.

例3 在综合实践活动课上，王艳同学发现学校运动场地上有若干大小不等的铅球，于是她想利用这些器材亲自体验一下“重力势能的大小与哪些因素有关”.请你帮她设计实验方案.

解析 本题应该考虑的因素是铅球的质量和释放铅球的高度，至于怎样判断铅球重力势能的大小，就可以结合课本模拟打桩的实验活动来进行：让大小相同（不同）的铅球从不同（相同）的高度静止释放去砸相同的木桩，看在相同的地面上，相同的木桩被砸的深度，如图3.

答案 1.拿两个质量不同的铅球到操场上，在跳远的沙坑里做实验.

2.验证重力势能与质量的关系：将两个质量不同的铅球从同一高度自由释放落向沙坑，观察陷进沙坑的深度.

3.验证重力势能与高度的关系：将同一铅球从不同高度落向沙坑，观察陷进沙坑的深度.

点评 本题主要考查重力势能的大小与哪些因素有关，以及根据所学知识和方法设计实验方法和步骤的能力，综合性较强.除了要知道重力势能的大小与哪些因素有关外，还要能运用控制变量法设计实验，完成探究.