探究物体的动能跟哪些因素有关

贾元真 富春竹 祝蕊

[要点提炼]

1. 研究对象：钢球。如图1，实验通过观察木块被撞击后移动的距离s来反映钢球动能的大小。观察对象是木块，研究对象是钢球。

2. 研究方法：控制变量法和转换法。

（1）控制变量法：①控制钢球的质量相同，改变钢球的运动速度。实验结论是质量相同的物体，运动速度越快，它的动能越大。②控制钢球的运动速度相同，改变钢球的质量大小。实验结论是运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。

（2）转换法：物体的动能大小难以直接测量，只能借助做功来比较。实验中通过木块被撞击后移动的距离不同，说明钢球对木块做功不同。木块被推动得越远，表明钢球对木块做功越多，即钢球的动能越大。

3. 注意事项：

（1）实验的变量之一是“钢球的运动速度”而不是“下落高度”。在水平面直接用手推钢球也可以使其获得动能，但这样不易控制质量不同的钢球保持相同速度，所以实验选用斜面。在斜面上，钢球既可以获得相同的速度（从斜面的同一高度由静止滚下），也可以获得不同的速度（从斜面的不同高度由静止滚下）。

（2）本实验与探究阻力对物体运动的影响实验类似，但本实验却恰恰利用了水平面的摩擦力。在理想情况下，若水平面绝对光滑，木块将做匀速直线运动，本实验将无法利用转换法得出结论。

4. 拓展延伸：

（1）本实验可以将钢球换成圆柱体。用钢球去撞击木块是点接触，若撞击位置不正，会导致木块偏离预定轨道，直接影响木块被撞击后移动的距离。而圆柱体与木块的接触面较大，只要让圆柱体的轴线、斜面的底线、木块的受力边大致平行即可完成实验，但要注意圆柱体也不可太短。

（2）物体的质量和速度中，哪个因素对物体的动能影响较大？一般通过分析实验数据来比较。（最好能利用控制变量法）动能的表达式在高中物理才涉及，感兴趣的同学可以拓展学习。

（3）改变物体获得动能的方式。除了利用斜面使钢球获得动能外，还可以利用单摆（一根不可伸长的细线下面悬挂一个小球）、长木板和木块等器材进行探究实验（如下文的例题）。

[探究应用]

例 （2022·甘肃）如图2所示，摆线的长L相同，小球A、B的质量mA < mB，悬线与竖直方向的夹角θ1 < θ2。

（1）图甲、乙中，同时由静止释放A、B两球，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中任一时刻速度大小与小球的_______________________无关。

（2）小强设计用如图2所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。小球按图示位置由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止，本实验中通过比较__________________反映小球撞击木块C前的动能大小，这种研究方法叫__________________（选填“控制变量法”或“转换法”）。

（3）根据乙、丙所示的探究过程，他观察到图丙中木块C撞得更远，可得出结论：小球的动能大小与__________________（选填“速度”“高度”或“质量”）有关。

（4）若水平面绝对光滑且足够长，木块C被撞击后，它将做__________________（选填“减速”“匀速”或“加速”）直线运动。

（5）在探究小球动能与质量的关系时，有同学提议可以在水平桌面上将同一根弹簧压缩相同的程度，分别弹出质量不同的小球去撞击木块，撞击木块时小球的动能__________________（选填“相等”或“不相等”），该方案__________________（选填“正確”或“错误”）。

答案：（1）质量 （2）木块移动的距离   转换法 （3）速度 （4）匀速 （5）相等   错误