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探究影响动能和势能的因素-探究影响动能重力势能弹性势能大小的因素详细信息
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第11讲 探究影响动能和势能的因素

探究影响动能和势能的因素 

突破点1  探究影响动能大小的因素 

例题14☆】在某次探究活动中,小明对老师给出的“小球在光滑斜面由静止释放时,所处高度越高,到达斜面底端的速度越大,而与小球质量无关”这一结论产生了质疑.他猜想小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度

猜想一:可能与小球在光滑斜面上的高度无关 
猜想二:可能与小球的质量有关 
他选择了一些实验器材,进行了如下实验(图中A、B、C分别表示小钢球在第0.1s末、第0.2s末、第0.3s末所处的位置,钢球1、2、3的质量关系为m1<m2=m3) 
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(1)实验一是为了验证猜想_________(选填“一”或“二”),通过该实验他得到的结论是:小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度与小球的质量______(选填“有关”或“无关”) 
(2)实验二中,小球2和3在同一光滑斜面的不同高度处同时由静止释放,到达底端时的速度分别为v2、v3,请判断v2_______v3(选填“>”、“=”或“<”). 
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(3)在完成了以上探究后,小明继续进行“探究动能的大小与速度的关系”的实验三,根据实验的结果:他得出了“速度越大,动能越大”的结论,你认为他的结论是否可靠?______(选填“可靠”或“不可靠”).原因是________________. 
解析:(1)由图可知两球所处的高度相同,但两球的质量不同,所以该实验是为了验证小球的动能可能与小球的质量有关;实验发现两球在相同的时刻到达同一地方,速度相同,因此球从光滑斜面上自由滚到底端时的速度与小球的质量无关; 
(2)由图可知,在相同的时间内,3球运动的距离比2球的运动距离远,因此3球的速度较大; 

(3)在研究动能与速度关系时,应该控制两球的质量相同,在该实验中两球的质量不同,因此得出的实验结论不可靠;

答案:(1)二;无关;(2)<;(3)不可靠;实验中没有使两球质量相同(或者没有用到控制变量法) 
点拨:解决此类多因素问题要结合控制变量法进行分析 
突破点2  探究影响重力势能大小的因素 

例题24☆】在生活、生产中我们常遇到下面事例:打夯时夯锤被高高抛起又下落,砸在工作面上;打桩机打桩时重锤被高高拉起又下落,打在桩面上…
(1)请你再举一个类的事例:____________;
(2)这些事例涉及到的共同物理知识是:_________;
(3)小军看到打桩机,思考“重锤对地面打击力的大小与什么因素有关”的问题,并提 出猜想一:打击力的大小与重锤的质量有关.请你另提出一个猜想二:打击力的大小与___________________.
(4)小军找来排球和足球模拟“打桩”来验证猜想一.设计实验方案如下:a.用台秤分别称出排球和足球质量m1、m2;b.在光滑平整的地板上放一张白纸,在白纸上叠放一张复写纸.将排球从纸的正上方一定高度静止下落,排球打在复写纸上,在白纸上留下打击的复写印迹.记为“印迹l”;c.换用足球从另一高度落下,重做上面的实验.得到足球打击的“印迹2”;d.如何利用台称较准确地测出排球和足球的打击力F1、F2的大小?小军有点为难,请你完成测出F1、F2的方案:___________________________________________;
(5)请对小军的实验方案作出评估:______________.
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解析:(1)打夯时夯锤以及打桩机打桩时重锤在工作时,都要被举高然后落下,砸在物体上.(2)打夯时使地面的形状发生变化;打桩机打桩时,将桩打入地面,使地的形状发生变化,都是利用力改变物体的形状.并且两种情况夯锤、打桩重锤都要被举高而具有了能量,所以也用到了重力势能的知识.(3)由于物体要被举高,所以猜想打击力还与物体举高的高度有关.(4)要想使两个力的大小相等,则使其作用效果相同就可以.(5)该同学在c中,换用足球从另一高度落下,重做上面的实验.得到足球打击的“印迹2”;没有控制高度相同,同时他采用的这种测量力的方法不易操作.为了使结果更加准确应进行多次测量.
答案:(1)铁匠将铁锤举高后打击铁块来改变铁块的形状(或其它合理的都可以).(2)利用力可以改变物体的形状或被举高的物体具有重力势能.(3)举高的高度有关.(4)将排球和足球印迹纸分别放在台秤上,并分别用排球和足球用手下压到与印迹完全相同,读出台秤的示数,就得到F1、F2的大小.(5) 没有控制两球下落高度相同或测量F1、F2时不易操作或没有进行多次测量等.
点拨:此题主要考查了重力势能的理解及影响因素,同时还考查了力的作用效果.在做题过程中要善于总结规律,找出共同点.

突破点3  探究影响弹性势能大小的因素 

例题35☆】(2011•云南昭通)为了探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”,小明同学有如下猜想:

猜想一:弹性势能的大小与弹簧的材料有关; 
猜想二:弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关. 
为探究猜想一是否正确,小明同学设计了如图甲所示的实验装置,探究方案如下(以下所有弹簧被压缩后都未超过其弹性限度): 
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①将A、B两根外形完全相同,材料不同的弹簧分别按图甲安装好;②将小球置于弹簧A的右端,使弹簧被压缩的长度为3cm(见图乙),放手后小球被弹出,并与一木块相碰,木块被推动了一段距离S1;③将小球置于弹簧B的右端,使弹簧被压缩的长度为3cm,放手后小球被弹出,并与在同一位置的同一木块相碰,木块被推动了一段距离S2;④比较S1、S2得出结论. 
(1)比较以上实验数据,若___________,说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关;若___________,说明弹性势能的大小与弹簧的材料无关. 
(2)由于弹性势能的大小不便用仪器测量,本实验中把弹性势能的大小转换为观察木块被推动的距离,这种研究方法叫转换法.请你按要求举出两个在探究中用转换法的实例:①热学:_______________________; 
②电学:______________________________. 
(3)请将探究猜想二的方案补充完整. 
①将弹簧A按如图13甲安装好;②将小球置于弹簧A的右端,使弹簧被压缩的长度为2cm,放手后小球被弹出,并与一木块相碰,木块被推动了一段距离S3; 
③_____________________________________. 
④_____________________________________. 
解析:(1)比较以上实验数据,若S1不等于S2,说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关;若S1等于S2,说明弹性势能的大小与弹簧的材料无关; 
(2)转换法的应用,热学中:在清水中滴入红墨水,通过扩散现象证明大量分子做无规则运动; 
电学中:通过磁铁吸引大头针的多少来说明磁性的强弱; 
(3)补充实验步骤:③将小球置于弹簧A的右端,使弹簧被压缩的长度改变,放手后小球被弹出,并与在同一位置的同一木块相碰,木块被推动了一段距离S4; 
④比较S3和S4得出结论. 
答案:(1)S1不等于S2,S1等于S2; 
(2)在清水中滴入红墨水,通过扩散现象证明大量分子做无规则运动;通过磁铁吸引大头针的多少来说明磁性的强弱; 
(3)③将小球置于弹簧A的右端,使弹簧被压缩的长度改变,放手后小球被弹出,并与在同一位置的同一木块相碰,木块被推动了一段距离S4; 

④比较S3和S4得出结论.
点拨:本题为探究弹性势能与哪些因素有关的实验,考查了分析实验能力、考查了学生对控制变量法、转换法的了解与掌握,属于难题.
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1.【4☆】掉在水平地面上的弹性小球会被弹起,而且弹跳的高度会越来越低.如图所示是小球弹跳的频闪照片,MN为等高线,小球在3、5位置的高度一样.下面说法正确的是(  )
A、小球在位置4时的势能最大
B、小球3和5比较,动能相等,势能也相等
C、小球3和5比较,它们的机械能相同
D、小球从位置1到位置2的过程中,势能主要转化为动能
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2、【5☆】简要回答有关水电站的下列问题,并说明理由.
(1)从能量转化的角度说明水电站的工作原理;
(2)建设水电站选址时,从能量利用的角度来看,你将选择图甲所示的A址,还是选择图乙所示的B址?为什么?
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