【分析】
我们可以结合探究动能影响因素的实验原理,逐个梳理解题思路:
1. 第一问:实验中是让从斜面滑下的小球撞击木块,通过木块的运动情况来反映小球的动能,因此探究的对象是小球。
2. 第二问:动能大小无法直接观测,我们把它的大小转换为木块被推动的距离长短来判断,这种研究方法是转换法;如果水平面绝对光滑,木块被撞击后不受摩擦力,会一直做匀速直线运动,无法通过木块最终的移动距离比较动能大小,因此不能达到实验目的。
3. 第三问:探究动能与质量的关系时,根据控制变量法,需要控制小球到达水平面的速度相同,改变小球质量,也就是让不同质量的小球从斜面同一高度静止释放,甲、丙两图符合这个条件。
4. 第四问:甲、乙两次实验中小球质量相同,乙图小球释放高度更高,到达水平面的速度更大,木块移动距离更远,由此推导对应的实验结论。
5. 第五问:丁装置中,压缩程度相同的弹簧弹性势能相同,释放后转化给小球的动能相同,若换用不同质量的小球,小球获得的初速度会不同,无法控制速度变量一致,因此无法探究动能和质量的关系。
【解析】
(1) 本实验的研究对象是沿斜面下滑的小球,通过小球撞击木块的现象来探究小球的动能大小,因此探究的是小球的动能。
(2) 实验中将不易直接测量的动能大小,转换为容易观测的木块移动距离长短来比较,该研究方法是转换法;若水平面绝对光滑,木块不受阻力,被撞击后将一直保持匀速直线运动,无法通过木块移动的距离比较小球动能的大小,因此本实验不能达到探究目的。
(3) 探究动能大小与质量的关系时,需控制小球到达水平面的速度相同,改变小球质量,甲、丙两图中小球从同一高度h1静止释放,到达水平面的速度相同,小球质量不同,符合实验要求,因此选择甲、丙两图。
(4) 甲、乙两次实验中,小球质量均为m1,质量相同,乙图中小球释放高度更高,到达水平面时速度更大,木块移动距离更远,因此可得结论:质量相同时,物体的速度越大,动能越大。
(5) 丁装置中,将同一弹簧压缩相同程度释放,弹簧的弹性势能相同,小球获得的动能相同,若选用不同质量的小球,小球离开弹簧时的速度不相等,无法控制速度这一变量相同,因此不能用于探究动能大小与物体质量的关系。
【答案】
(1)小球
(2)转换法 不能
(3)甲、丙
(4)质量相同时,速度越大,动能越大
(5)质量
【知识点】
动能的影响因素、转换法、控制变量法
【点评】
本题是探究动能大小影响因素的经典实验题,重点考查了转换法和控制变量法的核心实验思想,同时设置了创新的弹簧释放小球的实验场景,考察学生对变量控制逻辑的理解,第五小问是易错点,需要明确弹性势能转化为小球动能时,不同质量小球的初速度无法保持一致。
【难度系数】
0.7