探究物体动能的影响因素

潘荣敏

探究物体动能大小的影响因素是机械能部分的重要实验之一，这里需要进一步巩固控制变量法、转换法在探究实验中的作用。

[实验要点]

物体由于运动而具有的能称为动能，一切运动的物体都具有动能。如图1是探究动能大小与质量、速度关系的实验装置图，实验中涉及以下知识要点。（1）水平面上木块的作用：通过木块被撞后移动距离的远近反映物体动能的大小（转换法）;（2）由于动能大小与质量、速度有关，因此本实验需要采用控制变量法，即探究动能与质量的关系时，须保持小球到达斜面底部速度相同，探究动能与速度的关系时，须保持小球质量相同;（3）让质量不同的小球从相同斜面的相同高度下滑的目的：使小球到达水平面时速度一样;（4）由于斜面与水平面存在摩擦力，小球在下滑过程中机械能不断减小（机械能中少部分转化为内能），因此，实验是探究小球在水平面上与木块碰撞前一瞬间动能大小与质量、速度的关系，所以每次实验前木块应处于同一位置;（5）动能大小的影响因素：物体质量和运动速度，质量越大、运动速度越大，动能越大。

[实验拓展]

1.本实验中由于小球动能是通过木块被撞后移动距离的远近反映的，因此，如果水平面绝对光滑则不能完成实验，因为木块将一直做匀速直线运动，无法比较木块移动的距离。

2.汽车的超载与超速是造成许多交通事故的重要因素，那么哪个因素影响更大呢？即在影响物体动能大小的因素中，质量和速度哪个因素对动能影响更大呢？利用上述图1中器材进行了实验测定，得到的数据如表1。对比1、3两组数据可知，在速度相同时，质量增大为原来的2倍，动能增大为原来的2倍;对比1、2两组数据可知，在质量相同时，速度增大为原来的2倍，动能增大为原来的4倍。由此可知，速度对物体的动能影响更大，即当发生交通事故时，超速造成的危害更严重。

[典例精析]

例（2020·福建）如图2，用钢球、木块和带有斜槽的长木板探究物体的动能跟哪些因素有关。

（1）如图甲，让钢球从斜槽上的某一高度由 开始运动，撞击水平面上的木块，钢球撞击木块时具有的动能大小可通过木块移动的距离来反映。

（2）如图乙，将钢球置于斜槽上更高的位置重复上述实验。实验表明，钢球质量一定时，从斜槽越高的位置开始运动，撞击木块的速度越大，钢球的动能越 。

（3）探究动能跟质量的关系时，应选择让质量 （选填“相同”或“不同”）的钢球从斜槽 （选填“相同”或“不同”）高度的位置开始运动。

解析：这是探究物体的动能跟哪些因素有关的典型实验，通过控制变量法探究实验，利用转换法显示动能的大小。

（1）實验中将钢球从斜槽上的某一高度由静止开始运动，撞击水平面上的木块，木块被撞击得越远，说明钢球具有的动能越大。

（2）将钢球置于斜槽上更高的位置重复上述实验，此时钢球运动到水平面上的速度较大，木块被撞击的距离更远，说明钢球具有的动能更大。

（3）探究动能跟质量的关系，应该控制钢球在水平面上的速度相同（即钢球从斜面相同高度静止释放），让质量不同的钢球从斜槽相同高度的位置开始运动，比较木块被撞击距离的远近。

小结：实验中要始终保持钢球的运动路线与木块的中心在同一条直线上，这样确保木块被撞击后沿着钢球水平滚动方向运动。

答案：（1）静止   （2）大   （3）不同 相同

（作者单位：江苏省高邮市送桥镇初级中学）