初中物理尖子生自主招生培优讲义版块11 功和机械能 专题11-5　机械能相关实验 （教师版）

专题11-5机械能相关实验

知识·解读

一、影响动能大小因素的探究问题

1.使小球获得动能的方法:让小球从同一斜槽的某一高度由静止滚下。

2.实验方法:

①转换法:通过木块被撞后移动距离的远近反映物体动能的大小。

②控制变量法:实验中探究动能与小球质量的关系,必须保持小球到达水平面的速度相同

(方法:使小球从同一斜槽的同一高度由静止滚下);探究动能与小球速度的关系,必须保持

小球的质量相同。

3.设计实验记录表格,分析可得出:物体的质量和物体运动的速度都影响物体动能的大小,且

质量越大、运动速度越大,动能越大。

4.超速、超载问题的判断:超速问题质量不变,超载问题速度不变。

5.小球从开始运动到静止过程中机械能的变化:在斜槽上运动时,机械能减少,重力势能转化

为动能和内能;在水平面上运动时,因为受到摩擦阻力,最后静止,机械能转化为内能。

6.水平面绝对光滑不能完成实验:木块将一直做匀速直线运动,无法比较木块移动的距离。

二、影响重力势能大小因素的探究问题

1.实验方法:

①转换法:通过沙坑的凹陷程度反映物体重力势能的大小。

②控制变量法:实验中探究重力势能与物体质量的关系,必须保持物体高度相同(方法:不

同物体从同一高度由静止落下);探究重力势能与高度的关系,必须保持物体的质量相同

(方法:同一物体从不同高度由静止落下)。

2.设计实验记录表格,分析可得出:物体的质量和物体所处的高度都影响物体的重力势能大

小,且质量越大、所处高度越大,重力势能越大。

3.物体下落过程中未接触沙子时机械能的变化:考虑空气阻力的情况下,机械能减少,重力势

能转化为动能和内能。接触沙子后,因为受到摩擦阻力,最后静止,所以机械能转化为内

能。

4.计算物体的重力势能(Ep=mgh)。

典例·解读

类型一：影响动能大小因素

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例、如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜

1

面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止．

(1)小球滚下斜面的过程中，它的________能转化为动能，其动能大小是通过木块移动的距

离来反映的．

(2)分析比较________两次实验，可探究出的结论是：质量相同的物体，速度越大，动能越

大．

(3)甲实验中若木块的重力为1N，水平移动的距离是30cm.则重力对木块做功________J.

(4)如果水平面光滑，则________(选填“能”或“不能”)完成本实验．

【答案】(1)重力势(2)甲、乙(3)0(4)不能．

【解析】(1)小球从斜面滚下过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；

(2)由实验可知，甲、乙两次实验，球的质量相同，甲滚下的高度大于乙滚下的高度，甲中木

块移动距离更远，说明动能较大，可得质量相同的物体，速度越大，具有的动能就越大；

(3)木块在水平方向上运动，在重力的方向上没有移动距离，不做功，重力G对木块做的功为

0J；

(4)如果水平面光滑，则没有摩擦，木块在水平方向上受力为0，竖直方向上受到平衡力作用，

根据牛顿第一定律，运动的物体在受平衡力的作用时，将一直做匀速直线运动，无法测量滑

行距离，故不能完成本实验．

类型二：影响重力势能大小因素

例、某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能

2

与物体的质量、下落高度和运动路径有关．于是设计了如图所示的实验：用大小、形状

相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、

D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B

两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙

表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H

的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管

道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)．实验测得A、B两球陷入沙深

度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，且h1＜h2＜h3.

(1)本实验中，铅球的重力势能大小是通过__________________来反映的；

(2)比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：

___________________________________；

(3)比较________两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，

下落高度越高，物体的重力势能越大；

(4)比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体

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的重力势能与物体运动的路径________(填“有关”或“无关”)．

（5）小球在下落过程陷入沙面前，将重力势能转化为____能，陷入沙中后到小球静止过程

中，将机械能转化为_____能.

【答案】(1)球陷入沙面的深度(2)当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大

(3)A、C(4)无关（5）动内.

【解析】本题考查探究影响重力势能大小的因素.

（1）用沙子凹陷的深度来间接反映物体重力势能的大小，这种研究物理问题的方法称为转换法；

（2）B球比A球重，A、B两球下落高度相同而B球在沙内凹陷得程度大，说明当所处高度相同

时，物体质量越大，重力势能越大；

（3）依据控制变量法的要求，在比较高度对物体重力势能的影响情况时，需控制两球的质量相

同，因此应选A、C两球进行实验对比；

（4）C、D两球质量和所处位置的高度相同，但D球运动路径与C球不同，而在沙中凹陷得程

度相同，说明重力势能与物体运动路径无关；

（5）球从高处下落时，高度越来越低、速度越来越大，这是将物体的重力势能转化为动能；当

小球接触沙子静止后，其动能变为零，这是因为运动的小球克服沙子的阻力做功，将自身的动

能全部转化为沙子的内能.

培优·训练

一、选择题

1、在如图所示的实验中，小车从斜面的某一高度由静止开始滑下，撞击静止于水平木板上

的木块(不计空气阻力)．则下列说法中正确的是()

A．小车在斜面上下滑的过程中，小车的动能转化为重力势能

B．小车在斜面上下滑的过程中，小车的机械能增大

C．木块对木板的压力和木板对木块的支持力是一对平衡力

D．若木板的表面光滑且足够长，则被撞击后的木块所获得的动能将保持不变

2、下图是高速公路避险车道示意图。当高速行驶的汽车出现刹车失灵时,可通

过进入避险车道快速降低车速直至停止。避险车道的作用是降低汽车因高

速行驶而具有的哪种能量带来的危害()

A.动能B.势能C.内能D.电能

3、“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验

中，小红同学让同一铁球从斜面的不同高度

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由静止释放，撞击同一木块，如图所示．该实验是通过观察木块移动的距离来说明铁球

对木块做功的多少．下列实验与此实验方法相同的是（）

A．用红墨水在水中的扩散现象来认识分子是运动的

B．建立牛顿第一定律用“伽利略斜面小车实验”进行研究

C．用不同的电阻和相同的电源研究电流和电阻的关系

D．研究光的直线传播时引入“光线”

二、填空题

1、利用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”．将小球A、B分别拉到与竖

直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止

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．图中的摆长

L都相同，θ1＜θ2，球A、B的质量分别为mA、mB(mA＜mB)．

(1)如图甲、乙所示，同时释放A、B，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的任一时刻的速度大小与小球的________无关．

(2)如图甲、乙所示，观察到B球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：

__________________________________________________．

(3)图乙中小球B到达竖直位置时的速度________(填“大于”“小于”或“等于”)图丙中

小球B到达竖直位置时的速度．图乙、丙所示，图丙中木块C滑行得更远些，由此可得

出结论：

________________________________________________．

(4)有同学在探究“动能大小与质量的关系”时将实验装置改进成如图丁所示，利用质量不

同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击同一木块．该实验方案是否可行？答：

________，若他按此方案操作，他会看到的现象是：________________________________．

2、为了探究重力势能的大小与哪些因素有关,小明找到了A、B、C三个体积

相同的小球。让小球从高处自由落下,观察小球砸入沙坑中的深浅程度来

比较重力势能的大小,其中mA=mB>mC,三次实验如图所示。

(1)为了探究重力势能大小与质量的关系,他应选择图甲和图进行对比实验。

(2)为了探究重力势能的大小与高度的关系,他应选择图甲和图进行对比实验。

(3)本次试验用到了多种研究物理问题的方法,请你任意指出其中一种方法,

如:。

3、利用如图的装置探究物体的动能大小与哪些因素有关。

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将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定

角度θ的位置,然后都由静止释放,当小

球摆动到竖直位置时,将与静止在水平面

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。图中的摆长L

都相同,θA=θB,θB<θB',球A、B的质量

分别为mA、mB(mA<mB)。

(1)如图甲、乙所示,同时释放A、B,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的任一时刻的速度大小与小球的_________无关。

(2)如图甲、乙所示,观察到B球能将木块C撞得更远,由此可得出结论:

________________________________________________________。

(3)图乙中小球B到达竖直位置时的速度________(选填“大于”“小于”或“等于”)

图丙中小球B到达竖直位置时的速度,如图乙、丙所示,图丙中木块C滑行得更远些,由

此可得出结论:______________________________________________________。

4、火箭发射过程中残骸坠落地面有可能砸毁民宅,这个问题引起了某校科技小组的关注。竖

直下落的物体与地面碰撞时对地面的作用力大小与哪些因素有关呢?某同学猜想与物体

的质量、开始下落时离地面的高度有关。

(1)你猜想还与________有关。

(2)该同学为验证他的猜想,设计了如下实验方案。在水平地面上平铺一些报纸,将涂满红

色颜料的同一篮球从不同高度由静止释放,篮球会在报纸上留下大小不同的圆形红色印

迹;通过比较印迹的大小即可比较篮球对地面作用力的大小。该方案所用到的实验

方法有________________。

(3)另一同学将留有红色印迹的报纸放在如图所示电子测力计上,再将篮球放在印迹

中央,用力下压篮球,当篮球恰好将_____________覆盖时,此时测力计示数即为篮

球留下该印迹时对地面作用力的大小。

5、为了探究物体动能大小与哪些因素有关，同学们设计了如图甲、乙所示的实验装置来进

行实验．

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（1）图甲是让不同质量的小球沿同一光滑斜面从B处由静止自由释放，然后分别撞击到

放在水平面上的同一木块，木块在水平面运动一段距离后静止时的情景．据此你能得到

的结论是______________.

（2）图乙是让质量相同的小球沿同一光滑斜面分别从A、B由静止自由释放，让后与放

在水平面上的同一木块相碰到静止后的情景．据此你能得出结论是___________．

（3）实验后，同学们联想到在公交事故中，造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超

速”，进一步想知道，在影响物体动能大小的因素中，哪个队动能影响更大，于是利用

上述器材进行了实验测定，得到的数据如下表．

①为了探究“超载”隐患时，应选择________序号的实验进行比较．

②分析表格中对应的数据可知：________对物体的动能影响更大，即当发生交通事故时，

由此造成的危害更严重．

130104

2302016

360108

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专题11-5机械能相关实验

例、【答案】(1)重力势(2)甲、乙(3)0(4)不能．

1

【解析】(1)小球从斜面滚下过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；

(2)由实验可知，甲、乙两次实验，球的质量相同，甲滚下的高度大于乙滚下的高

度，甲中木块移动距离更远，说明动能较大，可得质量相同的物体，速度越大，

具有的动能就越大；

(3)木块在水平方向上运动，在重力的方向上没有移动距离，不做功，重力G对木

块做的功为0J；

(4)如果水平面光滑，则没有摩擦，木块在水平方向上受力为0，竖直方向上受到

平衡力作用，根据牛顿第一定律，运动的物体在受平衡力的作用时，将一直做匀

速直线运动，无法测量滑行距离，故不能完成本实验．

例、【答案】(1)球陷入沙面的深度(2)当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能

2

越大

(3)A、C(4)无关（5）动内.

【解析】本题考查探究影响重力势能大小的因素.

（1）用沙子凹陷的深度来间接反映物体重力势能的大小，这种研究物理问题的方法

称为转换法；

（2）B球比A球重，A、B两球下落高度相同而B球在沙内凹陷得程度大，说明当所

处高度相同时，物体质量越大，重力势能越大；

（3）依据控制变量法的要求，在比较高度对物体重力势能的影响情况时，需控制两

球的质量相同，因此应选A、C两球进行实验对比；

（4）C、D两球质量和所处位置的高度相同，但D球运动路径与C球不同，而在沙

中凹陷得程度相同，说明重力势能与物体运动路径无关；

（5）球从高处下落时，高度越来越低、速度越来越大，这是将物体的重力势能转化

为动能；当小球接触沙子静止后，其动能变为零，这是因为运动的小球克服沙子的

阻力做功，将自身的动能全部转化为沙子的内能.

培优·训练

一、选择题

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1、D

2、A

3、A

二、填空题

1、(1)质量(2)速度相同时，物体质量越大，它的动能就越大(3)小于质量相同时，

物体速度越大，它的动能就越大(4)不可行木块最终移动距离相同

2、(1)丙(2)乙(3)控制变量法(或转换法)

【解析】重力势能大小取决于物体的质量和高度,所以在探究重力势能大小与质量的关系

时,要控制高度相同,物体的质量不同,所以应选择图甲和图丙进行对比实验;在探究重力势

能大小与高度的关系时,要控制物体的质量相同,高度不同,所以应选择图甲和图乙进行对比

实验。这利用了控制变量法。同时,在此实验中,用小球砸入沙坑中的深浅程度来体现重力势

能的大小,这利用了转换法。

3、(1)质量(2)速度相同时,物体质量越大,它的动能越大(3)小于质量相同时,物体速

度越大,它的动能越大

【解析】(1)分析题图甲、乙,可以看出,两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小

球的质量无关。

(2)由题图甲、乙可以得出结论:速度相同时,物体质量越大,它的动能越大。

(3)由于题图乙小球开始时的高度小于题图丙中的小球B的高度,所以题图乙中小球