小明在实验室看到一科学玩具——牛顿摆,如图1*所示,它由支架、细线和5个完全相同的钢球组成,每个钢球通过两根无...
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小明在实验室看到一科学玩具——牛顿摆,如图1*所示,它由支架、细线和5个完全相同的钢球组成,每个钢球通过两根无**细线固定在支架上,并紧挨着排列在同一水平直线上。拉起最左侧的钢球,释放后,它像单摆一样向右摆动撞击相邻钢球,仅把最右侧的钢球撞出,其他球几乎静止不动。
这引发了小明的思考:为什么碰撞后仅有一个球摆动,而其余球仍然保持静止?于是他提出问题:被撞而摆动的钢球数量与哪些因素有关?接着他作出以下猜想:
I.可能与撞击球撞击时的速度大小有关
II.可能与撞击球的数量多少有关
将牛顿摆等效为单摆模型,如图1乙所示是一个钢球撞击其它钢球的情形,五个钢球自左向右标为A﹣E球。若不考虑能量损失,请回答下列问题:
(1)将A球作为撞击球拉至一定的高度(保持细线绷直),释放后,A球向右摆动过程中,将 能转化为动能。
(2)探究猜想I时,为了改变撞击球撞击时的速度,你的*作办法是: 。释放后,当钢球发生碰撞时,仅有E球被撞出,由此可判断:被撞而摆动的钢球数量与撞击球的速度 (选填:“有关”或“无关”)。
(3)通过上述实验,小明还是不明白为什么仅有一个球被撞出,于是他向老师请教,老师说:牛顿摆的钢球间发生碰撞时,撞击球的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球,所以最终只有一个钢球被撞出。根据老师的讲解,小明继续探究猜想II,将A.B两球作为撞击球紧挨着拉起一定高度后同时释放,A、B球向右摆动并与C球相撞,则此时可观察到的现象是如图2中的 (选填:“*”、“乙”或“*”);请闸述你选择的理由: 。
【回答】
(1)重力势 (2)将A球拉至不同的高度有静止释放 无关
(3)乙 撞击球的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球
【解答】(1)释放后,A球向右摆动过程中,高度减小,速度变大,重力势能转化为动能;
(2)探究被撞而摆动的钢球数量与撞击球撞击时的速度大小有关时,需要改变撞击球的速度的大小,即将A球拉至不同的高度有静止释放;
当钢球发生碰撞时,仅有E球被撞出,这表明被撞而摆动的钢球数量与撞击球的速度无关;
(3)将A、B两球作为撞击球紧挨着拉起一定高度后同时释放,由于在撞击的过程中,撞击球的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球,所以会有两个球被*起,故乙正确。
故*为:(1)重力势;(2)将A球拉至不同的高度有静止释放;无关;(3)乙;撞击球的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球。
【分析】(1)根据影响动能和势能的因素分析;
(2)(3)探究被撞而摆动的钢球数量与什么因素有关时,采用的是控制变量法,据此分析。
【点评】此题主要考查的是学生对动能大小影响因素的理解和掌握,同时考查学生对数据的分析和处理、总结归纳结论的能力,注意控制变量法和转换法在实验中的运用。
知识点:动能和势能
题型:实验,探究题
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