1 [2024 广东深圳模拟,中]物理课上,军军同学在"探究物体的动能大小跟哪些因素有关"的实验中,将质量不同的两个由同种材料制成的小球$m_{1}$和$m_{2}(m_{1}＜m_{2})$,分别从不同的高度$h_{1}$和$h_{2}(h_{1}＞h_{2})$由静止开始释放,观察木块A被撞击后移动的距离,实验过程如图所示。

(1)原理:从斜面上滚下的小球碰上木块A后,能将A撞出一段距离s。在同样的水平面上,A被撞得越远,说明小球对A做的功就越多,小球的动能就越大,通过A被撞后运动距离的远近来反映小球动能大小的方法在物理学中属于(填"控制变量法"或"转换法")。
(2)选乙、丙两次实验可得出实验结论:物体的动能大小与有关。
(3)在图甲中,小球到达斜面底端后继续向前运动,是因为。如果水平面绝对光滑,木块A被撞击后将(填"静止""做匀速直线运动"或"做变速直线运动")。
(4)实验课上,小龙同学自己设计了如图丁所示的方法来探究动能的大小与速度的关系,他将质量相同的小球从不同高度$(h_{2}'＞h_{1}')$由静止开始释放,通过观察木块A在水平木板表面和水平毛巾表面上滑行的距离来判断小球动能的大小,这种方法是错误的,因为。

1. (1)转换法 (2)质量 (3)小球具有惯性
做匀速直线运动 (4)实验中没有控制水平
面的粗糙程度相同
【解析】(1)该实验中小球动能的大小是通过
木块A被撞后移动的距离来体现的,A被撞得
越远,说明小球的动能越大,这里采用了转换
法。(2)乙、丙两次实验中,小球质量不同,由
静止滚下的高度相同,到达水平面时的速度
相同,小球质量越大,撞击后木块移动的距离
越远,故可得出结论:物体的动能大小与质量
有关。(3)实验中,小球从斜面上运动到斜面
底端,由于小球具有惯性,所以小球会继续向
前运动;若水平面绝对光滑,木块A被撞击后
将做匀速直线运动。(4)用图丁所示的方法
探究动能的大小与速度的关系,应改变小球
撞击木块前的速度,控制其他因素相同,而实
验中没有控制水平面的粗糙程度相同,所以
是错误的。

【分析】
我们可以逐问梳理思路：
1. 第一问：首先明确动能是无法直接肉眼观测、直接测量的物理量，实验中把小球动能的大小转化为更容易观测的木块被推动的距离，通过木块移动远近间接判断动能大小，这种将不易观测的物理量转化为易观测现象的方法，和控制变量法（控制其余变量不变只改变一个变量的方法）区分开，就能得出答案。
2. 第二问：对比乙、丙两次实验，找相同条件和不同条件：两次小球释放高度都是h2，说明小球到达水平面的初速度相同，只有小球质量不同，木块移动距离不同，因此对应的探究变量就是动能相关的质量。
3. 第三问：小球滑到水平面后还能继续运动，是因为物体有保持原有运动状态的性质也就是惯性；如果水平面完全光滑，木块不受任何阻力，根据牛顿第一定律，它的运动状态不会改变，会一直做匀速直线运动。
4. 第四问：探究动能和速度的关系时，必须用控制变量法保证除了小球速度之外，其余所有会影响木块滑行距离的条件都一致，丁图两次实验的水平面分别是木板和毛巾，粗糙程度不一样，木块受到的摩擦力不同，无法通过滑行距离对比小球动能，因此方法错误。
【解析】
(1) 实验中无法直接测量小球动能的大小，将小球动能的大小转换为木块A被撞击后移动的距离，通过木块移动距离的远近间接反映小球动能的大小，这种研究方法属于转换法。
(2) 乙、丙两次实验中，小球从同一高度h2由静止释放，到达水平面时的初速度相同，小球的质量不同，最终木块被推动的距离不同，因此可得出物体的动能大小与质量有关。
(3) 小球到达斜面底端后，由于小球具有惯性，要保持原来的运动状态继续向前运动；如果水平面绝对光滑，木块A被撞击后不受任何阻力的作用，根据牛顿第一定律，木块将保持被撞击后的速度做匀速直线运动。
(4) 探究动能大小与速度的关系时，需要控制除小球速度之外的其他可能影响木块滑行距离的变量完全相同，图丁中两次实验的水平面粗糙程度不同，木块受到的摩擦力不同，无法通过木块滑行的距离准确比较小球的动能大小，因此该方法是错误的。
【答案】
(1) 转换法
(2) 质量
(3) 小球具有惯性；做匀速直线运动
(4) 实验中没有控制水平面的粗糙程度相同
【知识点】
转换法与控制变量法，动能的影响因素，牛顿第一定律
【点评】
本题是探究动能影响因素的经典实验题，覆盖了实验研究方法、实验结论推导、惯性与牛顿第一定律的延伸应用，易错点为第4问的控制变量条件判断，容易忽略水平面粗糙程度对木块滑行距离的干扰，侧重考察学生对实验设计逻辑的理解。
【难度系数】
0.7

2 [2024 广东兴宁模拟,中]某实验小组在"探究影响动能大小的因素"实验中。准备的器材有:质量分别为m、2m的两个钢球,木块和斜面等。实验过程如图所示(不考虑空气阻力)。

(1)本实验是通过来反映钢球动能大小的。
(2)实验为探究动能大小与速度的关系,应让质量相同的钢球,从同一斜面上(填"相同高度"或"不同高度")处由静止滚下。实验现象表明:当质量一定时,钢球速度越大,动能越。
(3)实验小组的同学联想到"探究阻力对物体运动的影响"时,也用到了斜面,让小车从斜面顶端由静止滑下,比较在不同水平表面滑行的距离大小(结果记录如表),小车在三个水平表面克服摩擦力做功(填"相等"或"不相等")。

(4)小磊在探究"动能大小与速度的关系"时将实验装置改成如图丁所示,利用质量相同的铁球将弹簧压缩不同程度后由静止释放,撞击同一木块。该实验方案是否可行? 答:。理由是。
A.铁球的质量相同,撞击木块时的速度不同
B.铁球的质量相同,撞击木块时的速度相同
C.铁球的质量不同,撞击木块时的速度不同
D.铁球的质量不同,撞击木块时的速度相同

2. (1)木块移动的距离 (2)不同高度 大
(3)相等 (4)可行 A 【解析】(1)该实验
中钢球动能的大小是通过木块被撞后移动的
距离来体现的,木块被撞得越远,说明钢球的
动能越大,这里采用了转换法的思想;(2)实
验中为了探究动能大小与速度的关系,应控
制质量相同,速度不同,即应让质量相同的钢
球,从同一斜面上不同高度处由静止滚下;实
验现象表明:当质量一定时,钢球速度越
大,推动木块移动的距离越远,动能越大;
(3)让小车从斜面顶端由静止滑下,小车的重
力势能相同,下滑到水平面时的动能也相
同,在不同的水平表面上运动,最终停下来
后,动能全部转化为内能,克服摩擦力做了多
少功就有多少动能转化为内能,所以小车在
三个水平表面克服摩擦力做功相等;(4)该方
案可行,因为观察图丁的装置可知,若用质量
相同的铁球将同一弹簧压缩不同程度后由静
止释放,撞击木块时的动能由弹簧的弹性势
能转化而来,释放时弹簧的弹性势能不同,撞
击木块时的速度不同,推动木块移动的距离也
不同,故A符合题意,BCD不符合题意。故选A。

【分析】
这道题围绕探究动能大小影响因素的实验展开，解题时要紧扣转换法和控制变量法的实验思想：
1. 第一问，动能是无法直接观测的物理量，我们需要将其转换为容易测量的宏观现象来体现，思考钢球动能大小能通过什么直观现象反映即可。
2. 第二问，探究动能和速度的关系时，根据控制变量法，必须保证唯一变量是速度，其余变量（钢球质量）保持一致，因此要让同质量钢球从斜面不同高度释放，改变到达水平面的初速度，进而总结质量一定时动能和速度的关系。
3. 第三问，从小车初始的机械能总量入手，小车最终静止，所有初始的机械能都用来克服摩擦力做功，因此可以判断不同表面下克服摩擦力做功的大小关系。
4. 第四问，辨析创新实验方案是否可行，要抓住探究动能和速度关系的要求：控制铁球质量相同，改变撞击木块时的速度，分析弹簧压缩量不同时弹性势能的变化，就能判断铁球撞击木块的速度是否不同，进而判断方案可行性。
【解析】
(1) 钢球的动能大小无法直接测量，实验中利用转换法，让钢球撞击木块，钢球动能越大，对木块做的功越多，木块被推动后移动的距离就越远，因此通过木块移动的距离来反映钢球动能的大小。
(2) 探究动能大小与速度的关系时，根据控制变量法，需要控制钢球质量相同，改变钢球到达水平面的速度，因此要让质量相同的钢球从同一斜面上不同高度处由静止滚下；实验现象显示，钢球速度越大，推动木块移动的距离越远，说明当质量一定时，钢球速度越大，动能越大。
(3) 让小车从斜面顶端由静止滑下，小车初始的重力势能完全相同，滑到水平面时的动能也相等，最终小车在不同水平表面上都静止，动能全部用来克服摩擦力做功，因此小车在三个水平表面克服摩擦力做功相等。
(4) 该实验方案可行，质量相同的铁球将弹簧压缩不同程度后静止释放，弹簧的弹性势能不同，释放后弹性势能转化为铁球的动能，铁球质量相同，因此撞击木块时的速度不同，符合探究动能与速度关系的控制变量要求，对应选项A。
【答案】
(1)木块移动的距离 (2)不同高度；大 (3)相等 (4)可行；A
【知识点】
动能的影响因素；控制变量法；转换法
【点评】
本题属于力学探究实验的综合题，既考察了课本核心实验的原理和操作细节，又关联了"探究阻力对物体运动的影响"的相关知识点，还设置了创新实验方案的辨析环节，能够有效检验学生对实验方法的理解程度，避免学生机械记忆实验步骤，对学生的逻辑分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6