Question

【題目】老師利用如圖甲所示的裝置演示動能與重力勢能的相互轉化后，小光想：小球在擺動過程中的機械能的大小是否與細線的長度有關呢？為了探究此問題，他設計了以下實驗裝置：將無彈性的細線上端固定在鐵架臺上，下端拴住小球，使小球擺動到最低點時恰好撞擊靜止在水平桌面上的木塊，如圖乙所示。（不計細線固定端的摩擦與空氣阻力）

（1）小光將長l的細線拉至水平狀態靜止時，小球具有的機械能是以_____能的形式存在。

（2）釋放小球后，木塊被小球撞擊并在水平桌面上滑動了一段距離s，在此過程中木塊克服_____力做功。

（3）小光多次改變拴小球的細線長度，并調整細線固定端的位置，每次均將小球拉至細線處于水平狀態時自由釋放，使它擺動到相同的最低點撞擊同一木塊，測出木塊被撞擊后運動的距離，通過比較運動距離的長短來判斷小球具有的機械能大小。請你分析小光的實驗方案是否可行？_____，理由是_____。

（4）小光想：細線沒有彈性，如果換成長度l′（l′<l）的橡皮筋拴住小球，并保持小球在第（1）問的水平高度靜止（如圖丙），自由釋放小球后，若仍能擺動到原來的最低點撞擊同一木塊，那么借助橡皮筋的彈性應該能使木塊運動的距離大于s。請你從能量轉化的角度分析這一設想是否正確？_____。

Answer 1

【答案】 重力勢 摩擦 不可行 不能控制高度相同 重力勢能中的一部分能量轉化為橡皮筋的彈性勢能，故小球擺動到最低點時的動能減小

【解析】（1）小光將長l的細線拉至水平狀態靜止時，小球具有相當的高度，而靜止沒有速度，所以小球具有重力勢能。

（2）木塊在水平桌面上滑動，因為與桌面間有摩擦力的存在，所以小車運動越來越慢，最終停下，是克服摩擦力做了功，動能轉化為內能。

（3）因為百研究機械能與擺線長度的關系，根據控制變量法的思想，應控制小球的高度相同，而他的方案，小球的高度會有變化，所以小光的實驗方案不可行。

（4）根據小光的實驗設計，小球下降時，一部分重力勢能會轉化為彈性勢能，所以小球到最低點時的動能小于原來的動能，故木塊撞擊后，運動的距離近。沒想不正確。

答案：(1). 重力勢 (2). 摩擦 (3). 不可行 (4). 不能控制高度相同 (5). 重力勢能中的一部分能量轉化為橡皮筋的彈性勢能，故小球擺動到最低點時的動能減小