Question

11．“長征三號乙”運載火箭一級殘骸落到湖南省綏寧縣砸壞了民宅．這引起了某校科技小組的關注：豎直下落的物體與地面碰撞時對地面的作用力大小與哪些因素有關呢？小劉猜想與物體的質量、開始下落時離地面的高度有關．
（1）你猜想還與物體落地時的速度有關．
（2）該同學為驗證他的猜想，設計了如下實驗方案：在水平地面上平鋪一些報紙，將涂滿紅色顏料的同一籃球從不同高度靜止釋放，籃球會在報紙上留下大小不同的圓形紅色印跡，通過比較印跡的大小即可比較籃球對地面作用力的大小．該方案所用到的實驗方法控制變量法和轉換法．
（3）在該同學基礎上，如何測出具體力的大小，請設計方案①取一只臺秤，將印記放在臺秤上，將籃球放在印跡中央；②用力下壓籃球，當籃球恰好將印跡覆蓋時，讀出臺秤的示數；③根據臺秤的示數計算出力的大小，即為籃球留下該印跡時對地面作用力的大小．．

Answer 1

分析 （1）結合已有的知識基礎，我們猜想豎直下落的物體與地面碰撞時對地面的作用力大小與物體落地時的速度（填“物體的形狀”、“物體及地面硬度”、“物體與地面作用時間”、“是否反彈”、“反彈速度大小”）等因素有關．
（2）在該實驗中，我們選用同一籃球，其目的是為了控制其質量相等，故能判斷該操作的目的和方法；同時由于籃球與地面間作用力的大小不好比較，于是我們通過比較印跡的大小即可比較籃球對地面作用力的大小，故能判斷這里用到的研究方法．
（3）由于籃球下落時與地面間有作用力，籃球發生形變，地面上出現紅色的印跡，故想判斷該力的大小，可以對籃球施加一個外力，籃球留下相同的印記大小時，施加的力與籃球對地面的作用力相等，據此設計實驗．

解答 解：（1）據已有的生活經驗可知，豎直下落的物體與地面碰撞時對地面的作用力大小與地面碰撞時對地面的作用力大小與物體落地時的速度（填“物體的形狀”、“物體及地面硬度”、“物體與地面作用時間”、“是否反彈”、“反彈速度大小”）等因素有關．
（2）在該實驗中，我們選用同一籃球，其目的是為了控制其質量相等，故能判斷該操作中用到了控制變量的方法；同時由于籃球與地面間作用力的大小不好比較，于是我們通過比較印跡的大小即可比較籃球對地面作用力的大小，故能判斷這里用到了轉換的方法．
（3）由于籃球下落時與地面間有作用力，籃球發生形變，使得地面上出現紅色的印跡；想要測出該力的大小，可將籃球放在印記中央，用一個力豎直向下壓籃球，籃球將印記恰好覆蓋后，該力的大小與籃球下落時對地面的力大小相等；具體方案為：
①取一只臺秤，將印記放在臺秤上，將籃球放在印跡中央；
②用力下壓籃球，當籃球恰好將印跡覆蓋時，讀出臺秤的示數；
③根據臺秤的示數計算出力的大小，即為籃球留下該印跡時對地面作用力的大小．
故答案為：（1）物體落地時的速度（填“物體的形狀”、“物體及地面硬度”、“物體與地面作用時間”、“是否反彈”、“反彈速度大小”等其他合理猜想均可）；（2）控制變量法和轉換法；（3）①取一只臺秤，將印記放在臺秤上，將籃球放在印跡中央；②用力下壓籃球，當籃球恰好將印跡覆蓋時，讀出臺秤的示數；③根據臺秤的示數計算出力的大小，即為籃球留下該印跡時對地面作用力的大小．

點評 該題以探究重力勢能大小的影響因素為實驗的背景，考查了物理學中常用研究方法的理解和應用，該題是一道能力題，難度較大．