初三物理第一次月考 | 平抛小球的水平飞行距离跟哪些因素有关?弹性势能和动能的转化问题简析

四季读书网 2026-09-29 06:49:40 11 0

本题是初三物理《机械能》这一章常见的探究实验题，结合了能量转化与控制变量法，研究小球离开桌面后水平飞行距离的影响因素，其中对实验方案的评价，也是中考物理实验的重要考点。

例题：水平桌面上滚动的小球离开桌面后，会沿着曲线向前飞行并最终落到地面上，如图甲所示，小球在水平方向飞行的距离与哪些因素有关呢？小明提出了以下三个猜想。

猜想1：与小球离开桌面时的速度有关。

猜想2：与小球的质量有关。

猜想3：与小球离地面的高度有关。

（1）为了使小球向前运动，小明设计如图乙所示的实验装置，将一根轻质弹簧固定在A点，小球将弹簧压缩到C处后由静止释放，则小球在弹簧推力的作用下向前滚动，在此过程中，弹簧的 ________ 能转化为小球的 _____ 能。

（2）为了验证猜想1是否正确，小组成员进行如下实验：保持小球质量和离地高度不变，将弹簧压缩到不同的长度，小球离开弹簧后，将获得不同的速度，发现小球水平飞行的距离不相同。这说明猜想1是 _______ （填“正确”或“错误”）的。

（3）小明接下来想探究猜想2，仍采用图乙的装置，用不同质量的小球将弹簧压缩到相同的长度，由静止释放后比较小球水平飞行的距离与质量的关系，你认为小明的方案存在的问题是 ________________ ，请你为小明设计一个正确的方案：____________________ 。

（4）小华按正确的方法探究了猜想3，并记录数据，根据表中数据，可以得出结论：当小球质量和离开桌面的速度一定时，小球离地面的高度H为 ________ cm时，小球水平飞行的距离s为30cm。

思路点拨和详解：

（1）小球将弹簧压缩到C，释放前弹簧发生弹性形变，具有弹性势能，释放后，小球在弹簧推力的作用下向前滚动，小球具有动能，所以此过程中弹簧的弹性势能转化为小球的动能。这一问是基础概念问题，应当掌握。

（2）要验证猜想1是否正确，即小球在水平方向飞行的距离与小球离开桌面时的速度有关，需要控制小球质量和离地高度不变，改变小球的速度，实验中弹簧被压缩到不同的长度，小球离开弹簧后，获得的速度不同，发现小球水平飞行的距离不相同，说明小球在水平方向飞行的距离与小球离开桌面时的速度有关，所以猜想1正确；

（3）要探究猜想2，即小球在水平方向飞行的距离与小球的质量有关，需要控制小球的速度和离地高度不变，改变小球的质量，实验中用不同质量的小球将弹簧压缩到相同的长度，弹簧的弹性势能一定，静止释放后小球的动能相同，但由于质量不同，速度也不相同，故不能比较小球水平飞行的距离与质量的关系。

这一问是常见的易错点，球被弹簧弹出后，由于质量不同，所以速度是不同的。

怎么办？采用弹簧的弹出的方式是不能保证球的速度相同的。为此需要寻找斜面来做这个实验。

为了保证不同质量小球的初速度相同，可以让质量不同的小球从同一斜面的同一高度自由滑下，再观察小球水平飞行的距离；

（4）根据表格数据知离地高度H由5cm→20cm，变成原来的4倍，水平飞行距离s由5cm→10cm，变成原来的2倍，

依此类推离地高度H由5cm→45cm，变成原来的9倍，水平飞行距离s由5cm→15cm，变成原来的3倍，

离地高度H由5cm→80cm，变成原来的16倍，水平飞行距离s由5cm→20cm，变成原来的4倍，

由此可以得出离地高度H变成原来的n2倍，水平飞行距离s变成原来的n倍，

所以当小球水平飞行的距离s为30cm时，是原来的

6倍，离地高度H变成原来的62＝36倍，即小球离地面的高度H为36×5cm＝180cm。

答案为：（1）弹性势；动；（2）正确；（3）没有控制小球的速度相同；让质量不同的小球从同一斜面的同一高度自由滑下；（4）180。

评析：这种寻找数据规律的题目需要多加训练，从数据的前后，上下关系中分析得出。所以，遇到这种数据分析题，要多练，训练自己对数据的灵感。不能一遇到困难就去查答案，这样很难提高自己的观察能力。

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