Question

15．投石機是古人應用杠桿原理及能量轉化原理制造的武器，石塊拋出的遠近往往是克敵制勝的重要因素，那么，投石機拋出的石塊運動的水平距離與哪些因素有關呢？
小光模仿投石機制作了如圖所示的簡易拋擲裝置進行探究，木板A、B、C組成了一個支架，AB之間有一擋板，底座C上固定有幾個掛鉤，D是一根硬質拋擲桿，其左端固定一瓶蓋，右端下方固定一掛鉤，用彈性較強的橡皮筋固定在該掛鉤上，橡皮筋拉伸后可分別與底座上的掛鉤相連，將拋擲裝置置于水平地面，小鋼珠置于瓶蓋內，壓住拋擲桿并使之處于水平位置，松手后拋擲桿可繞固定軸轉動，當拋擲桿碰撞到擋板時，瓶蓋內的鋼珠立即被拋出，（提示：擋板的作用是保證小鋼珠每次拋出時高度相同；實驗時人要避開小鋼珠飛行方向，以免造成傷害）
小光依據實驗裝置對影響小鋼珠運動水平距離的因素提出了以下猜想：
A．與橡皮筋拉伸的程度有關        B．與小鋼珠的質量有關

若不考慮空氣阻力及轉軸處的摩擦，請你回答下列問題：
（1）被拋出的小鋼珠能在空中繼續運動是因為它具有慣性，小鋼珠落地后不會立即停下，為了準確找到小鋼珠的落地點，你的辦法是在裝置前放一足夠大的沙盤，根據沙盤中留下的印跡確定小鋼珠的落地點．（可根據需要添加器材）
（2）探究猜想A時，將橡皮筋的末端分別拉至掛鉤1、2、3處，用同一小鋼珠置于瓶蓋內，每次均使拋擲桿處于水平位置后松手，比較發現橡皮筋連接掛鉤1處，小鋼珠運動的水平距離最遠，由此可得：當小鋼珠質量一定時，橡皮筋的拉伸程度越大，小鋼珠運動的水平距離越遠．
（3）探究猜想B時，橡皮筋末端始終拉至掛鉤1處，將質量不同的小鋼珠先后置于瓶蓋內重復上述實驗操作，發現：質量越小的鋼珠運動的水平距離越遠，老師說道：質量小的鋼珠拋得遠，是因為拋出時它的速度大，若不考慮桿的自重，請你從能量轉化的角度解釋，相同條件下質量小歐的鋼珠拋出時速度大的原因．
（4）在不增加其他器材的前提下，利用該裝置如何使同一個小鋼珠拋得更遠，請你寫出兩條可行辦法．

Answer 1

分析 （1）慣性是物體本身的一種屬性，只跟質量大小有關；根據力的作用效果分析解答；
（2）探究猜想A時，應控制小鋼珠的質量一定，改變橡皮筋拉伸的程度；
（3）機械能等于重力勢能與動能的和；
（4）增大小鋼珠一開始時的機械能或增大彈性勢能．

解答 解：（1）被拋出的小鋼珠能在空中繼續運動是因為它具有慣性；
小鋼珠落地后不會立即停下，為了準確找到小鋼珠的落地點，可以在裝置前放一足夠大的沙盤，根據沙盤中留下的印跡確定小鋼珠的落地點；
（2）探究猜想A時，將橡皮筋的末端分別拉至掛鉤1、2、3處，用同一小鋼珠置于瓶蓋內，每次均使拋擲桿處于水平位置后松手，比較發現橡皮筋連接掛鉤1處，小鋼珠運動的水平距離最遠，由此可得：當小鋼珠質量一定時，橡皮筋的拉伸程度越大，小鋼珠運動的水平距離越遠；
（3）質量越小的鋼珠運動的水平距離越遠，質量小的鋼珠拋得遠，是因為拋出時它的速度大，若不考慮桿的自重，是由于每次拉伸橡皮筋的程度相同，小鋼珠獲得的機械能相同，在拋出點的高度相同的情況下，質量小的小鋼珠的重力勢能小而動能大，因此小鋼珠拋出的速度大；
（4）在不增加其他器材的前提下，利用該裝置如何使同一個小鋼珠拋得更遠，兩條可行辦法：①將底座上的掛鉤1再向左移動一些，連接兩掛鉤再次實驗；②在掛鉤之間把同一根橡皮筋纏繞更多的圈數，然后從相同位置釋放．
故答案為：（1）慣性；在裝置前放一足夠大的沙盤，根據沙盤中留下的印跡確定小鋼珠的落地點；（2）越大；（3）由于每次拉伸橡皮筋的程度相同，小鋼珠獲得的機械能相同，在拋出點的高度相同的情況下，質量小的小鋼珠的重力勢能小而動能大，因此小鋼珠拋出的速度大；（4）①將底座上的掛鉤1再向左移動一些，連接兩掛鉤再次實驗；②在掛鉤之間把同一根橡皮筋纏繞更多的圈數，然后從相同位置釋放．

點評 本題主要考查杠桿原理及能量轉化原理的應用，注意控制變量法的使用．