初中物理动能和势能的转化与守恒实验题

利用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”．将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止．图中的摆长L都相同，θ₁＜θ₂，球A、B的质量分别为m_A、m_B（m_A＜m_B）．
（1）如图甲、乙所示，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置．说明两小球在摆动过程中的速度大小与小球的     无关．
（2）如图甲、乙所示，观察到B球能将木块C撞得更远，可得出结论：     ．
（3）如图乙、丙所示，是为了探究：     与     的关系．

某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B求质量为2m，让A、B两球从距沙表明高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h₁和h₂，C、D两球陷入沙深度均为h₃，且h₁＜h₂＜h₃．

（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过          来反映的；
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：                ；
（3）比较A、C两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：               ；
（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径            （选填：“有关”或“无关”）．

在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小丽同学设计了如图所示甲、乙、丙三次实验．让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止．

（1）要探究动能大小与物体质量的关系应选用　  　两图；实验中应保证　           　相同，为了达到这一目的所采取的具体操作方法是　                                 　．
（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论是　                                 　．
（3）该实验是通过观察　       　来比较铁球动能的大小，从而得出结论的．下面的四个实例中也采用这种研究方法的是　 　．

A．认识电压时，我们可以用水压来类比

B．用磁感线来描述磁场

C．探究电功大小与哪些因素有关，通过重物提升的高度来判断电流做功的多少

D．保持电阻不变，改变电阻两端电压，探究电流与电压关系

（4）若水平面绝对光滑，铁球将做　       　运动．

小明猜想物体的重力势能大小可能与物体的质量及被举的高度有关．为了验证自己的猜想，他进行了如下实验，让两个不同质量的锥子分别在两个不同高度自由下落，扎到下方四本相同的旧书上，书因此被扎出孔，分析这些被扎孔的不同，如图所示．

（1）若比较甲和乙，这是通过控制     不变，来探究重力势能的大小与     的关系；
（2）在（1）中，小明不仅比较了甲、乙，还比较了丙、丁，他这样做的目的是          ．
（3）小明设想了以下两种方案来判断物体重力势能的大小，你认为最佳的一种是（    ）
A.测出书上被扎孔的深度；       B.数出被扎孔的纸的页数．

在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小丽同学设计了如图所示甲、乙、丙三次实验。让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。

（1）要探究动能大小与物体质量的关系应按照_____________两图进行实验；实验中为了使两次小球在斜面底端时速度相同，采取的具体操作方法是_____________________。
（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论是________________________________。
（3）该实验是通过观察________________________来比较铁球动能的大小，从而得出结论的。
下面的四个实例中也采用这种研究方法的是        。

A．认识电压时，我们可以用水压来类比

B．用磁感线来描述磁场

C．探究电功大小与哪些因素有关，通过重物提升的高度来判断电流做功的多少

D．保持电阻不变，改变电阻两端电压，探究电流与电压关系

本题有两小题。
（1）如图所示，用斜面、木板、棉布、玻璃板、小车做“探究阻力对物体运动的影响”的实验。

①为了使小车到达水平面的速度相同，应让小车从斜面的__________自由下滑。
②小车在水平玻璃板上运动时受到__________个力的作用。
③通过实验观察到：小车受到的阻力越小，运动的路程越__________；由此可以推测，如果小车在绝对光滑的水平面上运动，即不受阻力作用，小车将做_____________运动。
（2）如图所示，用装有细沙的容器、三脚小桌和质量不同的木块做“探究重力势能大小与哪些因素有关”实验。
①为该实验是通过观察比较_______来间接判断物体重力势能大小的。
②实验中采用质量不同的木块，是为了探究物体重力势能大小与物体_______的关系，操作时应该让木块从_______（选填“相同”或“不同”）的高度自由下落。
③若要探究物体重力势能大小与物体高度的关系，请简要说明具体做法。

如图所示，某兴趣小组同学用弹弓进行弹“子弹”比赛．他们发现弹出的子弹飞行情况各不相同，因此展开了讨论．

（1）拉开的弹弓具有   能，弹弓上的橡皮筋形变   具有的能量越多 ；
（2）他们在研究影响弹出子弹飞行距离的因素时，提出以下猜想：
猜想1：与子弹的质量有关
猜想2：与子弹的形状有关
猜想3：与弹弓上的橡皮筋的弹性形变程度有关
①根据所学知识，可以断定猜想3是正确的，判断的依据是   ．
②请设计一个简单实验，验证猜想2是否正确，简述你的实验方案．
简要做法：                                                                       ；
如何判断：                                                                        ．

李明等几位同学准备探究“弹簧弹性势能的大小与弹簧长度变化量的关系。他们设计的实验装置如图，弹簧左端固定在墙上，放在水平面上，水平面A点左侧光滑，右侧粗糙。物体P压缩弹簧到B点后从静止释放，运动到C点弹簧恢复到原长与物体脱离，物体运动到D点停止。请补充完成他们的探究过程：
（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验把弹性势能的大小转换为测量木块移动的距离，这种研究方法叫转换法。下列实验中用到此方法的是＿＿＿＿。（填序号）
①探究“杠杆的平衡条件”       ②探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”
（2）对同一根弹簧，物体P压缩弹簧至B点，从静止释放，运动到D点。测量      之间的距离和       之间的距离，并改变      之间的距离，测多组数据，分析数据得到：弹簧长度变化量越大，弹性势能越大。

李明等几位同学准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”．同学们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量和弹簧粗细有关．他们设计的实验装置如图，弹簧左端固定在墙上，放在水平面上，水平面A点左侧光滑，右侧粗糙．物体P压缩弹簧到B点后从静止释放，运动到C点弹簧恢复到原长与物体脱离，物体运动到D点停止．请补充完成他们的探究过程：

（1）对同一根弹簧，物体P压缩弹簧至B点，从静止释放，运动到D点．测量　  　之间的距离和　  　之间的距离，并改变　  　之间的距离，测多组数据，分析数据得到：弹簧长度变化量越大，弹性势能越大．
（2）对原长相同、只有粗细不同的两根弹簧，物体P分别压缩弹簧至同一位置B点，从静止释放，运动到D点．分别测量　  　之间的距离，改变压缩量，重复试验，分析数据得到：弹性势能与弹簧粗细有关．

小丽同学在初中物理探究实验时发现：

（1）当要研究的物理量不易直接测量时，都要想办法把它们的大小间接表示出来。
如：图甲是小球A撞击木块B的实验通过观察       ，间接的知道物体动能的大小；图乙的实验是通过观察      ，间接比较两个电阻丝产生的热量的多少。
（2）当要研究的物理量与多个因素有关时，都要采用控制变量方法。
如：图甲的实验中，使用同一个球从斜面不同高度处自由滚下，为了探究动能大小与       的关系；图乙中将两个电阻串联起来，就是为了         ，探究电流产生的热量与      的关系。
（3）有些实验装置经过适当的改进还可以进行其它的探究实验。
如：图甲装置中增加一个弹簧测力计等器材，我们还可以探究斜面的机械效率是否与物体的重力有关；图乙中如果再增加一个       ，我们就可以探究电流产生的热量与电流大小的关系了。

在探究“动能和重力势能相互转化”的实验中，采用如图所示的实验装置。用细线把一个质量为 $m$的小球悬挂起来，将小球从位置 $B$拉到位置 $A$，由静止释放小球，观察小球从 $A\to B\to C$的过程中的高度和速度的变化，并测出了小球在 $A$、 $B$、 $C$三个位置时动能和重力势能的值，从而分析这一过程中动能和重力势能之间的转化，数据如表所示。

运动过程或位置	$A$	$A\to B$	$B$	$B\to C$	$C$
动能 $E_k\left(J\right)$	0	增加	4.98	减少	0
重力势能 $E_P\left(J\right)$	5.00	减少	0	增加	4.97

（1）小球在图中的 $C$位置，受到　　个力的作用。

（2）从实验中可以看出，小球从 $A\to B$的过程中速度不断增加，高度不断降低，这个过程中是重力势能逐渐转化为　　；在能量转化的过程中，机械能在逐渐减少，这主要是小球由于受到　　造成的。

（3）在实验中，如果换用质量为 $2m$的小球，其他条件不变。那么，小球到达 $B$位置时的机械能　　质量为 $m$的小球到达 $B$位置时的机械能（选填“大于”、“小于”或“等于” $)$。

老师利用如图甲所示的装置演示动能与重力势能的相互转化后，小光想：小球在摆动过程中的机械能的大小是否与细线的长度有关呢？为了探究此问题，他设计了以下实验装置：将无弹性的细线上端固定在铁架台上，下端拴住小球，使小球摆动到最低点时恰好撞击静止在水平桌面上的木块，如图乙所示．（不计细线固定端的摩擦与空气阻力）

（1）小光将长为l的细线拉至水平状态静止时，小球具有的机械能是以________能的形式存在．
（2）释放小球后，木块被小球撞击并在水平桌面上滑动了一段距离s，在此过程中木块克服_______力做功．
（3）小光多次改变拴小球的细线长度，并调整细线固定端的位置，每次均将小球拉至细线处于水平状态时自由释放，使它摆动到相同的最低点撞击同一木块，测出木块被撞击后运动的距离，通过比较运动距离的长短来判断小球具有的机械能大小．请你分析小光的实验方案是否可行？________，理由是：________．

小明利用装有细沙的盒子、小桌、砝码、木块等器材,探究“重力势能的大小与哪些因素有关”,其过程如图所示（甲、乙为质量相同的砝码，丙为装有细沙的盒子质量大于砝码，h₂>h₁）。

(1)小明通过观察什么来判断重力势能的大小?                   。请再举一个与此科学方法相同的另外一个具体事例：                          
(2)分析比较甲、乙两图中的实验现象,得出的结论是什么?                       

(4分)利用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”．将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C 发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止．图中的摆长L都相同，θ₁＜θ₂，球A、B的质量m_A＜m_B．

（1）如图甲、乙所示，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的          无关．
（2）如图甲、乙所示，观察到B球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：          ．
（3）图乙中小球B到达竖直位置时的速度          (填“大于”、“小于”或“等于”)图丙中小球B到达竖直位置时的速度，如图乙、丙所示，图丙中木块C滑行得更远些，由此可得出结论：       .

小明猜想重力势能的大小可能与物体的质量及被举的高度有关．为了验证自己的猜想，小明进行了如下实验，让锥子自由下落扎到旧书上，书上被扎出孔，如图所示．

（1）比较甲和乙是通过控制      来探究重力势能的大小与      的关系；
（2）要验证重力势能的大小与高度有关，应选择图中的      和      进行对比实验．
（3）小明设想了以下两种方案来判断物体重力势能的大小，你认为最佳的是（      ）
A．看出书上扎出孔的深度；B．数出被扎出孔的纸的页数．