初中物理探究影响物体势能大小的因素试题

某学校“牛顿小组”的同学在探究重力势能的实验中用到三个体积相同的小球，它们的质量关系为 $m_1<m_2=m_3$，实验的情景如图所示。

（1）通过观察小球陷入细沙的深度来反映重力势能的大小，应用的物理方法是　　（选填“转换法“或“类比法” $)$。

（2）分析甲、乙两种情况可知，重力势能的大小与物体的　　有关。

（3）小铁球 $m_3$落入细沙后，速度不断减小直至静止，它的机械能转化为　　能。

（4）同学们还发现小球离地面越高，下落到地面所用的时间越长，他们测出了小球自由下落高度 $h$和下落时间的平方 $t^2$的数据如下表，分析数据，写出 $h$与 $t^2$的关系式为　　。

实验次数	1	2	3	4	5	6
$h/$米	2.45	4.9	7.35	9.8	12.25	14.7
$t^2/$秒 ${}^2$	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0

小苏同学的物理兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。

他们的实验装置如图所示，把弹簧放在水平面上，其左端固定在墙上， $\mathit{AO}$等于弹簧原长，水平面 $O$点左侧光滑，右侧粗糙。将物体 $M$从 $O$点压缩弹簧到 $P$点，然后由静止释放，当物体 $M$运动到 $O$点与弹簧分开，最终运动到 $Q$点静止。请补充完成他们的探究过程：

（1）弹簧弹性势能的大小是通过　　来衡量的。

（2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用　　（选填“相同”或“不同” $)$弹簧进行实验，并先后改变　　之间的距离，测出 $\mathit{OQ}$的距离，重复实验，测量多组数据并记录。

（3）小苏的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中，他们运用到了转换法和　　两种物理思想方法。

为了探究“弹簧的弹性势能跟哪些因素有关”，小明同学设计了如图所示的装置，并进行了如下实验。

①将弹簧放在水平面上，一端固定。

②在弹性限度内，用物块（物块与弹簧不连结）将弹簧压缩，测量并记录弹簧的形变量△ $L$

③由静止释放物块，测量并记录物块在水平面上滑行的距离 $S$。

④多次改变弹簧的形变量，重量步骤②③。

⑤分析实验数据得出结论。

请回答以下问题：

（1）本实验中，探究了弹簧弹性势能大小跟　　的关系。

（2）本实验中，弹簧弹性势能大小是通过　　来间接反映的。

（3）本实验中，从物块离开弹簧到静止，物块将　　能转化为　　能。

某同学在探究弹性势能大小与形变量的关系时，猜测弹性势能可能与形变量 $x$成正比，也可能与形变量的平方 $x^2$成正比。用如图装置进行探究，将弹簧套在光滑竖直杆上且底端固定在水平面上，刻度尺与杆平行，进行了如下操作：

①弹簧处于自由状态时，读出其上端距水平面的高度 $h_0$；

②将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出此时弹簧上端到水平面的高度

$h_1$；

③释放小铁块，当铁块上升到最大高度时，读出铁块下端到水平面的高度 $h_2$；

④改变弹簧的压缩长度，重复步骤②③，将测出的数据记录在表格中，并计算出弹簧的形变量 $x$、形变量的平方 $x^2$和小铁块上升的距离△ $h$

实验次数	$h_0/m$	$h_1/m$	$h_2/m$	$x/m$	$x^2/m^2$	△ $h/m$
1	0.50	0.40	0.55	0.10	0.01	0.15
2	0.50	0.30	0.90	0.20	0.04	0.60
3	0.50	0.20	1.55	0.30	0.09	1.35
4	0.50	0.15	2.00	0.35	0.12	1.85

（1）实验中弹簧的形变量 $x=$　　（用所测物理量符号表示）；

（2）本实验中，弹簧弹性势能大小是通过　　来间接反映的；

$A$． $h_1$        $B$． $h_{2}C$． $h_2-h_0$           $D$． $h_2-h_1$

（3）该同学根据表中数据分别做出图甲△ $h-x$和图乙△ $h-x^2$图象，由此得到的结论是弹簧弹性势能的大小与

　　成正比

某同学猜想重力势能的大小与物体的质量和高度有关，在探究“重力势能的大小与高度是否有关”时，所用的实验器材有：金属球、尖桌腿的小桌、细沙和塑料盆。实验装置如图甲所示。

（1）该实验可以通过判断　　来判断出金属球重力势能的大小。依据是：金属球对小桌　　越多，金属球具有的重力势能就越大。

（2）请设计出记录实验数据的表格，表中要有必要的信息。

（3）实验时，该同学发现：由于金属球的撞击点偏离桌面中央较大，使小桌倾斜较大，甚至被撞翻。于是他改进了实验装置，如图乙所示，较好地解决了这个问题。他的主要操作是：每次实验时，先拉起金属球，将沙面抹平；　　；由静止开始释放金属球，观察实验现象。

小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：

猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关

猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关

为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。

按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。

实验 序号	铁块质量 $m/g$	铁块距桌面高度 $H/\mathit{cm}$	桌腿进入沙子 的深度 $h/\mathit{cm}$
①	20	20	1.9
②	20	30	2.9
③	20	40	3.8
④	30	20	2.9
⑤	40	20	4.1

（1）实验中通过比较　　来判断物体重力势能的大小；

（2）为了验证猜想一，需选择表中　　（填实验序号）三组数据进行分析；

（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：　　。

小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。

猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关

猜想二：物体的重力势能与物体的下落高度有关

猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关

为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的 $A$、 $B$、 $C$、 $D$四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中 $D$球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。

实验数据如下表：

实验序号	铅球代号	铅球质量 $/g$	下落高度 $/m$	陷入沙中的深度 $/m$
①	$A$	200	0.5	0.1
②	$B$	400	0.5	0.25
③	$C$	200	1	0.2
④	$D$	200	1	0.2

（1）本实验中，采用的研究问题的方法是　         　。（写出一种方法即可）

（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过　        　来反映的。

（3）为验证猜想二，应比较　     　（填实验序号），得到的结论是：当物体质量相同时，　      　。

（4）比较③④，得到的结论是　         　。

（5）经进一步实验和分析，小夏大胆给出重力势能 $\left(E_p\right)$的表达式“ $E_p=\mathit{mgh}$”，并去办公室询问了老师，得以证实，小夏高兴不已，回到教室后，根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面的动能，其中 $B$球的动能为　      　 $J$．（忽略空气阻力， $g=10N/\mathit{kg})$

综合实验（可以配图说明）

小雨要探究“物体重力势能的大小与材料的关系”，请完成实验设计方案。

器材	木楔、细沙　　（请从下列器材中选取2项，填写字母序号） $A$．质量相同的铜块、铁块和铝块； $B$．体积相同的铜块、铝块和木块； $C$．刻度尺
实验步骤	分析数据，得出结论	数据记录表格

据报道，高空坠物伤人事件时有发生。某专业研究小组对物体从高空落到地面的破坏力进行如下实验研究

实验器材： $1\mathit{cm}$厚的石膏板若干、质量为 $50g$的鸡蛋数枚

实验过程：无风环境下，将鸡蛋从楼上静止释放，砸中铺在草坪上的石膏板，记录实验现象

实验序号	楼层	实验现象
1	5	鸡蛋破碎，石膏板凹陷且出现一圈圈螺旋状的裂纹
2	15	鸡蛋破碎，石膏板被砸中的地方出现小坑且破裂
3	25	鸡蛋破碎，发出巨响，石膏板被击穿

（1）实验中，鸡蛋从高空坠落的破坏力可以通过　　反映出来。

（2）根据实验现象，可以得出：同一物体从高空落到地面的破坏力与　　有关。

（3）实验后，小科对“高空落下的雨滴不会对人造成伤害”感到好奇。他通过查阅资料知道：雨滴从高空落下的过程中，受到的空气阻力与雨滴速度的平方成正比，达到最大速度后，雨滴匀速落向地面。雨滴下落过程中机械能　　（填“增大”、“不变”或”减小” $)$。对于下落的雨滴不伤人的现象，小科将进一步探究。

小江同学利用一个弹珠、三根材料和厚度相同、长宽不同的橡皮条，探究"橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系。"他依次将橡皮条固定在弹弓上，如图所示，在弹性范围内，拉伸相同的伸长量，将弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离，数据如下表：

次数	橡皮条	橡皮条宽     $/\mathit{cm}$	橡皮条长     $/\mathit{cm}$	弹射的水平距离     $/m$
1	$a$	0.50	20.00	10.10
2	$b$	0.50	30.00	8.20
3	$c$	1.00	20.00	14.00

请回答以下问题：

（1）实验中，是通过比较 　 　来间接反映橡皮条的弹性势能大小；

（2）比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的 　　有关；

（3）比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能还与橡皮条的 　　有关；

（4）用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最大的橡皮条是 　　

$A$ 、窄而长的 $B$ 、宽而长的 $C$ 、窄而短的 $D$ 、宽而短的。

如图所示，在"探究影响重力势能大小的因素"实验中，有三个实心的、大小相同的铁球 $A$ 、铁球 $B$ 和塑料球 $C$ ．球 $A$ 、 $C$ 离沙地高度相同。现让三个球同时由静止释放，球落到沙地上的状态如图中虚线所示。

（1）根据 　　可以判断出 　　球释放前的重力势能最大。

（2）比较球 $A$ 、 $C$ 可得出影响重力势能大小的因素是 　　；

（3）球在空中下落时减少的重力势能主要转化为 　　。

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．

如图所示，小明看到打桩机思考“重锤对地面打击力的大小与什么因素有关”的问题，并提出猜想一：打击力的大小与重锤的质量有关．
请你完成猜想二：打击力的大小与重锤             有关．

⑴ 小明找来排球和足球模拟“打桩”，验证猜想一．设计实验方案如下：
① 用台秤分别称出排球和足球质量m₁、m₂ ；
② 在光滑平整的地板上放一张白纸，在白纸上叠放一张复写纸．将排球从纸的正上方一定高度静止下落，排球打在复写纸上，在白纸上留下打击的复写印迹，记为“印迹1”；
③ 换用足球从另一高度落下，重做上面的实验．得到足球打击的“印迹2”；
④ 比较两次“印迹”大小，“印迹”大者说明打击力大．
⑵ 请你对小明的实验方案做出评估：                                           .
⑶ 看到小明的实验后，聪明的小华设计测出排球和足球的打击力大小方案：他将留有“印迹1”的白纸铺于台称上，排球放在印迹上，用力挤压使排球发生形变后……，同理可测出足球打击力的大小，请你完成“……”所代表的方案：                                            ．
⑷ 此种测量打击力大小的方法在物理学中经常使用，请你列举一例：

【湖南省永州市2015年初中学生学业考试】对雨滴在空中匀速下落过程的分析（不考虑雨滴质量的变化和雨滴受到的浮力），正确的是(    )

A．雨滴的机械能不断减少

B．雨滴的重力势能转化为动能

C．雨滴只受到重力的作用

D．雨滴只受到空气阻力的作用

【湖南省张家界市2015年普通初中学业水平考试】某兴趣小组提出利用“研究重力势能的大小与哪些因素有关”的实验装置（如图所示）与所需器材(斜面、木块、不同质量的小钢球)来探究“影响重力势能大小的因素”的设想。请你帮助完成如下实验方案：

（1）实验中通过观察       的大小，来判断小球重力势能的大小。
（2）本实验中若水平面绝对光滑则不能得出结论，原因是___________________。
（3）实验中为了要探究重力势能与物体的质量的关系要选用上述图         ，具体的操作方法是让小球从 __________（选填“相同”或“不同”）的高度由静止滚下。
（4）要探究重力势能与物体的高度的关系要选用上述图________，具体的操作方法是让小球从_________（选填“相同”或“不同”）的高度由静止滚下。
（5）通过比较分析可以得出的结论是_____________________________。