初中物理控制变量法与探究性实验方案计算题

归纳式探究 $--$探究小球沿过山车轨道的运动

小雨观察到游乐场的过山车可以底朝上在圆形轨道上运动，游客却不会掉下来。他想探索其中的奥秘，做了以下两个探究：

（1）探究一：如图甲所示，小球由 $A$点沿光滑轨道自由运动到 $B$点，小球到达 $B$点的速度 $v$与高度 $h$和小球质量 $m$的关系，数据如表一。

表一：

实验次数	$h/m$	$m/\mathit{kg}$	$v^2/(m^2·s^{-2})$
1	0.2	$2.0\times {10}^{-2}$	4.0
2	0.4	$2.0\times {10}^{-2}$	8.0
3	0.4	$3.0\times {10}^{-2}$	8.0
4	0.8	$2.5\times {10}^{-2}$	16.0

则小球到达 $B$点的速度 $v$与　　有关，且 $v^2=k_1$　　。

探究二：如图乙所示，小球以一定速度从 $B$点沿光滑的竖直圆形轨道运动，恰好通过最高点 $C$．小球在 $B$点的速度 $v$与轨道半径 $r$的关系，数据如表二。

实验次数	$r/m$	$v^2/(m^2·s^{-2})$
1	0.15	7.5
2	0.30	15.0
3	0.45	22.5

则小球在 $B$点的速度 $v$与轨道半径 $r$的关系式为　　。

（3）如图丙所示，将甲、乙两轨道组合后，小球从 $A$点沿光滑轨道自由运动，若 $r=0.4m$，要使小球经过 $B$点后能恰好通过 $C$点，则 $h=$　　。

小明发现：同学们做引体向上活动时，双手握杠间距有以下几种情况：有比肩宽大的，有与肩同宽的，也有比肩宽小的，如图（甲）。那么，这几种握杠方法的“省力”程度一样吗？爱动脑筋的小明进行了大胆的猜想，并完成了以下实验：用两根相同的橡皮条系上重物挂在水平杆子上，如图（乙），改变橡皮条在杆上所挂的位置，并观察每次橡皮条的长度。结果如下表：

实验序号	1	2	3	4	5
橡皮条在杆上所挂的点	A、J	B、I	C、H	D、G	E、F
橡皮条的长度	较长	稍长	最短	稍长	较长

根据实验回答：

小明同学的猜想是                                                  。
实验结果表明，橡皮条系在杆上的位置       时，橡皮条的拉力最小。
本实验中，橡皮条的长度除与系在杆上的距离有关外，还与       有关。如要进一步探究橡皮条拉力与在杆上距离的数量关系，则需要添加的实验器材有：                     。