初中物理机械能实验题

在“动手动脑学物理”课外实践活动中，小华想探究“重力势能与哪些因素有关”，他做出以下猜想：

A．物体重力势能的大小可能与物体被举高的高度有关；
B．物体重力势能的大小可能与物体的质量有关．
老师给小华提供了质量不同的两个小钢球和装满松软细沙子的木箱，小华按如图情景进行实验：每次都将木箱中的细沙抹平，再让小钢球从距地面H高处由静止释放，小钢球砸进细沙并陷入其中，测出小钢球在细沙中下陷的深度d和释放前小钢球的高度H．下表是他实验过程的数据记录：

实验序号	小钢球质量m/g	释放前小钢球高度H/cm	小钢球在细沙中下陷的深度d/cm
1	50	60	1.6
2	50	80	1.8
3	50	100	2.4
4	100	100	4.1

（1）分析表中2、3两次实验，小华可以得到的结论是：              
（2）实验中小钢球的重力势能无法直接观察，小华是根据小钢球在细沙中           
来间接判断出小钢球重力势能的大小，这种探究方法称为转换法．下列四个研究实例中，也用到了该探究方法的是                  
A．认识电流时，用水流进行类比；
B．根据磁场对磁体有力的作用来认识磁场；
C．在学习蒸发和沸腾时，通过比较得出蒸发和沸腾的异同点；
D．在研究动能的影响因素时，比较木块被钢球推出的距离判断铜球动能的大小

五一节，小瑞在公园里看到小朋友们荡秋千时不停地往复摆动．他想：秋千小角度往复摆动一次的时间与哪些因素有关呢？他提出了三种猜想：
猜想1：可能与小朋友的质量有关；
猜想2：可能与摆动的幅度有关；
猜想3：可能与绳长有关．
（1）为了验证猜想是否正确，他设计了如图a所示的装置，用系有细线（线长L可调）的小球来模拟秋千的运动进行了如下探究（摆动角度均较小）：
①如图a所示，用细线系住一铁球，保持细线的长度一定，使小球从A点由静止释放，改变OA（O为固定悬点）的连线与竖直方向的夹角θ以改变小球摆动的幅度，测出小球在AB间往复运动一次所用的时间t与θ的关系如下表所示，由此可得出的结论是
           ．

θ/度	4	6	8	10
t/秒	2.0	2.0	2.0	2.0

 
②用细线系住一铁球，改变细线的长度，使小球以较小的幅度在竖直面内CD之间摆动，用频闪相机（保持曝光时间间隔相等）拍摄小球由C运动至D的过程中的位置如图b所示（除C位置外，其余细线未画出），由此分析可知，上述猜想      是正确的，其具体关系可表述为          ．

（2）请设计实验来探究秋千往复摆动一次的时间与小朋友的质量之间的关系，简述你的实验方案．
简要做法：    ；
判断方法：    ．

小丽同学在探究“弹簧弹力大小与形变量关系”时，发现同一根弹簧的弹力大小 $F$与形变量△ $x$的比值 $k$恒定。现小丽有两根原长相等的弹簧1和2，已知 $k_1:k_2=1:2$，当在两根弹簧下分别挂同一物体静止时，弹簧1和2伸长量分别为△ $x_1$和△ $x_2$，则△ $x_1$：△ $x_2=$　　。小丽通过查阅资料知道弹簧的弹性势能 $E_p=\frac{1}{2}k$△ $x^2$，此时弹簧1和2弹性势能分别为 $E_{p1}$和 $E_{p2}$，则 $E_{p1}:E_{p2}=$　　。小丽将弹簧1和2并联悬挂一物体静止时如图甲，两弹簧弹性势能之和为 $E_{\mathit{p甲}}$．将弹簧1和2串联悬挂同一物体静止时如图乙两弹簧弹性势能之和 $E_{\mathit{p乙}}$，则 $E_{\mathit{p甲}}:E_{\mathit{p乙}}=$　　。（已知如图甲情况下悬挂重物时弹簧1和2伸长量相同，整个实验中弹簧所受重力不计，且均处于弹性限度范围内。 $)$

小鹭想探究弹性势能的大小与哪些因素有关．她利用一段弹簧、光滑轨道、物块A和B等器材进行实验．如图所示，用物块将弹簧压缩到一定程度后释放，物块沿轨道向左滑行，最高可冲到光滑斜面虚框处．
（1）实验时可通过观察同一滑块　  　来判断弹性势能的大小．
（2）比较如图（a）、（b）两个实验可以初步得出，弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能就　 　．
（3）若物块冲上斜面的最大高度h_a=h_c＜h_b，弹性形变的大小l_a＜l_b=l_c，则物块达到最高处所具有的重力势能E_a、E_b、E_c的大小关系是　 　．

如图所示，是探究“动能的大小与哪些因素有关”的实验：

（1）用质量不同的A.B两个小球（m_A>m_B）碰撞静止在同一水平面上的纸盒.实验中控制小球的高度相同，是为了控制两球到达底端时__________相同；实验中通过观察纸盒被推动的距离的大小，可以比较A.B两个小球的________ 的大小。
（2）将（甲）与（乙）两实验比较可得出结论是：______                        _.将（甲）与（丙）两实验比较可得出结论是：____                           _.
（3）本次实验采用物理最常用的一种实验方法是____________。

用如图所示装置测量动滑轮的机械效率．实验时，竖直向上的匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下面的钩码缓缓上升．实验数据如下表．


（1）第②次实验时，测得动滑轮的机械效率约为      ．
（2）分析表中数据可知，对于同一动滑轮，所提升钩码的重力增大，机械效率将      ；提升相同重力的钩码时，动滑轮的重力增大，其机械效率将      ．（选填“增大”、“减小”或“不变”）
（3）分析表中数据可知，F≠，可能的原因是：      ．

汽车超载、超速是造成重大交通事故的重要原因。某物理兴趣小组决定对超载超速问题进行模拟探究。如图，将小车从同一斜面上由静止开始滑下，推动同一木块向前移动一段距离后停下，完成甲、乙、丙三次实验。其中h ₁＝h ₃＞h ₂，m ₁＝m ₂＜m ₃。请根据实验现象完成下列问题。

（1）实验中超载、超速带来的危害程度是通过 　                　来表示的；

（2）研究超载带来的危害程度时，选择甲、乙、丙三次实验中的 　                　进行比较；

（3）研究超速带来的危害程度时，选择甲、乙、丙三次实验中的 　                　进行比较；

（4）若本实验中水平面绝对光滑，则 　                　（选填"能"或"不能"）得出正确结论。

学完（功率）一节后，老师布置了一项实践性作业：利用生活中的测量工具，设计一种测量自己上楼功率的方案。请补充未完成的步骤（需要测量的物理量用相应的字母表示）：

（1）　                       　；

（2）用皮尺测出所上楼梯的总高度 $h$；

（3）　                        　；

（4）上楼功率的表达式 $P=$　       　 $(g$值用该字母表示即可）。

小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，选用质量不同两个钢球 $m$和 $M(M$的质量大于 $m)$，分别不从同的高度 $h$和 $H(H>h)$静止开始放下，观察木块 $B$被撞击后移动的距离。实验过程如图所示。

（1）小明通过观察木块 $B$移动的距离长短，来判断小球动能的大小，他利用的研究方法是　　（选填“控制变量法”或“转换法” $)$；若水平面绝对光滑，本实验将　　（选填“能”或“不能” $)$达到探究目的。

（2）由甲、乙图可得实验结论：物体的动能大小与　　有关。

（3）小明根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，她的看法是否正确？　　（选填“正确”或“错误” $)$，理由是：　　。

工人利用如图所示的滑轮组从 $2m$深的枯井中提升重物，所用的拉力为 $250N$，物体在 $5s$内匀速从井底全部上升到井口。（不计绳重和各处摩擦）求：

（1）绳子自由端移动的速度

（2）拉力的功率；

（3）若滑轮组的机械效率为 $80\%$，求所提升物体的重力大小。

学习了“滑轮组的机械效率”后，某兴趣小组对“斜面的机械效率与哪些因素有关”这课题产生了浓厚兴趣，他们猜想，斜面作为一种简单机械，它的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关，为此，实验室提供了如下器材：长木板、垫木（长宽高之比为1：2：4）、木块（带钩）、天平弹簧测力计、停表、刻度尺、细线。请根据需要选择合适的器材，完成以下题目。

（1）实验目的：　                                                      　。

（2）实验器材：　                                                      　。

（3）实验步骤：　                                                      　。

（4）分析与论证：　                                                    　。

（5）交流与评估：　                                                    　。

在探究“动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小阳用同一实验装置，让从斜面上滚下的小钢球钻入水平面上的硬纸盒，完成以下实验。

（1）通过比较甲、乙两次实验中硬纸盒被推的远近，可以得出结论：质量相同时物体

的　 　越大，动能越大。对比甲、乙两次实验还可以得出：质量相同时，物体位置越高，重力势能　     　。在甲、乙两次实验中，硬纸盒所受滑动摩擦力　   　（选填“相同”或“不同”）

（2）如果做乙图实验时，硬纸盒被撞后滑出木板掉落，为防止因此造成硬纸盒损坏需改进乙图实验，再与甲图实验对比。在不改变木板长度的情况下，应采用以下　    　方法（填写正确选项前的字母）。

A．换用质量更小的钢球

B．给水平木板铺上毛巾

C．适当降低钢球的高度

D．换用一个较重的硬纸盒

（3）若要探究影响动能大小的另一因素，具体的操作方法是：选择两个　   　不同的钢球，从同一斜面相同高度由静止滑下。

（4）小阳在原硬纸盒的上表面粘上砝码，设计了如图丙所示实验，探究影响滑动摩擦力大小的因素，通过比较甲、丙两次实验可得出：滑动摩擦力与　            　有关。

如图所示，用动滑轮提升钩码，不计绳重和摩擦，改变钩码的数量，在正确操作的情况下，测得的实验数据如下


（1）实验时，用手竖直向上     拉动弹簧测力计，读出测力计的示数．
（2）分析表中数据发现，使用此动滑轮提升物体时，拉力并不等于物体重力的一半，而是大于物体重力的一半，其原因是     ．
（3）在第③次实验中，动滑轮的机械效率为     %．
（4）由表中实验数据计算推知：在不计绳重和摩擦的情况下，用同一动滑轮，将不同物体提升相同高度时，物体越重，有用功______，额外功______，动滑轮的机械效率将______（均选填“越大”、“越小”或“相同”）．

某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示，第1、2、3次实验装置分别如图中的甲、乙、丙所示。

次数	钩码重 G/N	钩码上升 高度h/m	有用功 W有/J	测力计 拉力F/N	测力计移动 距离s/m	总功 W总/J	机械 效率η
1	2	0.1	0.2	0.9	0.3	0.27	74.1%
2	4	0.1	0.4	1.6	0.3	0.48	83.3%
3	4	0.1		1.1	0.5	0.55

（1）实验中应沿竖直方向       拉动弹簧测力计，使钩码上升。
（2）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：使用同样的滑轮组，提起的钩码越重，滑轮组的机械效率越      。
（3）第3次实验的机械效率是     。
（4）第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，把同一重物提升相同高度对动滑轮所做的额外功       (选填“增大”或“减小”)，因而，由第2、3次实验可知：滑轮组的机械效率与动滑轮自重大小有关。

如图所示是某同学探究“斜面的机械效率”实验装置图．实验前他做了如下猜想：

A．斜面的机械效率可能与斜面的粗糙程度有关．
B．斜面的机械效率可能与斜面的倾斜度有关．
他在实验时用弹簧测力计拉着同一木块沿斜面向上做匀速直线运动，分别做了四次实验，并记录实验数据如下：

实验次数	斜面倾斜程度	斜面粗糙程度	木块重量G/N	斜面高h/m	拉力F/N	斜面长s/m	有用功W有/J	总功W总/J	机械效率η
1	较缓	木板表面	2	0.1	0.6	0.5	0.2	0.3	67
2	较陡	木板表面	2	0.2	1	0.5	0.4	0.5	80%
3	最陡	木板表面	2	0.3	1.4	0.5	0.6	0.7	86%
4	最陡	毛巾表面	2	0.3	1.6	0.5

（1）请将上表所缺的数据补充完整．
（2）比较　   　两次实验可知猜想A是正确的．
（3）比较1、2、3次实验得到的结论是：当斜面粗糙程度相同时，斜面越陡机械效率　 　．