初中物理动能和势能的转化与守恒实验题

体育课上，小明在同一位置用相同的力多次将足球踢出，发现足球斜向上飞出的角度越大，球运动得越高，但并不能运动得越远。小明查阅资料后知道：足球所做的运动叫做斜抛运动，其运动轨迹如图所示。足球起始运动方向与水平方向的夹角叫做推射角，抛出点到落地点的水平距离叫做射程，射程与抛出速度和抛射角的大小有关。若物体的动能大小 $E_K=\frac{1}{2}m{v}^2$ ，重力势能大小 $E_p=\mathit{mgh}$ ，不计空气阻力， $g=10N/\mathit{kg}$ ，则：

（1）若将质量为0.4kg足球从地面踢出时，具有的动能是120J，踢出后能达到的最大高度是5m，则足球在最高点时具有的动能是 　      　；

（2）若足球的射程 $x$ 与抛出速度、抛射角 $\theta$ 之间满足公式 $x=\frac{2v^2\sin \theta \cos \theta }{g}$ ，当足球以 $20m/s$ 的速度且与水平方向成 $45°$ 角被踢出，足球的射程是 　      　；

（3）足球运动的速度v可以分解成水平速度v _x和竖直速度v _y，三者可构成如图所示的矩形。足球在空中飞行时，水平速度保持不变，竖直速度先减小后增大。若足球在地面以10 m/s的速度且与水平方向成45°角被踢出，当足球的速度与水平方向夹角为30°角时，此时足球距地面的高度是 　      　m。（小数点后保留2位数字）

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” $)$。

基础问答、作图和计算

（1）射箭运动员用力拉满弓，从能量转化的角度分析，这是为了让弓具有更大的　       　，可以更多地转化为箭的　          　，将箭射得更远。

（2）如图，物体 $A$、 $B$在力 $F$作用下，以相同的速度在水平面上向右做匀速直线运动。请画出物体 $B$在水平方向上的受力示意图。

（3）我国“蛟龙号”载人潜水器下潜至 $7\mathit{km}$深的海水中，若海水的密度取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，潜水器受到水的压强大小约是　　。

如图所示，结合图中的实验情景，按要求回答下列问题：

（1）图甲：空易拉罐浸入水中越深，排开的水越多，手施加的压力越大，这表明：易拉罐所受浮力的大小与　         　有关。

（2）图乙：滚摆在上、下运动的过程中，其　       　能与　       　能相互转化。

（3）图丙：向一杯清水中滴入一滴蓝墨水，很快会把整杯清水染成蓝色，这一现象表明　        　。

（4）图丁：用此实验装置可研究电阻与导体　      　的关系。

小明参加科技节“掷飞机”比赛，该项目的规则是：纸飞机掷出后在空中滞留的时间越长成绩越好。查阅资料得知：纸飞机在空中滞留的时间与其形状、质量、出手速度和出手角度有关。小明认为还可能与纸飞机表面的粗糙程度有关。为了验证自己的猜想，小明准备了以下器材进行实验研究：

发射器（如图）；秒表；剪刀；面积、质量大小和表面粗糙程度不同的两种纸 $A$、 $B$各若干张（同种纸正反面粗糙程度相同）。

（1）发射器的弹簧压缩得越短，释放后纸飞机获得的速度越大，其原因是　       　。

（2）写出本实验的主要步骤。

物理实验课上，某实验小组利用带有刻度尺的斜面，小车和数字钟测量小车的平均速度，如图所示，图中显示的是他们测量过程中的小车在甲、乙、丙三个位置及其对应时刻的情形，显示时间的格式是"时：分：秒"。

（1）小车从斜面下滑过程中，其能量转化情况是 　 　。

（2）由图可知，小车从乙位置运动至丙位置的平均速度是 　 　m/s；

（3）小组同学们讨论后认为实验时斜面的倾斜度不宜太大，你认为这样做的理由是 　（答案合理即可）。

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．

小明看到运动员拉弓射箭时，弓拉得越弯，箭射得越远．小明猜想：弹性势能的大小可能与物体的弹性形变有关。
（1）为验证其猜想是否正确，他设计了如下实验（弹簧被压缩后未超过其弹性限度）；如图所示，将同一个弹簧压缩_________（选填“相同”或“不同”）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较木块_________ ，从而比较弹性势能的大小。（2）若水平面绝对光滑，本实验将_________（选填“能”或“不能”）达到探究目的．
（3）小明根据实验现象认为：小球推动木块移动一段距离后都要停下来，所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消灭了．你认为小明的观点是_________的（选填“正确”或“错误”），理由是_____________________________________ 。

如图是研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验．图中三个相同的木桩被从空中静止释放的铁块A、B、C撞击后陷入沙坑的情况，在此实验中，m_A=m_C＜m_B，铁块所处的初始高度h_A=h_B＜h_C．

（1）实验中我们通过观察                      来比较重力势能的大小．
（2）为探究“重力势能大小与物体的质量的关系”，应对比        两铁块的撞击实验，得到的结论是：

探究物体的重力势能与什么因素有关（甲、乙、丙三物体的质量关系为：m_甲=m_乙<m_丙，木桩起始位置高度相同）

（1）比较图中A、B两木桩扎入沙坑的深度，可以得出的结论是：质量一定时，物体的高度越大，具有的重力势能就    _______  ．
（2）如果在图中所示B、C两木桩扎入沙坑的深度相同，   _____    （选填“能”、“不能”）说明乙、丙的重力势能相同，你的理由是                      ．

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．

【湖北省荆州市2015年中考物理试题】孝定同学在探究“机械能及其转化”实验时，设计并进行了以下实验．

（1）如图甲，质量为m的小球从高度为h的光滑斜面顶端由静止自由滑下，到达斜面底端的速度为v，此过程只有动能和重力势能相互转化．如果小球在斜面顶端时重力势能为mgh，在斜面底端时重力势能为零，动能为mv²。且h=0.2m，g=10N/kg，则小球滑到光滑斜面底端时的速度为  m/s。
（2）如图乙，将小球以一定的速度v₀沿水平方向抛出，小球运动过程中也只有动能和重力势能相互转化．时间t内小球在水平方向运动的距离为x=v₀t，在竖直方向下落的高度为y=gt²，则y与t²的关系可用丙图中的图线  表示。
（3）如图丁所示，小球沿光滑斜面AB由A点静止自由滑下后进入光滑水平桌面BC，已知小球经过B点时速度大小不变，小球从C点水平抛出后落在水平地面E点，地面上D点在C点正下方，已知CD竖直高度为1.25m，θ=30°,g=10N/kg，若要求DE间的距离大于2 m，则斜面AB的长度至少为     m。

在学习势能知识时，小红将一张硬卡片对折，在开口一边剪两刀，然后将一根橡皮筋套在开口边，做成了一个特殊的卡片．

(1)小红将图中的卡片反过来，用手把它压平在桌面上，使橡皮筋伸长，迅速松开手，观察到的实验现象是_______，这个现象说明：发生弹性形变的橡皮筋对卡片_______，因此橡皮筋具有____________________．
(2)接下来小红仍将卡片下压，但不压平，迅速松手后观察到的实验现象是________，小红根据这个实验现象可以得出的结论是____________________________．
(3)要想卡片弹得更高，请想一想有哪些方法？(写出两种)
__________________________________________．
__________________________________________．

小明看到运动员拉弓射箭时，拉弓得越弯，箭射得越远．小明猜想：弹性势能的大小可能与物体的弹性变有关．

（1）为验证其猜想是否正确．他设计了如下实验（弹簧被压缩后未超过其弹性限度）；如图所示，将同一个弹簧压缩      （选填“相同”或“不同”）的长度，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分别比较木块      ，从而比较弹性势能的大小．
（2）若水平面绝对光滑，本实验将      （选填“能”或“不能”）达到探究目的．
（3）实验中小车推动木块移动一段距离后都要停下来，这一过程中是      能转化为      能．