初中物理动能和势能的转化与守恒实验题

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球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高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：当下落高度一定时，                     。
（3）比较    两球，发现C球陷入沙中深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大。
（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”）。
（5）小球在下列过程陷入沙面前，将重力势能转化为    能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能转化为    能。

小明想要探究如图所示弹簧上小丑的振动周期（来回振动一次的时间）与什么因素有关。
小明反复打开盒盖观察几次后，猜测小丑的振动周期可能与小丑的质量和初始位置有关。

甲   乙    丙	实验序号	甲	乙	丙
振动周期/s	0.4	0.4	0.4

 
（1）本实验需要用的测量工具是刻度尺和      .
（2）为探究小丑的振动周期是否与质量有关，小明选用质量     （相同/不同）的小球和一根弹簧按如下步骤进行实验：
①将小球固定在弹簧的末端，并压缩弹簧，测量小球振动周期；
②换用其他的小球重复操作，比较每次测量的周期。
同组的小芳发现，小明的实验方案有问题，还需要进一步完善，你觉得该如何完善这个方案呢？                                   。
（3）为探究小丑的振动周期是否与初始位置有关，实验步骤如图甲、乙、丙所示（点O是小球平衡位置，点A、B、C是松手时小球在弹簧上的最初位置，点A^/、B^/、C^/是小球弹起的最高点），测量在不同位置松手时小球的振动周期，并将数据记录在下表中。分析实验数据可以得出：小丑振动周期与其初始位置      （选填“有关”或“无关”）。

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。

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。

王月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．测量出BC之间的距离的目的是比较______的大小，测量出______之间的距离其目的是比较弹性势能大小，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．分别测量出______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．

小球在没有空气阻力的情况下，沿无摩擦轨道运动
（1）如图所示，小球从A点静止释放，小球到达C点事速度是否为零？___________

（2）将轨道BC段改为水平，如图所示，小球仍从A点静止释放，小球经过M点时的机械能大于、小于还是等于其在A点的机械能？____________. 以小球经过M点时计时起点，大致画出小球在MN段运动的速度--时间图像.

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．

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?                       

在水平地面上铺一张纸，将一个皮球表面涂黑，使皮球分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B（如图）。

（1）其中是皮球从较高处下落形成的圆斑是_________；
（2）由此现象可知重力势能大小与____________有关。

在图中，甲是用绳和木棍体验“滑轮组”威力的装置；乙是正在旋转着升降的滚摆；丙是用于“探究水和沙子吸热升温的属性”的装置：

（1）图甲证明了                              ； 
（2）图乙说明了                                ； 
（3）图丙的实验中用加热时间的长短表示物质                           。

如图所示的下列情景中：

（1）如图（a）是子弹射穿苹果的情景，表明运动的子弹具有       能；
（2）图（b）是山区常见盘山公路，盘山公路可以看作是我们学过的一种简单机械——斜面，它的主要目的是使汽车在上坡时能       ；但不能省       ；
（3）如图（c）所示，其他条件不变，若卡片上的二个卡口之间的间隔越小，则卡片会跳得越       （选填“高”或“低”）；
（4）如图（d）所示，如果合上开关，将出现         现象（选填“断路”或“短路”），除了两只灯都不亮以外，还会造成             的不良后果．

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

教室的窗玻璃是双层的。课间，同学在窗外敲玻璃时，小明感觉双层玻璃与单层玻璃的振动情况不一样。于是他想探究“受敲击时，双层玻璃和单层玻璃的振动强弱情况”。为此，小明进行了以下实验：

①将单层玻璃板固定在有一定倾角的斜面上，把玻璃球靠在玻璃板的右侧，把橡胶球悬挂在支架上靠在玻璃板的左侧(如图所示)。
②随意拉开橡胶球，放手后让其敲击玻璃板，玻璃球被弹开，记下玻璃球被弹出的距离。共做6次。
③换成双层玻璃板重复上述实验。
（1）实验后，发现玻璃球被弹开距离的数据比较杂乱，这与实验中的哪一操作不当有关?               。
小明改进后，重做了实验，获得了如下数据：

实验次数	1	2	3	4	5	6	平均值
玻璃球被弹开的距离(cm)	单层	20.2	20.8	21.1	20.5	20.7	20.9	20.7
双层	19.9	20.3	20.1	20.2	19.9	20.2	20.1

（2）受到橡胶球的敲击时，玻璃板振动的强弱是通过                     来反映的。
（3）根据上表中的实验数据分析，可以得出的结论是                           。
（4）实验中为了能使两种玻璃把玻璃球弹开的距离有较大的差异，请你提出一种可行的实验改进办法：                                                      。

小静在观看台球比赛时发现：有时运动的白球去撞击一个静止的球后，白球会立即静止在碰撞时的位置，而被撞的球似乎接替了白球，沿白球原来的运动方向，以几乎相同的速度向前运动，如图甲所示．

小静想：白球碰撞后立即静止，被撞的球是以白球撞前相同大小的速度运动出去的吗？
通过了解和初步实验，小静发现只有当体积和质量均相同的两球，而且球心在同一直线上相碰时，才可能出现上述现象．为进一步探究，她设计了下述实验方案：
将一个两端翘起、中间水平的轨道固定在水平桌面上，取两个相同的台球A、B，将B球静置于轨道的滴水平部分，A球置于轨道左端斜面上某处，测出该点到水平桌面的高度h₁，如图乙所示，释放A球，撞击后，A球静止，B球向前运动并冲上轨道右端斜面能到达的最高点，测出该点的高度h₂．通过比较h₂与h₁的大小关系即可作出判断．
请你作答以下问题：
（1）A球从斜面滑下的过程中，  能转化为动能．
（2）B球由静止变为运动是因为B球在碰撞中获得了  能．
（3）已知重力势能的计算公式为E_p=mgh，动能的计算公式为E_k=mv²．若轨道光滑，则碰撞前瞬间A球运动速度的表达式v_A=  ；若h₂=h₁，则说明B球被撞后开始运动的速度v_B  v_A（选填“＞”、“=”或“＜”）．
（4）在实际实验中，测出的h₂总小于h₁，若导致这一现象的原因是轨道不光滑，那么，在阻力不可避免的情况下，你认为小静的设计是否还有价值？请说出你的理由                                    ．

在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想：

猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
猜想三：弹性势能的大小与弹簧的长度有关；
猜想四：弹性势能的大小与弹簧的粗细有关．  
（1）为验证猜想一，他设计了如图所示实验，实验时将同一弹簧压缩   _（选填“相同”或“不同”）的长度（弹簧被压缩后未超过其弹性限度），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   ，从而比较弹性势能的大小．    
（2）为验证猜想二，在其他因素相同时，需选用   不同的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩   （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，对数据进行比较分析时，若   ，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关．
（3）若水平面绝对光滑，本实验将   （选填“能”或“不能”）达到探究目的．