18. 小明猜想:动能的大小可能与物体的质量与物体运动的速度有关。因此,他设计了如下两种实验方案:
A. 让同一辆小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑,与放在水平面上的木块相碰,比较木块在水平面上移动的距离,如图(a)所示。
B. 让不同质量的小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑,与放在水平面上的木块相碰。比较木块在水平面上移动的距离,如图(b)所示。
上述两种实验方案中:
(1) A方案是为了探究动能大小与
速度
的关系。若木块被撞后移动的距离越远,则说明小车对木块的推力做功
越多
,小车撞击木块时的动能
越大
。
(2) 小明想用B方案探究动能大小与质量的关系。该方案是否合理?答:
不合理
,理由是
没有控制速度相等
。

答案:18.(1)速度 越多 越大 (2)不合理 没有控制速度相等
解析:
【分析】
要解决这道题,需结合动能的影响因素(质量和速度),利用控制变量法和转换法分析实验方案:动能的大小无法直接观察,通过木块被撞击后移动的距离反映小车动能大小,这是转换法;探究动能与某一因素的关系时,需控制另一因素不变,即控制变量法。A方案中,同一小车质量相同,从斜面不同高度滑下,到达水平面的速度不同,用于探究动能与速度的关系;木块移动越远,说明小车对木块做功越多,动能越大。B方案探究动能与质量的关系时,需控制小车到达水平面的速度相同,但该方案中不同质量的小车从不同高度滑下,未控制速度相等,因此方案不合理。
【解析】
(1) A方案中,同一辆小车质量不变,从斜面不同高度下滑,到达水平面时的速度不同,因此是探究动能大小与速度的关系;木块被撞后移动的距离越远,说明小车对木块的推力做功越多,小车撞击木块时的动能越大。
(2) 探究动能大小与质量的关系时,需控制小车到达水平面的速度相同,而B方案中不同质量的小车从同一斜面的不同高度下滑,没有控制小车到达水平面的速度相等,因此该方案不合理。
【答案】
(1)速度 越多 越大 (2)不合理 没有控制速度相等
【知识点】
动能、控制变量法
【点评】
本题考查探究动能影响因素的实验,核心是控制变量法的应用,是初中物理力学的基础实验题,重点考查学生对实验设计思路的理解。
【难度系数】
0.6
19. 如图所示,将削尖的木棒伸到木板的孔里,用力压住木棒来回拉动钻弓,木棒在木板孔里转动时,与木板相互摩擦,机械能转化为内能,而产生的热量主要集中在孔内,不易散发,提高了木棒尖端的温度,当达到260 ℃时木棒便开始燃烧。因木头是热的不良导体,故受热厚度很薄,木棒受热部分的质量约有0.25 g。已知来回拉一次钻弓需1.0 s,弓长0.25 m,人拉弓的力为16 N,木头的比热容为$2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$,室温为20 ℃。

(1)来回拉一次钻弓,克服摩擦力所做的功为多少焦?
(2)人克服摩擦力做功使机械能转化为内能。若其中有25%被木棒尖端吸收,则1 s内可使木棒尖端的温度提高多少摄氏度?
(3)请你估算需要多长时间才能使木棒燃烧起来。
答案:19.(1)8 J (2)4 ℃ (3)60 s
解析:
【分析】
本题结合钻弓取火的实际场景,考查功、热量的计算及能量转化效率的应用。解题时需明确:(1)来回拉一次钻弓的移动距离为2倍弓长,利用功的公式计算做功;(2)根据能量转化效率求出木棒吸收的热量,再结合热量公式计算温度变化;(3)先求出木棒需要升高的总温度,结合每秒升温值计算所需时间,同时注意单位的统一换算。
【解析】
(1)来回拉一次钻弓,移动的距离 $ s = 2 × \mathrm{弓长} = 2 × 0.25\ \mathrm{m} = 0.5\ \mathrm{m} $,克服摩擦力做功:
$ W = Fs = 16\ \mathrm{N} × 0.5\ \mathrm{m} = 8\ \mathrm{J} $;
(2)被木棒尖端吸收的热量:
$ Q = 25\% × W = 0.25 × 8\ \mathrm{J} = 2\ \mathrm{J} $,
木棒质量 $ m = 0.25\ \mathrm{g} = 0.25 × 10^{-3}\ \mathrm{kg} $,根据热量公式 $ Q = cm\Delta t $,得温度升高量:
$ \Delta t = \frac{Q}{cm} = \frac{2\ \mathrm{J}}{2 × 10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 0.25 × 10^{-3}\ \mathrm{kg}} = 4\ \mathrm{℃} $;
(3)木棒需要升高的总温度:
$ \Delta t_{\mathrm{总}} = 260\ \mathrm{℃} - 20\ \mathrm{℃} = 240\ \mathrm{℃} $,
每秒升高4℃,所以所需时间:
$ t = \frac{\Delta t_{\mathrm{总}}}{\Delta t} = \frac{240\ \mathrm{℃}}{4\ \mathrm{℃/s}} = 60\ \mathrm{s} $。
【答案】
(1)8 J (2)4 ℃ (3)60 s
【知识点】
功的计算、热量的计算、能量转化效率
【点评】
本题将物理知识与实际生活场景结合,考查基础公式的应用,关键在于单位换算和各物理量关系的梳理,难度适中,只要掌握相关公式即可顺利解答。
【难度系数】
0.5