21. (4分)小明为了探究动能的大小与哪些因素有关,他设计了如图所示的实验。已知两个装置中的圆形轨道表面都光滑,水平面的粗糙情况也处处相同。
① 如图(a)所示,让质量相同的两个小球分别从两轨道上的A处和B处自由释放,与放在水平面上的纸盒相碰,纸盒运动一段距离后都静止下来。
② 如图(b)所示,让质量不相同的两个小球分别从两轨道上的相同高度处自由释放,与放在水平面上的纸盒相碰,纸盒运动一段距离后都静止下来。
(1) 要探究动能与物体运动速度的关系应选用图
(a)
。
(2) 图(b)中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是:
使小球到达水平面时速度相等
。
(3) 上述实验中,是利用
纸盒被推动的距离
来比较物体动能大小的。
(4) 从以上两组实验可以得出的结论是:
质量越大,速度越大,物体的动能越大
。
(第21题) (第22题)
答案:21. (1)(a) (2) 使小球到达水平面时速度相等 (3) 纸盒被推动的距离 (4) 质量越大,速度越大,物体的动能越大
解析:
【分析】
这道题考查探究动能大小影响因素的实验,需运用控制变量法和转换法。解题思路:①探究动能与速度的关系时,要控制质量相同,改变速度,因此选择质量相同的小球从不同高度释放的图(a);②探究动能与质量的关系时,要控制速度相同,让不同质量的小球从同一高度滚下,目的是使它们到达水平面时速度相等;③动能大小无法直接观察,通过纸盒被推动的距离来比较,这是转换法;④结合两组实验的现象,总结动能与质量、速度的关系。
【解析】
(1) 探究动能与速度的关系,需控制小球质量相同,改变速度。图(a)中两个小球质量相同,从不同高度自由释放,到达水平面时速度不同,符合控制变量要求,故选图(a)。
(2) 图(b)中,小球从光滑轨道同一高度滚下时,机械能守恒,到达水平面时的速度相同,因此让不同质量的小球从同一高度滚下的目的是使小球到达水平面时速度相等,以控制速度变量,探究质量对动能的影响。
(3) 实验中,小球动能越大,对纸盒做功越多,纸盒被推动的距离越远,因此利用纸盒被推动的距离来比较物体动能大小,这是转换法的应用。
(4) 图(a)中,质量相同的小球,速度越大,纸盒被推动的距离越远,说明动能越大;图(b)中,速度相同的小球,质量越大,纸盒被推动的距离越远,说明动能越大。因此结论为:质量越大,速度越大,物体的动能越大。
【答案】(1)(a) (2)使小球到达水平面时速度相等 (3)纸盒被推动的距离 (4)质量越大,速度越大,物体的动能越大
【知识点】动能的影响因素、控制变量法、转换法
【点评】本题是初中物理力学中探究动能影响因素的基础实验题,重点考查控制变量法和转换法的应用,要求学生理解实验设计逻辑和结论推导,属于常规题型,需熟练掌握。
【难度系数】0.6
22. (4分)为了探究重力势能的大小与哪些因素有关,某物理兴趣小组利用学校运动场上的沙坑和质量不同但体积相同的金属球来进行实验,如图所示。
(1) 实验步骤为:
① 将沙坑中的沙面抹水平。
② 让同一金属球从
不同
高度由静止自由下落,观察坑中的沙面被撞击后凹陷的程度。
③ 让质量不同的金属球从
相同
高度由静止自由下落,观察坑中的水平沙面被撞击后凹陷的程度。
(2) 实验中,沙坑中沙面凹陷的程度反映了金属球的
重力势能
大小,金属球撞击沙面直到静止,金属球的机械能转化成为
内
能。

答案:22. (1) 不同 相同 (2) 重力势能 内
解析:
【分析】
本题是探究重力势能影响因素的实验,需运用控制变量法和转换法。重力势能的大小与物体的质量和被举高的高度有关,探究时要控制一个变量不变,改变另一个变量:探究重力势能与高度的关系时,保持质量相同,改变高度;探究与质量的关系时,保持高度相同,改变质量。同时实验通过沙面凹陷程度反映重力势能大小,这是转换法的应用;金属球撞击沙面时,机械能会转化为内能。
【解析】
(1) 实验采用控制变量法:
② 探究重力势能与高度的关系,需控制金属球质量相同,因此让同一金属球从不同高度下落,观察沙面凹陷程度;
③ 探究重力势能与质量的关系,需控制金属球下落高度相同,因此让质量不同的金属球从相同高度下落,观察沙面凹陷程度。
(2) 实验中,沙面凹陷程度越大,说明金属球对沙做功越多,重力势能越大,因此凹陷程度反映金属球的重力势能大小;金属球撞击沙面直到静止,克服摩擦做功,机械能转化为内能。
【答案】
(1) 不同;相同 (2) 重力势能;内
【知识点】
重力势能、控制变量法、转换法
【点评】
本题考查探究重力势能影响因素的实验,核心是控制变量法和转换法的应用,属于初中物理基础实验题,是中考常考题型,注重实验方法的理解与应用。
【难度系数】
0.7
23. (6分)小明在探究不同物质吸热能力的实验中,所用的实验装置如图(a)、(b)所示。
(1) 实验中应取质量相同的a、b两种液体,分别倒入相同的烧杯中,再使用规格
相同
(相同/不同)的电加热器加热。
(2) 小明认为在两种液体都不沸腾的情况下,可使a和b升高相同的温度,然后比较a、b吸热能力。小华认为在两种液体都不沸腾的情况下,可加热相同的时间,然后比较a、b吸热能力。请你对他们观点的可行性作出评价
都可行,两种方案都能判断a、b液体吸热能力
。
(3) 实验数据如下表所示,
a
(a/b)液体的吸热能力强。如果要在a、b两种液体中选择一种液体作为冷却剂,选择
a
(a/b)液体较为合理。

(4) 图(c)中图线①是液体b加热时温度随时间变化的图线。如果将初温相同的液体b质量增加到原来的2倍,不考虑热损失,用相同的加热器加热,再绘制出一条温度随时间变化的图线,则为图(c)中的图线
③
(②/③)。
(5) 下列应用中与本实验研究物质特性有关的是
B
(填序号)。
A. 夏天,在地面上洒水降温
B. 暖气片用水作为传热介质
C. 利用空调降温
D. 利用干冰营造舞台效果

答案:23. (1) 相同 (2) 都可行,两种方案都能判断a、b液体吸热能力 (3) a a (4) ③ (5) B
解析:
【分析】
本题围绕探究不同物质吸热能力的实验展开,核心是利用控制变量法和比热容的相关知识解题。首先明确实验中相同规格加热器的作用是保证相同时间内液体吸收热量相同;判断吸热能力可通过“升高相同温度比加热时间(吸热多少)”或“加热相同时间比升高温度”两种方案;比热容大的物质吸热能力强,适合做冷却剂;质量加倍时,相同热量下升温更慢;最后结合比热容的应用分析选项。
【解析】
(1) 实验中使用相同规格的电加热器,目的是使两种液体在相同时间内吸收的热量相同,便于比较吸热能力,故填“相同”。
(2) 小明的方案:控制升高温度相同,通过比较加热时间(即吸收热量的多少),加热时间越长说明吸热能力越强;小华的方案:控制加热时间相同(即吸收热量相同),通过比较升高的温度,温度升高越少说明吸热能力越强,两种方案均能判断吸热能力,故都可行。
(3) 由实验数据可知,a液体升高相同温度时加热时间更长,说明a吸收热量更多,因此a的吸热能力强;冷却剂需要吸热能力强(比热容大)的物质,故选择a液体。
(4) 根据Q=cmΔt,当液体b质量增加到原来的2倍,用相同加热器加热(相同时间吸热Q相同),则Δt=Q/(c·2m),即相同时间内升温变为原来的1/2,升温更慢,对应图线③。
(5) 本实验研究的是比热容特性:A是蒸发吸热,B利用水的比热容大(相同热量下温度变化小,适合做传热介质),C是物态变化降温,D是干冰升华,故与比热容有关的是B。
【答案】
(1)相同 (2)都可行,两种方案都能判断a、b液体吸热能力 (3)a;a (4)③ (5)B
【知识点】
比热容、控制变量法、热量与比热容的关系
【点评】
本题是探究物质吸热能力的经典实验题,全面考查实验原理、方案评价、比热容的判断及应用,难度适中,需学生熟练掌握控制变量法和Q=cmΔt的应用。
【难度系数】
0.5