专题十四探究物体的动能重力势能跟哪些因素有关（原卷版）

专题十四探究物体的动能、重力势能跟哪些因素有关知识点1：探究物体的动能跟哪些因素有关【实验猜想】动能大小可能跟物体的质量、速度有关。【实验图示】【实验步骤】（1）如图甲所示，让质量为m的小球从斜面上高度为h处由静止滑下，运动到水平面上后撞击小木块，测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格;（2）如图乙所示，让质量为m的小球从同一斜面上高度为2h处由静止滑下，运动到水平面上后撞击同—位置的同小本块测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格;（3）如图丙所示，让质量为2m的小球从同一斜面上高度为2h处由静止滑下，运动到水平面上后撞击同一位置的同—小木块，测量小木块在水平面上滑行的距离，并将相关数据填入表格。物理方法：转换法、控制变量法（1）转换法∶小球的动能大小无法直接观察，实验中将小球的动能大小转换为被撞击木块运动距离的大小，这是转换法的应用。（2）控制变量法∶实验中应注意控制变量法的应用。探究动能大小与速度的关系时，应保证小球质量相同，到达水平面的速度不同，即图甲、乙;探究动能大小与质量的关系时，应控制小球到达水平面的速度相同，质量不同，即图乙、丙。还要注意保持其他因素不变，如实验过程中要使用同一个斜面（粗糙程度、倾角不变）、被撞击的是同一个木块等。知识拓展：从斜面滑下的物体的速度小球在光滑斜面上由静止开始滚下，到达斜面底端时的速度大小只与起点的高度有关，高度越高，到达底端时的速度就越大，与其他因素无关;因此质量不等的小球从斜面的同一高度由静止释放，运动到水平面时，它们的速度大小相等。【实验结论】物体动能的大小与物体的速度和质量有关，速度越大，质量越大，物体所具有的动能就越大。知识点2：探究物体的重力势能跟哪些因素有关【实验猜想】重力势能可能跟物体的高度、质量有关。【实验图示】【实验步骤】（1）如图甲、乙所示，将质量相等（均为m）的重物分别从不同高度（高度分别为h和2h）由静止释放，记录这两次实验小桌陷下去的深度;（2）如图乙、丙所示，将质量不等（分别为m和M）的重物从相同高度（均为2h）由静止释放，记录这两次实验小桌陷下去的深度。【注意事项】（1）实验操作时，要注意使重物下落后击中小桌的中部，以免小桌发生歪斜，影响陷入深度的测量。（2）每次实验后要将实验小桌恢复原样放置。物理方法：转换法、控制变量法（1）转换法∶重物的重力势能大小无法直接观察，实验中将重物的重力势能大小转换为被撞击的小桌陷入沙子的深度，这是转换法的应用。（2）控制变量法∶实验中应注意控制变量法的应用。探究重力势能大小与高度的关系时，应保持重物质量相同，高度不同，即图甲、乙;探究重力势能大小与质量的关系时，应控制高度相同，质量不同，即图乙、丙。【实验结论】物体的重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大，高度越高，物体所具有的重力势能就越大。探究物体的动能、重力势能跟哪些因素有关1．小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球m和M（M的质量大于m），分别从不同的高度h和H（H＞h）静止开始滚下，观察木块B被撞击后移动的距离，实验过程如图1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，这种研究方法是（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）由图1甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与有关。（3）小明根据图1甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，他的看法是否正确？（选填“正确”或“错误”），理由是：。（4）小明联想到“探究阻力对物体运动的影响”时，也用到了斜面，让小车从同一斜面的顶端由静止滑下，比较在不同表面滑行的距离（如表），小车在三个表面克服摩擦力做功（选填“相等”或“不相等”）。表面毛巾棉布木板摩擦力最大较大最小小车运动距离最近较远最远2．图甲是小洛探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置，实验中让质量不同的钢球从斜面上同一高度由静止释放，撞击水平面上的同一木块。图乙是小阳探究“阻力对物体运动的影响”的实验装置，实验中让同一小车从斜面上相同的高度由静止释放，在粗糙程度不同的平面上运动。（1）这两个实验中都让物体从同一斜面的同一高度由静止释放，其目的是。（2）设计甲实验的目的是研究钢球动能的大小与的关系，实验中通过观察，从而间接判断钢球的动能大小，这种研究方法是（选填“控制变量法”或“转换法”）。（3）乙实验中通过观察小车在粗糙程度不同的平面上运动距离的远近，可知：水平面越光滑，小车运动的距离越，在此基础上进行推理得出，在理想情况下，运动的物体如果，将会一直运动下去。（4）小阳同学通过上面的探究学习，思考了一个问题：当自己荡秋千荡到右侧最高点时，如果自己受到的力全部消失，自己将会处于怎样的运动状态呢？他做出了以下猜想，你认为其中正确的是。（图中的“•”表示小阳同学）3．李烨在探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验中，选择了质量不同的两个小球、斜面和木块等器材。（1）甲图实验中，探究的“动能”是指。A．小球在斜面上时的动能B．小球撞击木块时的动能C．小球撞击木块后的动能D．小球在刚释放时的动能（2）为控制小球到达水平面时的速度相等，李烨应让不同质量的小球从斜面的（选填“不同”或“相同”）高度处释放；用甲图中的装置（选填“能”或“不能”）探究动能大小与速度的关系；实验过程中是通过来反映小球的动能大小。（3）被碰撞的木块在水平木板上滑行一段距离后停下，设木块克服摩擦力做功为Wf，碰撞后木块获得的动能为Ek，忽略空气阻力，则WfEk（选填“＞”“＜”或“＝”）。（4）李烨还想用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，探究小球的动能大小与质量的关系，如乙图所示，这个设计方案（选填“可行”或“不可行”）。4．如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，小强将不同金属球从斜面的某一高度由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下，完成甲、乙、丙所示的三次实验。（1）金属球在滚下斜面的过程中，它的能转化为动能。（2）物块被撞击得越远，说明金属球到达水平面时的动能就越；这种比较动能大小的研究方法是（选填“转换法”或“控制变量法”）。（3）要探究动能与速度的关系应选用两图，结论是：当质量相同时，速度越大，动能越。（4）甲、乙两图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时水平面时具有相同的。（5）如图丁所示是交通管理部门对不同车型设定的最高速度，由“十次车祸九次快”“安全驾驶莫超载”可知事故的原因是超载或超速。用甲、丙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车（选填“超载”或“超速”）行驶时危险性大的原因。5．小明利用以下器材：中间有沟槽的木质轨道，如图甲所示，其中AB部分倾斜并与平直部分BC平滑连接，沟槽较光滑）、大小与沟槽相当的玻璃球、铁球各一个，轻质弹簧、刻度尺各一个，开展了探究“动能大小与哪些因素有关”的活动。实验步骤如下：步骤1：让质量为m1铁球从斜面高h1处自由滑下，记录弹簧被压缩的长度x1。步骤2：让质量为m2铁球从斜面高h1处自由滑下，记录弹簧被压缩的长度x2。步骤3：让质量为m1铁球从斜面高h2处自由滑下，记录弹簧被压缩的长度x3。（1）利用这套器材进行实验时，可以通过比较来比较小球动能的大小。（2）步骤（选填“1”“2”或“3”）两个步骤是为了研究动能与质量大小的关系，步骤（选填“1”“2”或“3”）两个步骤是为了研究动能与速度大小的关系。（3）若弹簧可以自由伸缩，压缩的弹簧可以将小球向上弹回，说明发生弹性形变的物体具有能。小球离开弹簧后可以继续向上运动，但是每一次反弹的高度逐渐变小，说明此过程小球机械能（选填“增大”“减小”或“不变”）。（4）根据实验结论和生活经验，在发生汽车碰撞事故时，事故的严重程度与下列哪个因素无关。A.载重大小B.车速大小C.是否系安全带D.是否安装行车记录仪6．如图为某兴趣小组“探究动能大小跟哪些因素有关”的实验操作（步骤甲、乙、丙中小球质量分别为m、2m、3m）。（1）让小球从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球到达水平面时具有相同的。（2）实验中通过比较木块B被小球撞击后移动的距离来判断小球具有动能的大小，这种方法在物理学中属于（选填“控制变量法”或“转换法”）。（3）李华同学认为由实验步骤乙和实验步骤丙可以判断动能大小与速度的关系，你认为该观点是的（选填“正确”或“错误”），理由是。（4）通过比较步骤甲和步骤乙，可以初步得到的结论是：。7．每周五是某中学学生的社团活动日，“有趣的物理”社团的同学们设计了如图甲、乙所示的实验，来探究动能的大小与哪些因素有关。（1）该实验是通过观察来比较小球动能的大小，从而得出结论的。（2）分析比较甲、乙两次实验，得出的结论是。这个结论可用于解释汽车（选填“超速”或“超载”）带来的危害。（3）探究动能与速度的关系时，应选择让质量的钢球从斜面高度的位置开始运动。（均选填“相同”或“不同”）（4）本实验装置的水平面如果绝对光滑，还能得出结论吗？，理由是。8．芳芳设计用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”，其中摆线的长度L相同，小球A、B的质量mA＜mB，悬线与竖直方向之间的夹角θ1＜θ2。（1）小球按图示位置由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止，本实验中通过比较反映撞击木块C前小球动能大小，这种研究方法叫（选填“控制变量法”或“转换法”）；（2）图甲、乙中，同时由静止释放A、B两球，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中任一时刻速度大小与小球的无关；（3）根据乙、丙所示的探究过程，芳芳观察到如图丙中木块C被撞得更远，可得出结论：小球的动能大小与（选填“速度”、“高度”或“质量”）有关；（4）若水平面绝对光滑且足够长，木块C被撞击后，它将做直线运动。9．为了模拟研究汽车超载和超速带来的安全隐患，小明同学设计了如下图所示的探究实验：将A、B、C三个小球先后从同一装置高分别为hA、hB、hC的位置滚下（mA＝mB＜mc，hA＝hC＞hB），推动小木块运动一段距离后停止。请你根据生活经验和所学的物理探究方法，回答：（1）在图甲和图丙实验中，A球、C球刚滚到水平面时的速度。（选填“相等”或“不相等”）（2）小球推动小木块运动的距离越大，表示安全隐患。（选填“越大”、“不变”或“越小”）（3）用来研究超载安全隐患时，我们应选择两个图所示实验进行比较。（4）用来研究超速安全隐患时，我们应选择两个图所示实验进行比较。（5）实验中，小球碰撞木块后继续向前运动，木块在水平木板上滑动一段距离后停下，设碰撞前一瞬间小球的动能为E0，木块克服摩擦力所做的功为W，则E0W（选填“＞”、“＜”或“＝”）。10．如图为某学习小组“探究动能大小跟哪些因素有关”的实验操作（步骤甲、乙、丙中小球质量分别为m、2m、3m）。（1）让小球从同一高度由静止开始滚下，目的是使小球到达水平面时具有相同的。（2）实验中通过比较木块B被小球撞击后移动的距离s来判断小球具有动能的大小，这种方法在物理学中属于（选填“控制变量法”或“转换法”）。（3）小华认为由实验步骤乙和实验步骤丙可以判断动能大小与速度的关系，你认为该观点是（选填“正确”或“错误”），理由是。（4）通过比较步骤和可以判断动能大小与物体质量的关系。11．“十次事故九次快”说明汽车超速会带来危害，汽车“多拉快跑”更是追尾事故中的罪魁祸首，超速与超载严重危害了道路交通安全。小明通过实验探究货车超速与超载在追尾事故中的危害，用到的器材有：小车（模拟货车）、木块（模拟被追尾车辆）、砝码若干、坡度固定的斜面。将小车从如图甲所示的A处自由释放，小车在水平面上运动一段距离s0后停止，s0可视为刹车后运动的距离。将木块静置于小车右侧所在的位置B处，表明符合核载量并在限速内的货车不会对前车追尾。请回答下列问题：（1）探究货车超速的危害：如图乙所示，木块置于B处，小车由斜面顶端释放，撞击木块并与木块共同运动一段距离s1，这表明货车超速（选填“会”或“不会”）产生追尾的危害。本实验可用木块运动的反映追尾的危害程度；（2）探究货车超载的危害：如图丙所示，木块置于B处，将砝码固定在小车上，仍从A处释放小车，观察小车的运动情况。逐次增加砝码个数重复实验，发现小车在水平面上运动的距离几乎都为s0，均未与木块撞击。小明猜想：小车每次到达斜面底端时，虽其动能随的逐次增大而增大，但仍未追尾，原因可能是小车此时还不够大；（3）由（2）问中的实验看出小车超载几乎不会追尾前车，但生活中货车超载引起的追尾事故却频频发生。请你在上述实验的基础上再设计一步实验操作（木块仍置于B处），证明货车追尾前车会因超载带来危害。①操作：；②请你对可能产生的现象进行合理预设，并指出仅因超载造成追尾的危害程度在实验结果中是如何体现的？。12．在研究“物体动能与质量和速度的关系”实验中，将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。实验次数钢球质量m/g钢球下摆高度h/cm木块滑行距离s/cm1203035240306536030（1）本实验使钢球获得动能的操作方法是。（2）从上表数据可以看出，实验中控制了相同，从而探究动能与的关系。（3）第1次实验时若不考虑能量损失，钢球对木块最多可做J的功；第3次实验时，木块被撞后滑出木板无法记录数据，需要重做第三次实验，甲同学建议换用同样较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度，你认为应当采用同学的建议。（4）由上述实验数据和现象可得出结论：。13．小李在探究“弹簧弹性势能的大小跟哪些因素有关”的实验时，提出了如下猜想：猜想一：弹簧弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；猜想二：弹簧弹性势能的大小与弹簧的材料有关。为了验证上述猜想，小李选用材料不同的三根弹簧A、B和C（长度和粗细均相同），一把长刻度尺，小球、木块各一个，设计了如图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同，实验数据如下表所示。实验序号所使用的弹簧弹簧形变量/cm木块移动的距离/cm1弹簧A23.52弹簧A56.23弹簧A810.64弹簧B58.75弹簧C511.56弹簧C613.1（1）弹簧将小球弹开的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的能。（2）实验中通过比较来判断弹簧弹性势能的大小。（3）为了验证猜想一，应选择表中1，2，3三组数据进行分析；由此得出的结论是：弹簧材料相同时，越大，弹簧的弹性势能越大。（4）为了验证猜想二，应选择表中（填实验序号，实验序号间用逗号隔开）三组数据进行分析。（5）若水平面绝对光滑，则小李（选填“能”或“不能”）完成本实验。14．如图1所示，小明在工地上看到打桩机上被举高的重锤能将桩打入地下。在学习了重力势能的知识后，小明知道了这是由于被举高的重锤具有重力势能。那么什么因素会影响重力势能的大小呢？对这个问题，小明提出了如下猜想。猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关。猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关。为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验。如图2所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。（1）实验中通过比较来判断物体重力势能的大小，依据是铁块对小桌越多，铁块具有的重力势能就越大。（2）钦块在空中下落的过程中，将重力势能转化为能。（3）按上述方案进行实验，其实验数据如表所示实验序号铁块质量m/g铁块距桌面的高度H/cm桌腿进入沙子的深度h/cm①20201.9②20302.9③20403.8④30202.9⑤40204.1为了验证猜想一，需选择表中（填实验序号）三组数据进行分析；分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是。（4）小明根据实验现象认为：铁块撞击小桌进入沙子一段距离后都要停下来，所以铁块，小桌所具有的机械能最终都消失了，你认为小明的观点是（选“正确”或“错误”）的，理由是。15．王哥庄大馒头崂山面塑是崂山地区农村世代相传的手工艺面制品，至今已有500余年的历史，是青岛当地具有代表性的非物质文化遗产。家住王研庄的学霸小何同学周末帮妈妈做大馒头时发现：加面的瓢落在刚刚醒发好的面团上，面团上留下了痕迹。小何想到老师在课堂进行的实验，他利用崂山矿泉水瓶和面团模仿并完成的一系列力学实验，实验步骤和现象被小何同学用简图记录下来，如图所示。（1）瓶子放在面团上，面团上就会留下痕迹，说明：力可以改变。在方框中画出矿泉水瓶从空中下落时的受力示意图（用方块代表矿泉水瓶即可）。（2）实验①②对比，可以探究压强与的关系，想要探究重力势能大小与质量的关系可选择实验步骤（写清实验序号即可）进行对比分析。（3）对比实验②③，可以获得的实验结论是。（4）《民法典》中规定“禁止从建筑物中抛掷物品”，生活中更要杜绝“高空抛物”这种严重危害公共安全的行为，“高空抛物”危害性大的原因，可通过分析实验步骤（写清实验序号即可）得出的结论进行解释。16．在探究“物体的重力势能与高度、质量是否有关”的实验中，小明准备了四块相同的花泥，两个体积相同但质量不同（m钢＞m玻）的小球。（1）如图甲所示，将钢球、玻璃球从距花泥h1高处由静止释放，砸在花泥上，砸出深浅不同的痕迹，由图可知，实验的自变量是，控制不变的量是；（2）如图乙所示，将钢球分别从距花泥h1和h2（h1＞h2）高处由静止释放，砸在花泥上，砸出深浅不同的痕迹，据图得出结论：当相同时，重力势能与有关。17．在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，已知重物A、B、C的底面积相同，质量关系为mA＝mB＝mC＜mD。四个完全相同的木桩和四个从不同高度处释放时的重物位置如图甲所示，木桩被打击后陷入沙中的情形如图乙所示，重物C、D将木桩打入沙中的深度相同。（1）下表是该同学设计的探究重力势能与物体释放高度是否有关的记录表格。请将表格中①、②的内容填写完整：①；②；次数①物体释放高度H②重力势能大小E123（2）让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断（选填“重物”或“木桩”）的重力势能大小，这种研究方法是（选填“控制变量法”或“转换法”）；（3）比较A、B、C三个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和高度的关系，得出的结论是；（4）结合（3）中的实验结论，通过比较D和（选填“A”“B”或“C”）两个重物将木桩打入沙中的深度，小明认为重力势能还可能跟质量有关。18．同学们利用沙子、小桌、重物、透明的箱子进行实验探究。（1）如图1所示，把小桌放在透明的沙箱中，让重物从高处落下，撞击小桌，观察桌腿陷入沙子的深度，探究重力势能的大小与哪些因素有关。①实验探究的是（填“重物”或“小桌”）的重力势能；②通过实验，发现同一个重物从不同高度落下，高度越高，能够对外做功越，说明它的重力势能越；③若要探究重力势能与质量的关系，应换用不同的重物，让它们从高度落下，观察桌腿陷入沙子的深度；（2）把重物按图2所示方式分别放在小桌上，观察小桌陷入沙子的深度，探究压力作用效果与什么因素有关。①在分析压力作用效果与压力大小的关系时，应选择两次实验进行比较；②在分析压力作用效果与受力面积大小的关系时，应选择两次实验进行比较。（3）上述探究过程中都是通过观察桌腿陷入沙子的深度来得出要探究的问题，在物理中称之为转换法，请举出一个也用到这种方法的实验。19．同学们在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验时，提出了如下猜想：猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关；猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关；为了验证上述猜想，他们计划利用小桌、沙子、透明的箱子、质量不同的重物进行实验：如图所示，把小桌放在平整的沙面上，让重物从高处落下，撞击桌面的中心部位，桌腿陷入沙子。请你完成下列内容：（1）实验探究的是（填“重物”或“小桌”）的重力势能；（2）实验中通过比较来判断物体重力势能的大小；（3）他们做了如图所示的实验，通过比较（填“甲、乙”、“乙、丙”、“丙、丁”或“甲、丁”）两图，可得出的实验结论是：；（4）如图所示的实验，（填“能”或“不能”）顺利验证两个猜想。20．在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，已知重物A、B、C的底面积相同，质量关系为：mA＝mB＜mC。三个完全相同的木桩和三个从不同高度处释放时的重物位置如图甲所示，木桩被打击后陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度相同。（1）让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断（选填“重物”“木桩”）的重力势能大小，这种研究方法是（选填“控制变量法”或“转换法”）。（2）比较两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和高度的关系，得出的结论是：在一定时，物体的高度越，重力势能越大。（3）结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度，我们（选填“能”或“不能”）得出物体的重力势能与其质量有关的结论。21．如图弹弓是80、90后小时候都喜欢玩的玩具。小明看到爸爸玩弹弓引起了他的好奇。他根据所学知识知道弹珠的弹射距离与橡皮条的弹性势能有关，所以他想探究“橡皮条的弹性势能与橡皮条长度、宽度的关系。”于是小明同学利用相同的弹珠，材料和厚度相同，长宽不同的橡皮条进行实验，他依次将橡皮条固定在弹弓上。在弹性范围内，拉伸相同的伸长量，将弹珠在同一位置