第14讲 机械能与内能实验专题（原卷版）

第14讲机械能与内能实验专题探究影响物体动能大小的因素探究不同物体的吸热能力探究不同燃料热值1、机械能和内能：概念影响大小的因素单位动能由于运动而具有的能质量、速度J势能弹性势能发生弹性形变的物体具有的能弹性形变量J重力势能物体由于被举高而具有的能质量、高度J机械能动能和势能动能、势能J内能物体内所有分子动能和分子势能的总和叫作分子的内能温度、质量、体积、状态J机械能和内能的区别机械能是宏观的能量，和物体整体的运动速度与是否受力有关；内能是物体内部分子的能量，是微观的能量，和物体的整体无关；机械能和内能是不同形式的能，它们之间可以互相转化。2、比热容、热值、热量概念单位符号计算特点比热容温度升高时，吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比J/（kg·℃）比热容是物质本身的一种性质，同种物质在同一状态下的比热容与其质量、吸收（或放出）热量的多少及温度的改变无关。热值燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量之比叫作燃料的热值J/kg或J/m3热值是物质本身的一种性质，它的大小与物质的质量和是否完全燃烧没有关系热量物体在热传递过程中转移的能量J热量是一个过程量，在热传递过程中吸收或放出多少热量，不能说物体具有热量。知识点一：探究影响动能的因素【探究重点】【实验目的】探究影响动能大小的因素。【实验器材】木板，长方形木块，质量不同的小球。【实验原理】运动的小球碰到水平桌面上的木块，木块被推的越远，说明小球对木块做的功越多，小球动能越大。【实验步骤】实验装置如图。让小球A从斜面顶端自由滚下，小球碰到木块B后，将B推动一段路程，记录路程大小s1，并计入表格。让小球A从斜面中间位置自由滚下，小球碰到木块B后，将B推动一段路程，记录路程大小s2，并计入表格。换另一个质量不同的小球，重复上述两步实验，并记录路程s3、s4；数据并计入表格。实验表格整理器材。【实验结论】物体动能与质量有关，与速度有关。质量越大、速度越大的物体，动能越大。【例题精讲】（2022·江苏·扬州中学教育集团树人学校一模）在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，小明让钢球从斜面某一高度处由静止滚下，撞击水平面上的同一木块，如图所示是三次实验的情景，其中hA>hB=hC，mA=mB<mC。（1）实验中研究的是______（选填“钢球”或“木块”）的动能大小，其动能大小是通过______反映的；（2）比较甲、乙两图，假设图甲中木块克服摩擦力所做的功为W1，图乙中木块克服摩擦力所做的功为W2，则W1______W2。（选填“>”“<”或“=”）；（3）如果水平面光滑，则______（选填“能”或“不能”）完成本实验；（4）结合该实验，小明联想到许多交通事故中，造成安全隐患的因素与汽车“超载”和“超速”有关，为探究“超载”的安全隐患，应选择______两图的实验来进行比较。【巩固训练】（2021温州模拟）小明骑自行车上学途中，要经过一段陡坡路。为了探究自行车冲上陡坡后能达到的最大高度与哪些因素有关，他利用小球代替自行车并提出了以下几个猜想：猜想一：小球冲上斜面后达到的最大高度h可能与小球在斜面底端的速度v有关：猜想二：小球冲上斜面后达到的最大高度h可能与小球的质量m有关：猜想三：小球冲上斜面后达到的最大高度h可能与斜面的粗糙程度有关。小明准备了木质斜面、50g、100g、150g小球各一个、挡板、弹簧、棉布、毛巾、刻度尺等实验器材，并按如图所示的方法组装好实验装置，水平面和斜面连接良好：（1）器材准备完毕后进行了实验，实验所得到的数据如上表；（2）实验过程中，同一小球到达斜面底端时的不同速度是通过改变来实现的。（3）通过比较三组实验的数据，可以得出结论：小球冲上斜面后达到的最大高度h与斜面的粗糙程度有关。（4）通过比较①、④、⑤三组实验的数据，便可以得出猜想二是正确的结论，该做法（选填“合理”或“不合理“），理由是：.知识点二：探究物质比热容实验【探究重点】实验方法有控制变量法、转换法(通过温度变化快慢来反映吸热能力的强弱)。实验液体的选择：质量相同的不同液体。选择相同的热源目的是：以保证相同加热时间释放的热量相同。使用电加热器代替酒精灯的好处：易于控制产生热量的多少。实验中不断搅拌的目的：使液体受热均匀。描述物体吸热能力的物理量是比热容。结论:相同质量的不同物体，吸收相同的热量后升高的温度不同，比热容大的升高的温度低。做哪些实验还能用的此实验器材?答：水的沸腾实验；焦耳定律(探究电流产生的热量与哪些因素有关)。【例题精讲】（2022·江苏扬州·二模）用相同的装置给质量相等的甲、乙两种物质（固态）加热，它们的温度随时间变化情况的一部分如图所示。当加热至2min时，甲吸收的热量____乙吸收的热量（选填“等于”、“大于”或“小于”）；从图中可以看出固体物质甲的吸热能力______固体物质乙的吸热能力（选填“大于”、“小于”或“等于”）；根据图像分析固体甲________晶体（选填“是”、“不是”或“可能是”）。【巩固训练】（2022·江苏盐城·一模）小明在探究”海波熔化时温度的变化规律”的实验时，设计了甲、乙两种方案（如图所示）．实验应选用_____方案，其优点是_____，实验过程中温度计的变化情况是_____．知识点三：探究相等质量不同燃料燃烧放热实验【探究重点】热值(q)：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。对于的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。【例题精讲】（2022·江苏南通·三模）如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同．（1）比较不同燃料的热值应选择_____两个装置（选填装置序号A、B、C），当温度计的示数变化相同时，燃料剩下的越多，则该燃料的热值_____。（选填“越大”或“越小”）（2）比较不同物质的吸热能力应选择_____两个装置（选填装置序号A、B、C），当燃料燃烧相同的时间，温度计示数变化越大的那杯液体的比热容_____。（选填“越大”或“越小”）【巩固训练】（2022·江苏省锡山高级中学实验学校一模）如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内的液体质量和初温也相同。（1）比较不同燃料的热值，应选择________两图进行实验；要完成本实验，除了图中的实验器材，还必需的测量工具是________；燃料完全燃烧放出热量的多少，通过________来反映的；（2）如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体（其中一种液体是水），采用相同的燃料和相同的加热方式供热，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示，由图计算出，另一种液体的比热容为________。（2021·山东烟台·八年级期末）如图所示是小明同学利用斜面、钢球和木块等器材探究“物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验。（1）实验中通过比较___________来反映钢球动能的大小；（2）若要探究动能大小与质量的关系，应该选择___________两个图进行实验；（3）木块在水平面上滑动时，受到水平面的摩擦力___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（4）实验结束得出结论后，小明想到了五一假期在高速路上看到的道路限速标志牌，请你从能量的角度帮他解释一下为什么大型客车的限制速度比小型客车的更小___________？(2020·四川省雅安市)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)由甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与______有关。(3)小丽根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，她的看法是否正确？_____(选填“正确”或“错误”)，理由是：_________________。(4)另同学用图所示的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度(h2>h1)由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，这种方法是_____(选填“正确的”或“错误的”)。（2022·江苏无锡·一模）为了比较水和煤油吸热本领的大小，小明做了如图所示的实验：在2个相同的烧杯中分别装有质量、初温都相同的水和煤油，用两个相同的酒精灯对其加热。（１）除了火柴、酒精灯、烧杯、煤油、水、铁架台、石棉网、温度计、天平，小明在实验前还需要准备______（填一种测量器材）；（2）在此实验中我们可以通过比较______（选填“加热时间”或“液体升高温度”）来知道水和煤油吸收热量多少；（3）小明在原实验装置上进行两处改动来比较酒精和煤油的热值大小，需要的两处改动是：①将烧杯中的煤油换成质量______的水；②______。(2020·江苏省镇江市)在探究不同物质吸热升温的现象实验中∶(1)小强将天平放在水平桌面上并将游码归零后，若指针静止时位置如图1所示，则他应将平衡螺母向____端调节；调节天平平衡后，为称取质量相等的沙子和水，小强将装有沙子和水的相同烧杯分别放在天平的左、右托盘上，称取完成后，天平平衡时的场景如图2所示，则小强在称取中存在的问题是____｡(2)小强组装的实验装置如图3所示，他在器材安装中的一处错误是____｡(3)实验中某时刻温度计的示数如图4所示，其读数为____℃｡(4)实验结東后，小强根据图5所示的温度随时间变化图像，用三种方法来比较沙子和水吸热升温的快慢，从而建立比热容的概念∶①在相同的时间t内比较温度变化；②在相同的温度变化内比较时间t；③若和t均不同，则可用____来比较沙子和水吸热升温的快慢。在初中物理中，比较物体____的快慢时也用到了上述方法。（2022·江苏南通·三模）如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同．（1）比较不同燃料的热值应选择_____两个装置（选填装置序号A、B、C），当温度计的示数变化相同时，燃料剩下的越多，则该燃料的热值_____。（选填“越大”或“越小”）（2）比较不同物质的吸热能力应选择_____两个装置（选填装置序号A、B、C），当燃料燃烧相同的时间，温度计示数变化越大的那杯液体的比热容_____。（选填“越大”或“越小”）（2021·陕西商洛·八年级期末）在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小欣同学设计了如图甲、乙、丙所示的三次实验。让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。（1）要探究动能大小与物体质量的关系，应保证铁球到达水平面的______（填“质量”、“速度”、“动能”）相同；（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论是：物体质量相同时，______；（3）此套装置能否用来探究重力势能大小的影响因素？______；（4）小欣同学联想到“探究阻力对物体运动的影响”时，也用到了斜面，让小车从斜面顶端由静止滑下，比较在不同表面滑行的距离（如表所示），小车在三个表面克服摩擦力做功______（选填“相等”或“不相等”）；若水平面绝对光滑，小车将______。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（2021·山东济宁·）如图所示，是探究“重力势能的大小与什么因素有关”的实验：（1）实验中，使一定质量的铁球从一定高度自由落下，撞击静止在沙槽里的小桌，通过______来显示重力势能的大小。这也是我们物理实验中常采用的一种实验方法，称之为______；（2）甲与乙两实验可探究，铁球重力势能的大小与铁球的______有关；甲与丙两实验可探究，铁球重力势能的大小与铁球的______有关；（3）实验中有时会发现，三次实验小桌都会全部陷入沙中，不能比较重力势能的大小。针对这一情况，请你提出一条合理的建议______。（2022·江苏扬州·一模）小明和小华一起进行了“不同物质吸热升温的现象”和“不同燃料燃烧放热能力”两项探究，他们设计的两组实验装置如图所示．（1）探究“不同燃料燃烧放热能力”应选用______（甲/乙）组器材；（2）实验需要用到一些测量工具，除了图中已经呈现的，你认为两个实验都要用到的测量工具是______；甲组实验还需要的测量工具是______；（3）甲组实验是通过______来比较不同物质吸收热量的多少，乙组是通过______来比较不同燃料放出热量的多少；（4）小明通过乙组实验中酒精燃烧结束后水温的变化，根据测量所得数据，利用公式______计算出水吸收的热量，进而计算出酒精的热值，小华认为该方法不合理，理由是______。(2021·湖北荆州·中考真题)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EK=mv2，重力势能大小Ep=mgh不计空气阻力，g=10N/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，踢出后能达至的最大高度是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、抛射角之间满足公式，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vx和竖直速度vy，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10m/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)(2020·陕西师大附中九年级其他模拟)王老师家装