1. (2025·无锡惠山区期中)如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图,让钢球从斜槽上由静止释放,与放在水平面上的木块相撞并滑行一段距离后静止,依次完成了甲、乙、丙三次实验.

(1)实验中小球动能的大小是通过观察比较反映出来的,三次实验中木块的起始位置(填“相同”或“不同”).
(2)交通事故中高速公路上高速行驶的汽车造成的伤害事故一般比较大,为了帮助小明提供实验依据,应选择甲、乙、丙中的两个实验进行对比,得到的实验结论是.

1. (1)木块移动的距离 相同 (2)甲、乙 当物体的质量一定时,速度越大,动能越大
解析:(1)实验中运用转换法,通过观察木块被撞击后移动距离的远近来表示小球动能的大小,因此开始时木块的起始位置需要相同.
(2)甲、乙两实验中,小球的质量相同,所处的高度不同,小球到达斜面底端的速度不同,且高度越高,小球到达斜面底端的速度越大,此时木块被撞击后移动的距离越远,说明小球具有的动能越大,可得结论为:当质量一定时,物体的速度越大,动能越大,可以用来解释高速公路上高速行驶的汽车造成的伤害事故一般比较大的原因.

【分析】
这是探究动能大小影响因素的常规实验题，首先第一小问要想到转换法的思路：动能是无法直接观测的抽象物理量，我们可以通过小球对外做功的效果间接体现它的动能大小，小球撞击木块后，木块滑行越远说明小球对木块做功越多，小球动能就越大；为了保证木块滑行距离的差异只由小球动能不同导致，必须让木块的初始位置完全一致，避免初始位置不同带来的实验误差。第二小问要对应题干的场景：高速行驶的汽车伤害大，本质是汽车质量相近时，速度越大动能越大，所以实验需要控制小球质量相同、改变小球到达水平面的速度，对应选择甲乙两组实验，最终推导得到对应的实验结论即可。
【解析】
(1) 实验中运用转换法，小球的动能大小无法直接测量，小球动能越大，撞击木块后推动木块滑行的距离就越远，因此可以通过观察木块被撞击后移动的距离来反映小球动能的大小；为了确保实验的公平性，让木块移动的距离能准确对比小球的动能大小，三次实验中木块的起始位置必须保持相同。
(2) 高速公路上行驶的汽车质量相差不大，速度越大动能越大，造成的伤害就越大，因此需要选择控制质量相同、改变速度的两组实验，甲、乙两次实验中小球质量均为m，从不同高度释放，到达水平面时的速度不同，符合实验要求；对比甲乙的实验现象，甲图中小球释放高度更高，到达水平面的速度更大，木块滑行距离更远，因此可以得到结论：当物体的质量一定时，速度越大，动能越大。
【答案】
(1) 木块移动的距离；相同 (2) 甲、乙；当物体的质量一定时，速度越大，动能越大
【知识点】
转换法；动能的影响因素；控制变量法
【点评】
本题属于动能探究实验的基础题型，重点考察实验常用的转换法和控制变量法的应用，结合生活中交通事故的实例考察实验结论的实际应用，难度较低，只需要明确两个影响动能的变量对应的控制逻辑即可顺利解题。
【难度系数】
0.8

2. 小明探究重力势能大小与物体质量和高度的关系,实验装置如图甲所示.

(1)将铁球从斜面由静止释放后到压缩弹簧,记录铁球速度减为0时弹簧的长度,整个过程涉及的能量转化情况为.
铁球重力势能的大小可以用被压缩后弹簧的长度来反映,长度越长,则说明铁球的重力势能越(填“大”或“小”).
(2)将同一铁球先后从同一斜面的不同高度$h_1$、$h_2$($h_1＜h_2$)处由静止释放,弹簧被压缩后的长度分别为$l_1$、$l_2$($l_1＞l_2$),则你能得出的结论是.
(3)若要探究重力势能大小与物体质量的关系,请简要写出你的设计思路:.
(4)结合本实验和所学知识,分析图乙所示的水坝,发电机安装在(填“C”或“D”)位置较为合理;你认为适合建造大型水力发电站的地方应该具备哪些条件:.

2. (1)重力势能先转化为动能,动能再转化为弹性势能 小
(2)质量相同,高度越高,重力势能越大 (3)质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放,比较弹簧被压缩后的长度 (4)D 水资源丰富、地势高度差大
解析:(1)整个过程涉及的能量转化情况为:重力势能先转化为动能,动能再转化为弹性势能;铁球重力势能的大小可以用被压缩后弹簧的长度来反映,长度越长,弹簧的形变越小,弹性势能越小,则说明铁球的重力势能越小.
(2)将同一铁球先后从同一斜面的不同高度$h_{1}$、$h_{2}(h_{1}＜h_{2})$处由静止释放,弹簧被压缩后的长度分别为$l_{1}$、$l_{2}(l_{1}＞l_{2})$,结合(1)的分析可得出的结论是:质量相同,高度越高,重力势能越大.
(3)探究重力势能大小与物体质量的关系,就要控制铁球的高度相同,改变铁球的质量,设计思路为:质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放,比较弹簧被压缩后的长度.
(4)D位置与上游的高度差较大,所以应该安装在D位置;水资源丰富(或水量大)和地势高度差大,重力势能就大,转化成的动能就大,适合建造大型水力发电站.

【分析】
我们可以顺着实验逻辑一步步思考：
1. 第一小问先梳理铁球的运动过程：铁球从斜面高处滑下时，高度降低、速度变大，重力势能会转化为动能；接触弹簧后，铁球速度逐渐减小直到为0，弹簧被压缩形变变大，动能就转化为弹簧的弹性势能。弹簧最终长度越长，说明弹簧被压缩的程度越小，铁球能传递给弹簧的能量越少，对应的初始重力势能就越小。
2. 第二小问实验用的是同一个铁球，质量是固定的，只有释放高度不同，h₂＞h₁，最终弹簧长度l₂＜l₁，说明更高处释放的铁球能把弹簧压得更短，对应的初始重力势能更大，就能得出对应结论。
3. 第三小问探究重力势能和质量的关系，要用到控制变量法，必须保持下落高度完全相同，只改变小球的质量，通过弹簧压缩后的长度来反映重力势能大小即可。
4. 第四小问结合重力势能和高度的关系，D点比C点距离上游水位的高度差更大，水下落时能转化出更多的动能，更适合安装发电机；要建大型水电站，需要水有足够大的重力势能，既需要充足的水量，也需要足够大的地势落差。
【解析】
(1) 铁球从斜面由静止下滑的过程中，高度减小、速度增大，重力势能转化为动能；接触弹簧后，铁球速度不断减小，弹簧弹性形变程度不断增大，直到铁球速度减为0，动能全部转化为弹簧的弹性势能，因此整个过程的能量转化为重力势能先转化为动能，动能再转化为弹性势能。弹簧被压缩后的长度越长，说明弹簧形变量越小，铁球最终转化得到的弹性势能越小，也就说明铁球初始的重力势能越小。
(2) 实验中控制铁球质量不变，改变释放高度，h₁＜h₂，从h₂处释放后弹簧被压缩后的长度l₂＜l₁，说明更高位置的铁球初始重力势能更大，因此可得结论：质量相同，高度越高，重力势能越大。
(3) 探究重力势能大小与物体质量的关系时，需控制下落高度相同，改变小球质量，因此设计思路为：让质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放，比较弹簧被压缩后的长度，以此判断重力势能的大小。
(4) D位置与上游水位的高度差比C位置大，水下落时可以将更多的重力势能转化为动能，发电效率更高，因此发电机安装在D位置较为合理。大型水力发电站需要水具备足够大的重力势能，因此需要满足水资源丰富、地势高度差大的条件，才能获得更多可利用的机械能。
【答案】
(1) 重力势能先转化为动能，动能再转化为弹性势能 小
(2) 质量相同，高度越高，重力势能越大
(3) 质量不同的小球从同一斜面的同一高度由静止释放，比较弹簧被压缩后的长度
(4) D 水资源丰富、地势高度差大
【知识点】
机械能的转化；重力势能的影响因素；控制变量法
【点评】
本题以探究重力势能影响因素的实验为载体，既考察了实验中控制变量法的应用、能量转化的基础知识点，又结合水力发电的实际工程场景，引导学生将物理知识迁移到生活应用中，兼顾基础考察和能力拓展，能有效检验学生对相关知识点的理解程度。
【难度系数】
0.7

3. 如图所示的甲、乙、丙三个装置完全相同.

(1)实验中除了用到图示的测量器材外,还需要用到的测量仪器有天和.
(2)要“比较不同燃料的放热能力”,应选择两图进行实验,该实验中燃料燃烧时放出热量的多少是通过比较(填“温度计升高的示数”或“加热时间”)来判断的.
(3)要比较不同物质吸热能力,应选择两图进行实验.实验中,是通过比较来间接反映两种物质吸收热量的多少.
(4)若甲装置中消耗的燃料的质量为$m_{1}$,使质量为$m_{2}$的水温度升高了$\Delta t$(水未沸腾),则燃料1的热值为(用$m_{1}$、$m_{2}$、$c_{水}$、$\Delta t$表示).该方法测出的热值会比真实值.

3. (1)秒表 (2)甲、丙 温度计升高的示数 (3)甲、乙 加热时间 (4)$\frac{c_{水}m_{2}\Delta t}{m_{1}}$ 小
解析:(1)实验中还需要记录液体温度随时间的变化,所以需要用到的测量仪器除了天平,还有秒表.
(2)要比较“不同燃料的放热能力”,根据控制变量法,液体的质量和种类要相同,燃料不同,应选择甲、丙两图进行实验,由于液体完全相同,根据$Q_{吸}=cm\Delta t$可知,吸热的多少与温度的变化量有关,所以该实验中燃料燃烧时放出热量的多少是通过比较温度计升高的示数来判断的.
(3)要比较不同物质吸热能力,根据控制变量法,应保持液体的质量相同,同时吸热的多少无法直接观察,只能通过加热时间来间接反映,则应保持加热器相同,所以应选甲、乙两个图进行实验.
(4)假设燃料燃烧放出的热量都被水吸收,则燃料放出的热量等于水吸收的热量,即燃料放出的热量为$Q_{放}=Q_{吸}=c_{水}m_{2}\Delta t$,根据$Q_{放}=mq$,燃料1的热值为$q=\frac{Q_{放}}{m_{1}}=\frac{c_{水}m_{2}\Delta t}{m_{1}}$.由于加热过程中存在热量损失,一部分热量散失到空气中或被容器吸收,燃料也不可能完全燃烧,水吸收的热量实际小于燃料完全燃烧放出的热量,所以该方法测出的热值会比真实值偏小.

【分析】
这道题围绕热学的两个经典探究实验展开，解题核心是用好控制变量法和转换法的思路：
1. 第一问先梳理实验需要测量的物理量：实验中既需要用天平测量液体、燃料的质量，部分实验组还需要记录加热时长来反映吸热多少，因此除了天平外还需要计时工具秒表。
2. 第二问要比较不同燃料的放热能力（即热值），按照控制变量的要求，必须保证被加热的液体种类、质量完全相同，仅燃料种类不同，筛选符合条件的装置；再用转换法，相同质量的同种液体，吸收的热量越多升温越高，因此可以通过温度计升高的示数间接判断燃料放热的多少。
3. 第三问要比较不同物质的吸热能力（即比热容），控制变量要求必须保证加热的热源完全相同（也就是燃料相同），仅被加热的液体种类不同，筛选对应装置；相同热源在相同时间内放出的热量相同，因此可以通过加热时间的长短间接反映液体吸收热量的多少。
4. 第四问计算热值时，先利用水的吸热公式算出水吸收的热量，假设燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收，代入热值公式推导表达式；再结合实际实验中存在热量散失、燃料无法完全燃烧的情况，分析测量值和真实值的大小关系。
【解析】
(1) 实验过程中，部分实验组需要通过加热时长来间接反映液体吸收热量的多少，因此除了天平用于测量质量外，还需要秒表来测量加热时间。
(2) 要比较不同燃料的放热能力，需控制被加热的液体的种类、质量均相同，仅燃料不同，因此选择甲、丙两图进行实验；由于被加热的液体完全相同，根据$Q_{吸}=cm\Delta t$，质量相同的同种液体，温度升高量越大，说明吸收的热量越多，对应燃料放出的热量越多，因此燃料燃烧放热的多少是通过温度计升高的示数来判断的。
(3) 要比较不同物质的吸热能力，需控制加热的热源（燃料）完全相同，仅被加热的液体种类不同，因此选择甲、乙两图进行实验；相同的燃料在相同时间内放出的热量相等，因此可以通过加热时间的长短，间接反映两种物质吸收热量的多少。
(4) 假设燃料1完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则$Q_{放}=Q_{吸}=c_{水}m_{2}\Delta t$，根据热值定义$q=\frac{Q_{放}}{m_{1}}$，代入可得燃料1的热值为$q=\frac{c_{水}m_{2}\Delta t}{m_{1}}$；实际实验过程中，燃料不可能完全燃烧，且部分热量会散失到空气中、被烧杯等实验装置吸收，水实际吸收的热量远小于燃料完全燃烧放出的总热量，因此计算得到的热值测量值会比真实值偏小。
【答案】
(1) 秒表
(2) 甲、丙；温度计升高的示数
(3) 甲、乙；加热时间
(4) $\frac{c_{水}m_{2}\Delta t}{m_{1}}$；小
【知识点】
控制变量法，转换法，热值测量
【点评】
本题是热学探究的经典对比题型，重点考察两个易混淆实验的变量控制逻辑，很多同学容易把“比较不同燃料热值”和“比较不同物质比热容”的实验选择、转换判断搞混，解题时要明确两个实验的唯一变量差异，再结合转换法的思路判断间接测量的物理量，最后的误差分析要结合实际实验的热损失场景推导。
【难度系数】
0.6