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14.风车是利用风力做功的装置。小明制作了一架小风车，他想粗略测定风车在一定风速下做功的功率，实验装置如图所示。
(1)观察实验装置，小明是通过测量细线对
(2)除了图中的实验器材，还需要的测量工具有天平、
(3)实验时，逐渐增加挂在细线下的回形针数量，直到细线恰好缓慢匀速提升回形针为止。若测得回形针匀速上升的高度为$h$、所用的时间为$t$、回形针的总质量为$m$，则风车做功的功率$P=$
(4)若选用较粗重的线做实验，则与选用较细的线相比，测得风车的功率值
(1)观察实验装置，小明是通过测量细线对
回形针
做功的功率来测定风车做功的功率。(2)除了图中的实验器材，还需要的测量工具有天平、
刻度尺
和秒表
。(3)实验时，逐渐增加挂在细线下的回形针数量，直到细线恰好缓慢匀速提升回形针为止。若测得回形针匀速上升的高度为$h$、所用的时间为$t$、回形针的总质量为$m$，则风车做功的功率$P=$
$\frac{mgh}{t}$
（表达式中的物理量均用符号表示）。(4)若选用较粗重的线做实验，则与选用较细的线相比，测得风车的功率值
偏小
。答案
14. (1)回形针 (2)刻度尺 秒表 (3)$\frac{mgh}{t}$ (4)偏小
解析
【分析】
要测定风车做功的功率，需明确风车做功的过程是通过细线对回形针做功，因此可通过测量细线对回形针做功的功率间接得到风车的功率。解题时，先确定测量对象，再根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，明确需测量的物理量（回形针质量、上升高度、时间），进而确定所需测量工具；计算功率时，功为克服回形针重力做的功，结合功的公式推导功率表达式；最后考虑额外功（线的重力）对测量结果的影响，分析功率偏差。
【解析】
(1) 风车转动时，通过细线对回形针做功，因此测定风车做功的功率，就是测量细线对回形针做功的功率，故填回形针。
(2) 测量回形针上升的高度需要刻度尺，测量上升所用时间需要秒表，因此除天平外，还需要刻度尺和秒表。
(3) 回形针匀速上升时，克服重力做的功$W=Gh=mgh$，根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，可得风车做功的功率$P=\frac{mgh}{t}$。
(4) 选用较粗重的线时，提升回形针的同时需额外提升线，风车做的总功中用于提升回形针的功减少，因此测得的功率值偏小。
【答案】
(1)回形针；(2)刻度尺；秒表；(3)$\frac{mgh}{t}$；(4)偏小
【知识点】
功率的测量、功的计算
【点评】
本题为功率测量的基础实验题，考查实验原理、测量工具、功率计算及误差分析，核心是理解间接测量的思路，注意额外功对结果的影响，难度适中。
【难度系数】
0.7
要测定风车做功的功率，需明确风车做功的过程是通过细线对回形针做功，因此可通过测量细线对回形针做功的功率间接得到风车的功率。解题时，先确定测量对象，再根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，明确需测量的物理量（回形针质量、上升高度、时间），进而确定所需测量工具；计算功率时，功为克服回形针重力做的功，结合功的公式推导功率表达式；最后考虑额外功（线的重力）对测量结果的影响，分析功率偏差。
【解析】
(1) 风车转动时，通过细线对回形针做功，因此测定风车做功的功率，就是测量细线对回形针做功的功率，故填回形针。
(2) 测量回形针上升的高度需要刻度尺，测量上升所用时间需要秒表，因此除天平外，还需要刻度尺和秒表。
(3) 回形针匀速上升时，克服重力做的功$W=Gh=mgh$，根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，可得风车做功的功率$P=\frac{mgh}{t}$。
(4) 选用较粗重的线时，提升回形针的同时需额外提升线，风车做的总功中用于提升回形针的功减少，因此测得的功率值偏小。
【答案】
(1)回形针；(2)刻度尺；秒表；(3)$\frac{mgh}{t}$；(4)偏小
【知识点】
功率的测量、功的计算
【点评】
本题为功率测量的基础实验题，考查实验原理、测量工具、功率计算及误差分析，核心是理解间接测量的思路，注意额外功对结果的影响，难度适中。
【难度系数】
0.7
15.小夏同学从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，产生了如下猜想：
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的下落高度有关；
猜想三:物体的重力势能与物体的运动路径有关。
请设计实验方案探究以上猜想是否正确。
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的下落高度有关；
猜想三:物体的重力势能与物体的运动路径有关。
请设计实验方案探究以上猜想是否正确。
答案
15. 设计如图所示的实验:用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙地表面积某高度处静止释放,其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入,最后从管道下端竖直落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)。
实验数据如下表:
|实验序号|铅球代号|铅球质量/g|下落高度/m|陷入沙坑的深度/m|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|①|A|200|0.5|0.1|
|②|B|400|0.5|0.15|
|③|C|200|1|0.2|
|④|D|200|1|0.2|
分析实验数据可得:物体的重力势能与物体的质量、下落的高度有关,与物体的运动路径无关。
解析
【分析】
要探究重力势能与质量、下落高度、运动路径的关系，需采用控制变量法，每次仅改变一个待探究的变量，控制其余变量保持相同；同时利用转换法，通过铅球陷入沙坑的深度反映重力势能的大小，深度越大说明重力势能越大。具体操作：探究重力势能与质量的关系时，保持下落高度和运动路径不变，改变铅球质量；探究与下落高度的关系时，保持质量和运动路径不变，改变下落高度；探究与运动路径的关系时，保持质量和下落高度不变，改变运动路径。
【解析】
实验设计：选用大小、形状相同的铅球（保证其他无关因素一致），分别从不同高度静止释放，其中D球通过光滑弯曲管道下落（能量损失不计），记录各铅球的质量、下落高度、陷入沙坑的深度，实验数据如下：
|实验序号|铅球代号|铅球质量/g|下落高度/m|陷入沙坑的深度/m|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|①|A|200|0.5|0.1|
|②|B|400|0.5|0.15|
|③|C|200|1|0.2|
|④|D|200|1|0.2|
分析数据：①和②中，下落高度、路径相同，质量越大，陷入沙坑越深，说明重力势能与质量有关；①和③中，质量、路径相同，下落高度越大，陷入沙坑越深，说明重力势能与下落高度有关；③和④中，质量、下落高度相同，路径不同，陷入沙坑深度相同，说明重力势能与运动路径无关。
【答案】
设计如图所示的实验:用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙地表面积某高度处静止释放,其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入,最后从管道下端竖直落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)。
实验数据如下表:
|实验序号|铅球代号|铅球质量/g|下落高度/m|陷入沙坑的深度/m|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|①|A|200|0.5|0.1|
|②|B|400|0.5|0.15|
|③|C|200|1|0.2|
|④|D|200|1|0.2|
分析实验数据可得:物体的重力势能与物体的质量、下落的高度有关,与物体的运动路径无关。
【知识点】
重力势能影响因素、控制变量法、转换法
【点评】
本实验结合控制变量法与转换法，清晰验证了重力势能的三个猜想，实验设计严谨，对比逻辑明确，是初中物理探究重力势能的典型实验。
【难度系数】
0.6
要探究重力势能与质量、下落高度、运动路径的关系，需采用控制变量法，每次仅改变一个待探究的变量，控制其余变量保持相同；同时利用转换法，通过铅球陷入沙坑的深度反映重力势能的大小，深度越大说明重力势能越大。具体操作：探究重力势能与质量的关系时，保持下落高度和运动路径不变，改变铅球质量；探究与下落高度的关系时，保持质量和运动路径不变，改变下落高度；探究与运动路径的关系时，保持质量和下落高度不变，改变运动路径。
【解析】
实验设计：选用大小、形状相同的铅球（保证其他无关因素一致），分别从不同高度静止释放，其中D球通过光滑弯曲管道下落（能量损失不计），记录各铅球的质量、下落高度、陷入沙坑的深度，实验数据如下：
|实验序号|铅球代号|铅球质量/g|下落高度/m|陷入沙坑的深度/m|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|①|A|200|0.5|0.1|
|②|B|400|0.5|0.15|
|③|C|200|1|0.2|
|④|D|200|1|0.2|
分析数据：①和②中，下落高度、路径相同，质量越大，陷入沙坑越深，说明重力势能与质量有关；①和③中，质量、路径相同，下落高度越大，陷入沙坑越深，说明重力势能与下落高度有关；③和④中，质量、下落高度相同，路径不同，陷入沙坑深度相同，说明重力势能与运动路径无关。
【答案】
设计如图所示的实验:用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙地表面积某高度处静止释放,其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入,最后从管道下端竖直落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)。
实验数据如下表:
|实验序号|铅球代号|铅球质量/g|下落高度/m|陷入沙坑的深度/m|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|①|A|200|0.5|0.1|
|②|B|400|0.5|0.15|
|③|C|200|1|0.2|
|④|D|200|1|0.2|
分析实验数据可得:物体的重力势能与物体的质量、下落的高度有关,与物体的运动路径无关。
【知识点】
重力势能影响因素、控制变量法、转换法
【点评】
本实验结合控制变量法与转换法，清晰验证了重力势能的三个猜想，实验设计严谨，对比逻辑明确，是初中物理探究重力势能的典型实验。
【难度系数】
0.6
