23. (10 分)引体向上是同学们经常做的一项健身运动,该运动的规范动作是两手正握单杠,由悬垂开始,上提时,下颚须超过杠面；下放时,两臂放直,不能曲臂。这样上拉下放,重复动作,达到锻炼臂力和腹肌的目的。课外活动时,小华同学连续做了 15 个规范的引体向上,小组的同学们设计了如下表格,并测量一些物理量估测小华同学做引体向上时的功率。
(1)实验所需要的测量器材有体重计、秒表和 。
(2)请在表格中①②处填上合适的物理量、符号及单位(不需要填写数据)。
|人的质量 $ m $/kg|完成 15 个的时间 $ t $/s|① |② |

(3)写出计算小华同学做引体向上时功率的表达式：$ P = $(利用以上测量的物理量符号表示)。
(4)如果两位同学完成 15 个规范动作的时间都是 1 min,两位同学的功率不一定相等,理由是 。

（1）刻度尺 （2）每次引体向上重心上升的高度 h/m 功率 P/W （3）$15mgh/t$ （4）两同学的质量(体重)可能不同

【分析】
要估测引体向上的功率，根据功率公式$ P=\frac{W}{t} $，首先明确做引体向上时是克服自身重力做功，功的计算公式为$ W=Gh=mgh $。
1. 对于（1）：已知体重计测质量$ m $，秒表测时间$ t $，还需测量每次引体向上重心上升的高度$ h $，因此需要刻度尺。
2. 对于（2）：表格已有质量和时间，要计算功率，还需测量每次上升的高度，以及最终计算出的功率，据此确定①②的内容。
3. 对于（3）：先计算15个引体向上的总功，再结合功率公式推导功率表达式。
4. 对于（4）：根据功率公式，分析时间相同时，影响功率的因素，得出功率不一定相等的理由。
【解析】
（1）计算克服重力做功需要测量重心上升的高度，因此实验还需要的测量器材是刻度尺。
（2）①要计算克服重力做的功，需要测量每次引体向上重心上升的高度，物理量、符号及单位为：每次引体向上重心上升的高度$ h/m $；
②表格最终要得到的是引体向上的功率，物理量、符号及单位为：功率$ P/W $。
（3）完成15个引体向上，克服重力做的总功$ W_{总}=15Gh=15mgh $，根据功率公式$ P=\frac{W}{t} $，可得功率表达式：
$ P=\frac{15mgh}{t} $
（4）由$ P=\frac{15mgh}{t} $可知，当完成15个动作的时间$ t $相同时，两位同学的质量（体重）可能不同，导致总功不同，因此功率不一定相等。
【答案】
(1) 刻度尺
(2) ① 每次引体向上重心上升的高度$ h/m $；② 功率$ P/W $
(3) $ \boldsymbol{\frac{15mgh}{t}} $
(4) 两同学的质量(体重)可能不同
【知识点】
功率的计算；重力做功计算；实验器材选取
【点评】
本题结合实际运动考查功率的测量，需理解功率与功的计算公式，明确引体向上过程中做功的实质，同时要掌握实验测量物理量与器材的对应关系，体现物理知识在生活中的应用。
【难度系数】
0.6

24. (12 分)“十次车祸九次快,安全驾驶莫超载”。某兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关,于是他们进行了如下探究：他们用钢球模拟汽车做了如图所示的实验($ H ＞ h $,$ M ＞ m $)。

(1)本实验是通过来反映(选填“木块”或“钢球”)的动能的大小。
(2)图乙和图丙实验中,让不同质量的钢球从斜面同一高度由静止滚下,是为了使两球达到水平面时具有相同的。
(3)甲、乙两图探究的是物体的动能与的关系。
(4)根据甲、丙两图(选填“能”或“不能”)得出物体的动能大小与质量的关系,理由是。

（1）木块移动的距离 钢球 （2）初速度 （3）速度 （4）不能 没有控制钢球撞击木块时的速度相同

【分析】
本题是探究动能影响因素的实验，需结合控制变量法和转换法分析：
1. 第(1)问，动能无法直接观察，采用转换法，通过木块被推动的距离间接反映钢球动能大小，木块移动越远，钢球动能越大。
2. 第(2)问，钢球从同一高度滚下，重力势能转化为动能，能保证到达水平面时初速度相同，以此控制变量探究质量对动能的影响。
3. 第(3)问，甲、乙两图中钢球质量相同，滚下高度不同导致到达水平面的速度不同，故探究动能与速度的关系。
4. 第(4)问，探究动能与质量的关系需控制速度相同，甲、丙两图中钢球质量和滚下高度均不同，到达水平面的速度不同，不满足控制变量要求，无法得出结论。
【解析】
(1) 实验中动能大小无法直接测量，利用转换法，通过木块移动的距离来反映钢球的动能大小，木块移动距离越远，钢球动能越大。
(2) 图乙和图丙中，不同质量的钢球从斜面同一高度由静止滚下，根据机械能转化规律，可使两球到达水平面时具有相同的初速度，以此控制速度变量。
(3) 甲、乙两图中，钢球质量相同，从不同高度滚下导致到达水平面的速度不同，因此探究的是物体的动能与速度的关系。
(4) 甲、丙两图中，钢球的质量不同，且滚下的高度也不同，导致钢球撞击木块时的速度不同，没有控制变量，因此不能得出物体的动能大小与质量的关系，理由是：没有控制钢球撞击木块时的速度相同。
【答案】
(1) 木块移动的距离；钢球
(2) 初速度
(3) 速度
(4) 不能；没有控制钢球撞击木块时的速度相同
【知识点】
动能的影响因素；控制变量法；转换法
【点评】
本题聚焦动能影响因素的探究，核心考查控制变量法与转换法的应用，明确实验操作的变量控制逻辑是解题关键，需理解实验中各步骤的设计目的。
【难度系数】
0.6

25. (10 分)小刚在探究“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,小刚利用小桌、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。如图为实验过程中的有关情景。

(1)实验探究的是 (选填“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)观察甲和乙两组实验,可以验证猜想,得出结论：当物体 时,物体所处高度越大,重力势能越大。()
(4)通过比较 (选填“甲和乙”“乙和丙”或“甲和丙”)两图,可得出的结论是：物体所处高度相同时,物体 ,重力势能越大。() ()

（1）重物 （2）桌腿陷入沙子的深度 （3）质量相同 （4）乙和丙 质量越大

【分析】
1. 确定研究对象：实验中重物从高处落下撞击小桌，通过小桌的下陷情况反映重物的能量，因此探究的是重物的重力势能。
2. 实验方法分析：重力势能大小无法直接测量，采用转换法，通过桌腿陷入沙子的深度间接判断重力势能大小，深度越深，重力势能越大。
3. 验证猜想二：对比甲、乙实验，重物质量相同、下落高度不同，可验证重力势能与高度的关系，进而得出质量相同时高度对重力势能的影响结论。
4. 验证猜想一：要验证重力势能与质量的关系，需控制高度相同、改变质量，乙和丙实验符合该控制变量要求，据此分析得出质量对重力势能的影响结论。
【解析】
(1) 实验中是重物从高处落下撞击小桌，通过小桌的下陷来体现重物具有的能量，因此探究的是重物的重力势能。
(2) 重力势能的大小无法直接观察，实验运用转换法，通过比较桌腿陷入沙子的深度判断物体重力势能的大小，陷入深度越深，说明重物的重力势能越大。
(3) 甲和乙两组实验中，重物质量相同（均为$m$），下落高度不同（$2h$和$3h$），可验证猜想二；实验现象显示高度越高，桌腿陷入沙子越深，因此得出结论：当物体质量相同时，物体所处高度越大，重力势能越大。
(4) 验证重力势能与质量的关系需控制高度相同、改变质量，乙和丙两图中重物下落高度均为$3h$，质量分别为$m$和$1.5m$，符合控制变量要求；实验现象显示质量越大，桌腿陷入沙子越深，因此得出结论：物体所处高度相同时，物体质量越大，重力势能越大。
【答案】
(1) 重物
(2) 桌腿陷入沙子的深度
(3) 二；质量相同
(4) 乙和丙；质量越大
【知识点】
重力势能的影响因素、控制变量法、转换法
【点评】
本题是重力势能影响因素的探究实验，核心考查控制变量法和转换法的应用。需要学生理解控制变量的实验思路，掌握转换法在物理实验中的应用，通过分析实验现象归纳结论，属于力学基础实验题型。
【难度系数】
0.7