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18. (2024·花山)为了探究物体的动能大小与哪些因素有关,王铭设计了如下实验.实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下,在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞,木块沿水平方向向右运动直至停止,其中$ h_2＞h_1 $,$ m_2＞m_1 $,不考虑空气阻力.
(1) 实验中通过观察木块运动距离的长短来判断
(2) 实验中钢球碰撞木块后继续向前运动一段距离,则开始时钢球的重力势能
(3) 善于思考的王铭同学实验完成后,意犹未尽,他又尝试改用如图丁所示装置“探究物体动能大小与物体质量是否有关?”实验方案:用两个质量不同的钢球两次将同一弹簧压缩到相同程度,放手后将小球弹出去撞击放在离小球相同距离的同一木块,这样做
(1) 实验中通过观察木块运动距离的长短来判断
钢球
(钢球/木块)的动能大小;用来研究超载安全隐患时,我们应选择甲、丙
两图所示实验来进行比较;(2) 实验中钢球碰撞木块后继续向前运动一段距离,则开始时钢球的重力势能
＞
(＞/＜/=)木块克服摩擦力所做的功;(3) 善于思考的王铭同学实验完成后,意犹未尽,他又尝试改用如图丁所示装置“探究物体动能大小与物体质量是否有关?”实验方案:用两个质量不同的钢球两次将同一弹簧压缩到相同程度,放手后将小球弹出去撞击放在离小球相同距离的同一木块,这样做
不能
(能/不能)探究动能与质量的关系.答案
18. (1) 钢球 甲、丙 (2) ＞ (3) 不能
解析
【分析】
本题是探究动能大小影响因素的实验，运用转换法和控制变量法分析：
第(1)问：动能无法直接观察，通过木块被推动的距离反映钢球动能（转换法）；超载是速度一定时质量越大动能越大，需控制钢球从同一斜面同一高度滚下（速度相同）、改变质量，对应甲、丙两图。
第(2)问：钢球重力势能转化的能量，除了用于木块克服摩擦力做功，还有部分能量在碰撞、运动中损耗，因此初始钢球重力势能大于木块克服摩擦力做的功。
第(3)问：同一弹簧压缩程度相同，弹性势能相同，转化为小球的动能相等，质量不同但动能相同，无法探究动能与质量的关系。
【解析】
(1) 实验中利用转换法，将钢球动能的大小转换为木块被推动的距离，木块运动距离越长，钢球动能越大；研究超载隐患时，需控制钢球速度相同（从同一斜面同一高度滚下），改变质量，甲、丙两图中钢球高度均为$ h_1 $（速度相同），质量$ m_2＞m_1 $，符合要求，故答案为钢球、甲、丙。
(2) 钢球滚下时，重力势能转化为动能，碰撞木块时，钢球的动能一部分用于木块克服摩擦力做功，另一部分因碰撞、摩擦等损耗，因此开始时钢球的重力势能＞木块克服摩擦力所做的功。
(3) 同一弹簧压缩到相同程度，弹性势能相同，转化为小球的动能相等，两个质量不同的小球获得的动能相同，无法探究动能与质量的关系，故答案为不能。
【答案】
(1) 钢球；甲、丙 (2) ＞ (3) 不能
【知识点】
动能的影响因素；转换法；控制变量法
【点评】
本题考查探究动能影响因素的实验，重点考查转换法、控制变量法的应用，以及能量转化的理解，是力学基础实验题，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题是探究动能大小影响因素的实验，运用转换法和控制变量法分析：
第(1)问：动能无法直接观察，通过木块被推动的距离反映钢球动能（转换法）；超载是速度一定时质量越大动能越大，需控制钢球从同一斜面同一高度滚下（速度相同）、改变质量，对应甲、丙两图。
第(2)问：钢球重力势能转化的能量，除了用于木块克服摩擦力做功，还有部分能量在碰撞、运动中损耗，因此初始钢球重力势能大于木块克服摩擦力做的功。
第(3)问：同一弹簧压缩程度相同，弹性势能相同，转化为小球的动能相等，质量不同但动能相同，无法探究动能与质量的关系。
【解析】
(1) 实验中利用转换法，将钢球动能的大小转换为木块被推动的距离，木块运动距离越长，钢球动能越大；研究超载隐患时，需控制钢球速度相同（从同一斜面同一高度滚下），改变质量，甲、丙两图中钢球高度均为$ h_1 $（速度相同），质量$ m_2＞m_1 $，符合要求，故答案为钢球、甲、丙。
(2) 钢球滚下时，重力势能转化为动能，碰撞木块时，钢球的动能一部分用于木块克服摩擦力做功，另一部分因碰撞、摩擦等损耗，因此开始时钢球的重力势能＞木块克服摩擦力所做的功。
(3) 同一弹簧压缩到相同程度，弹性势能相同，转化为小球的动能相等，两个质量不同的小球获得的动能相同，无法探究动能与质量的关系，故答案为不能。
【答案】
(1) 钢球；甲、丙 (2) ＞ (3) 不能
【知识点】
动能的影响因素；转换法；控制变量法
【点评】
本题考查探究动能影响因素的实验，重点考查转换法、控制变量法的应用，以及能量转化的理解，是力学基础实验题，难度适中。
【难度系数】
0.7
19. 某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关.于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）.实验测得A、B两球陷入沙深度分别为$h_1$和$h_2$，C、D两球陷入沙深度均为$h_3$，且$h_1＜h_2＜h_3$.
（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：
（3）比较A、C两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：
（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径
（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过
球陷入沙面的深度
来反映的.（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：
当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大
.（3）比较A、C两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：
当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大
.（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径
无关
（有关/无关）.答案
19. (1) 球陷入沙面的深度 (2) 当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大 (3) 当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大 (4) 无关
解析
【分析】本实验探究重力势能的影响因素，采用转换法（通过铅球陷入沙的深度反映重力势能大小）和控制变量法，每次只改变一个变量，控制其余变量相同，从而研究重力势能与质量、下落高度、运动路径的关系。
【解析】（1）铅球的重力势能越大，对沙面做功越多，陷入沙的深度越大，因此通过球陷入沙面的深度反映重力势能大小；（2）A、B两球下落高度相同，质量不同，B球质量更大且陷入更深，说明当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；（3）A、C两球质量相同，下落高度不同，C球下落高度更高且陷入更深，说明当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；（4）C、D两球质量相同、下落高度相同，仅运动路径不同，陷入深度相同，说明重力势能与运动路径无关。
【答案】(1) 球陷入沙面的深度 (2) 当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大 (3) 当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大 (4) 无关
【知识点】重力势能的影响因素、转换法、控制变量法
【点评】本题是探究重力势能影响因素的经典实验题，重点考查转换法和控制变量法的应用，属于力学基础实验题型，难度适中，能有效考查学生对实验方法的理解和应用能力。
【难度系数】0.6
【解析】（1）铅球的重力势能越大，对沙面做功越多，陷入沙的深度越大，因此通过球陷入沙面的深度反映重力势能大小；（2）A、B两球下落高度相同，质量不同，B球质量更大且陷入更深，说明当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；（3）A、C两球质量相同，下落高度不同，C球下落高度更高且陷入更深，说明当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；（4）C、D两球质量相同、下落高度相同，仅运动路径不同，陷入深度相同，说明重力势能与运动路径无关。
【答案】(1) 球陷入沙面的深度 (2) 当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大 (3) 当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大 (4) 无关
【知识点】重力势能的影响因素、转换法、控制变量法
【点评】本题是探究重力势能影响因素的经典实验题，重点考查转换法和控制变量法的应用，属于力学基础实验题型，难度适中，能有效考查学生对实验方法的理解和应用能力。
【难度系数】0.6
