20. 嫦娥六号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球,其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。BC 段返回器的机械能 ；CD 段返回器的重力势能 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)

不变 变小

【分析】
首先分析BC段：BC段返回器穿出大气层，处于真空环境，不受空气阻力，只有重力做功，满足机械能守恒的条件，因此机械能总量不变。
再分析CD段：CD段返回器下落过程中，质量不变，高度逐渐降低，根据重力势能的影响因素（质量和高度），高度越小，重力势能越小，所以重力势能变小。
【解析】
1. BC段分析：返回器在BC段穿出大气层，处于真空环境，不受空气阻力，只有重力做功，机械能的总量保持不变，因此BC段返回器的机械能不变。
2. CD段分析：CD段返回器下落过程中，质量不变，高度不断降低，由于重力势能与物体的质量和高度有关（质量一定时，高度越低，重力势能越小），所以CD段返回器的重力势能变小。
【答案】
不变；变小
【知识点】
机械能守恒；重力势能的影响因素
【点评】
本题结合航天着陆的实际场景，考查机械能和重力势能的变化判断，需结合环境特点判断机械能是否守恒，同时掌握重力势能的影响因素，体现物理知识在航天领域的应用。
【难度系数】
0.8

21. 如图所示是撑竿跳高的动作要领分解示意图,在整个过程的 1~10 阶段中,杆的弹性势能最大的是阶段 (选填数字“1-10”)；如果忽略空气阻力,阶段 10 中所发生的能量转化过程是 。

5 重力势能转化为动能

【分析】
要解决这道题，我们可以分两步思考：
1. 确定杆弹性势能最大的阶段：弹性势能的大小取决于物体弹性形变的程度，形变越大，弹性势能越大。观察撑竿跳高的1-10阶段，找到杆弯曲程度最大的阶段即可。
2. 分析阶段10的能量转化：忽略空气阻力时，机械能守恒。阶段10中运动员在下落，结合高度和速度的变化，判断重力势能和动能的转化关系。
【解析】
1. 弹性势能与弹性形变程度有关，形变越大弹性势能越大。在1-10的各个阶段中，阶段5时撑竿的弯曲程度最大，因此此时杆的弹性势能最大。
2. 阶段10中，运动员下落过程里，忽略空气阻力，其质量不变，高度降低则重力势能减小，速度增大则动能增大，所以能量转化过程是重力势能转化为动能。
【答案】
5；重力势能转化为动能
【知识点】
弹性势能影响因素；机械能转化
【点评】
本题结合撑竿跳高的实际场景，考查弹性势能和机械能的转化规律，需要结合运动过程分析能量变化，将物理知识与生活实际结合起来理解。
【难度系数】
0.6

22. (12 分)风车是利用风力做功的装置。小明带领物理兴趣小组制作了一架小风车,想粗略测定风车在一定风速下做功的功率,利用如图所示的实验装置进行实验：

① 将叶片安装在风车底座上,把线的一端固定在风车转轴上,另一端系上钩码；
② 在风车正前方 1 m 处放置电风扇,将电风扇的风速调到 1 挡位,用秒表记录提升钩码到 A 点所需的时间。
(1)实验时,若测得钩码上升到 A 点的高度 h、所用的时间 t、钩码的质量 m,则风车做功的功率 $ P = $(表达式中的物理量均用符号表示)。
(2)实验交流时,兴趣小组的同学又提出了“风车做功的功率与风速有什么关系”的问题,于是同学们进行了探究,并将实验收集到的数据记录在下表(注：电风扇挡位越高,风速越大)。
|电风扇挡位|钩码的质量/g|提升钩码到 A 点的时间/s|
|1|50|15|
|2|50|13|
|3|50|10|

① 实验中,通过测量来比较风车输出功率的大小；
② 由表格数据可初步得出：在其他条件相同时,风速越大,风车的输出功率(选填“越大”或“越小”)。
(3)兴趣小组在交流评估时有成员提出“上述结论是否符合普遍规律呢？”的问题,小明从网上查到风速与风力发电机的输出功率的关系如下表所示：
|风速/(m·s$^{-1}$)|4|6|8|10|12|14|16|18|20|
|输出功率/kW|0|75|200|360|540|740|730|650|550|

① 小虎由表格数据得出：风速为 14 m/s 时风力发电机的输出功率最大。你认为他的判断是(选填“准确”或“不准确”)的,理由是；
② 根据表中数据分析,随着风速的增大,给风电场发电带来的经济效益(选填“变大”“变小”“先变大后变小”或“先变小后变大”)。

（1）$mgh/t$ （2）① 提升钩码到 A 点的时间 ② 越大 （3）① 不准确 没有仔细探究 14 m/s 附近的风速变化情况，可能是略大于或略小于 14 m/s 时风力发电机的输出功率最大 ② 先变大后变小

【分析】
1. 第(1)问：要计算风车做功的功率，首先明确功率的定义是单位时间内所做的功。风车对钩码做的功等于克服钩码重力做的功，即$ W = mgh $，再根据功率公式$ P = \frac{W}{t} $，将功代入即可得到功率表达式。
2. 第(2)问：① 实验中钩码质量和上升高度相同，说明风车做的功相同，根据$ P = \frac{W}{t} $，在功相同的情况下，功率与时间成反比，因此可通过测量提升钩码到A点的时间来比较功率大小；② 观察表格数据，风速越大（电风扇挡位越高），提升相同钩码到A点的时间越短，结合功率公式可知，风车输出功率越大。
3. 第(3)问：① 表格中只给出了14m/s及部分前后风速的功率数据，没有探究14m/s附近（如略大于或略小于14m/s）的风速对应的功率，无法确定14m/s时功率就是最大的，所以小虎的判断不准确；② 分析风速与输出功率的表格，风速从4m/s到14m/s时输出功率逐渐增大，14m/s之后输出功率逐渐减小，因此经济效益先变大后变小。
【解析】
(1) 风车对钩码做的功$ W = mgh $，根据功率的定义式$ P = \frac{W}{t} $，可得风车做功的功率$ P = \frac{mgh}{t} $。
(2) ① 实验中钩码质量$ m $和上升高度$ h $相同，风车做的功$ W = mgh $相同，由$ P = \frac{W}{t} $可知，功率与时间成反比，因此可通过测量提升钩码到A点的时间来比较风车输出功率的大小；
② 由表格数据可知，电风扇挡位越高（风速越大），提升相同钩码到A点的时间越短，根据$ P = \frac{mgh}{t} $，在$ mgh $不变时，$ t $越小，$ P $越大，故风速越大，风车的输出功率越大。
(3) ① 表格中仅给出了部分风速对应的输出功率，没有探究14m/s附近的风速（如13m/s、15m/s等）的输出功率情况，无法确定14m/s时的输出功率是最大的，因此小虎的判断不准确；
② 分析表格数据：风速从4m/s到14m/s时，输出功率逐渐增大；风速超过14m/s后，输出功率逐渐减小。输出功率越大，发电经济效益越好，因此随着风速增大，风电场发电的经济效益先变大后变小。
【答案】
（1）$\boldsymbol{\frac{mgh}{t}}$
（2）① 提升钩码到 A 点的时间 ② 越大
（3）① 不准确 没有探究14 m/s附近的风速变化情况，可能略大于或略小于14 m/s时风力发电机的输出功率最大 ② 先变大后变小
【知识点】
功率的计算、控制变量法、实验探究功率与风速的关系
【点评】
本题结合实验探究考查功率的计算与数据分析能力，运用控制变量法探究风车功率与风速的关系，同时通过实际风力发电机的数据培养学生严谨的科学探究思维，引导学生结合实际分析物理规律，注重知识的应用与迁移。
【难度系数】
0.6