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8. 在探究物体重力势能的大小与哪些因素有关的实验中,小亮设计了如图所示的实验。在容器中装入适量的细沙,将木质小桌放在平整的细沙上,将铁块置于木质小桌正上方,各次实验中铁块从图中水平虚线处由静止释放,铁块自由下落撞击小桌后立即与小桌一起向下运动,并使桌腿陷入细沙中相应的深度。A、B、C三个铁块的质量关系为$m_{A}＜m_{B}＜m_{C}$,甲、乙、丙、丁四次实验中,桌腿陷入细沙中的深度依次增大(图中未画出,铁块下落的高度远大于桌腿陷入细沙中的深度)。请回答下列问题:
(1)实验中通过
(2)若要探究物体重力势能的大小与物体被举高的高度是否有关,应选择
(3)小亮利用乙、丙、丁三次实验探究物体重力势能的大小与质量的关系,他的探究中存在的问题是
(1)实验中通过
桌腿陷入细沙中的深浅
来反映铁块重力势能的大小。(2)若要探究物体重力势能的大小与物体被举高的高度是否有关,应选择
甲和乙
(填实验序号)两次实验。(3)小亮利用乙、丙、丁三次实验探究物体重力势能的大小与质量的关系,他的探究中存在的问题是
没有控制铁块的高度相同
。答案
8. (1)桌腿陷入细沙中的深浅
(2)甲和乙
(3)没有控制铁块的高度相同
(2)甲和乙
(3)没有控制铁块的高度相同
解析
【分析】
这是探究重力势能影响因素的实验题，核心用到转换法和控制变量法两种实验思路来解题：第一问，重力势能的大小无法直接观测，我们需要将其转化为容易观察的宏观现象，铁块重力势能越大，下落撞击小桌时对小桌做功越多，桌腿陷入细沙的深度就越深，因此可以用该深度间接反映重力势能大小。第二问，探究重力势能和被举高高度的关系时，根据控制变量法，必须保证铁块质量完全相同，只改变铁块被举高的高度，观察图中甲、乙两次实验用的都是铁块A，质量一致，乙中A的下落高度比甲更高，符合实验要求。第三问，探究重力势能和质量的关系时，按照控制变量法要求，必须保证铁块被举高的高度完全相同，只改变铁块质量，但乙、丙、丁三次实验中三个铁块的下落高度各不相同，同时质量也不同，存在两个变量，没有控制高度一致，无法单独探究质量对重力势能的影响。
【解析】
(1) 实验采用转换法，将不易直接测量的铁块重力势能大小，转化为可以直接观察的桌腿陷入细沙的深浅，桌腿陷入细沙越深，说明铁块撞击小桌时做功越多，对应铁块初始的重力势能就越大。
(2) 探究重力势能与物体被举高的高度的关系时，需控制物体质量相同，仅改变下落高度，甲、乙两次实验使用的是同一铁块A，质量相等，乙中A的下落高度大于甲中A的下落高度，满足实验控制要求，因此选择甲和乙两次实验。
(3) 探究重力势能与质量的关系时，需控制铁块被举高的高度相同，仅改变铁块质量，但乙、丙、丁三次实验中，铁块的质量不同，同时铁块被举高的高度也不相同，变量不唯一，没有控制铁块的高度相同，无法得到重力势能与质量的正确关系。
【答案】
(1) 桌腿陷入细沙中的深浅
(2) 甲和乙
(3) 没有控制铁块的高度相同
【知识点】
转换法；控制变量法；重力势能的影响因素
【点评】
本题属于力学探究实验的基础题型，重点考查探究重力势能影响因素实验的核心操作逻辑，检验学生对转换法、控制变量法这两个初中物理核心实验方法的理解与应用，提醒学生使用控制变量法探究单一变量的影响时，必须保证其余所有相关变量完全一致，避免出现变量不唯一的实验错误。
【难度系数】
0.7
这是探究重力势能影响因素的实验题，核心用到转换法和控制变量法两种实验思路来解题：第一问，重力势能的大小无法直接观测，我们需要将其转化为容易观察的宏观现象，铁块重力势能越大，下落撞击小桌时对小桌做功越多，桌腿陷入细沙的深度就越深，因此可以用该深度间接反映重力势能大小。第二问，探究重力势能和被举高高度的关系时，根据控制变量法，必须保证铁块质量完全相同，只改变铁块被举高的高度，观察图中甲、乙两次实验用的都是铁块A，质量一致，乙中A的下落高度比甲更高，符合实验要求。第三问，探究重力势能和质量的关系时，按照控制变量法要求，必须保证铁块被举高的高度完全相同，只改变铁块质量，但乙、丙、丁三次实验中三个铁块的下落高度各不相同，同时质量也不同，存在两个变量，没有控制高度一致，无法单独探究质量对重力势能的影响。
【解析】
(1) 实验采用转换法，将不易直接测量的铁块重力势能大小，转化为可以直接观察的桌腿陷入细沙的深浅，桌腿陷入细沙越深，说明铁块撞击小桌时做功越多，对应铁块初始的重力势能就越大。
(2) 探究重力势能与物体被举高的高度的关系时，需控制物体质量相同，仅改变下落高度，甲、乙两次实验使用的是同一铁块A，质量相等，乙中A的下落高度大于甲中A的下落高度，满足实验控制要求，因此选择甲和乙两次实验。
(3) 探究重力势能与质量的关系时，需控制铁块被举高的高度相同，仅改变铁块质量，但乙、丙、丁三次实验中，铁块的质量不同，同时铁块被举高的高度也不相同，变量不唯一，没有控制铁块的高度相同，无法得到重力势能与质量的正确关系。
【答案】
(1) 桌腿陷入细沙中的深浅
(2) 甲和乙
(3) 没有控制铁块的高度相同
【知识点】
转换法；控制变量法；重力势能的影响因素
【点评】
本题属于力学探究实验的基础题型，重点考查探究重力势能影响因素实验的核心操作逻辑，检验学生对转换法、控制变量法这两个初中物理核心实验方法的理解与应用，提醒学生使用控制变量法探究单一变量的影响时，必须保证其余所有相关变量完全一致，避免出现变量不唯一的实验错误。
【难度系数】
0.7
9. 花丛中,一只蜜蜂和一只苍蝇正在进行飞行比赛(如图所示),当它们的动能一样大时,那么 (
A.蜜蜂比苍蝇飞得快
B.蜜蜂比苍蝇飞得慢
C.蜜蜂与苍蝇飞得一样快
D.无法比较
B
)A.蜜蜂比苍蝇飞得快
B.蜜蜂比苍蝇飞得慢
C.蜜蜂与苍蝇飞得一样快
D.无法比较
答案
9. B
解析
【分析】
首先我们回忆动能的相关规律，动能的大小和物体的质量、运动速度两个因素有关，公式为$E_k=\frac{1}{2}mv^2$。解题第一步先结合生活常识判断蜜蜂和苍蝇的质量大小：蜜蜂的质量明显大于苍蝇的质量。第二步结合题目给出的“两者动能相等”的条件，对公式进行定性分析：当动能大小固定时，物体的质量越大，对应的运动速度就越小。由此就可以对比出两者的飞行速度大小，选出正确选项。
【解析】
动能的计算公式为：$E_k = \frac{1}{2}mv^2$，变形可得速度的表达式$v=\sqrt{\frac{2E_k}{m}}$。
根据生活常识可知，蜜蜂的质量$m_{蜂}$大于苍蝇的质量$m_{蝇}$，题目明确二者动能$E_k$大小相等，代入变形后的公式可得：质量更大的蜜蜂，对应的飞行速度更小，也就是蜜蜂比苍蝇飞得慢。因此选项A、C、D错误，B正确。
【答案】
B
【知识点】
动能的影响因素
动能公式定性分析
【点评】
本题属于动能相关的基础应用题，不需要复杂的定量计算，重点考察对动能和质量、速度关系的理解，结合常见昆虫的质量常识即可推导结论，易错点是记错蜜蜂和苍蝇的质量大小关系，导致推导得到相反的结论。
【难度系数】
0.8
首先我们回忆动能的相关规律，动能的大小和物体的质量、运动速度两个因素有关，公式为$E_k=\frac{1}{2}mv^2$。解题第一步先结合生活常识判断蜜蜂和苍蝇的质量大小：蜜蜂的质量明显大于苍蝇的质量。第二步结合题目给出的“两者动能相等”的条件，对公式进行定性分析：当动能大小固定时，物体的质量越大，对应的运动速度就越小。由此就可以对比出两者的飞行速度大小，选出正确选项。
【解析】
动能的计算公式为：$E_k = \frac{1}{2}mv^2$，变形可得速度的表达式$v=\sqrt{\frac{2E_k}{m}}$。
根据生活常识可知，蜜蜂的质量$m_{蜂}$大于苍蝇的质量$m_{蝇}$，题目明确二者动能$E_k$大小相等，代入变形后的公式可得：质量更大的蜜蜂，对应的飞行速度更小，也就是蜜蜂比苍蝇飞得慢。因此选项A、C、D错误，B正确。
【答案】
B
【知识点】
动能的影响因素
动能公式定性分析
【点评】
本题属于动能相关的基础应用题，不需要复杂的定量计算，重点考察对动能和质量、速度关系的理解，结合常见昆虫的质量常识即可推导结论，易错点是记错蜜蜂和苍蝇的质量大小关系，导致推导得到相反的结论。
【难度系数】
0.8
10. 某运动员在铅球比赛中的场景如图所示。铅球离手后,在空中飞行过程中动能$E_{\mathrm{k}}$随时间$t$变化的曲线最接近 (
A
)答案
10. A
解析
【分析】
解题时首先要明确铅球离手后的整个运动过程：铅球做斜抛运动，先上升后下落。我们知道动能的大小和质量、速度有关，铅球飞行过程中质量不变，只需要分析速度的变化就能得到动能的变化规律：首先上升阶段速度逐渐减小，动能随之减小；到最高点时铅球仍有水平方向的速度，因此动能不会降到0；之后下落阶段速度逐渐增大，动能随之增大。按照这个变化特征去匹配选项，就能选出正确答案。
【解析】
铅球离手后在空中飞行的过程中质量保持不变：
1. 上升阶段：铅球的速度逐渐减小，因此动能逐渐减小；
2. 到达最高点时：铅球竖直方向的分速度为0，但仍然保留水平方向的分速度，因此此时铅球的速度不为0，动能也不为0；
3. 下落阶段：铅球的速度逐渐增大，因此动能逐渐增大。
综上，铅球的动能变化规律是先减小、后增大，且全程动能始终大于0，符合该特征的曲线对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
动能的影响因素，机械能的转化
【点评】
本题的易错点是很多同学会误认为铅球在最高点速度为0、动能为0，忽略了斜抛运动的铅球在最高点仍具有水平方向的速度，解题时要结合实际运动场景分析速度的变化，不要想当然认为最高点动能为零。
【难度系数】
0.6
解题时首先要明确铅球离手后的整个运动过程：铅球做斜抛运动，先上升后下落。我们知道动能的大小和质量、速度有关，铅球飞行过程中质量不变，只需要分析速度的变化就能得到动能的变化规律：首先上升阶段速度逐渐减小，动能随之减小；到最高点时铅球仍有水平方向的速度，因此动能不会降到0；之后下落阶段速度逐渐增大，动能随之增大。按照这个变化特征去匹配选项，就能选出正确答案。
【解析】
铅球离手后在空中飞行的过程中质量保持不变：
1. 上升阶段：铅球的速度逐渐减小，因此动能逐渐减小；
2. 到达最高点时：铅球竖直方向的分速度为0，但仍然保留水平方向的分速度，因此此时铅球的速度不为0，动能也不为0；
3. 下落阶段：铅球的速度逐渐增大，因此动能逐渐增大。
综上，铅球的动能变化规律是先减小、后增大，且全程动能始终大于0，符合该特征的曲线对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
动能的影响因素，机械能的转化
【点评】
本题的易错点是很多同学会误认为铅球在最高点速度为0、动能为0，忽略了斜抛运动的铅球在最高点仍具有水平方向的速度，解题时要结合实际运动场景分析速度的变化，不要想当然认为最高点动能为零。
【难度系数】
0.6
11. 两个质量不同的物体处于地面上的同一高度,哪一个物体的重力势能大?如果想使这两个物体的重力势能相等,可以采取什么办法?
答案
11.两个质量不同的物体处于地面上的同一高度时,质量大的物体重力势能大。如果想使这两个物体的重力势能相等,可以使质量大的物体降低高度或使质量小的物体升高高度。
解析
【分析】
解题时首先要明确重力势能的大小由物体的质量和被举高的高度两个因素共同决定，采用控制变量的思路分析：第一步先看题目给出的已知条件，两个物体处于同一高度，也就是高度变量是相同的，此时重力势能的大小就仅由质量决定，就能直接比较出两者的势能大小。第二步要让两个质量不同的物体重力势能相等，就可以通过调整两个物体的高度，抵消质量差异带来的势能差，就能得到可行的操作方法。
【解析】
1. 比较同一高度下两物体的重力势能：
重力势能的计算公式为$E_p = mgh$，其中g是同一地点的重力加速度，为定值。两个物体处于同一高度，即h相同，因此重力势能$E_p$与物体质量m成正比，所以质量更大的物体重力势能更大。
2. 让两物体重力势能相等的方法：
要满足两物体重力势能相等，即$m_1gh_1 = m_2gh_2$，若$m_1＞m_2$，则必须满足$h_1＜h_2$，因此可以采取的操作有：降低质量大的物体的高度，或者升高质量小的物体的高度，也可同时调整两者高度，最终让质量大的物体所处高度小于质量小的物体所处高度即可。
【答案】
两个质量不同的物体处于地面上的同一高度时,质量大的物体重力势能大。如果想使这两个物体的重力势能相等,可以使质量大的物体降低高度或使质量小的物体升高高度。
【知识点】
重力势能的影响因素；控制变量法
【点评】
本题属于重力势能的基础概念应用题，核心考察对重力势能两个决定要素的理解，避免学生形成“高度大重力势能就一定大”的错误认知，通过控制变量的思路分析势能的大小关系，巩固相关基础概念。
【难度系数】
0.9
解题时首先要明确重力势能的大小由物体的质量和被举高的高度两个因素共同决定，采用控制变量的思路分析：第一步先看题目给出的已知条件，两个物体处于同一高度，也就是高度变量是相同的，此时重力势能的大小就仅由质量决定，就能直接比较出两者的势能大小。第二步要让两个质量不同的物体重力势能相等，就可以通过调整两个物体的高度，抵消质量差异带来的势能差，就能得到可行的操作方法。
【解析】
1. 比较同一高度下两物体的重力势能：
重力势能的计算公式为$E_p = mgh$，其中g是同一地点的重力加速度，为定值。两个物体处于同一高度，即h相同，因此重力势能$E_p$与物体质量m成正比，所以质量更大的物体重力势能更大。
2. 让两物体重力势能相等的方法：
要满足两物体重力势能相等，即$m_1gh_1 = m_2gh_2$，若$m_1＞m_2$，则必须满足$h_1＜h_2$，因此可以采取的操作有：降低质量大的物体的高度，或者升高质量小的物体的高度，也可同时调整两者高度，最终让质量大的物体所处高度小于质量小的物体所处高度即可。
【答案】
两个质量不同的物体处于地面上的同一高度时,质量大的物体重力势能大。如果想使这两个物体的重力势能相等,可以使质量大的物体降低高度或使质量小的物体升高高度。
【知识点】
重力势能的影响因素；控制变量法
【点评】
本题属于重力势能的基础概念应用题，核心考察对重力势能两个决定要素的理解，避免学生形成“高度大重力势能就一定大”的错误认知，通过控制变量的思路分析势能的大小关系，巩固相关基础概念。
【难度系数】
0.9
