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三、实验探究题（每空 2 分，共 28 分）
18. 如题 18 图 1 所示，在“探究影响动能大小的因素”实验中，让质量为 $ m $、$ 2m $ 的两个钢球分别从斜面上由静止滚下，钢球撞击放在水平木板上的木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置。
(1)该实验所探究物体的动能是指(木块/钢球/斜面)的动能，该实验物体的速度是指钢球从斜面上由静止滚下与木块即将碰撞时的速度，它是通过(高度/质量)来改变的。
(2)比较甲、丙两图进行的实验，探究的是动能与的关系，得出的结论是。由此联想到高速公路限速牌上标明“120”和“100”的字样，(大客车/小轿车)的限速应该是 $ 100 \, \mathrm{km/h} $。
（3）近年来，为减少因车辆刹车失灵造成的危害，许多高速公路设置了紧急避险车道，如题 18 图 2 所示。该车道是在公路右侧设置一个冲向高处的大斜坡，路面铺砂砾，车辆遇上刹车失灵可以冲上去，从而达到减速目的。请从能量转化的角度解释汽车驶入避险车道后迅速减速的原因：。
18. 如题 18 图 1 所示，在“探究影响动能大小的因素”实验中，让质量为 $ m $、$ 2m $ 的两个钢球分别从斜面上由静止滚下，钢球撞击放在水平木板上的木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置。
(1)该实验所探究物体的动能是指(木块/钢球/斜面)的动能，该实验物体的速度是指钢球从斜面上由静止滚下与木块即将碰撞时的速度，它是通过(高度/质量)来改变的。
(2)比较甲、丙两图进行的实验，探究的是动能与的关系，得出的结论是。由此联想到高速公路限速牌上标明“120”和“100”的字样，(大客车/小轿车)的限速应该是 $ 100 \, \mathrm{km/h} $。
（3）近年来，为减少因车辆刹车失灵造成的危害，许多高速公路设置了紧急避险车道，如题 18 图 2 所示。该车道是在公路右侧设置一个冲向高处的大斜坡，路面铺砂砾，车辆遇上刹车失灵可以冲上去，从而达到减速目的。请从能量转化的角度解释汽车驶入避险车道后迅速减速的原因：。
答案
钢球
高度
质量
在速度一定时，物体的质量越大，动能越大
大客车
汽车驶入避险车道
后，动能不断转化为重力势能，同时克服摩擦力做功，动能减小，因此速度迅速减小
高度
质量
在速度一定时，物体的质量越大，动能越大
大客车
汽车驶入避险车道
后，动能不断转化为重力势能，同时克服摩擦力做功，动能减小，因此速度迅速减小
解析
【解析】
(1) 该实验通过钢球推动木块移动的距离来反映动能大小，所以探究的是钢球的动能；钢球到达水平面的速度是通过改变其在斜面上的高度来控制的，同一钢球从不同高度滚下，与木块碰撞时的速度不同。
(2) 甲、丙两图中钢球滚下的高度相同（速度相同），质量不同，因此探究的是动能与质量的关系；实验表明在速度一定时，物体的质量越大，动能越大；大客车质量大，相同速度下动能更大，所以限速更低，应为100km/h。
(3) 汽车驶入避险车道后，动能不断转化为重力势能，同时克服摩擦力做功，动能转化为内能，动能减小，因此速度迅速减小。
【答案】
(1) 钢球；高度
(2) 质量；在速度一定时，物体的质量越大，动能越大；大客车
(3) 汽车驶入避险车道后，动能不断转化为重力势能，同时克服摩擦力做功，动能减小，因此速度迅速减小
【知识点】
动能的影响因素；能量转化与守恒
【点评】
本题结合经典实验探究动能的影响因素，同时联系高速公路限速、紧急避险车道等生活实际，考查对动能概念、影响因素及能量转化的理解，体现物理知识在生活中的应用价值。
【难度系数】
0.7
(1) 该实验通过钢球推动木块移动的距离来反映动能大小，所以探究的是钢球的动能；钢球到达水平面的速度是通过改变其在斜面上的高度来控制的，同一钢球从不同高度滚下，与木块碰撞时的速度不同。
(2) 甲、丙两图中钢球滚下的高度相同（速度相同），质量不同，因此探究的是动能与质量的关系；实验表明在速度一定时，物体的质量越大，动能越大；大客车质量大，相同速度下动能更大，所以限速更低，应为100km/h。
(3) 汽车驶入避险车道后，动能不断转化为重力势能，同时克服摩擦力做功，动能转化为内能，动能减小，因此速度迅速减小。
【答案】
(1) 钢球；高度
(2) 质量；在速度一定时，物体的质量越大，动能越大；大客车
(3) 汽车驶入避险车道后，动能不断转化为重力势能，同时克服摩擦力做功，动能减小，因此速度迅速减小
【知识点】
动能的影响因素；能量转化与守恒
【点评】
本题结合经典实验探究动能的影响因素，同时联系高速公路限速、紧急避险车道等生活实际，考查对动能概念、影响因素及能量转化的理解，体现物理知识在生活中的应用价值。
【难度系数】
0.7
19. 小鸣和小天在体育活动中，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。于是他们设计了如题 19 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 $ 三个球的质量为 $ m $，$ B $ 球质量为 $ 2m $，让 $ A $、$ B $ 两球从距沙面高 $ H $ 处静止下落，$ C $、$ D $ 两球从距沙面高 $ 2H $ 处静止下落，其中 $ D $ 球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从光滑管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验测得 $ A $、$ B $ 两球陷入沙中的深度分别为 $ h_1 $ 和 $ h_2 $，$ C $、$ D $ 两球陷入沙中的深度均为 $ h_3 $，且 $ h_1 ＜ h_2 ＜ h_3 $。
(1)实验中，铅球具有的重力势能大小是通过来反映的。
(2)探究物体具有的重力势能是否与物体的质量有关，应选择两球。
(3)小球从空中下落到陷入沙坑的过程中，动能，重力势能；全程机械能(守恒/不守恒)。
(4)小鸣通过比较 $ C $、$ D $ 两球及观察到的实验现象等，可初步得出结论：。
(5)小天在实验过程中发现，$ C $、$ D $ 两球陷入沙中的深度有细小差别，这可能是因为。
（6）他们通过以上几组实验便得出了结论，则探究中存在的问题是。
(1)实验中，铅球具有的重力势能大小是通过来反映的。
(2)探究物体具有的重力势能是否与物体的质量有关，应选择两球。
(3)小球从空中下落到陷入沙坑的过程中，动能，重力势能；全程机械能(守恒/不守恒)。
(4)小鸣通过比较 $ C $、$ D $ 两球及观察到的实验现象等，可初步得出结论：。
(5)小天在实验过程中发现，$ C $、$ D $ 两球陷入沙中的深度有细小差别，这可能是因为。
（6）他们通过以上几组实验便得出了结论，则探究中存在的问题是。
答案
铅球陷入沙坑的深度
A、B
先增大后减小
减小
不守恒
物体的重力势能大小与物体的运动路径无关
D球在管道中运动时受到摩擦力的作用或沙坑的平整程度不同
实验次
数较少，结论具有偶然性
A、B
先增大后减小
减小
不守恒
物体的重力势能大小与物体的运动路径无关
D球在管道中运动时受到摩擦力的作用或沙坑的平整程度不同
实验次
数较少，结论具有偶然性
解析
【解析】
(1) 本实验采用转换法，将铅球重力势能的大小通过铅球陷入沙坑的深度来反映，陷入沙坑越深，说明铅球具有的重力势能越大。
(2) 探究重力势能与质量的关系时，需控制下落高度和运动路径相同，改变物体质量，因此选择A、B两球进行实验。
(3) 小球从空中下落到陷入沙坑过程中，下落阶段速度增大，动能增大；陷入沙坑时速度减小，动能减小，故动能先增大后减小；整个过程中高度不断降低，重力势能减小；由于沙坑的阻力作用，机械能会转化为内能，所以全程机械能不守恒。
(4) C、D两球质量相同，下落高度相同，运动路径不同，但陷入沙坑的深度相同，说明物体的重力势能大小与物体的运动路径无关。
(5) C、D两球陷入沙中的深度有细小差别，可能是D球在管道中运动时受到摩擦力的作用，导致机械能有损失，也可能是沙坑的平整程度不同。
(6) 本次实验仅通过几组实验便得出结论，实验次数较少，结论具有偶然性。
【答案】
(1) 铅球陷入沙坑的深度
(2) A、B
(3) 先增大后减小；减小；不守恒
(4) 物体的重力势能大小与物体的运动路径无关
(5) D球在管道中运动时受到摩擦力的作用（或沙坑的平整程度不同）
(6) 实验次数较少，结论具有偶然性
【知识点】
重力势能影响因素；动能变化分析；机械能守恒判断
【点评】
本题运用控制变量法和转换法探究重力势能的影响因素，同时考查了能量转化与守恒的分析，需注重实验的严谨性。
【难度系数】
0.6
(1) 本实验采用转换法，将铅球重力势能的大小通过铅球陷入沙坑的深度来反映，陷入沙坑越深，说明铅球具有的重力势能越大。
(2) 探究重力势能与质量的关系时，需控制下落高度和运动路径相同，改变物体质量，因此选择A、B两球进行实验。
(3) 小球从空中下落到陷入沙坑过程中，下落阶段速度增大，动能增大；陷入沙坑时速度减小，动能减小，故动能先增大后减小；整个过程中高度不断降低，重力势能减小；由于沙坑的阻力作用，机械能会转化为内能，所以全程机械能不守恒。
(4) C、D两球质量相同，下落高度相同，运动路径不同，但陷入沙坑的深度相同，说明物体的重力势能大小与物体的运动路径无关。
(5) C、D两球陷入沙中的深度有细小差别，可能是D球在管道中运动时受到摩擦力的作用，导致机械能有损失，也可能是沙坑的平整程度不同。
(6) 本次实验仅通过几组实验便得出结论，实验次数较少，结论具有偶然性。
【答案】
(1) 铅球陷入沙坑的深度
(2) A、B
(3) 先增大后减小；减小；不守恒
(4) 物体的重力势能大小与物体的运动路径无关
(5) D球在管道中运动时受到摩擦力的作用（或沙坑的平整程度不同）
(6) 实验次数较少，结论具有偶然性
【知识点】
重力势能影响因素；动能变化分析；机械能守恒判断
【点评】
本题运用控制变量法和转换法探究重力势能的影响因素，同时考查了能量转化与守恒的分析，需注重实验的严谨性。
【难度系数】
0.6
