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变式2（8分）某科学实验小组在探究“重力势能大小的影响因素”时，提出了如下猜想：
猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关；
猜想二：重力势能的大小可能与物体的高度有关；
猜想三：重力势能的大小可能与物体的体积有关。
实验中用到的小球中，A、B、C球体积均为V，D球体积为2V，A、C、D球质量均为m，B球质量为2m。实验时均让小球从图示高度自由下落，记录小球下降到最低点时弹簧的长度，所用实验装置如图所示。请你根据图示实验情景回答下列问题。
变式2图
(1)小虞通过观察比较弹簧被压缩后的长度来比较小球重力势能的大小，这种科学研究的方法与下列实验中的（填序号）相同。
①根据水升温的多少判断食物含有的能量的多少
②研究压力的作用效果与受力面积的关系时控制压力的大小相同
③用黄豆和芝麻混合前后的体积变化研究分子间隙
④借助无色酚酞试液判断酸碱反应是否发生
(2)为验证猜想一，可以通过比较两球的实验结果。
(3)通过本实验可知，猜想是正确的。
(4)通过比较A、C两球实验，可以探究对动能大小的影响。
猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关；
猜想二：重力势能的大小可能与物体的高度有关；
猜想三：重力势能的大小可能与物体的体积有关。
实验中用到的小球中，A、B、C球体积均为V，D球体积为2V，A、C、D球质量均为m，B球质量为2m。实验时均让小球从图示高度自由下落，记录小球下降到最低点时弹簧的长度，所用实验装置如图所示。请你根据图示实验情景回答下列问题。
变式2图
(1)小虞通过观察比较弹簧被压缩后的长度来比较小球重力势能的大小，这种科学研究的方法与下列实验中的（填序号）相同。
①根据水升温的多少判断食物含有的能量的多少
②研究压力的作用效果与受力面积的关系时控制压力的大小相同
③用黄豆和芝麻混合前后的体积变化研究分子间隙
④借助无色酚酞试液判断酸碱反应是否发生
(2)为验证猜想一，可以通过比较两球的实验结果。
(3)通过本实验可知，猜想是正确的。
(4)通过比较A、C两球实验，可以探究对动能大小的影响。
答案
(1) $\boldsymbol{①④}$
(2) $\boldsymbol{A、B}$
(3) $\boldsymbol{一、二}$
(4) $\boldsymbol{速度大小}$
(2) $\boldsymbol{A、B}$
(3) $\boldsymbol{一、二}$
(4) $\boldsymbol{速度大小}$
解析
解：
(1) 本实验通过弹簧被压缩后的长度反映重力势能大小，采用的是转换法：
①将食物所含能量多少转换为水升温的多少，属于转换法；
②研究压力作用效果时控制压力大小相同，属于控制变量法；
③用黄豆和芝麻混合实验类比分子间存在间隙，属于类比法；
④将酸碱是否发生反应转换为酚酞试液的颜色变化，属于转换法。
因此选①④。
(2) 验证重力势能与质量的关系，需要控制小球下落高度、体积相同，质量不同，因此比较A、B两球的实验结果。
(3) 由实验现象可知，重力势能大小与物体质量、下落高度有关，与物体体积无关，因此猜想一、二是正确的。
(4) A、C两球质量相同，从不同高度下落，到达弹簧表面时的速度不同，因此可以探究速度大小对动能大小的影响。
(1) 本实验通过弹簧被压缩后的长度反映重力势能大小，采用的是转换法：
①将食物所含能量多少转换为水升温的多少，属于转换法；
②研究压力作用效果时控制压力大小相同，属于控制变量法；
③用黄豆和芝麻混合实验类比分子间存在间隙，属于类比法；
④将酸碱是否发生反应转换为酚酞试液的颜色变化，属于转换法。
因此选①④。
(2) 验证重力势能与质量的关系，需要控制小球下落高度、体积相同，质量不同，因此比较A、B两球的实验结果。
(3) 由实验现象可知，重力势能大小与物体质量、下落高度有关，与物体体积无关，因此猜想一、二是正确的。
(4) A、C两球质量相同，从不同高度下落，到达弹簧表面时的速度不同，因此可以探究速度大小对动能大小的影响。
典例3（8分）如图是探究改变物体内能的实验。
(1)瓶子里装有一些水，用力打气，在瓶塞未跳起前，瓶内气体的内能，原因是；继续打气，当瓶塞跳起时，观察到瓶内有白雾产生，说明瓶内气体对外做功时内能减小了。
(2)(2分)根据此现象，某同学认为：所有物体在对外做功时，它的内能都会减小。他的观点正确吗？请你从能的转化或转移的角度进行分析，并列举一实例。
(3)(2分)进一步探究：上述实验中，若在瓶塞刚跳出后马上重新盖紧塞子，再向瓶内打气，发现瓶内白雾又很快消失，请解释这一现象的原因。
(1)瓶子里装有一些水，用力打气，在瓶塞未跳起前，瓶内气体的内能，原因是；继续打气，当瓶塞跳起时，观察到瓶内有白雾产生，说明瓶内气体对外做功时内能减小了。
(2)(2分)根据此现象，某同学认为：所有物体在对外做功时，它的内能都会减小。他的观点正确吗？请你从能的转化或转移的角度进行分析，并列举一实例。
(3)(2分)进一步探究：上述实验中，若在瓶塞刚跳出后马上重新盖紧塞子，再向瓶内打气，发现瓶内白雾又很快消失，请解释这一现象的原因。
答案
解：
(1) 增大；外力对瓶内气体做功，机械能转化为内能，瓶内气体的内能增加
(2) 该观点不正确。物体对外做功时，若消耗的是自身的其他形式能量而非内能，物体的内能不会减小。例如：高处的水流推动水轮机对外发电，是水的机械能转化为电能，水的内能并没有减小。
(3) 向瓶内打气时，外界对瓶内气体做功，气体内能增大、温度升高，瓶内原本液化形成的小水滴（白雾）重新吸热汽化为水蒸气，因此白雾很快消失。
(1) 增大；外力对瓶内气体做功，机械能转化为内能，瓶内气体的内能增加
(2) 该观点不正确。物体对外做功时，若消耗的是自身的其他形式能量而非内能，物体的内能不会减小。例如：高处的水流推动水轮机对外发电，是水的机械能转化为电能，水的内能并没有减小。
(3) 向瓶内打气时，外界对瓶内气体做功，气体内能增大、温度升高，瓶内原本液化形成的小水滴（白雾）重新吸热汽化为水蒸气，因此白雾很快消失。
变式3（4分）将盛有凉牛奶的瓶子放在热水中，是通过的方式改变牛奶的内能。如图是该过程中牛奶与热水的温度随时间变化的图像，牛奶的质量为250 g，则牛奶在加热过程中吸收的热量为J。[$c_{牛奶}=2.5×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)$]
答案
热传递；$1.25× 10^4$
解析
解：
将盛有凉牛奶的瓶子放在热水中，是通过热传递的方式改变牛奶的内能。
牛奶的质量：$m=250\ \mathrm{g}=0.25\ \mathrm{kg}$
由图像可知，牛奶的初温为$20°\mathrm{C}$，末温为$40°\mathrm{C}$，温度变化量：
$\Delta t = 40°\mathrm{C} - 20°\mathrm{C} = 20°\mathrm{C}$
牛奶吸收的热量：
$\begin{aligned}Q_{\mathrm{吸}}&=c_{\mathrm{牛奶}}m\Delta t\\&=2.5× 10^3\ \mathrm{J/(kg· ° C)} × 0.25\ \mathrm{kg} × 20°\mathrm{C}\\&=1.25× 10^4\ \mathrm{J}\end{aligned}$
将盛有凉牛奶的瓶子放在热水中，是通过热传递的方式改变牛奶的内能。
牛奶的质量：$m=250\ \mathrm{g}=0.25\ \mathrm{kg}$
由图像可知，牛奶的初温为$20°\mathrm{C}$，末温为$40°\mathrm{C}$，温度变化量：
$\Delta t = 40°\mathrm{C} - 20°\mathrm{C} = 20°\mathrm{C}$
牛奶吸收的热量：
$\begin{aligned}Q_{\mathrm{吸}}&=c_{\mathrm{牛奶}}m\Delta t\\&=2.5× 10^3\ \mathrm{J/(kg· ° C)} × 0.25\ \mathrm{kg} × 20°\mathrm{C}\\&=1.25× 10^4\ \mathrm{J}\end{aligned}$
