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25.(6分)如图是某学习小组“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图,其中$m_A = m_B ＜ m_C$，$h_A = h_C ＞ h_B$。
(1)实验中,动能的研究对象是
A. 小球撞击木块时的动能
B. 木块被小球撞击时的动能
(2)实验中,通过观察
(3)甲、乙两次实验,让质量相同的小球从斜面上不同高度滚下,目的是使两球到达水平面时
(4)甲、乙两次实验中,木块滑行过程中克服摩擦力做功分别为$W_1$和$W_2$,则$W_1$
(5)由甲、丙两次实验可以解释
(1)实验中,动能的研究对象是
A
(选填序号)。A. 小球撞击木块时的动能
B. 木块被小球撞击时的动能
(2)实验中,通过观察
木块被撞击后在水平面上移动的距离
来判断小球动能大小。(3)甲、乙两次实验,让质量相同的小球从斜面上不同高度滚下,目的是使两球到达水平面时
具有不同的速度
,然后根据实验现象可以得出结论:当质量相同时,速度
越大,动能越大。(4)甲、乙两次实验中,木块滑行过程中克服摩擦力做功分别为$W_1$和$W_2$,则$W_1$
＞
(选填“＞”“=”或“＜”)$W_2$。(5)由甲、丙两次实验可以解释
超载
(选填“超速”或“超载”)带来的危害。答案
25.(1)A (2)木块被撞击后在水平面上移动的距离 (3)具有不同的速度 速度 (4)＞ (5)超载
【点拨】本题考查“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验,涉及做功公式、控制变量法和转换法的运用,注意动能研究对象是小球,实验改变的因素也只关于小球。
【解析】(1)实验中,动能的研究对象是指小球撞击木块时的动能,故选A;
(2)实验中,小球的动能无法直接测量,利用转换法,通过观察木块被撞击后在水平面上移动的距离来判断钢球的动能大小,距离越大,动能越大;
(3)甲、乙两次实验,小球的质量相同,滚下时的高度不同,让质量相同的钢球从斜面上不同高度滚下,目的是使两球到达水平面时具有不同的速度,可以探究动能大小与速度的关系。对比甲、乙两次实验,小球到达水平面时的质量相同,小球速度不同,木块被撞击得越远,表明小球动能越大。可得出结论:当质量一定时,物体的速度越大,动能就越大;
(4)甲、乙两次实验中,两个小球的质量相等,A球高度大于B球高度,则到达水平面时A球的动能大于B球的动能,A球把木块撞击得更远。由于木块受到的摩擦力不变,根据公式W=fs可知,木块滑行过程中克服摩擦力做功$W_1＞W_2$;
(5)甲、丙两次实验中,小球的释放高度相同,但质量不同。实验结果显示,质量较大的小球使木块滑行的距离更远,说明当速度相同时,质量越大,动能越大。这一结论可以解释“超载”带来的危害,即超载车辆由于质量增大,动能增大,刹车距离变长,危险性增加。
【点拨】本题考查“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验,涉及做功公式、控制变量法和转换法的运用,注意动能研究对象是小球,实验改变的因素也只关于小球。
【解析】(1)实验中,动能的研究对象是指小球撞击木块时的动能,故选A;
(2)实验中,小球的动能无法直接测量,利用转换法,通过观察木块被撞击后在水平面上移动的距离来判断钢球的动能大小,距离越大,动能越大;
(3)甲、乙两次实验,小球的质量相同,滚下时的高度不同,让质量相同的钢球从斜面上不同高度滚下,目的是使两球到达水平面时具有不同的速度,可以探究动能大小与速度的关系。对比甲、乙两次实验,小球到达水平面时的质量相同,小球速度不同,木块被撞击得越远,表明小球动能越大。可得出结论:当质量一定时,物体的速度越大,动能就越大;
(4)甲、乙两次实验中,两个小球的质量相等,A球高度大于B球高度,则到达水平面时A球的动能大于B球的动能,A球把木块撞击得更远。由于木块受到的摩擦力不变,根据公式W=fs可知,木块滑行过程中克服摩擦力做功$W_1＞W_2$;
(5)甲、丙两次实验中,小球的释放高度相同,但质量不同。实验结果显示,质量较大的小球使木块滑行的距离更远,说明当速度相同时,质量越大,动能越大。这一结论可以解释“超载”带来的危害,即超载车辆由于质量增大,动能增大,刹车距离变长,危险性增加。
解析
【分析】
本实验是探究物体动能大小与哪些因素有关的经典力学实验，核心运用控制变量法和转换法。解题思路：①明确研究对象是小球撞击木块时的动能；②利用转换法，通过木块被撞击后移动的距离反映小球动能大小；③控制变量分析：甲、乙实验控制小球质量相同，改变滚下高度（即到达水平面的速度），探究动能与速度的关系；甲、丙实验控制小球到达水平面的速度相同，改变质量，探究动能与质量的关系；④克服摩擦力做功结合W=fs分析，摩擦力不变时，移动距离越大，做功越多；⑤结合实验变量对应超载（质量大）、超速（速度大）的危害。
【解析】
(1) 实验探究的是小球的动能，即小球撞击木块时的动能，故选A；
(2) 小球动能无法直接测量，利用转换法，通过观察木块被撞击后在水平面上移动的距离判断小球动能大小，距离越大，动能越大；
(3) 甲、乙实验中，质量相同的小球从不同高度滚下，目的是使两球到达水平面时具有不同的速度；实验中质量相同，速度大的小球推动木块更远，得出结论：当质量相同时，速度越大，动能越大；
(4) 甲中木块移动距离s_A大于乙中s_B，木块受到的摩擦力f不变，根据W=fs，可知W1=fs_A，W2=fs_B，故W1＞W2；
(5) 甲、丙实验中，小球到达水平面的速度相同（释放高度相同），质量不同，质量大的小球动能大，对应超载时车辆质量大、动能大，刹车距离长，解释超载的危害。
【答案】
(1)A (2)木块被撞击后在水平面上移动的距离 (3)具有不同的速度；速度 (4)＞ (5)超载
【知识点】
探究动能的影响因素、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，重点考查控制变量法和转换法的应用，结合做功公式分析，是初中物理力学的基础实验题，需明确实验设计的逻辑和变量控制的要点。
【难度系数】
0.6
本实验是探究物体动能大小与哪些因素有关的经典力学实验，核心运用控制变量法和转换法。解题思路：①明确研究对象是小球撞击木块时的动能；②利用转换法，通过木块被撞击后移动的距离反映小球动能大小；③控制变量分析：甲、乙实验控制小球质量相同，改变滚下高度（即到达水平面的速度），探究动能与速度的关系；甲、丙实验控制小球到达水平面的速度相同，改变质量，探究动能与质量的关系；④克服摩擦力做功结合W=fs分析，摩擦力不变时，移动距离越大，做功越多；⑤结合实验变量对应超载（质量大）、超速（速度大）的危害。
【解析】
(1) 实验探究的是小球的动能，即小球撞击木块时的动能，故选A；
(2) 小球动能无法直接测量，利用转换法，通过观察木块被撞击后在水平面上移动的距离判断小球动能大小，距离越大，动能越大；
(3) 甲、乙实验中，质量相同的小球从不同高度滚下，目的是使两球到达水平面时具有不同的速度；实验中质量相同，速度大的小球推动木块更远，得出结论：当质量相同时，速度越大，动能越大；
(4) 甲中木块移动距离s_A大于乙中s_B，木块受到的摩擦力f不变，根据W=fs，可知W1=fs_A，W2=fs_B，故W1＞W2；
(5) 甲、丙实验中，小球到达水平面的速度相同（释放高度相同），质量不同，质量大的小球动能大，对应超载时车辆质量大、动能大，刹车距离长，解释超载的危害。
【答案】
(1)A (2)木块被撞击后在水平面上移动的距离 (3)具有不同的速度；速度 (4)＞ (5)超载
【知识点】
探究动能的影响因素、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，重点考查控制变量法和转换法的应用，结合做功公式分析，是初中物理力学的基础实验题，需明确实验设计的逻辑和变量控制的要点。
【难度系数】
0.6
26. (11分)为了大力发展深远海养殖产业,某公司研发了如图所示的升降式养殖网箱,可养殖多种鱼类。该网箱由长方体网箱框架、4个桩腿(空心钢管)、升降系统组成。网箱总质量390吨,内部养殖箱尺寸为27 m×27 m×15 m(长×宽×高),每根桩腿高45米。网箱建造完成后,它在2个完全相同的多功能辅助平台(柱形空心浮箱)的托举下,被拖轮托运至预定位置安装。安装时,首先利用重力将桩腿固定到海床上,然后辅助平台脱离网箱,桩腿稳稳站立海上足以抵抗16级台风侵袭,为深远海养殖构建起安全屏障。(海水密度约为$\rho_{海水}=1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$,$g$取10 N/kg)
(1)若制作桩腿所用钢材的密度是$8×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$,则制作一根质量为60 t的桩腿需要多少立方米的钢材?
(2)根据养殖需要,升降系统将质量为150 t的网箱框架从框架底部刚接触水面,下降至框架顶部位于水下8 m,该过程框架的重力做了多少焦耳的功?
(3)现要将网箱拔桩移动,先是利用升降系统将网箱框架升上水面,然后将2个辅助平台移到网箱框架下方,再利用升降系统下降网箱框架,将辅助平台缓慢压入水下,利用辅助平台受到的巨大浮力将桩腿拉离海床。已知拉离的瞬间4个桩腿受到的向下总阻力为$2.2×10^{6}\ \mathrm{N}$,每个辅助平台质量为3 t,高2.9 m,底面积为$110\ \mathrm{m}^2$。则辅助平台的吃水深度需要大于多少米才能将桩腿拉离海床?(忽略该过程中升降系统对网箱的影响)
(1)若制作桩腿所用钢材的密度是$8×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$,则制作一根质量为60 t的桩腿需要多少立方米的钢材?
(2)根据养殖需要,升降系统将质量为150 t的网箱框架从框架底部刚接触水面,下降至框架顶部位于水下8 m,该过程框架的重力做了多少焦耳的功?
(3)现要将网箱拔桩移动,先是利用升降系统将网箱框架升上水面,然后将2个辅助平台移到网箱框架下方,再利用升降系统下降网箱框架,将辅助平台缓慢压入水下,利用辅助平台受到的巨大浮力将桩腿拉离海床。已知拉离的瞬间4个桩腿受到的向下总阻力为$2.2×10^{6}\ \mathrm{N}$,每个辅助平台质量为3 t,高2.9 m,底面积为$110\ \mathrm{m}^2$。则辅助平台的吃水深度需要大于多少米才能将桩腿拉离海床?(忽略该过程中升降系统对网箱的影响)
答案
26.【点拨】本题考查密度公式、功以及浮力的有关计算。第(3)问找到浮力与重力、阻力之间的关系是关键。
【解析】(1)由$\rho=\frac{m}{V}$得,制作一根质量为60 t的桩腿需要的钢材体积$V=\frac{m}{\rho}=\frac{60×10^3\ \mathrm{kg}}{8×10^3\ \mathrm{kg/m^3}}=7.5\ \mathrm{m^3}$;
(2)网箱框架下降过程中的高度$h=15\ \mathrm{m}+8\ \mathrm{m}=23\ \mathrm{m}$,网箱框架下降过程中重力做的功$W=Gh=mgh=150×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×23\ \mathrm{m}=3.45×10^7\ \mathrm{J}$;
(3)网箱的总重力$G_{\mathrm{网箱}}=m_{\mathrm{网箱}}g=390×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3.9×10^6\ \mathrm{N}$,2个辅助平台的重力$G_{\mathrm{平台}}=2m_{\mathrm{平台}}g=2×3×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=6×10^4\ \mathrm{N}$,对整体进行受力分析可知,2个辅助平台受到的浮力$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{网箱}}+G_{\mathrm{平台}}+F_{\mathrm{阻}}=3.9×10^6\ \mathrm{N}+6×10^4\ \mathrm{N}+2.2×10^6\ \mathrm{N}=6.16×10^6\ \mathrm{N}$,所以单个辅助平台受到的浮力$F_{\mathrm{浮单}}=\frac{1}{2}F_{\mathrm{浮}}=\frac{1}{2}×6.16×10^6\ \mathrm{N}=3.08×10^6\ \mathrm{N}$,根据$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$可计算单个辅助平台排开海水的体积$V_{\mathrm{排}}=\frac{F_{\mathrm{浮单}}}{\rho_{\mathrm{海水}}g}=\frac{3.08×10^6\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=308\ \mathrm{m^3}$,辅助平台的吃水深度$h=\frac{V_{\mathrm{排}}}{S}=\frac{308\ \mathrm{m^3}}{110\ \mathrm{m^2}}=2.8\ \mathrm{m}$。
【解析】(1)由$\rho=\frac{m}{V}$得,制作一根质量为60 t的桩腿需要的钢材体积$V=\frac{m}{\rho}=\frac{60×10^3\ \mathrm{kg}}{8×10^3\ \mathrm{kg/m^3}}=7.5\ \mathrm{m^3}$;
(2)网箱框架下降过程中的高度$h=15\ \mathrm{m}+8\ \mathrm{m}=23\ \mathrm{m}$,网箱框架下降过程中重力做的功$W=Gh=mgh=150×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×23\ \mathrm{m}=3.45×10^7\ \mathrm{J}$;
(3)网箱的总重力$G_{\mathrm{网箱}}=m_{\mathrm{网箱}}g=390×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3.9×10^6\ \mathrm{N}$,2个辅助平台的重力$G_{\mathrm{平台}}=2m_{\mathrm{平台}}g=2×3×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=6×10^4\ \mathrm{N}$,对整体进行受力分析可知,2个辅助平台受到的浮力$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{网箱}}+G_{\mathrm{平台}}+F_{\mathrm{阻}}=3.9×10^6\ \mathrm{N}+6×10^4\ \mathrm{N}+2.2×10^6\ \mathrm{N}=6.16×10^6\ \mathrm{N}$,所以单个辅助平台受到的浮力$F_{\mathrm{浮单}}=\frac{1}{2}F_{\mathrm{浮}}=\frac{1}{2}×6.16×10^6\ \mathrm{N}=3.08×10^6\ \mathrm{N}$,根据$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$可计算单个辅助平台排开海水的体积$V_{\mathrm{排}}=\frac{F_{\mathrm{浮单}}}{\rho_{\mathrm{海水}}g}=\frac{3.08×10^6\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=308\ \mathrm{m^3}$,辅助平台的吃水深度$h=\frac{V_{\mathrm{排}}}{S}=\frac{308\ \mathrm{m^3}}{110\ \mathrm{m^2}}=2.8\ \mathrm{m}$。
解析
【分析】
本题围绕升降式养殖网箱的实际场景，考查密度、功、浮力的相关计算，分三小问逐步突破：
1. 第(1)问：已知桩腿的质量和钢材密度，利用密度公式变形求体积，需注意质量单位从吨换算为千克；
2. 第(2)问：重力做功公式为$W=Gh$，需先确定网箱框架下降的总高度（框架高度+顶部水下深度），再代入公式计算；
3. 第(3)问：关键是对网箱、辅助平台、桩腿整体受力分析，明确浮力需平衡总重力与阻力，再结合阿基米德原理求排开体积，最后由体积和底面积计算吃水深度，注意辅助平台共2个，需拆分计算单个平台的浮力。
【解析】
(1) 由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，变形得体积$V=\frac{m}{\rho}$。
桩腿质量$m=60\ \mathrm{t}=60×10^3\ \mathrm{kg}$，钢材密度$\rho=8×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$，代入得：
$V=\frac{60×10^3\ \mathrm{kg}}{8×10^3\ \mathrm{kg/m^3}}=7.5\ \mathrm{m^3}$；
(2) 网箱框架下降的总高度$h=15\ \mathrm{m}+8\ \mathrm{m}=23\ \mathrm{m}$，重力做功公式$W=Gh=mgh$，
网箱框架质量$m=150\ \mathrm{t}=150×10^3\ \mathrm{kg}$，代入得：
$W=150×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×23\ \mathrm{m}=3.45×10^7\ \mathrm{J}$；
(3) 先计算各部分重力：
网箱总重力$G_{\mathrm{网箱}}=m_{\mathrm{网箱}}g=390×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3.9×10^6\ \mathrm{N}$，
2个辅助平台总重力$G_{\mathrm{平台}}=2m_{\mathrm{平台}}g=2×3×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=6×10^4\ \mathrm{N}$，
整体受力平衡，总浮力$F_{\mathrm{浮总}}=G_{\mathrm{网箱}}+G_{\mathrm{平台}}+F_{\mathrm{阻}}=3.9×10^6\ \mathrm{N}+6×10^4\ \mathrm{N}+2.2×10^6\ \mathrm{N}=6.16×10^6\ \mathrm{N}$，
单个辅助平台的浮力$F_{\mathrm{浮单}}=\frac{1}{2}F_{\mathrm{浮总}}=\frac{1}{2}×6.16×10^6\ \mathrm{N}=3.08×10^6\ \mathrm{N}$，
由阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}}$，得单个平台排开体积$V_{\mathrm{排}}=\frac{F_{\mathrm{浮单}}}{\rho_{\mathrm{海水}}g}=\frac{3.08×10^6\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=308\ \mathrm{m^3}$，
辅助平台吃水深度$h=\frac{V_{\mathrm{排}}}{S}=\frac{308\ \mathrm{m^3}}{110\ \mathrm{m^2}}=2.8\ \mathrm{m}$。
【答案】
(1)$7.5\ \mathrm{m^3}$；(2)$3.45×10^7\ \mathrm{J}$；(3)$2.8\ \mathrm{m}$
【知识点】
密度公式应用、功的计算、浮力的计算
【点评】
本题结合深远海养殖的实际场景，将物理知识应用于工程问题，前两问为基础公式应用，第三问需结合受力分析与阿基米德原理，考查学生的综合应用能力，解题时需注意单位换算和高度的确定，整体难度中等。
【难度系数】
0.5
本题围绕升降式养殖网箱的实际场景，考查密度、功、浮力的相关计算，分三小问逐步突破：
1. 第(1)问：已知桩腿的质量和钢材密度，利用密度公式变形求体积，需注意质量单位从吨换算为千克；
2. 第(2)问：重力做功公式为$W=Gh$，需先确定网箱框架下降的总高度（框架高度+顶部水下深度），再代入公式计算；
3. 第(3)问：关键是对网箱、辅助平台、桩腿整体受力分析，明确浮力需平衡总重力与阻力，再结合阿基米德原理求排开体积，最后由体积和底面积计算吃水深度，注意辅助平台共2个，需拆分计算单个平台的浮力。
【解析】
(1) 由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，变形得体积$V=\frac{m}{\rho}$。
桩腿质量$m=60\ \mathrm{t}=60×10^3\ \mathrm{kg}$，钢材密度$\rho=8×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$，代入得：
$V=\frac{60×10^3\ \mathrm{kg}}{8×10^3\ \mathrm{kg/m^3}}=7.5\ \mathrm{m^3}$；
(2) 网箱框架下降的总高度$h=15\ \mathrm{m}+8\ \mathrm{m}=23\ \mathrm{m}$，重力做功公式$W=Gh=mgh$，
网箱框架质量$m=150\ \mathrm{t}=150×10^3\ \mathrm{kg}$，代入得：
$W=150×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×23\ \mathrm{m}=3.45×10^7\ \mathrm{J}$；
(3) 先计算各部分重力：
网箱总重力$G_{\mathrm{网箱}}=m_{\mathrm{网箱}}g=390×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3.9×10^6\ \mathrm{N}$，
2个辅助平台总重力$G_{\mathrm{平台}}=2m_{\mathrm{平台}}g=2×3×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=6×10^4\ \mathrm{N}$，
整体受力平衡，总浮力$F_{\mathrm{浮总}}=G_{\mathrm{网箱}}+G_{\mathrm{平台}}+F_{\mathrm{阻}}=3.9×10^6\ \mathrm{N}+6×10^4\ \mathrm{N}+2.2×10^6\ \mathrm{N}=6.16×10^6\ \mathrm{N}$，
单个辅助平台的浮力$F_{\mathrm{浮单}}=\frac{1}{2}F_{\mathrm{浮总}}=\frac{1}{2}×6.16×10^6\ \mathrm{N}=3.08×10^6\ \mathrm{N}$，
由阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}}$，得单个平台排开体积$V_{\mathrm{排}}=\frac{F_{\mathrm{浮单}}}{\rho_{\mathrm{海水}}g}=\frac{3.08×10^6\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=308\ \mathrm{m^3}$，
辅助平台吃水深度$h=\frac{V_{\mathrm{排}}}{S}=\frac{308\ \mathrm{m^3}}{110\ \mathrm{m^2}}=2.8\ \mathrm{m}$。
【答案】
(1)$7.5\ \mathrm{m^3}$；(2)$3.45×10^7\ \mathrm{J}$；(3)$2.8\ \mathrm{m}$
【知识点】
密度公式应用、功的计算、浮力的计算
【点评】
本题结合深远海养殖的实际场景，将物理知识应用于工程问题，前两问为基础公式应用，第三问需结合受力分析与阿基米德原理，考查学生的综合应用能力，解题时需注意单位换算和高度的确定，整体难度中等。
【难度系数】
0.5
