23.(7分)如图,小明用a、b两球“探究物体动能大小与哪些因素有关”,让小球沿同一斜面由静止释放,撞击水平面上的木块,其中小球质量$m_a ＜ m_b$。
(1)该实验中物体的动能指(选填“小球”或“木块”)的动能,其动能大小是通过来反映的;若水平面绝对光滑,本实验(选填“能”或“不能”)达到探究目的。
(2)对比甲图和乙图可以得出的结论是:由图得出的结论能用于解释汽车“超载”带来的危害;木块在水平面上滑动时,克服摩擦力做功的功率(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)对比乙图和丙图,两种情况下木块克服摩擦力所做的功的大小关系:$W_乙$(选填“＞”“=”或“＜”)$W_丙$。

23.(1)小球 木块在水平面上移动距离的大小 不能 (2)在质量一定时,速度越大,动能越大 乙、丙 变小 (3)＜
【点拨】本题考查动能大小的影响因素,利用控制变量法和转换法来探究动能大小跟各因素之间的关系,综合性较强。
【解析】(1)探究物体动能大小与哪些因素有关,指的是小球运动到斜面底碰撞前的动能大小。小球动能的大小是通过木块在水平面上移动距离的大小来反映的。若水平面绝对光滑,则水平面对木块没有摩擦力,木块将一直做匀速直线运动,就无法通过木块在水平面移动距离的大小来反映小球动能的大小,所以本实验将不能达到探究目的;
(2)甲、乙两图中,将质量相同的小球从斜面的不同高度释放,碰撞时小球的速度不同,可以得出结论:在质量一定时,速度越大,小球的动能越大;由图乙、丙得出结论:在速度一定时,质量越大,动能越大。该结论可以解释汽车超载带来的危害;木块在水平面运动时,木块对水平面的压力不变,接触面的粗糙程度不变,则滑动摩擦力保持不变,由于摩擦力的作用,木块在水平运动的速度越来越慢,由 $P=\frac{W}{t}=\frac{fs}{t}=fv$ 可知,克服摩擦力做功的功率会变小;
(3)对比乙图和丙图,木块的距离关系为:s乙＜s丙,同一个木块在同一水平面运动时,受到的滑动摩擦力大小相同,由W=fs知,W乙＜W丙。

【分析】
本实验探究小球动能与质量、速度的关系，核心运用转换法和控制变量法：①实验研究对象是撞击木块的小球，动能大小通过木块移动距离反映（转换法）；②若水平面光滑，木块不受摩擦力，无法通过移动距离比较动能，故不能达到目的；③甲、乙控制质量相同改变速度，探究速度对动能的影响；乙、丙控制速度相同改变质量，对应汽车超载（质量大）的危害；④木块滑动时摩擦力不变，速度减小，结合功率公式判断功率变化；⑤功由摩擦力和移动距离决定，乙、丙摩擦力相同，通过距离比较功的大小。
【解析】
(1) 实验中研究小球撞击木块前的动能，故动能指小球的动能；动能无法直接观察，通过木块在水平面上移动距离的大小反映（转换法）；若水平面绝对光滑，木块不受摩擦力，撞击后将匀速直线运动，无法比较动能，因此本实验不能达到目的。
(2) 甲、乙两图中，小球质量相同，从斜面不同高度释放，到达水平面速度不同，木块移动距离不同，结论为：质量一定时，速度越大，动能越大；汽车“超载”是质量过大，需控制速度相同、改变质量，对应乙、丙图；木块滑动时，压力和接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力f不变，速度逐渐减小，根据P=fv，克服摩擦力做功的功率变小。
(3) 乙、丙中，木块对水平面的压力和接触面粗糙程度相同，滑动摩擦力f相同，根据W=fs，丙中木块移动距离更大，故W乙＜W丙。
【答案】
(1)小球；木块在水平面上移动距离的大小；不能 (2)在质量一定时，速度越大，动能越大；乙、丙；变小 (3)＜
【知识点】
动能大小的影响因素、功的计算、功率的计算
【点评】
本题以探究动能大小影响因素的实验为载体，综合考查转换法、控制变量法的应用，以及功、功率的计算，需熟练掌握实验原理和物理规律，是力学实验常考题型，综合性较强。
【难度系数】
0.5

24.(4分)小明在“研究杠杆平衡条件”的实验中所用的实验器材有:刻度均匀的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的0.5 N重的钩码若干个。

(1)如图A所示,实验时为了消除杠杆自重对杠杆平衡的影响,且便于直接从杠杆上读出力臂的大小,应调节杠杆在位置平衡。
(2)小明同学所在实验小组完成一次操作后,实验现象如图B所示,他们记录的数据为动力$ F_1 = 1.5 \, \mathrm{N} $,动力臂$ l_1 = 0.2 \, \mathrm{m} $,阻力$ F_2 = 1 \, \mathrm{N} $,则阻力臂$ l_2 = 0.3 \, \mathrm{m} $。甲同学测出了这组数据后就得出了“动力×动力臂 = 阻力×阻力臂”的结论,乙同学认为他的结论不一定科学,理由是。他把右边的钩码换成弹簧测力计,竖直向下拉弹簧测力计,使杠杆从水平位置慢慢转过一定角度,如图C所示,此过程中,弹簧测力计拉力的力臂(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)小明回家又做了图D的探索,将一根长为$ l $,重为$ G $的均匀木棒,有$ \frac{1}{5} $的木棒伸出桌子边缘,用竖直向下的力$ F_0 $压木棒的一端,当$ F_0 = $时,木棒刚好会被翘起。

24.(1)水平 (2)一组实验数据太少,具有偶然性 变小 (3)1.5G
【点拨】本题考查探究杠杆平衡条件的实验,涉及杠杆的调平、实验方法与实验结论的准确性、杠杆平衡条件的应用等。
【解析】(1)实验时为了消除杠杆自重对杠杆平衡的影响,且便于直接从杠杆上读出力臂的大小,应调节杠杆在水平位置平衡;
(2)用一次实验得出杠杆平衡的条件是:动力×动力臂=阻力×阻力臂。这种结论具有偶然性,不合理,应进行多次实验,总结杠杆平衡条件。力臂等于支点到力的作用线的距离,竖直向下拉弹簧测力计,使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度,如图C所示,此过程中,弹簧测力计拉力的力臂变小;
(3)木棒刚好被翘起,可以将其看作一个杠杆,杠杆的支点是桌子边缘,阻力为木棒重力,重力的作用点在木棒的中点,阻力臂$l_2=\frac{1}{2}L-\frac{1}{5}L$,根据杠杆的平衡条件可知,$F_0 × \frac{1}{5}L=G × (\frac{1}{2}L-\frac{1}{5}L)$,解得$F_0=1.5G$。

【分析】
本题围绕杠杆平衡条件的实验及应用展开，分三步思考：(1)明确杠杆水平位置平衡的作用，是消除自重影响且便于直接读取力臂；(2)理解实验结论需多次实验避免偶然性，以及杠杆转动时力臂的变化规律；(3)将均匀木棒视为杠杆，确定支点、动力臂和阻力臂，利用杠杆平衡条件计算拉力$ F_0 $。
【解析】
(1) 实验时，调节杠杆在水平位置平衡，一方面可使杠杆自重的作用线通过支点，消除杠杆自重对平衡的影响；另一方面，此时力臂与杠杆重合，便于直接从杠杆上读取力臂大小，故应调节至水平位置平衡。
(2) 仅通过一组实验数据得出结论，具有偶然性，无法得到普遍规律，因此结论不科学；当杠杆从水平位置缓慢转过一定角度时，弹簧测力计仍竖直向下拉，拉力的力臂是支点到拉力作用线的垂直距离，杠杆倾斜后，该垂直距离变小，故力臂变小。
(3) 木棒刚好被翘起时，可看作杠杆，支点为桌子边缘。均匀木棒的重力$ G $作用在中点，阻力臂为重心到支点的距离：$ l_2 = \frac{1}{2}L - \frac{1}{5}L = \frac{3}{10}L $；动力$ F_0 $的力臂为伸出桌面的长度：$ l_1 = \frac{1}{5}L $。根据杠杆平衡条件$ F_1l_1 = F_2l_2 $，代入得$ F_0 × \frac{1}{5}L = G × \frac{3}{10}L $，约去$ L $后解得$ F_0 = 1.5G $。
【答案】
(1) 水平；(2) 一组实验数据太少，具有偶然性；变小；(3) $ 1.5G $
【知识点】
杠杆平衡条件、实验数据的科学性、杠杆力臂分析
【点评】
本题考查探究杠杆平衡条件的实验操作要点、实验结论的严谨性，以及杠杆平衡条件在实际问题中的应用，涵盖基础实验知识与力学计算，是初中力学的核心内容，需学生掌握杠杆相关的关键知识点。
【难度系数】
0.6