登录
3. 小明探究重力势能大小与物体质量和高度的关系，实验装置如图甲所示。
(1)将铁球从斜面上由静止释放后会压缩弹簧，记录铁球速度减为零时弹簧的长度。整个过程中的能量转化情况为：
(2)将同一铁球先后从同一斜面的不同高度$(h_{1}＜h_{2})$处由静止释放，弹簧被压缩后的长度分别为$l_{1}$、$l_{2}(l_{1}＞l_{2})$，则你能得出的结论是
(3)若要探究重力势能大小与物体质量的关系，请简要写出你的操作思路：
(4)结合本实验和所学知识，分析如图乙所示的水力发电站，发电机安装在
(1)将铁球从斜面上由静止释放后会压缩弹簧，记录铁球速度减为零时弹簧的长度。整个过程中的能量转化情况为：
重力势能先转化为动能,动能再转化为弹性势能
.铁球重力势能的大小可以用弹簧被压缩后的长度来反映，长度越长，说明铁球的重力势能越小
(选填"大"或"小").(2)将同一铁球先后从同一斜面的不同高度$(h_{1}＜h_{2})$处由静止释放，弹簧被压缩后的长度分别为$l_{1}$、$l_{2}(l_{1}＞l_{2})$，则你能得出的结论是
物体的质量相同时,高度越低,重力势能越小
.(3)若要探究重力势能大小与物体质量的关系，请简要写出你的操作思路：
将质量不同的铁球从同一斜面的同一高度处由静止释放,比较弹簧被压缩后的长度
.(4)结合本实验和所学知识，分析如图乙所示的水力发电站，发电机安装在
D
(选填"C"或"D")位置较为合理.你认为适合建造大型水力发电站的地方应该具备的条件有水资源丰富(或水量大)和地势高度差大
.答案
3. (1)重力势能先转化为动能,动能再转化为弹性势能 小 (2)物体的质量相同时,高度越低,重力势能越小 (3)将质量不同的铁球从同一斜面的同一高度处由静止释放,比较弹簧被压缩后的长度 (4)D 水资源丰富(或水量大)和地势高度差大 解析:(1)整个过程中的能量转化情况为:重力势能先转化为动能,动能再转化为弹性势能;铁球重力势能的大小可以用弹簧被压缩后的长度来反映,长度越长,弹簧的形变程度越小,弹性势能越小,说明铁球的重力势能越小.(2)将同一铁球先后从同一斜面的不同高度(h₁＜h₂)处由静止释放,弹簧被压缩后的长度分别为l₁、l₂(l₁＞l₂),结合(1)的分析,可得出的结论是:物体的质量相同时,高度越低,重力势能越小.(3)若要探究重力势能大小与物体质量的关系,应将质量不同的铁球从同一斜面的同一高度处由静止释放,比较弹簧被压缩后的长度.(4)D位置与上游的高度差较大,所以发电机应该安装在D位置;水资源丰富(或水量大)和地势高度差大,水的重力势能就大,转化的电能就大.
解析
【分析】
我先梳理这道题的解题思路：
1. 第(1)问：按过程拆分能量变化：铁球从斜面静止下滑时，高度减小、速度增大，重力势能转化为动能；接触弹簧后，铁球减速、弹簧形变程度变大，直到铁球速度为0，动能全部转化为弹簧的弹性势能。弹簧被压缩后剩余的长度越长，说明弹簧被压缩的形变量越小，获得的弹性势能越小，也就对应铁球初始的重力势能越小。
2. 第(2)问：实验用同一个铁球，质量保持不变，改变释放高度，已知h₁＜h₂，对应的弹簧剩余长度l₁＞l₂，说明h₁处释放的铁球最终让弹簧获得的弹性势能更小，也就是铁球初始重力势能更小，由此推导质量相同时重力势能和高度的关系。
3. 第(3)问：探究重力势能和质量的关系，需要用控制变量法，控制释放高度完全相同，改变铁球的质量，通过比较弹簧被压缩后的长度来反映重力势能大小即可。
4. 第(4)问：水力发电是将水的重力势能最终转化为电能，要获得更多的能量，需要水从上游下落的高度差更大，D点比C点位置更低，和上游水位的高度差更大，更适合安装发电机；大型水力发电站需要水具备足够大的重力势能，因此需要水量大、地势落差大的条件。
【解析】
(1) 铁球从斜面上由静止释放后，下滑过程中重力势能转化为动能，接触弹簧后，铁球的动能逐渐转化为弹簧的弹性势能，直到铁球速度减为零，因此整个过程能量转化为：重力势能先转化为动能，动能再转化为弹性势能。弹簧被压缩后的长度越长，说明弹簧的形变量越小，弹簧获得的弹性势能越小，也就说明铁球初始的重力势能越小。
(2) 同一铁球质量不变，h₁＜h₂，从h₁处释放时弹簧被压缩后的长度l₁＞l₂，说明从更低高度h₁释放的铁球最终传递给弹簧的能量更小，因此可得结论：物体的质量相同时，高度越低，重力势能越小。
(3) 根据控制变量法，探究重力势能与质量的关系时，需要控制下落高度相同，改变物体质量，操作思路为：将质量不同的铁球从同一斜面的同一高度处由静止释放，比较弹簧被压缩后的长度。
(4) D位置与上游水位的高度差比C位置更大，水下落到D处可以获得更多的动能，更适合安装发电机；大型水力发电站需要水拥有足够大的重力势能，因此需要具备的条件是水资源丰富（水量大）、地势高度差大。
【答案】
(1) 重力势能先转化为动能,动能再转化为弹性势能 小
(2) 物体的质量相同时,高度越低,重力势能越小
(3) 将质量不同的铁球从同一斜面的同一高度处由静止释放,比较弹簧被压缩后的长度
(4) D 水资源丰富(或水量大)和地势高度差大
【知识点】
机械能转化、重力势能影响因素、控制变量法
【点评】
本题是探究重力势能影响因素的基础实验题，同时结合水力发电的实际场景考察知识迁移能力，实验中用到的转换法、控制变量法都是力学探究实验的核心方法，答题时需要注意控制变量的表述严谨完整，能量转化的过程要按阶段梳理清楚，避免遗漏环节。
【难度系数】
0.7
我先梳理这道题的解题思路：
1. 第(1)问：按过程拆分能量变化：铁球从斜面静止下滑时，高度减小、速度增大，重力势能转化为动能；接触弹簧后，铁球减速、弹簧形变程度变大，直到铁球速度为0，动能全部转化为弹簧的弹性势能。弹簧被压缩后剩余的长度越长，说明弹簧被压缩的形变量越小，获得的弹性势能越小，也就对应铁球初始的重力势能越小。
2. 第(2)问：实验用同一个铁球，质量保持不变，改变释放高度，已知h₁＜h₂，对应的弹簧剩余长度l₁＞l₂，说明h₁处释放的铁球最终让弹簧获得的弹性势能更小，也就是铁球初始重力势能更小，由此推导质量相同时重力势能和高度的关系。
3. 第(3)问：探究重力势能和质量的关系，需要用控制变量法，控制释放高度完全相同，改变铁球的质量，通过比较弹簧被压缩后的长度来反映重力势能大小即可。
4. 第(4)问：水力发电是将水的重力势能最终转化为电能，要获得更多的能量，需要水从上游下落的高度差更大，D点比C点位置更低，和上游水位的高度差更大，更适合安装发电机；大型水力发电站需要水具备足够大的重力势能，因此需要水量大、地势落差大的条件。
【解析】
(1) 铁球从斜面上由静止释放后，下滑过程中重力势能转化为动能，接触弹簧后，铁球的动能逐渐转化为弹簧的弹性势能，直到铁球速度减为零，因此整个过程能量转化为：重力势能先转化为动能，动能再转化为弹性势能。弹簧被压缩后的长度越长，说明弹簧的形变量越小，弹簧获得的弹性势能越小，也就说明铁球初始的重力势能越小。
(2) 同一铁球质量不变，h₁＜h₂，从h₁处释放时弹簧被压缩后的长度l₁＞l₂，说明从更低高度h₁释放的铁球最终传递给弹簧的能量更小，因此可得结论：物体的质量相同时，高度越低，重力势能越小。
(3) 根据控制变量法，探究重力势能与质量的关系时，需要控制下落高度相同，改变物体质量，操作思路为：将质量不同的铁球从同一斜面的同一高度处由静止释放，比较弹簧被压缩后的长度。
(4) D位置与上游水位的高度差比C位置更大，水下落到D处可以获得更多的动能，更适合安装发电机；大型水力发电站需要水拥有足够大的重力势能，因此需要具备的条件是水资源丰富（水量大）、地势高度差大。
【答案】
(1) 重力势能先转化为动能,动能再转化为弹性势能 小
(2) 物体的质量相同时,高度越低,重力势能越小
(3) 将质量不同的铁球从同一斜面的同一高度处由静止释放,比较弹簧被压缩后的长度
(4) D 水资源丰富(或水量大)和地势高度差大
【知识点】
机械能转化、重力势能影响因素、控制变量法
【点评】
本题是探究重力势能影响因素的基础实验题，同时结合水力发电的实际场景考察知识迁移能力，实验中用到的转换法、控制变量法都是力学探究实验的核心方法，答题时需要注意控制变量的表述严谨完整，能量转化的过程要按阶段梳理清楚，避免遗漏环节。
【难度系数】
0.7
4.（2025·深圳）蓄冷剂是食品运输和保鲜过程中的重要降温试剂.现有A、B两种蓄冷剂，财财同学和明海同学为了探究它们的蓄冷效果，进行了如下的实验探究：财财同学首先将质量均为100 g的两种蓄冷剂分别装入完全相同的冰袋中，将它们放入冰箱中冷冻为温度相同的固体；在容器1、2中分别加入质量均为500 g且温度相同的水，将冰袋从冰箱中拿出放入水中，并用隔热材料密封，如图甲所示；明海同学通过温度传感器每隔一定时间测量蓄冷剂及水的温度，如图乙、丙所示分别为明海同学记录的A、B两种蓄冷剂及容器中水的温度随时间变化的关系图像.
(1)露露同学发现：蓄冷剂熔化前温度在升高，其分子热运动速度变
(2)$0∼ t_{1}$时间内，水和蓄冷剂之间发生热传递，热传递方向为
(3)$0∼ t_{1}$时间内，蓄冷剂
(4)$t_{1}∼ t_{2}$时间内，容器1中水的温度降低$10\ {°C}$，若水放出的热量全部被冰袋吸收，则每克蓄冷剂A吸收的热量为
(5)汉欢同学在配送蛋糕时，选择蓄冷剂
(1)露露同学发现：蓄冷剂熔化前温度在升高，其分子热运动速度变
大
.(2)$0∼ t_{1}$时间内，水和蓄冷剂之间发生热传递，热传递方向为
从水到蓄冷剂
.(3)$0∼ t_{1}$时间内，蓄冷剂
A
（选填“A”或“B”）吸热更快.(4)$t_{1}∼ t_{2}$时间内，容器1中水的温度降低$10\ {°C}$，若水放出的热量全部被冰袋吸收，则每克蓄冷剂A吸收的热量为
210
J.[水的比热容为$4.2×10^{3}\ {J/(kg·°C)}$](5)汉欢同学在配送蛋糕时，选择蓄冷剂
A
（选填“A”或“B”）更好，理由是蓄冷剂A的降温效果更好,能使蛋糕更久地保持低温
.答案
4. (1)大 (2)从水到蓄冷剂 (3)A (4)210 (5)A 蓄冷剂A的降温效果更好,能使蛋糕更久地保持低温 解析:(1)蓄冷剂熔化前温度在升高,其分子热运动速度变大.(2)热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递,故0~t₁时间内,水和蓄冷剂之间发生的热传递方向为从水到蓄冷剂.(3)根据题图乙、丙可知,0~t₁时间内,蓄冷剂A吸热更快.(4)水的温度降低10 ℃,水放出的热量Q放=cmΔt=4.2×10³ J/(kg·℃)×500×10⁻³ kg×10 ℃=2.1×10⁴ J,若热量全部被冰袋内100 g的蓄冷剂吸收,则每克蓄冷剂A吸收的热量为2.1×10⁴ J /100=210 J.(5)由题图丙可知,在相同时间内容器1中水的温度降低得更多,说明蓄冷剂A的降温效果更好,能使物质更久地保持低温,所以配送蛋糕时选择蓄冷剂A更好.
解析
【分析】
我们可以逐个小问梳理思考路径：
1. 第(1)问：回忆分子热运动的规律，温度是分子热运动剧烈程度的宏观标志，温度升高时分子运动速度自然变大。
2. 第(2)问：热传递的核心规律是热量自发从高温物体传向低温物体，刚从冰箱取出的蓄冷剂温度远低于水，就能直接判断热传递方向。
3. 第(3)问：吸热快慢可以通过相同时间内温度的变化幅度判断，观察乙图0~t₁阶段A的温度上升比B更快，就能得出A吸热更快。
4. 第(4)问：先利用水的放热公式计算水总共放出的热量，再把总热量除以蓄冷剂A的总质量100g，就能得到每克蓄冷剂A吸收的热量，注意提前做好质量的单位换算。
5. 第(5)问：对比丙图两个容器的水温变化，放A的容器水温下降更多，说明A的蓄冷降温效果更好，更适合蛋糕保鲜的需求。
【解析】
(1) 分子热运动的剧烈程度与温度正相关，蓄冷剂熔化前温度升高，其分子热运动速度变大。
(2) 热量总是自发从温度高的物体向温度低的物体传递，0~t₁时间内水的温度高于蓄冷剂，因此热传递方向为从水到蓄冷剂。
(3) 观察图乙可知，0~t₁时间内蓄冷剂A的温度升高幅度比B更大，说明相同时间内A吸收的热量更多，吸热更快。
(4) 先计算水放出的总热量：水的质量$m_水=500\ \mathrm{g}=0.5\ \mathrm{kg}$，根据放热公式$Q_放=c_水m_水\Delta t$，代入数据得$Q_放=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 0.5\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{℃}=2.1×10^4\ \mathrm{J}$。已知100g蓄冷剂A完全吸收这些热量，因此每克蓄冷剂A吸收的热量为$\frac{2.1×10^4\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{g}}=210\ \mathrm{J/g}$，即每克吸收210J。
(5) 观察图丙可知，相同时间内放置蓄冷剂A的容器1中水的温度降低得更多，说明蓄冷剂A的降温效果更好，能使蛋糕更久地保持低温，更适合配送蛋糕使用。
【答案】
(1)大 (2)从水到蓄冷剂 (3)A (4)210 (5)A 蓄冷剂A的降温效果更好，能使蛋糕更久地保持低温
【知识点】
分子热运动、热传递规律、热量计算
【点评】
本题结合食品保鲜的真实生活场景命题，将热学基础概念、图像分析和热量计算结合起来，既考察了学生对基础热学知识点的掌握程度，也引导学生用物理知识解决生活中的实际选择问题，题目难度梯度平缓，贴合课标要求。
【难度系数】
0.7
我们可以逐个小问梳理思考路径：
1. 第(1)问：回忆分子热运动的规律，温度是分子热运动剧烈程度的宏观标志，温度升高时分子运动速度自然变大。
2. 第(2)问：热传递的核心规律是热量自发从高温物体传向低温物体，刚从冰箱取出的蓄冷剂温度远低于水，就能直接判断热传递方向。
3. 第(3)问：吸热快慢可以通过相同时间内温度的变化幅度判断，观察乙图0~t₁阶段A的温度上升比B更快，就能得出A吸热更快。
4. 第(4)问：先利用水的放热公式计算水总共放出的热量，再把总热量除以蓄冷剂A的总质量100g，就能得到每克蓄冷剂A吸收的热量，注意提前做好质量的单位换算。
5. 第(5)问：对比丙图两个容器的水温变化，放A的容器水温下降更多，说明A的蓄冷降温效果更好，更适合蛋糕保鲜的需求。
【解析】
(1) 分子热运动的剧烈程度与温度正相关，蓄冷剂熔化前温度升高，其分子热运动速度变大。
(2) 热量总是自发从温度高的物体向温度低的物体传递，0~t₁时间内水的温度高于蓄冷剂，因此热传递方向为从水到蓄冷剂。
(3) 观察图乙可知，0~t₁时间内蓄冷剂A的温度升高幅度比B更大，说明相同时间内A吸收的热量更多，吸热更快。
(4) 先计算水放出的总热量：水的质量$m_水=500\ \mathrm{g}=0.5\ \mathrm{kg}$，根据放热公式$Q_放=c_水m_水\Delta t$，代入数据得$Q_放=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 0.5\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{℃}=2.1×10^4\ \mathrm{J}$。已知100g蓄冷剂A完全吸收这些热量，因此每克蓄冷剂A吸收的热量为$\frac{2.1×10^4\ \mathrm{J}}{100\ \mathrm{g}}=210\ \mathrm{J/g}$，即每克吸收210J。
(5) 观察图丙可知，相同时间内放置蓄冷剂A的容器1中水的温度降低得更多，说明蓄冷剂A的降温效果更好，能使蛋糕更久地保持低温，更适合配送蛋糕使用。
【答案】
(1)大 (2)从水到蓄冷剂 (3)A (4)210 (5)A 蓄冷剂A的降温效果更好，能使蛋糕更久地保持低温
【知识点】
分子热运动、热传递规律、热量计算
【点评】
本题结合食品保鲜的真实生活场景命题，将热学基础概念、图像分析和热量计算结合起来，既考察了学生对基础热学知识点的掌握程度，也引导学生用物理知识解决生活中的实际选择问题，题目难度梯度平缓，贴合课标要求。
【难度系数】
0.7
