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三、实验探究题(共26分)
16 (12分)(2024·威海中考节选)2024年6月2日清晨，“嫦娥六号”成功着陆在月球背面南极——艾特肯盆地预选着陆区.探测器经历了减速、悬停、自由下落等复杂的运动过程.为了解探测器在月球上自由下落的有关情况，学校科技小组开展了相关研究.
(1)测量平均速度的原理：
猜想：没有空气阻力时，物体由静止状态释放，下落的速度可能与物体的质量、体积、形状及下落时间有关.
实验：如图1所示，为了在地球上模拟月球表面没有空气的环境，实验均在抽真空的竖直管道内进行.实验时，将不同数量的相同沙包放入不同的容器内，依次进行了甲、乙、丙、丁四次实验，物体在0 s时由静止落下，利用频闪摄影记录了物体在0 s、1 s、2 s、3 s时的位置.（各种容器的质量均相等，容器形状和体积已在图中标注）
(2)分析频闪照片.若想验证物体下落的速度与质量是否有关，应比较
(3)利用精密测量技术测量速度，画出图2中直线a.请推测$t＝4\ \mathrm{s}$时，物体的速度为
16 (12分)(2024·威海中考节选)2024年6月2日清晨，“嫦娥六号”成功着陆在月球背面南极——艾特肯盆地预选着陆区.探测器经历了减速、悬停、自由下落等复杂的运动过程.为了解探测器在月球上自由下落的有关情况，学校科技小组开展了相关研究.
(1)测量平均速度的原理：
$v=\frac{s}{t}$
（用公式表示）.猜想：没有空气阻力时，物体由静止状态释放，下落的速度可能与物体的质量、体积、形状及下落时间有关.
实验：如图1所示，为了在地球上模拟月球表面没有空气的环境，实验均在抽真空的竖直管道内进行.实验时，将不同数量的相同沙包放入不同的容器内，依次进行了甲、乙、丙、丁四次实验，物体在0 s时由静止落下，利用频闪摄影记录了物体在0 s、1 s、2 s、3 s时的位置.（各种容器的质量均相等，容器形状和体积已在图中标注）
(2)分析频闪照片.若想验证物体下落的速度与质量是否有关，应比较
甲、乙
；若想验证物体下落的速度与容器形状是否有关，应比较乙、丙
（前两空填“甲”“乙”“丙”或“丁”）.综合分析四次实验，请你判断没有空气阻力时，物体由静止状态释放，下落的速度与下落时间
有关.(3)利用精密测量技术测量速度，画出图2中直线a.请推测$t＝4\ \mathrm{s}$时，物体的速度为
39.2
$\mathrm{m/s}$.他们发现速度与时间的比值$\frac{v}{t}$为定值，于是将这个定值定义为一个新的物理量，则这个物理量的单位为$\mathrm{m/s^2}$
.答案
16. (1)$v=\frac{s}{t}$ (2)甲、乙 乙、丙 下落时间 (3)$39.2\ \mathrm{m/s^2}$
[解析]本题考查“测量平均速度”的实验.(1)测量平均速度的原理为$v=\frac{s}{t}$.(2)若想验证物体下落的速度与质量是否有关，应选择容器形状相同，沙包质量不同的甲、乙两次实验进行比较；若想验证物体下落的速度与形状是否有关，应选择沙包质量相同，容器形状不同的乙、丙两次实验进行比较；由四次实验结果可知，物体下落速度与物体的形状、体积、质量无关，均做加速运动且相同时间内平均速度相同，故没有空气阻力时，物体由静止状态释放，下落的速度与下落时间有关.(3)由题图2中的图像a可知，物体的速度与时间成正比，比值为$9.8\ \mathrm{m/s^2}$，故$t=4\ \mathrm{s}$时速度为$v_t=9.8\ \mathrm{m/s^2}×4\ \mathrm{s}=39.2\ \mathrm{m/s}$.速度与时间比值的单位为$\mathrm{m/s^2}$.
[解析]本题考查“测量平均速度”的实验.(1)测量平均速度的原理为$v=\frac{s}{t}$.(2)若想验证物体下落的速度与质量是否有关，应选择容器形状相同，沙包质量不同的甲、乙两次实验进行比较；若想验证物体下落的速度与形状是否有关，应选择沙包质量相同，容器形状不同的乙、丙两次实验进行比较；由四次实验结果可知，物体下落速度与物体的形状、体积、质量无关，均做加速运动且相同时间内平均速度相同，故没有空气阻力时，物体由静止状态释放，下落的速度与下落时间有关.(3)由题图2中的图像a可知，物体的速度与时间成正比，比值为$9.8\ \mathrm{m/s^2}$，故$t=4\ \mathrm{s}$时速度为$v_t=9.8\ \mathrm{m/s^2}×4\ \mathrm{s}=39.2\ \mathrm{m/s}$.速度与时间比值的单位为$\mathrm{m/s^2}$.
解析
【分析】
首先，测量平均速度的核心原理是平均速度等于路程与时间的比值。验证速度与质量的关系时，需用控制变量法，保持容器形状、体积等条件一致，仅改变质量，甲、乙实验符合该要求；验证速度与形状的关系时，需保持质量相同，改变容器形状，乙、丙实验满足条件。分析四次实验可知，速度与质量、形状无关，仅随下落时间变化。对于速度与时间的关系，由图2直线a可得出速度与时间成正比的规律，据此计算对应时刻的速度，并推导新物理量的单位。
【解析】
(1) 测量平均速度的原理是平均速度等于路程与时间的比值，公式为$\boldsymbol{v=\frac{s}{t}}$。
(2) 验证物体下落速度与质量是否有关，需控制容器形状、体积等其他变量相同，仅改变质量，甲、乙实验中容器形状、体积相同，沙包数量不同（质量不同），故比较甲、乙；验证速度与形状是否有关，需控制质量相同，改变容器形状，乙、丙实验中沙包数量相同（质量相同），容器形状不同，故比较乙、丙；分析四次实验，甲和乙质量不同但速度随时间变化规律一致，乙和丙形状不同但速度变化规律相同，说明速度与质量、形状无关，仅与下落时间有关。
(3) 由图2直线a可知，速度与时间成正比，$t=1\ \mathrm{s}$时$v=9.8\ \mathrm{m/s}$，即速度与时间的比值为$9.8\ \mathrm{m/s^2}$，故$t=4\ \mathrm{s}$时，$v=9.8\ \mathrm{m/s^2} × 4\ \mathrm{s}=39.2\ \mathrm{m/s}$；速度与时间的比值$\frac{v}{t}$的单位为$\frac{\mathrm{m/s}}{\mathrm{s}}=\boldsymbol{\mathrm{m/s^2}}$。
【答案】
(1)$\boldsymbol{v=\frac{s}{t}}$；(2)甲、乙；乙、丙；下落时间；(3)$\boldsymbol{39.2}$；$\boldsymbol{\mathrm{m/s^2}}$
【知识点】
平均速度、控制变量法、速度与时间的关系
【点评】
本题以模拟月球自由下落为背景，考查平均速度测量原理、控制变量法的应用及速度与时间的关系，注重实验探究逻辑的考查，需学生掌握控制变量法的核心，能从图像中提取规律计算，难度适中。
【难度系数】
0.6
首先，测量平均速度的核心原理是平均速度等于路程与时间的比值。验证速度与质量的关系时，需用控制变量法，保持容器形状、体积等条件一致，仅改变质量，甲、乙实验符合该要求；验证速度与形状的关系时，需保持质量相同，改变容器形状，乙、丙实验满足条件。分析四次实验可知，速度与质量、形状无关，仅随下落时间变化。对于速度与时间的关系，由图2直线a可得出速度与时间成正比的规律，据此计算对应时刻的速度，并推导新物理量的单位。
【解析】
(1) 测量平均速度的原理是平均速度等于路程与时间的比值，公式为$\boldsymbol{v=\frac{s}{t}}$。
(2) 验证物体下落速度与质量是否有关，需控制容器形状、体积等其他变量相同，仅改变质量，甲、乙实验中容器形状、体积相同，沙包数量不同（质量不同），故比较甲、乙；验证速度与形状是否有关，需控制质量相同，改变容器形状，乙、丙实验中沙包数量相同（质量相同），容器形状不同，故比较乙、丙；分析四次实验，甲和乙质量不同但速度随时间变化规律一致，乙和丙形状不同但速度变化规律相同，说明速度与质量、形状无关，仅与下落时间有关。
(3) 由图2直线a可知，速度与时间成正比，$t=1\ \mathrm{s}$时$v=9.8\ \mathrm{m/s}$，即速度与时间的比值为$9.8\ \mathrm{m/s^2}$，故$t=4\ \mathrm{s}$时，$v=9.8\ \mathrm{m/s^2} × 4\ \mathrm{s}=39.2\ \mathrm{m/s}$；速度与时间的比值$\frac{v}{t}$的单位为$\frac{\mathrm{m/s}}{\mathrm{s}}=\boldsymbol{\mathrm{m/s^2}}$。
【答案】
(1)$\boldsymbol{v=\frac{s}{t}}$；(2)甲、乙；乙、丙；下落时间；(3)$\boldsymbol{39.2}$；$\boldsymbol{\mathrm{m/s^2}}$
【知识点】
平均速度、控制变量法、速度与时间的关系
【点评】
本题以模拟月球自由下落为背景，考查平均速度测量原理、控制变量法的应用及速度与时间的关系，注重实验探究逻辑的考查，需学生掌握控制变量法的核心，能从图像中提取规律计算，难度适中。
【难度系数】
0.6
17 (7分)小明同学是一位魔方(如图甲所示)爱好者,学习了“测量小车运动的平均速度”后,小明想在家进行实验.
(1)该实验中需要用
(2)如图乙所示,开始实验后,小明将魔方从左侧斜面的最高位置由静止开始释放使其滚下,然后正确测量出魔方从右侧斜面底端A点滚上去通过的路程和所用时间,并将部分实验数据记录在表中,魔方通过C点时秒表的示数如图丙所示,则魔方在AC段运动的时间为
(3)由实验数据可知,魔方在BC段的平均速度为
(4)实验前必须学会熟练使用秒表,如果在魔方未到达A点就开始计时,则会使所测AC段的平均速度$v_{AC}$偏
(5)请你根据小明的实验数据并结合自身生活经验,在图丁中大体画出魔方由A点滚动至C点的s-t图像.
(1)该实验中需要用
刻度尺
测量魔方滚动通过的路程,利用机械秒表测量魔方滚动的时间.(2)如图乙所示,开始实验后,小明将魔方从左侧斜面的最高位置由静止开始释放使其滚下,然后正确测量出魔方从右侧斜面底端A点滚上去通过的路程和所用时间,并将部分实验数据记录在表中,魔方通过C点时秒表的示数如图丙所示,则魔方在AC段运动的时间为
5
s.(3)由实验数据可知,魔方在BC段的平均速度为
13.33
cm/s(计算结果保留两位小数);通过计算可知魔方在AB段的平均速度大于
(填“大于”“小于”或“等于”)在BC段的平均速度;魔方从斜面底端滚动到斜面顶端的运动是减速
(填“加速”“减速”或“匀速”)运动.(4)实验前必须学会熟练使用秒表,如果在魔方未到达A点就开始计时,则会使所测AC段的平均速度$v_{AC}$偏
小
(填“大”或“小”).(5)请你根据小明的实验数据并结合自身生活经验,在图丁中大体画出魔方由A点滚动至C点的s-t图像.
答案
17. (1)刻度尺 (2)5 (3)13.33 大于 减速 (4)小 (5)
[解析](1)该实验中需要用刻度尺测量魔方滚动通过的路程.(2)魔方通过C点时秒表的示数如图丙所示，为5 s，则魔方在AC段运动的时间为5 s.(3)魔方在BC段的路程$s_{BC}=80\ \mathrm{cm}-40\ \mathrm{cm}=40\ \mathrm{cm}$，运动时间$t_{BC}=t_{AC}-t_{AB}=5\ \mathrm{s}-2\ \mathrm{s}=3\ \mathrm{s}$，魔方在BC段的平均速度$v_{BC}=\frac{s_{BC}}{t_{BC}}=\frac{40\ \mathrm{cm}}{3\ \mathrm{s}}≈13.33\ \mathrm{cm/s}$；魔方在AB段的路程$s_{AB}=40\ \mathrm{cm}$，运动时间$t_{AB}=2\ \mathrm{s}$，魔方在AB段的平均速度$v_{AB}=\frac{s_{AB}}{t_{AB}}=\frac{40\ \mathrm{cm}}{2\ \mathrm{s}}=20\ \mathrm{cm/s}＞v_{BC}$，故魔方从斜面底端滚动到斜面顶端的运动是减速运动.(4)如果在魔方未到达A点就开始计时，则会使所测AC段的时间偏大，根据$v=\frac{s}{t}$可知平均速度$v_{AC}$偏小.(5)魔方从斜面底端滚动到斜面顶端的运动是减速运动，用时5 s，通过的路程为80 cm，并且根据生活经验可知，魔方在从斜面底端滚动到斜面顶端的过程中随着高度的增加，速度越来越小，故魔方由A点滚动至C点的s-t图像如图所示.
解析
【分析】
本题是测量平均速度的实验题，解题思路如下：
1. 明确实验器材：测量路程需用刻度尺，测量时间用秒表；
2. 读取秒表数据，确定AC段的运动时间；
3. 利用平均速度公式$v=\frac{s}{t}$，分别计算AB、BC段的平均速度，比较大小判断运动状态；
4. 分析计时过早对时间测量的影响，结合公式判断平均速度的误差；
5. 根据减速运动的特点（速度逐渐减小），绘制s-t图像（斜率逐渐减小的曲线）。
【解析】
(1) 测量魔方滚动通过的路程需要用刻度尺，故填刻度尺；
(2) 由图丙可知，魔方通过C点时秒表的示数为5s，因此AC段运动的时间为5s；
(3) 魔方在BC段的路程$s_{BC}=80\ \mathrm{cm}-40\ \mathrm{cm}=40\ \mathrm{cm}$，运动时间$t_{BC}=t_{AC}-t_{AB}=5\ \mathrm{s}-2\ \mathrm{s}=3\ \mathrm{s}$，则BC段平均速度$v_{BC}=\frac{s_{BC}}{t_{BC}}=\frac{40\ \mathrm{cm}}{3\ \mathrm{s}}≈13.33\ \mathrm{cm/s}$；AB段路程$s_{AB}=40\ \mathrm{cm}$，时间$t_{AB}=2\ \mathrm{s}$，平均速度$v_{AB}=\frac{s_{AB}}{t_{AB}}=\frac{40\ \mathrm{cm}}{2\ \mathrm{s}}=20\ \mathrm{cm/s}$，故AB段平均速度大于BC段；由此可知魔方速度逐渐减小，是减速运动；
(4) 若魔方未到达A点就开始计时，测得的AC段时间偏大，根据$v=\frac{s}{t}$，路程s不变，时间t偏大，则平均速度$v_{AC}$偏小；
(5) 魔方做减速运动，s-t图像为斜率逐渐减小的曲线，从A点（t=0，s=0）到C点（t=5s，s=80cm），曲线向下弯曲，如图所示。
【答案】
(1) 刻度尺；(2) 5；(3) 13.33；大于；减速；(4) 小；(5)
【知识点】
测量平均速度、平均速度计算、s-t图像
【点评】
本题围绕测量平均速度的实验展开，考查实验器材、时间读取、平均速度计算、运动状态判断、误差分析及图像绘制，是初中物理基础实验题，需掌握实验原理和公式应用。
【难度系数】
0.6
本题是测量平均速度的实验题，解题思路如下：
1. 明确实验器材：测量路程需用刻度尺，测量时间用秒表；
2. 读取秒表数据，确定AC段的运动时间；
3. 利用平均速度公式$v=\frac{s}{t}$，分别计算AB、BC段的平均速度，比较大小判断运动状态；
4. 分析计时过早对时间测量的影响，结合公式判断平均速度的误差；
5. 根据减速运动的特点（速度逐渐减小），绘制s-t图像（斜率逐渐减小的曲线）。
【解析】
(1) 测量魔方滚动通过的路程需要用刻度尺，故填刻度尺；
(2) 由图丙可知，魔方通过C点时秒表的示数为5s，因此AC段运动的时间为5s；
(3) 魔方在BC段的路程$s_{BC}=80\ \mathrm{cm}-40\ \mathrm{cm}=40\ \mathrm{cm}$，运动时间$t_{BC}=t_{AC}-t_{AB}=5\ \mathrm{s}-2\ \mathrm{s}=3\ \mathrm{s}$，则BC段平均速度$v_{BC}=\frac{s_{BC}}{t_{BC}}=\frac{40\ \mathrm{cm}}{3\ \mathrm{s}}≈13.33\ \mathrm{cm/s}$；AB段路程$s_{AB}=40\ \mathrm{cm}$，时间$t_{AB}=2\ \mathrm{s}$，平均速度$v_{AB}=\frac{s_{AB}}{t_{AB}}=\frac{40\ \mathrm{cm}}{2\ \mathrm{s}}=20\ \mathrm{cm/s}$，故AB段平均速度大于BC段；由此可知魔方速度逐渐减小，是减速运动；
(4) 若魔方未到达A点就开始计时，测得的AC段时间偏大，根据$v=\frac{s}{t}$，路程s不变，时间t偏大，则平均速度$v_{AC}$偏小；
(5) 魔方做减速运动，s-t图像为斜率逐渐减小的曲线，从A点（t=0，s=0）到C点（t=5s，s=80cm），曲线向下弯曲，如图所示。
【答案】
(1) 刻度尺；(2) 5；(3) 13.33；大于；减速；(4) 小；(5)
【知识点】
测量平均速度、平均速度计算、s-t图像
【点评】
本题围绕测量平均速度的实验展开，考查实验器材、时间读取、平均速度计算、运动状态判断、误差分析及图像绘制，是初中物理基础实验题，需掌握实验原理和公式应用。
【难度系数】
0.6
