專(zhuān)項(xiàng)03 機(jī)械能與內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)探究

專(zhuān)項(xiàng)（三）機(jī)械能與內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)探究類(lèi)型一探究動(dòng)能的影響因素1.（2023江蘇南京秦淮期中）小園利用如圖所示的裝置（斜面、木塊、不同質(zhì)量的小鋼球）探究“動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)”。（1）小球進(jìn)入水平面時(shí)的動(dòng)能是由轉(zhuǎn)化來(lái)的，通過(guò)

來(lái)比較動(dòng)能大??；（2）由甲、乙兩圖可探究動(dòng)能的大小與物體的有關(guān)；（3）由甲、乙、丙三圖可初步判斷，對(duì)物體動(dòng)能影響較大的因素是。

類(lèi)型二探究勢(shì)能的影響因素2.（2023江蘇啟東期末）小明同學(xué)在體育活動(dòng)中，從鉛球下落陷入沙坑的深度情況受到啟發(fā)，并產(chǎn)生了如下猜想:猜想一：物體的重力勢(shì)能與物體的質(zhì)量有關(guān);猜想二：物體的重力勢(shì)能與物體的下落高度有關(guān);猜想三：物體的重力勢(shì)能與物體的運(yùn)動(dòng)路徑有關(guān)。為此小明設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn):用大小、形狀相同的A、B、C、D四個(gè)金屬小球，其中A、C、D三球的質(zhì)量為m，B球的質(zhì)量為2m，讓A、B兩球從距沙表面高H處由靜止下落，C球從距沙表面高2H處由靜止下落，D球從距沙表面高2H處的光滑彎曲管道上端由靜止滑入，最后從管道下端豎直地落下（球在光滑管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量損失不計(jì)）。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得A、B兩球陷入沙中深度分別為h1和h2，C、D兩球陷入沙中深度均為h3，且h1<h2<h3。（1）本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)觀察

來(lái)判斷重力勢(shì)能大小的，這種物理研究方法叫作；（2）比較A、B兩球，發(fā)現(xiàn)B球陷入沙中深度更深，由此可得出的結(jié)論是；

（3）為驗(yàn)證猜想二，應(yīng)比較兩球，可得出結(jié)論:當(dāng)物體質(zhì)量相同時(shí)，下落的高度越高，物體的重力勢(shì)能越大;

（4）由B、C兩球不能探究重力勢(shì)能的大小與質(zhì)量的關(guān)系，理由是;

（5）比較C、D兩球，發(fā)現(xiàn)兩球運(yùn)動(dòng)的路徑不同，但陷入沙中深度相同，由此可得出結(jié)論：物體的重力勢(shì)能與物體運(yùn)動(dòng)的路徑（選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）;

（6）實(shí)際情況下，管道還是粗糙的，摩擦力會(huì)導(dǎo)致小球D陷入沙中的深度變小。在力學(xué)分析時(shí)，例如某一個(gè)力相對(duì)非常小，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響不大時(shí)，物理學(xué)中經(jīng)常采用忽略次要因素，建立理想模型的方法來(lái)研究問(wèn)題。為了使管道對(duì)金屬小球的摩擦力成為“次要因素”，除了使用更光滑的管道之外，還可以選用質(zhì)量更（選填“大”或“小”）的小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。類(lèi)型三探究物質(zhì)吸熱升溫的特點(diǎn)3.（2023江蘇南京玄武外國(guó)語(yǔ)學(xué)校期中）為比較兩種液體的吸熱能力，小軍用圖中兩個(gè)相同的裝置做實(shí)驗(yàn)。收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表。甲 乙質(zhì)量/g初始溫度/℃加熱時(shí)間/min最終溫度/℃液體15020545液體25020568（1）除了圖中所示的實(shí)驗(yàn)器材以外，還需要天平和。

（2）實(shí)驗(yàn)中，用間接反映液體吸收熱量的多少。

（3）通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)可知，（選填“液體1”或“液體2”）的吸熱能力較強(qiáng)，本實(shí)驗(yàn)是采用吸收相同熱量時(shí)比較來(lái)比較物質(zhì)的吸熱能力。

類(lèi)型四比較不同燃料的熱值4.（2022江蘇蘇州立達(dá)中學(xué)期中）小明同學(xué)學(xué)習(xí)了燃料的熱值后，考慮到燃料燃燒放出的熱量會(huì)被水吸收，而水的比熱容已知（注:燃料完全燃燒放熱用Q放=mq計(jì)算，某燃料的熱值用q表示，其質(zhì)量用m表示）。他設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究煤油和菜籽油的熱值的大小關(guān)系。他組裝了如圖所示的裝置，在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄結(jié)果如表:燃料加熱前的水溫/℃燃料燃盡后的水溫/℃煤油25100菜籽油20100（1）為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)論可靠，小明同學(xué)選擇了兩套相同裝置，在實(shí)驗(yàn)中除了要控制甲、乙燒杯內(nèi)水的質(zhì)量相等外，還要控制煤油和菜籽油的

相同。

（2）實(shí)驗(yàn)中通過(guò)比較來(lái)比較煤油和菜籽油完全燃燒放出的熱量不同;實(shí)驗(yàn)中測(cè)得數(shù)據(jù)如表格所示（無(wú)讀數(shù)錯(cuò)誤），根據(jù)數(shù)據(jù)

（選填“能”或“不能”）得出煤油熱值與菜籽油熱值的關(guān)系。

（3）實(shí)驗(yàn)的不足之處是。

（4）小明同學(xué)糾正實(shí)驗(yàn)中不足之后，用天平測(cè)量質(zhì)量并計(jì)算得到的煤油和菜籽油的熱值與實(shí)際相比是偏（選填“大”或“小”）的，你認(rèn)為出現(xiàn)這種情況的主要原因是什么?（列舉一個(gè)即可）

專(zhuān)項(xiàng)（三）機(jī)械能與內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)探究答案全解全析1.（1）重力勢(shì)能小鋼球推動(dòng)木塊移動(dòng)的距離（2）質(zhì)量（3）速度解析（1）小鋼球從同一高度由靜止滑下，小鋼球的質(zhì)量不變，高度變低，重力勢(shì)能減小，速度變大，動(dòng)能變大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，根據(jù)轉(zhuǎn)換法可知，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)小鋼球推動(dòng)木塊移動(dòng)的距離來(lái)反映動(dòng)能的大小。（2）由圖可知，甲、乙中小鋼球的高度相同，質(zhì)量不同，推動(dòng)木塊移動(dòng)的距離不同，所以探究的是動(dòng)能與質(zhì)量的關(guān)系。（3）由題圖可知丙圖中木塊移動(dòng)的距離大于乙圖中木塊移動(dòng)的距離，這說(shuō)明丙中物體的動(dòng)能大，即速度對(duì)動(dòng)能的影響大，故由甲、乙、丙三圖可初步判斷，在質(zhì)量和速度這兩個(gè)影響因素中，對(duì)物體動(dòng)能影響較大的是速度。2.（1）球陷入沙中的深度轉(zhuǎn)換法（2）當(dāng)下落高度一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大（3）A、C（4）沒(méi)有控制下落高度相同（5）無(wú)關(guān)（6）大解析（1）本實(shí)驗(yàn)中，球的重力勢(shì)能大小是通過(guò)球陷入沙中的深度來(lái)反映的。（2）比較A、B兩球，其下落高度和運(yùn)動(dòng)路徑相同，B球質(zhì)量大于A球質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)B球陷入沙中深度更深，由此可得出結(jié)論:當(dāng)下落高度一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大。（3）要探究重力勢(shì)能與高度的關(guān)系，需保持球的質(zhì)量一定，所以選擇的是A、C兩球。（4）探究物體重力勢(shì)能與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，需要保持物體下落高度和運(yùn)動(dòng)路徑相同，只改變質(zhì)量;而B(niǎo)、C兩球的下落高度不同，所以不能探究物體重力勢(shì)能與質(zhì)量的關(guān)系。（5）比較C、D兩球，兩球的質(zhì)量相同，下落高度也相同，兩球的運(yùn)動(dòng)路徑不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結(jié)論:物體的重力勢(shì)能與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)。（6）為了使管道對(duì)金屬小球的摩擦力成為“次要因素”，除了使用更光滑的管道之外，還可以選用質(zhì)量更大的小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使其受到的摩擦力遠(yuǎn)小于其自身重力。3.（1）秒表（2）加熱時(shí)間（3）液體1升高的溫度解析（1）實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量加熱液體的時(shí)間，所以需要用到秒表;（2）根據(jù)轉(zhuǎn)換法可知，實(shí)驗(yàn)中，用加熱時(shí)間間接反映液體吸收熱量的多少;（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可知，質(zhì)量相同的兩種液體加熱相同時(shí)間，吸收相同熱量，液體1升高的溫度低，則液體1的吸熱能力強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)是采用吸收相同熱量時(shí)比較升高的溫度來(lái)比較物質(zhì)的吸熱能力。4.（1）質(zhì)量（2）水升高的溫度不能（3）燃料質(zhì)量太大（或水質(zhì)量太?。?）小加熱過(guò)程中有熱量的散失解析（1）熱值是指質(zhì)量為1kg的某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量，探究燃料熱值的大小時(shí)，應(yīng)控制兩套裝置中燃料的質(zhì)量相同，比較放出熱量的多少。（2）該實(shí)驗(yàn)中，相同質(zhì)量的煤油和菜籽油完全燃燒放出的熱量大部分被水吸收，由Q吸=cmΔt可知，水的溫度上升得多的燃料熱值大，故可通過(guò)比較水升高的溫度來(lái)比較兩種燃料的熱值;因?yàn)樗序v時(shí)溫度保持不變，兩燒杯中的水溫都是100℃，無(wú)法判斷