1、实验19探究势能大小与什么因素有关探究课题：探究重力势能大小与什么因素有关实验装置实验方法控制变量法，转换法实验原理观察小方桌下陷的深度，如小方桌下陷越深，说明物体具有的重力越大探究过程1.按照如图组装实验装置；2.让同一重物从不同高度下落，观察小方桌下陷的深度（如图a、b）；3.让不同重物从同一高度下落，观察小方桌下陷的深度（如图b、c）；实验结论1、质量相同的物体，高度越高，重力势能越大；2、高度相同的物体，质量越大，重力势能越大；满分归纳考点方向器材作用1. 沙子的作用：通过小方桌陷入沙子的深度体现物体的重力势能大小注意事项1.实验研究对象：重物，实验方法：控制变量法；转换法2.如何判断
2、动能大小：通过观察小方桌陷入沙子的深度。3.通过比较实验a、b，得到的结论：质量相同的物体，高度越高，重力势能越大。4.通过比较实验b、c，得到的结论：高度相同的物体，质量越大，重力势能越大。1（2019天津）小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。实验序号铁块质
3、量m/g铁块距桌面高度H/cm桌腿进入沙子的深度h/cm20201.920302.920403.830202.940204.1（1）实验中通过比较来判断物体重力势能的大小；（2）为了验证猜想一，需选择表中（填实验序号）三组数据进行分析；（3）分析表中的实验数据，可得出的结论是：。【答案】（1）桌腿进入沙子的深度；（2）；（3）质量相同的物体，高度越大，重力势能越大【解析】（1）通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小的。桌腿进入沙堆越深说明物体做的功越多，它原来具有的重力势能越大；（2）根据控制变量法，要验证物体的重力势能与物体的质量有关，应控制物体的高度
4、相同，改变物体质量的大小，故小明要完成探究，需要找数个质量不同的物体进行实验；故三组数据符合，所以应利用三组数据分析得出结论。（3）比较表中的实验数据，可以发现，高度相同，中桌腿进入沙子的深度更深，所以，中的物体具有重力势能大，即可以得出的初步结论是：质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。【分析】（1）桌腿进入沙堆的深浅，体现了物体对其做功的多少。桌腿进入沙堆越深反映了小球具有的重力势能越大。这用到了转换法。（2）利用控制变量法，要验证重力势能的大小与质量有关，需控制质量其他的因素相同，只有质量不同，从图中找出符合条件的实验即可。（3）利用控制变量法，比较图中相同因素和不同因素，总结出研究的
5、对象。2（2018曲靖）某学校“牛顿小组”的同学在探究重力势能的实验中用到三个体积相同的小球，它们的质量关系为m1m2m3，实验的情景如图所示。（1）通过观察小球陷入细沙的深度来反映重力势能的大小，应用的物理方法是（选填“转换法“或“类比法”）。（2）分析甲、乙两种情况可知，重力势能的大小与物体的有关。（3）小铁球m3落入细沙后，速度不断减小直至静止，它的机械能转化为能。（4）同学们还发现小球离地面越高，下落到地面所用的时间越长，他们测出了小球自由下落高度h和下落时间的平方t2的数据如下表，分析数据，写出h与t2的关系式为。实验次数123456h/米2.454.97.359.812.2514.
6、7t2/秒20.51.01.52.02.53.0【答案】（1）转换法；（2）质量；（3）内；（4）h4.9t2【解析】（1）由题意知，实验中通过观察小球陷入细沙的深度来间接判断物体重力势能大小的，运用了转换法；（2）由题知m1m2，即图甲和图乙中物体的质量不同，但从同一高度落下，且乙图中小球进入细砂中的深度更深，因此可知重力势能与物体的质量有关；（3）当小球陷入沙中，与沙子摩擦，最终静止，将机械能转化为内能；（4）根据表中实验数据可知，小球下落高度与所需时间之间的关系为：h4.9t2。3（2017鄂尔多斯）小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。猜想一：物
7、体的重力势能与物体的质量有关猜想二：物体的重力势能与物体的下落高度有关猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验数据如下表：实验序号铅球代号铅球质量/g下落高度/m陷入沙中的深度/mA2000.50.1B4000.50.25C20010.2D20010.2（1）本实验中，采用的研究问题的方法是。（写出一种方法即可）（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过来反映的。（3）为验证猜想二，应比较（填
8、实验序号），得到的结论是：当物体质量相同时，。（4）比较，得到的结论是。（5）经进一步实验和分析，小夏大胆给出重力势能（Ep）的表达式“Epmgh”，并去办公室询问了老师，得以证实，小夏高兴不已，回到教室后，根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面的动能，其中B球的动能为J（忽略空气阻力，g10N/kg）【答案】（1）控制变量法；（2）铅球陷入沙中的深度；（3）；物体所处的高度越高，重力势能越大；（4）物体的重力势能与物体运动的路径无关；（5）2【解析】（1）物理学中对于多因素或多变量的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制
9、其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法，该实验中用到了控制变量法；（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映；（3）比较A、C两球，两球质量相等、运动路径相同，下落高度不同，C球下落的高度高，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当质量相同时，物体所处的高度越高，重力势能越大；（4）比较两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。（5）根据Epmgh可得，B球的动能Epmgh0.4kg10N/kg0
10、.5m2J。4（2018广元）小苏同学的物理兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。他们的实验装置如图所示，把弹簧放在水平面上，其左端固定在墙上，AO等于弹簧原长，水平面O点左侧光滑，右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点，然后由静止释放，当物体M运动到O点与弹簧分开，最终运动到Q点静止。请补充完成他们的探究过程：（1）弹簧弹性势能的大小是通过来衡量的。（2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用（选填“相同”或“不同”）弹簧进行实验，并先后改变之间的距离，测出OQ的距离，重复实验，测量多
11、组数据并记录。（3）小苏的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中，他们运用到了转换法和两种物理思想方法。【答案】（1）物体M被弹出的距离；（2）相同；AP；（3）控制变量法【解析】（1）实验中弹性势能的大小是通过物体M被弹出的距离来间接的反映，这用到了转换法；（2）探究的是弹性势能和弹簧长度变化量之间的关系，必须控制弹簧的螺纹圈直径、弹簧的材料相同（即相同的弹簧），改变弹簧长度变化量，即AP间的距离；弹性势能通过弹簧推动物体在粗糙表面上运动的距离远近来体现，所以必须测出OQ间的距离；为了使结论具有普遍性，应改变弹簧长度变化量，即AP间的距离，多测几组数据；（3）通过以上分析可以看出，本
12、实验通过弹簧推动物体在粗糙表面上运动的距离远近来体现弹性势能的大小，用到了转换法；同时，探究与多个量的关系时，还用到了控制变量法。5（2018潍坊）某同学在探究弹性势能大小与形变量的关系时，猜测弹性势能可能与形变量x成正比，也可能与形变量的平方x2成正比。用如图装置进行探究，将弹簧套在光滑竖直杆上且底端固定在水平面上，刻度尺与杆平行，进行了如下操作：弹簧处于自由状态时，读出其上端距水平面的高度h0；将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出此时弹簧上端到水平面的高度h1；释放小铁块，当铁块上升到最大高度时，读出铁块下端到水平面的高度h2；改变弹簧的压缩长度，重复步骤，将
13、测出的数据记录在表格中，并计算出弹簧的形变量x、形变量的平方x2和小铁块上升的距离h实验次数h0/mh1/mh2/mx/mx2/m2h/m10.500.400.550.100.010.1520.500.300.900.200.040.6030.500.201.550.300.091.3540.500.152.000.350.121.85（1）实验中弹簧的形变量x（用所测物理量符号表示）；（2）本实验中，弹簧弹性势能大小是通过来间接反映的；Ah1 Bh2Ch2h0 Dh2h1（3）该同学根据表中数据分别做出图甲hx和图乙hx2图象，由此得到的结论是弹簧弹性势能的大小与成正比【答案】（1）h0h1
14、；（2）D；（3）形变量的平方【解析】（1）弹簧的形变量x等于弹簧的原长度h0减去弹簧被压缩后的长度h1，即xh0h1；（2）实验中弹性势能的大小时通过铁块被弹起的高度来间接的反应，即铁块到达的最高点h2减去弹簧被压缩的最低点h1，即h2h1，故D正确；（3）由表可知h15x2，h与x2成正比例函数关系，图象为过原点的直线，即弹簧弹性势能的大小与形变量的平方成正比。6（2020绵阳二模）在探究影响物体的重力势能因素的实验中，小明猜想重力势能可能与物体质量和物体被举高的高度有关：（1）小明要完成探究，需要找数个不同的物体进行实验。（2）小明找来A、B、C三个物体进行实验，实验中比较图甲和丙，（A
15、、C是体积不等的实心铁块）可以得出的初步结论是。（3）由图中现象（选填“能”、“不能”）比较B、C两个物体的重力势能。【答案】（1）质量；（2）高度相同时，物体质量越大，重力势能越大；（3）能【解析】（1）根据控制变量法，要验证重力势能的大小与质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，故小明要完成探究，需要找数个质量不同的物体进行实验；（2）通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较钉子进入沙堆的深浅来比较重力势能的大小的。钉子进入沙堆越深说明物体做的功越多，它原来具有的重力势能越大；比较图AC，可以发现，高度相同，C中钉子插入更深，所以C具有重力势能大，即可以得出的初步结论是：高度相
16、同时，物体质量越大，重力势能越大；（3）B、C将钉子被扎入沙中深度相同，对钉子做的功相同，说明它们具有的势能相同，故能比较B、C两个物体的重力势能的大小；7（2020海淀区一模）小鹏选用橡皮泥，装有细砂的透明容器、刻度尺、100g木块m0，100g铁块m1，还有一块与100g铁块形状体积完全相同的铜块m2和小桌这些器材，做“探究物体的重力势能大小与质量是否有关”的实验。如图所示，他的主要实验步骤如下：将桌面粘有少量橡皮泥的小桌水平放在细砂上，将质量为m1100g的铁块举高到距小桌面H160cm高处自由释放，砸到小桌面上，用刻度尺测出桌腿进入细砂中的深度h1并记录在表格中。将细砂整理平整后再放上
17、小桌。将此铁块举高到距小桌面H280cm高处自由释放，砸到小桌面上，用刻度尺测出桌腿进入细砂中的深度h2并记录在表格中。根据以上叙述，回答下列问题：（1）小鹏在该探究实验的操作过程中存在的主要问题是。（2）请你针对小鹏探究过程中存在的问题，写出改正措施：。（3）小鹏改正措施后进行实验，请你帮助他设计实验记录表格。【答案】（1）没有保持将此铁块举高到距小桌面的高度相同；（2）应控制将物体举高到距小桌面的高度相同，改变物体的质量；（3）如上表【解析】（1）小鹏在该探究实验的操作过程中存在的主要问题是：没有保持将此铁块举高到距小桌面的高度相同；（2）探究物体的重力势能大小与质量是否有关时，根据控制变
18、量法，应控制将物体举高到距小桌面的高度相同，改变物体的质量；（3）根据（2）的分析，设计表格如下：次数高度质量小桌凹陷深度160cm（或80cm）260cm（或80cm）360cm（或80cm）8（2019衢州一模）小科同学在做重力势能相关实验时，发现自由下落的弹性小球碰撞地面后反弹上升的最大最大高度总小于原来下落的高度，这说明弹性小球在碰撞地面过程中有机械能损失。为了探究自由下落的弹性小球在碰撞地面过程中损失的机械能的大小E与哪些因素有关，他们分别让同一弹性小球从某一高度自由下落碰撞地面，通过测量该弹性小球下落高度与反弹上升的最大高度的差值h，来比较损失的机械能的大小E，实验过程如图（a）、
19、（b）和（c）所示（h3h1h2）。请仔细观察图中的现象和测量结果，并分析归纳得出初步结论。（1）若（a）和（c）实验最后的结果是h1h3，能否得出自由下落的弹性小球在碰撞地面过程中损失的机械能的大小E与高度有关，并说明理由。（2）分析比较图中的（a）、（b）和（c）可知：。（3）损失的机械能去哪去了？小科做实验时，发现多次碰撞后，碰撞处的温度略有升高，经过思考，他明白了其中的原因，由该原因是。【答案】（1）不能；这两次实验中没有控制接触面的材料相同；（2）损失的机械能的大小E与下落的高度和地面的材料有关；（3）机械能转化为内能【解析】（1）由图可知，ac的下落高度不同，接触面的材料不同，虽然
20、h1h3，但不能得出自由下落的弹性小球在碰撞地面过程中损失的机械能的大小E与高度有关，因为这两次实验中没有控制接触面的材料相同；（2）分析比较图中的（a）和（b）两图可以看出，碰撞的接触面的材料相同，小球下落的高度不同，最终下落高度与反弹上升的最大高度的差值h不同，说明机械能的损失情况不同。故可得出结论：自由下落的同一弹性小球碰撞同种材料的地面，下落高度较大时，损失的机械能的大小E较大。分析比较图中的（b）和（c）两图可以看出，小球下落的高度相同，碰撞接触面的材料不同，最终下落高度与反弹上升的最大高度的差值h不同，说明机械能的损失情况不同。故可得出结论：同一弹性小球从相同高度自由下落，碰撞不同
21、材料的地面，损失的机械能的大小E不同。（3）多次碰撞后，碰撞处的温度略有升高，这是通过做功的方式改变内能的，是机械能转化为内能。9（2019西湖区校级模拟）为探究影响重力势能的大小的因素，小金利用带有四个铁钉的小方桌、沙箱及质量不同的重物设计并进行了如图甲所示的实验。（1）要探究重力势能的大小与高度的关系应选择图哪两个图进行比较？答：。（2）小金为了探究“重力势能大小与物体质量是否有关”，选择了b和c进行实验，老师说她的选择是错误的，请你分析原因：。（3）本实验中，主要采用的科学研究方法是转换法和。（4）图a中的重物被手释放由静止下落到接触小方桌的过程中，下落高度与时间的关系如图乙所示。在如图
22、丙所示的四个选项中，描述重力对重物做功大小与下落时间关系最接近正确的是。【答案】（1）a、b；（2）实验中没有控制物体下落高度相同；（3）控制变量法；（4）C【解析】（1）重力势能与物体的质量和高度有关，要探究重力势能的大小与高度的关系，根据控制变量法的要求可知，应控制物体的质量相同，改变物体下落的高度，所以选择a、b两图进行比较；（2）探究“重力势能大小与物体质量是否有关”，根据控制变量法的要求可知，应控制物体下落高度相同，改变物体的质量，b和c中物体的质量不同，但是物体下落高度也不同，没有控制变量，所以选择了b和c进行实验是错误的；（3）本实验中，主要采用的科学研究方法是转换法和控制变量法
23、；（4）小球从某高度由静止下落过程中速度逐渐增大，单位时间内下落的高度越来越大，根据WGh可知，单位时间内重力对该球做功也越来越多，且小球的重力不变，所以重力做功的变化与高度的变化是相同的，结合选项可知只有C图符合，故选C；10（2019富阳区模拟）在探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”时，小明提出如下猜想：猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关；为此，小明选用长度和粗细分别相同，但材料不同的两根弹簧A和B，小球、木块等器材，利用如图所示的实验装置进行实验。实验数据记录如表：序号弹簧被压缩后弹簧长度/cm木块移动距离s/cm弹簧A5弹簧A8弹簧B5
24、弹簧B8（1）为探究猜想二，可选用实验序号和记录的数据进行比较。若，则说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。（2）小金认为为了减小木块与水平面之间的摩擦，应该尽可能用光滑的材料做实验，你认为他的观点对吗？为什么？答：。（3）若在第、次实验中采用了质量不同的光滑的小球，能得到正确的实验结论吗？为什么？答：。【答案】（1）；S2S4；（2）不对；木块被撞击后不容易停下来；（3）不能；没有控制弹簧被压缩的距离相同【解析】（1）为了探究猜想二，必须控制压缩程度相同，改变材料，可选用试验次数和，若木块移动距离不相等即S2S4说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；（2）用光滑的材料做实验，则木块被撞击后不容易
25、停下来，此时的距离较大，不利于通过移动的距离来比较动能的大小，故这种说法是错误的；（3）在第、次实验中采用了质量不同的光滑的小球，由于这两次实验中弹簧被压缩的距离不同，故不能不计较弹性势能的大小与小球的质量的关系。11（2019广西二模）在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，某实验小组提出了如下猜想：猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关。为此，某实验小组选用材料不同的两根弹簧A和B（长度10cm和粗细相同），小球、木块和长刻度尺各一，设计了如图17所示的实验装置和记录数据的表格进行探究。实验次数使用的弹被压缩后弹簧的长度/cm木块移动的距离S1弹
26、簧A52弹簧A83弹簧B54弹簧B8（1）表格中木块移动的距离越大，表示弹性势能越。（2）请将下列探究实验步骤补充完整。将弹簧A、小球、木块按如图安装好；压缩弹簧，使其长度为5cm。放手后，小球被弹出，刻度尺测量推动木块移动了一段距离并记录；将木块放回原来的位置，压缩弹簧，使其长度为cm，放手后，小球被弹出，刻度尺测量推动木块移动的距离并记录；换弹簧B，重复的实验步骤，并记录数据；分析数据，得出结论。（3）弹簧将小球弹开的过程中，是弹簧的弹性势能转化成小球的能。（4）验证猜想一或猜想二的过程中，采用的实验方法叫做。（5）为了探究猜想二，可选用实验次数2和的数据进行比较分析，若木块移动的距离（选
27、填“相同”或“不同”），说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。【答案】（1）大；（2）、8；、；（3）动；（4）控制变量法；（5）4；不同【解析】（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验把弹性势能的大小转换为测量木块移动的距离，这种研究方法叫转换法；木块移动的距离越大，表示弹性势能越大；（2）探究弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关时，应选择相同的弹簧，改变压缩的程度，比较小球被弹出，推动木块移动的距离得出结论；所以应该将木块放回原来的位置，压缩弹簧，使其长度为8cm，放手后，小球被弹出，刻度尺测量推动木块移动的距离并记录；换弹簧B，重复的实验步骤，并记录数据；（3）弹簧将小球弹开的过程中
28、，是弹簧的弹性势能转化成小球的动能；（4）验证猜想一或猜想二的过程中主要采用的实验方法是控制变量法；（5）为了探究猜想二，必须控制压缩程度相同，改变弹簧的材料，可选用实验次数和的数据，若S2S4，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。12（2019鹿邑县二模）在学习了弹性势能的物理知识之后，小丽想自己设计实验探究弹簧的弹性势能可能与哪些因素有关。实验前她先提出了以下猜想：猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关猜想二：弹性势能的大小与弹簧的粗细有关为此，小丽准备了多根材料和长度相同的弹簧，还有两个小球，木块和长刻度尺各一个请你帮助小丽一起完成下面的实验。（1）在验证猜想一时，小丽用同一根弹簧
29、设计了如图14甲、乙所示的实验，实验中弹性势能的大小可以间接比较来实现，这里用到的研究方法叫（2）为验证猜想二，需选用粗细的两根弹簧，将两根弹簧压缩（均填“相同”或“不同”）的长度，再让小球碰到同一位置的相同木块来进行，并得出结论（3）如图丙所示，为更好地研究弹性势能与动能的之间的转化，小丽在光滑的水平桌面上，将弹簧的左端固定，右端连接小球。图中a点是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b点是弹簧原长的位置，c点是小球到达最右端的位置。则小球由a点运动到c点的过程中，小球速度最大的位置是（选填“a”、“b”或”c”）点。【答案】（1）木块被推动的距离；转换法；（2）不同；相同；（3）b【解析】（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，该实验中把弹性势能的大小转换为观察木块被推动的距离，这种研究方法叫转换法；（2）探究弹性势能的大小与弹簧的粗细有关时，应控制弹簧的形变是相同，粗细不同，故应选用粗细不同的两根弹簧，将两根弹簧压缩相同的长度；（3）由于接触面时光滑的，所以不存在摩擦，此时弹性势能与小球的动能的和保持不变，当动能最大时，弹性势能是最小的，当弹簧位于b点时处于原长状态，此时弹性势能最小，故此时的动能是最大的。