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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,进行了如下研究: (...

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,进行了如下研究:

(猜想与假设)

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

(设计实验与进行实验)

为此小夏设计了如图所示的实验:

1)用大小、形状相同的ABCD四个铅球分别从距离沙表面某高度处__________释放,其中D球从光滑弯曲管道上端滑入,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)。

2)记录所需的实验数据如下表:

实验次数

铅球代号

铅球质量/g

下落高度/m

陷入沙的深度

A

200

0.5

0.1

B

400

0.5

0.25

C

200

1

0.2

D

200

1

0.2

 

 

 

 

本实验中,铅球的重力势能大小是通过__________来反映的,这种研究问题的方法是__________

(实验结论)

3)为验证猜想二,应比较__________(填实验序号),得到的结论是:当物体质量相同时,________

4)比较③④,得到的结论是________

(拓展应用)

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,g10 N/kg

 

静止 铅球陷入沙中的深度 转换法 ①③ 物体所处的高度越高,重力势能越大 物体的重力势能与物体运动的路径无关 2 【解析】 (1)[1]由控制变量法可知,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; (2)[2][3]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;球陷入沙面的深度越深,说明它的重力势能越大,用到转换法; (3)[4][5]研究物体的重力势能与物体的下落高度的关系,控制小球的质量相同,下落的高度不同,需要比较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)[6]比较③④两球,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; [7]忽略空气阻力,小球落到沙表面的动能等于开始下落时的重力势能,B球的动能为 Ek= Ep=mgh=0.4kg×10N/kg×0.5m=2J。  
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考点分析:
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实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能大小与质量的关系”。

(设计实验与进行实验)

将钢球从某一高度由静止释放,钢球摆到竖直位置时,撞击水平木板上的木块,将木块撞了出一段距离。

1)本实验使钢球获得动能的操作方法是__________,钢球动能的大小是通过观察___________来判断的;

2)从表中数据可以看出,他们让质量不同的钢球从相同高度摆下,使钢球到达竖直位置的__________相同,从而探究动能与质量关系;

实验次数

钢球质量/g

钢球下摆高度/cm

木块滑行距离/cm

1

20

20

30

2

40

20

58

3

60

20

 

 

 

 

3)在第3次实验中,木块被撞后滑出木板,需要重做第3次实验,甲同学建议换一个较大的木块,乙同学建议换用同样较长的木板,丙同学建议降低钢球下摆的高度。你认为应当采用__________的建议;

4)这里用到的科学实验方法是________________

(实验结论)

由上述实验数据和现象可得出结论:________

(实验拓展)

若要继续探究物体动能大小与速度的关系,该怎样设计实验:_______________

 

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立定跳远是体育测试项目之一,如图所示是某个同学立定跳远的情景图。

1)请你说明该同学在腾起和下落过程中动能和重力势能是如何转化的?

2)由于存在空气阻力,该同学在空中运动过程中,机械能大小有何变化?

 

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(2017•无锡卷)射箭时,拉开的弓弦能将箭射出,箭离开弓弦后还能继续飞行,小明根据这一现象得出了以下结论:①弓弦对箭施加的力改变了箭的运动状态:②弓弦的弹性势能转化为箭的动能; ③箭由于惯性作用仍能继续飞行;④在空中飞行的箭若不受任何力作用,将处于静止状态,其中说法正确的是(  )

A.只有① B.只有①② C.只有①②③ D.①②③④都正确

 

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如图所示为乒乓球在水平地面上连续弹跳时产生的轨迹的一部分,该图表明(

A.在图中乒乓球的弹跳方向为自右向左

B.乒乓球弹跳时机械能守恒

C.乒乓球运动过程中重力势能一直减小

D.乒乓球某次弹起过程中,弹起瞬间的动能大于此过程最高点时的重力势能

 

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将体积相等的实心铅球和铁球放在同一水平桌面上,则铅球的重力势能________(选填“大于”“小于”或“等于”)铁球的重力势能,现将铅球斜向上抛出至落地,此过程中铅球的动能变化是____________

 

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