第3章 能量的转化与守恒 实验分类专题培优（含解析）

第三章实验分类专题培优
一 、实验题
探究动能大小影响因素的实验
1.在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小红同学设计了如图所示甲、乙、丙三次实 验.让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动， 然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水
平面上共同移动一段距离后静止。
（1）要探究动能大小与物体质量的关系应选用 两图；
（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论是 。
（3）该实验是通过观察 来比较铁球动能的大小， 从而得出结论的.下
面的四个实例中也采用这种研究方法的是 。
A．认识电压时，我们可以用水压来类比 B.用画磁感线的方法来描述看不见的磁场
C.探究电功大小与哪些因素有关，通过重物提升的高度来判断电流做功的多少
2.为了探究物体动能大小的影响因素， 同学们设计了如图甲、乙、丙所示的实验装置，让小球从同一
斜面由静止开始下滑，撞击水平木板上的木块来进行实验。请回答下列问题:
（1）本实验是研究动能大小与 A 和 的关系。
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（2）比较甲乙两次实验可以得到的结论是 。
（3）某同学改用如图丁所示装置探究小球的动能与质量的关系，为了让小球到达 B 点时速度相同，用
质量不同的小球，每次将弹簧压缩到 A 位置， 然后静止释放， 该方案是否可行，并说明理
由
。
探究重力势能大小影响因素的实验
3.小明在探究“物体的重力势能与哪些因素有关”的活动时，用长铁钉子做成的四脚小方凳、不同质
量的砂袋和一盆细砂，做了以下实验，如图所示， 比较分析后回答问题。
（1）本活动中，势能大小是用 来显示的。
（2）根据甲、乙两图中的实验可以探究的问题是 。
（3）比较甲、乙、丙三图中的实验结果可以得出的结论
是 。 4.学校新购了一箱物理器材，小明将它从一楼搬到三楼，小红想测定小明搬运器材过程中对箱子做功
的功率。小红设计的实验如下：
（1） [实验器材] 。
（2） [实验步骤]
A．测出箱子的质量 m
B．测出楼梯的总长度 L
C．测出一楼到三楼的竖直高度 h
D．测出小明上楼所用的时间
E．计算出小明搬运箱子的功率 P
小红的实验步骤中多余的是： 。（填写步骤前的字母即可）
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（3）请你帮小丽设计一个实验记录表格。
5.步行是一种简易的健身运动。
（1）小华根据自己的腿长和步距画出了如图所示的步行示意图，对步行时重心的变化进行了分析，当 两脚一前一后着地时重心降低，而单脚着地迈步时重心升高，因此每走一步都要克服重力做功。如果 小华的质量为 50kg，请根据图中小华测量的有关数据，计算他每走一步克服重力所做的功。（g 取 10N/kg） （2）资料表明， 人步行时消耗的能量大于克服重力所做的功。请你分析一下，人步行时还在哪些方面
消耗能量？ （写出一条即可）
简单机械类实验：斜面
6.斜面是一种简单机械，在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力。那么斜面的省力情况与哪些因
素有关呢？ 某科学兴趣小组开展以下探究。
【查阅资料】斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力 F 与物体重力 G 的比值大小来判定， 比值越小
越省力。
【建立假设】假设 1：与斜面的表面材料有关：
假设 2：与斜面的倾斜程度有关：
假设 3：与物体受到的重力大小有关。
【收集证据】小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验。实验中所用物块的材料及表面
粗糙程度相同， 在沿斜面拉力的作用下， 在斜面上做匀速直线运动。实验中相关的记录如表。
实验序号 1 2 3 4 5 6
斜面倾角 θ/度 30 30 30 30 35 40
斜面的表面 木板 毛巾 木板 木板 木板 木板
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材料
物块重 G/N 2.0 2.0 4.0 6.0 2.0 2.0
沿斜面拉力 F/N 1.25 1.45 2.50 3.75 1.36 1.48
【得出结论】分析上述数据，斜面的省力情况与 有关。
【拓展交流】已知实验中，斜面长均为 1.2m、第 1 次实验中斜面高为 0.6m，则第 1 次实验中斜面的机
械效率是 %。
简单机械类实验： 杠杆
7.在探究“杠杆的平衡条件 ”实验中。
（1）将杠杆的中点置于支架上， 当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉，如图所示， 这时应将左端的平衡
螺母向 (填“左 ”或“右”)端调节，直到杠杆在水平位置平衡，目的
是 。
（2）记录实验数据的表格如下， 请将表格空白处补充完整。
次数 动力 F1 (牛) ① ② 阻力臂 l2 (米)
1 2 0.1 1 0.2
（3）某同学通过以上实验操作及数据分析，得出杠杆的平衡条件是： 动力×动力臂＝阻力×阻力臂。
你认为他的结论 (填“可靠 ”或“不可靠”)，理由
是 。
简单机械类实验： 滑轮
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8.某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如下表所示， 实验装置如图所示。
实验次数 钩码重 钩码上升的高度 绳端的拉力 绳端移动距离 机械效率
1 4 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.1 3.1 0.3 86%
4 8 0.1 2.5 _____ 80%
（1）实验 2，3，4 中应沿 （选填“竖直 ”、“水平 ”或“任意”）方向匀速缓慢拉动弹簧
测力计。
（2）小组同学发现实验过程中边拉动边读数， 弹簧测力计的示数不稳定，应该静止读数，你认为他的
想法 （选填“正确 ”或“不正确”）。
（3）用图丁装置进行实验，得出表中第 4 次实验数据，表中的数据应该是 ？
电学实验：测量小灯泡的额定电功率
9.有一个小灯泡标有 5.0 伏字样， 要测定它的额定功率。已知小灯泡正常发光时的电阻值约 10 欧姆，
电源电压为 6 伏。
（1）请你用笔画线代替导线，连接完成实验电路。
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（2）闭合开关前， 滑动变阻器滑片应该在 (填“a”或“b”)端。
（3）某次连接线路后，闭合开关灯不亮，电流表有示数，电压表没有示数，猜想以下 3 种故障，其中
可能的是 。
A．可能是灯丝断了
B．可能是开关接线处断路
C．可能是小灯泡的灯座短路
为避免出现上述故障时损坏电流表， 选择的滑动变阻器的最大阻值应不小于 欧。
（4）排除故障后，移动变阻器滑片， 观察当 表示数为 时， 再记录另一个电表的示
数，可以计算小灯泡的额定功率。
10.小红在实验室测量额定电压为 2.5 伏，电阻约为 5 欧的小灯泡的额定功率， 实验电路如甲图所示 （1）小红同学按甲的电路图连接好了部分实物图（乙图），请同学们用笔画线代替导线，将实物图连
线完整。
（2）在小红同学连接好的实物图（乙图） 中， 有两处不当之处，请同学们指出： ；
（3）小红在大家的指导下修正了实物图， 但是在实验的过程中，小灯泡突然熄灭， 检查发现电流表有
示数， 电压表的示数为零，那可能出现的故障是 ；
A．小灯泡断路 B．小灯泡短路 C．滑动变阻器断路
（4）排除一切故障后，小红同学再调节滑动变阻器，使灯泡两端电压达到额定电压，此时电流表的示
数如丙图所示， 小灯泡的额定功率为 。
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第三章实验分类专题培优答案解析
一 、实验题
1.（1）甲、乙
（2）质量相同的物体， 运动速度越大，动能就越大
（3）纸盒被撞击后所运动的距离；C
【解析】物体由于作机械运动而具有的能。控制变量在进行科学实验的概念，是指那些除了实验因素(自 变量)以外的所有影响实验结果的变量，这些变量不是本实验所要研究的变量，所以又称无关变量、无
关因子、非实验因素或非实验因子。
（1）研究动能与物体质量的关系，则实验装置的变量中只有质量一个变量， 对甲乙丙可知， 甲乙质量
不同， 释放高度相同；故答案为：甲、乙；
（2）对甲、丙装置可知， 变量为释放高度不同，则小球获得的初速度不同， 甲球获得的速度大于丙球 获得的速度，导致木块移动的距离越大，则说明质量相同时，速度越大， 动能也越大；故答案为： 质
量相同的物体， 运动速度越大， 动能就越大 ；
（3）甲乙丙都是通过对比纸盒移动的距离来判断动能大小的， 属于转换法；
A．认识电压使用的类比法；故 A 错误；
B、认识磁场使用的是假设法； 故 B 错误；
C、探究电功， 使用的转换法； 故 C 正确； 故答案为： 纸盒被撞击后所运动的距离 ；C；
故答案为：（1）甲、乙；（2） 质量相同的物体，运动速度越大，动能就越大 ；（3）纸盒被撞击后所
运动的距离 ；C。
2.（1）物质的质量； 速度
（2）质量相同时， 速度越大物体动能越大
（3）不可行，每次压到相同位置的弹性势能相同小球获得的动能也相同，质量不同的小球速度也不同，
没有控制变量
【解析】（1）将实验甲、乙，实验乙、丙进行比较，分析哪个因素不同即可；
（2）分析甲乙两个实验中哪个因素相同， 哪个因素不同，然后根据控制变量法的要求描述实验结论； （3）探究动能与质量的关系时，需要控制速度相同而改变小球的质量，根据丁图分析能够保持速度相
同即可。
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（1）甲乙俩个实验中， 小球在斜面上的高度不同，即小球撞击木块时的速度不同；乙丙两个实验中，
小球的质量不同，因此本实验是研究动能大小与物体的质量和速度的关系。
（2）甲乙两个实验中， 小球的质量相同， 而撞击木块时的速度不同，根据木块移动距离得到结论：质
量相同时， 速度越大，物体动能越大。
（3）我认为该方案不可行，理由是： 每次压到相同位置的弹性势能相同，小球获得的动能也相同，质
量不同的小球速度也不同，没有控制变量。
3.（1）铁钉陷入细砂的深度
（2）高度相同时， 物体重力势能大小是否与质量有关
（3）物体的重力势能与物体的质量和所处的高度有关；质量越大， 被举得越高，重力势能就越大
【解析】（1）物体重力势能的大小与物体的质量和物体的高度有关，图中实验中热能越大的物体下落
撞击方凳后小方凳陷入细砂会越深；
（2）根据甲、乙两图中控制的变量可以确定实验研究的问题；
（3）甲乙两图可得到势能与质量的关系， 甲丙两图可得到势能与高度的关系。
（1）由图中实验设计可知，势能大小是用铁钉陷入细砂的深度来显示的；
（2）甲、乙两图中控制了物体下落的高度相同，使物体的质量不同，所以甲、乙两图可以探究的问题
是高度相同时， 物体重力势能大小是否与质量有关；
（3）比较甲、乙、丙三图中的实验结果可以得出的结论是：物体的重力势能与物体的质量和所处的高
度有关；质量越大， 被举得越高，重力势能就越大。
故答案为：（1）铁钉陷入细砂的深度；（2）高度相同时， 物体重力势能大小是否与质量有关；（3）物
体的重力势能与物体的质量和所处的高度有关；质量越大，被举得越高，重力势能就越大
4.
解：（1）测量小明同学搬运器材过程中对箱子做功的功率，需结合公式 P= = = ;
m 为箱子的质量，h 为一楼到三楼的竖直高度， t 为上楼所用的时间；
所以需要台秤测量箱子的质量 m、用卷尺测量一楼到三楼的竖直高度 h，用秒表测量上楼所用的时间 t；
（2）由以上分析可知并不需要测量楼梯的总长度， 故选 B；
（3）实验数据的记录表格包括箱子的质量、一楼到三楼的竖直高度、登楼时间、功率这四个内容，如
下表：
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箱子的质量 m/kg 一楼到三楼的竖直高度 h/m 所用的时间 t/s 功率 P/W
故答案为：（1）台秤、卷尺、秒表；（2）B；（3）见解析。
5.（1）每走一步克服重力所做的功为 25J；（2）四肢的运动要消耗能量。
6.
解：【得出结论】由表中数据 1、2 可知， 当斜面倾角 θ 和物块重 G 一定时， 斜面的表面材料越光滑， 斜面越省力；由表中数据 1、3、4 可知， 当斜面倾角 θ 和斜面的表面材料一定时， 物体的重力变为原 来的几倍， 拉力会变为原来的几倍， 即沿斜面的拉力与物体的重力 G 的比值大小相等， 由此可知，斜 面省力情况与物体受到的重力大小无关； 由表中数据 1、5、6 可知，当斜面的表面材料和物块重 G 一 定时， 斜面倾角 θ 越小， 斜面越省力；综上所述， 斜面的省力情况与斜面倾角 θ 和斜面的表面材料
有关， 与物块重 G 无关；
【拓展交流】已知实验中，斜面长均为 1.2m、第 1 次实验中斜面高为 0.6m，物块重 G＝2.0N，沿斜面
拉力 F＝1.25N，则斜面的机械效率：
η = ×100%= ×100%= ×100%＝80%。
故答案为：【得出结论】斜面倾角 θ 和斜面的表面材料；【拓展交流】80。
7.（1）右； 消除杠杆自重对实验的影响，并方便直接读取力臂
（2）动力臂 l1 (米)；阻力 F2 (牛)
（3）不可靠； 根据一组实验数据得出结论，实验结论不具有普遍性
【解析】力臂的定义一般为：支点到力的作用线的垂直距离。与动力对应的力臂叫动力臂， 与阻力对 应的力臂叫阻力臂； 物理学中把一根在力的作用下可绕固定点转动的硬棒叫做杠杆，杠杆可以是任意 形状的硬棒；在杠杆平衡（静止或匀速转动状态） 时， 动力×动力臂=阻力×阻力臂；探究杠杆平衡的
条件时，要多测几组数据，以保证实验结果的普遍性；
（1）杠杆在使用前应先调节，使其达到平衡状态，当杠杆静止时，杠杆左端下沉，说明左端比较重， 应将左端的平衡螺母向右端调节，直到杠杆在水平位置， 其目的是消除杠杆自重对实验的影响， 并方
便直接读取力臂；
（2）根据杠杆平衡的条件可知，动力×动力臂=阻力×阻力臂，所以①为动力臂 l1 （米），②为阻力 F2
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（米）；
（3）由表中的一组数据得出动力×动力臂＝阻力×阻力臂的结论为不可靠， 因为根据一组实验数据得
出结论，实验结论不具有普遍性；
故答案为：（1）右； 消除杠杆自重对实验的影响， 并方便直接读取力臂；（2）动力臂 l1 （米）；为阻力
F2 （米）；（3）不可靠； 根据一组实验数据得出结论，实验结论不具有普遍性；
8.（1）竖直
（2）不正确
（3）0.4
【解析】（1） 在使用动滑轮时， 拉力的方向会影响拉力的大小，只有自由端的拉力方向与其它绳子的
方向平行时，此时最省力；
（2）在拉动绳子的过程中，绳子和滑轮之间、滑轮和轴之间都会存在摩擦， 这些都会影响滑轮组的机
械效率。而如果绳子是静止的， 这些摩擦力就不存在了。
（3）根据图丁确定承担重力的绳子段数 n，然后根据 s=nh 计算绳端移动的距离。
（1）拉力的方向要与绳子的方向平行；在实验 2、3、4 中， 都是沿竖直方向拉动物体，因此应该沿竖
直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计；
（2）小组同学发现实验过程中边拉动边读数， 弹簧测力计的示数不稳定，应该静止读数，我认为他的
想法不正确；
（3）根据图丁可知，承担重力的绳子段数为 n=4，那么第 4 次绳端移动的距离： s=nh=0.1m×4=0.4m。
9.（1）解：
（2）a
（3）C；10
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（4）电压；5 伏
【解析】（1）弄清各个电器元件的串并联关系，注意正负接线柱的连接和电压表量程的选择，将实物
图连接即可；
（2）为了保护电路，闭合开关前，滑片要在变阻器阻值最大的位置；
（3）根据选项中的故障对灯泡的亮度、电流表和电压表的示数变化进行推测，哪个与实际相符， 哪个
就是正确选项； 电流表允许通过最大电流是 0.6A，电源电压是 6V，根据R = 进行计算即可；
（4）当灯泡正常工作时， 它的实际电压等于额定电压， 实际电流等于额定电流， 实际功率等于额定功
率。
（1）测量灯泡的额定功率时， 从电源正极开始， 依次将开关、灯泡、滑动变阻器和电流表串联，最后 接回电源负极； 滑动变阻器接线要“一上一下”；因为IL = = = 0.5A，所以电流表选择 0-0.6A
的量程；因为灯泡额定电压 5V，所以电压表选择 0-15V 的量程，如下图：
（2）闭合开关前， 滑动变阻器接入阻值应该最大， 所以滑片应该在 a 端；
（3）A．如果灯丝断了， 那么电路里没有电流，电流表肯定没有示数， 故 A 不合题意；
B.如果开关接线处断路， 那么电路里也没有电流， 电流表也没有示数， 故 B 不合题意；
C.如果小灯泡灯座短路，小灯泡肯定不发光，与它并联的电压表示数为 0；因为电路里有电流，所以电
流表有示数，故 C 符合题意。
故选 C。
当灯泡短路时， 电路里只有滑动变阻器， 那么它的最小阻值是：R = = = 10Ω;
（4）排除故障后， 移动变阻器滑片， 观察当电压表示数为 5.0V 时，再记录另一个电表的示数，可以
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计算小灯泡的额定功率。
故答案为：（1）同解析；（2）a；（3）C，10；（4）电压， 5.0V
10.
解：（1）根据电路连接实物电路图， 应将滑动变阻器一上一下串联接入电路，实物连接如图所示：
;
（2）由图乙所示电路可知，电流从电压表的负接线柱流入，正接线柱流出， 即电压表的正负接线柱接
反了；
灯泡正常发光时的电流约为 I＝ ＝ ＝0.5A，电流表应选 0～0.6A 量程， 图中电流表选择 0～3A
量程， 电流表的量程选择错误；
（3）A．如果小灯泡断路，电路断路，电压表串联在电路中，所以电路电流为零，电流表示数为零，
不符合题意，故 A 错误；
B、如果小灯泡短路， 灯泡不发光，电流表有示数， 电压表也被短路，电压表示数为零， 符合题意， 故
B 正确；
C、如果滑动变阻器断路，电路断路， 电流表示数为零，电压表示数为零，不符合题意， 故 C 错误；
故选 B。
（4）电流表量程为 0～0.6A，分度值为 0.02A，由图丙可知， 灯泡正常发光时的电流为 0.48A，
所以灯泡额定功率： P＝UI＝2.5V×0.48A＝1.2W。
故答案为：
（1）见上图；（2）电压表的正负接线柱接反了；电流表的量程选择错误；（3）B；（4）1.2W。
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