实验专题（三）力学实验
★ 知识点1：摩擦力、二力平衡、测量密度
1.（2018广东省）在探究“阻力对物体运动的影响”的实验中，如题17-1图所示.
（1）让同小车从斜面上同一位置由静止开始下滑，目的是________________.
（2）实验中同一小车在木板表面上运动的距离最长，表明它在该表面受到的阻力最_________.
（3）假设水平面绝对光滑，小车不受任何阻力，则它会在水平面上做_______运动.
（4）如图题17-1图丙所示，让同一小车从斜面的不同高度由静止开始下滑，则还可以探究小车的_______关系（选填序号）.
①重力势能与质量；②重力势能与高度；③动能与质量；④动能与速度
（5）如题17-2图所示，用弹簧测力计水平拉着木块在长木块上做匀速直线运动，此时测力计的示数为_______N.
（6）在不同水平面上用弹簧测力计水平拉着同一木块做匀速直线运动，可探究木块的___________关系（选填序号）.
①滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度；②滑动摩擦力的大小与压力大小；
【答案】（1）使小车到斜面底部的速度相同；（2）小；（3）匀速直线；（4）②（5）0.8（6）①。
★ 知识点2：压力、压强、浮力杠杆的平衡条件、滑轮组机械效率
6.（2018山东泰安）图甲是某学习小组“测量滑轮组的机械效率”的示意图。用弹簧测力计竖直向上拉动绳子自由端，将重为4.5N的物体从A位置提升到A′位置，同时弹簧测力计从图中的B位置上升到B′位置，在这个过程中，弹簧测力计的示数如图乙所示。请你根据他们做的实验完成下列问题：
（1）物体提升的高度是 5.0 cm，拉力是 2 N，该滑轮组的机械效率η= 75% ；
12
（2）若在图甲装置的基础上，增加一个动滑轮，改为图丙所示的装置，提升同一物体，则滑轮组的机械效率 变小 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
★ 对应练习：
图1
1．用弹簧测力计测滑动摩擦力大小的实验中：
（1）（2分）关于弹簧测力计的使用，下列说法中错误的一项是（ ）
A．使用前必须检查指针是否指在零刻度
B．使用时必须注意所测的力不能超过测量范围
C．使用中弹簧、指针可以与外壳摩擦
（2）木块放置如图1所示，有一部分露出水平桌面外，用弹簧测力计匀速向右拉动木块至桌面内，在此过程中，木块对桌面的压力 ，木块受到桌面的摩擦力 。（填“变大”、“变小”或“不变”）
2．下表是某实验小组所做的“探究摩擦力大小跟哪些因素有关”的实验记录：
实验次数
接触面的材料
压力F/N
摩擦力f摩／N
①
木块与木板
8
l.6
②
木块与木板
12
2.4
③
木块与毛巾
12
5.0
（1）分析比较序号①与②的实验数据，可得出的结论是 。
（2）分析比较序号 的实验数据，可得出的结论是：压力相同时，接触面越粗糙,摩擦力越大。
（3）上述研究方法叫“控制变量法”，下列实验中没有用到此方法的有 (填序号)
①探究电压、电流与电阻的关系； ②探究动能跟哪些因素有关；
③探究固体熔化时温度的变化规律； ④研究影响电磁铁磁性强弱的因素。
3．如图2是研究牛顿第一定律的实验。请回答：
12
（1）小车从斜面同一高度由静止开始滑下，是为了使它在平面上开始运动的速度 。
（2）平面越光滑，小车受到的摩擦力越 ，速度减越小得越 。
图2
图3
（3）如果小车所受的摩擦力为零，小车将以 的速度永远运动下去。
4．图3甲是研究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置。实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，打到同一个木块上。图2乙是研究“牛顿第一定律”的实验装置。实验中让同一钢球从斜面上相同的高度由静止滚下，在粗糙程度不同的平面上运动。请回答以下问题：
（1）设计甲实验的目的是研究钢球动能的大小与 的关系；设计乙实验的目的是研究运动的钢球速度减小的快慢与所受 的关系。
（2）甲实验是通过木块被推动 的大小，说明钢球对木块做功的多少，从而判断钢球动能的大小；乙试验是通过钢球在粗糙程度不同的平面上运动的远近，推理得出：在理想情况下；运动的物体如果 ，将永远做匀速直线运动。
（3）两个实验都涉及到同一种物理方法，叫
5．小明在实验室里测量一块形状不规则、体积较大的矿石的密度．
图4
图5
（1）用调节好的天平测量矿石的质量。当天平平衡时，右盘中砝码和游码的位置如图4所示，矿石的质量是______g。
（2）因矿石体积较大，放不进量筒，因此他利用一只烧杯，按图5所示方法进行测量，矿石的体积是______cm3。
（3）矿石的密度是 kg/m3，从图A到图B的操作引起的密度测量值比真实值_______(选填“偏大”、“偏小”、“不变”)．
（4）本实验中测矿石体积的方法在初中物理中经常用到，请举一例：__________________。
6．实验：测量某种食用油的密度．
12
（1）把天平放在水平桌面上，将游码移至零刻度处，然后调节 ，使天平横梁平衡。
（2）进行下列实验操作：
A．用天平测量烧杯和剩余食用油的总质量m1；
B．将待测食用油倒入烧杯中，用天平测出烧杯和食用油的总质量m2；
C．将烧杯中食用油的一部分倒入量筒，测出这部分食用油的体积V；
图6
以上操作的正确顺序是：__________________(填字母代号)。
（3）现已测出m1是110g，根据图6中
的示数，算出这种食用油的密度
是____________。
7．小明和小红使用不同器材分别对酒精
的密度进行了测量。请将他们的实验
过程补充完整。
（1）小明利用天平、烧杯、刻度尺和水(ρ水己知)测量酒精密度的过程如下：
①往烧杯中倒入适量的水，用调节好的天平称出烧杯和水的质量为m；
②用刻度尺测出水面到烧杯底的高度为h1；
③将水倒出，倒入酒精，用天平称出的烧杯和酒精的质量仍为m；
④
⑤计算酒精密度的表达式为：ρ酒精=
（2）小红利用弹簧测力计、烧杯、石块、细绳和水(ρ水已知)测量酒精密度的过程如下：
①用细绳拴住石块，并用弹簧测力计测出石块重为G；
②将石块浸没在水中，并记录弹簧测力计的读数F1；
③
④计算酒精密度的表达式为：ρ酒精= (已知：F浮＝G排＝ρ液gV排)
（3）请你从操作难易程度方面，对两位同学的实验做出评估。
。
图8
8．在探究“摩擦力的大小与什么因素有关”时，小华同学根据自己推箱子时，箱子越重，推起来越费力，提出了“影响摩擦力大小的因素可能与接触面受到的压力有关”的猜想；小辉同学根据自己推箱子时，地面越粗糙，推起来越费力，提出了“影响摩擦力大小的因素可能与接触面的粗糙程度有关”的猜想。图7是验证他们猜想的实验装置图。
图7
12
（1）小辉同学为了完成他自己的探究应按 两图进行。
N/N
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
f /N
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
（2）若小华选用正确的实验装置进行实
验得到右表所记录的实验数据，请
根据数据在图8的坐标中作出摩擦
力的大小f与接触面受到的压力大小N之间的关系图象。
（3）根据图像可以得出f与N的关系是_____ __。
（4）小华和小辉同学在实验中都应使小车做___________运动。
图9
9．在“探究二力平衡条件”的活动中，主要是通过探究力对物体的作用
效果来实现探究目的的。如图9所示是可供选择的两种探究方案。
（1）图a的探究方案中研究对象是小卡片，图b的探究方案中研
究对象是 ；
（2）小明选择了图a所示的探究方案。他将系于小卡片两对角的细
线分别跨过左右支架上的滑轮后，就在两线端挂上钩码。这是
用于探究两个力的 和 对物体平衡的影响；
（3）探究活动中还要求要把小卡片转过一个角度，然后再松手。这
样做的目的是用于探究不在 上的两个力对物体平衡的影响。
（4）两个探究方案相比较，你认为哪个方案的探究过程对实验结论的影响小一些？为什么？
图10
10．汽车追尾是高速公路上常见的一种交通事故，其重要原因是遇到意外情况时不能立即停车。研究发现，司机从看到情况到踩刹车需要一段时间，这段时间叫反应时间，在反应时间内汽车要保持原速前进一段距离，这段距离叫反应距离S1；从踩刹车到车停止，汽车还要前进一段距离，这段距离叫制动距离S2，如图10所示：
下表是一个机警的司机驾驶一辆保养得很好
的汽车，在水平、干燥的沥青路面上以不同速度
行驶时，测得的反应距离和制动距离。
图12
速度
（km/h）
反应距离
(m)
制动距离
(m)
停车距离
(m)
20
4
2
6
40
8
8
16
80
16
32
48
100
20
50
70
图11
12
（1）利用上表数据，算出该司机的反应时间大约是 S；
（2）由这个测试可见， 是影响汽车制动距离的主要因素；
（3）请利用表中数据，在坐标图11中用平滑曲线绘出制动距离随速度变化的曲线；
（4）一起发生在限速50km/h路段的交通事故中。交警测得肇事车后留下的刹车痕迹（制动距离）长为25m。请你根据上面图象判断司机是否超速？ （注：该车的制动性能与上表数据一致）
（5）反应距离取决于反应时间和行驶速度，下列行为不会使司机反应时间变长的是 。
A．疲劳驾驶 B．酒后驾驶 C．打手机 D．超速驾驶
（6）轮胎长期能用后会变光滑，则在相同情况下，制动距离会变 。
11．如图12所示，在“研究充水玻璃管中气泡的运动规律”实验中，
（1）气泡上升过程中，若以气泡为参照物，玻璃口的塞子是 (选填“运动”或“静止”)的；
（2）若测得气泡从管子的底端运动到顶端的路程为56cm，所用的时间为7s则在这个过程中气泡的平均速度为
（3）为了判断气泡是否做匀速直线运动，需要测量气泡运动的路程和时间，为便于测量，应使气泡在管内运动得较 (选填”快”或“慢”)。
12．小陈按如下实验步骤测量盐水的密度：（1）用天平称出空烧杯的质量m1；（2）在空烧杯中倒入适量盐水，称出它们的总质量m2；（3）把烧杯中的盐水倒入量筒中，测出量筒中盐水的体积V；（4）盐水密度的表达式ρ盐水＝ 。这样测出的盐水密度值偏 。
二、典型实验习题
1．在探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验中，小明和小华利用图1甲所提供的器材（小桌、海棉、砝码、木板）设计了图（a）、（b）两个实验，通过观察图（a）、（b）后得出“压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显”的结论。此后小华把小桌挪放到一块木板上，发现小桌对木板的压力效果不够明显，如图（c）所示.通过对图（a）、（c）的比较又得出“压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越不明显”的结论。
请你根据已学过的压强知识分析：
（1）小明和小华是根据 的现象来比较压力的作用效果的。
12
（2）造成前后两个结论不一致的原因是 。
（3）设图（b）中小桌对海棉的压强是Pb，图（c）中小桌对木板的压强是Pc，则Pb Pc（小于/等于/大于）.
（4）比较图（b）和图（c）可知，根据压力的作用效果比较压强的大小需要满足的条件
是： 。
甲 图1
2．某小组同学通过实验研究浸在液体中的物体表面受到液体的压力大小与什么因素有关。他们把高为0.2m的实心圆柱体先后浸入A、B两种液体中(ρA＜ρB)，并用力F1改变下表面到液面的距离h，如图2所示。他们利用仪器测得力F1和圆柱体下(或上)表面受到液体的压强，并利用公式求得下(或上)表面受到液体的压力，记录数据如表一、表二所示。
图2
（1）分析比较实验序号1、2与3或7、8与9等数据中的距离h和下表面受到液体压力F3的关系及相关条件，可得出的初步结论是：
（2）分析比较实验序号 等数据中的距离h和上表面受到液体压力F2的关系及相关条件，可得出的初步结论是：当深度相同时，液体的密度越大，圆柱体上表面受到液体的压力越大。
（3）请将表一和表二填写完整。
（4）
12
甲、乙两位同学进一步综合分析了表一、表二中后三列数据及相关条件，甲同学计算了F3与F1的差值，分别为14.0N、16.0N、18.0N和14.2N、16.4N、18.6N，由此得出结论：浸没在同种液体中的圆柱体，下、上表面受到的液体压力差随深度的增加而增大；乙同学计算了F3与F2的差值，分别为20.0N、20.0N、20.0N和22.0N、22.0N、22.0N，由此得出结论：浸没在同种液体中的圆柱体，下、上表面受到的液体压力差是个定值。请判断，甲同学的分析 ，乙同学的分析 。(均选填“错误”、“合理但结论不完整”或“合理且结论完整”)
3．通过实验认识了浮力后，小军和小民班的同学在老师的引导下，继续对“浮力的大小与哪些因素有关”进行了实验探究。首先，他们对“浮力的大小与哪些因素有关”进行了猜想，在老师的帮助下将同学们的猜想归纳如下：
猜想l：浮力的大小可能与物体的质量有关；
猜想2：浮力的大小可能与液体的密度有关；
猜想3：浮力的大小可能与物体浸入液体的深度有关；
猜想4：浮力的大小可能与物体浸入液体的体积有关。
（1）小军所在组的同学为了验证猜想1和猜想2，选用了体积相同、质量不同的三个圆柱形物体A、B、C并测出了它们的重分别为4 N、4.5 N和5 N，然后进行了图3所示的实验。
图3
①比较图中序号为a、b、c的三次实验，得出的结论是：浮力的大小与____ ____。
②比较图中序号为 、 、 的三次实验可以得出结论：浮力的大小与液体的密度有关；液体的密度越大，同一物体受到的浮力也越大。
（2）猜想3是小民所在组的同学提出的，请你举出一个生活中的实例来支持他们的猜想。
____________________________________________________________________________
（3）小民所在组的同学为了验证猜想3，选用了与小军所在组相同的圆柱形物体A
12
，进行了图4所示的实验，得到的实验数据如下表：
图4
分析上表中的实验数据，得到的实验结论是：______________________________。
之后，他们在与其他组同学交流的基础上，在老师的引导下继续进行着探究……
4．小刚在学习了阿基米德原理(F浮=G捧)后，推导得出F浮=ρ液V排g，从而知道物体受到的浮力大小与液体的 和物体 有关。小刚进一步猜想，物体所受浮力大小是否与物体的形状有关?针对这个问题，他选用以下实验器材进行探究：弹簧测力计、体积相同的圆柱体和长方体铝块各—块、烧杯、细线和水。实验步骤如下：
①用细线将圆柱体、长方体铝块先后挂在弹簧测力计上，测出它们的重力分别为G1、G2；
②将圆柱体铝块挂在弹簧测力计上并浸没入水中，记下弹簧测力计的示数F1。；
③将长方体铝块挂在弹簧测力计上并浸没入水中，记下弹簧测力计的示数F2；
（1）比较两铝块的重力G1、G2的大小关系为 ；
（2）利用以上实验数据比较：若_____ _ _，说明浮力大小与物体形状无关；
若____ ____，说明浮力大小与物体形状有关。
5．同学们在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时提出了下列假设：滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关；滑轮组机械效率高低可能与被提物重有关；滑轮组机械效率高低可能与承重绳子段数有关。
一位同学设计了如图5所示的四个滑轮组，并将所滑实验数据填入下表：
实验次数
动滑轮重/N
物重/N
拉力/N
绳子的股数n
机械效率η
1
1
2
1
2
1
4
1.67
3
2
4
2
4
1
4
2.5
图5
（1）实验时，应___________________拉动弹簧测力
12
计，使钩码上升，并由弹簧测力计读出绳子自由
端的_________的大小；同时用_________测出钩
码升高的高度。
（2）在表中填上四次实验的绳子的股数n和机械效率。
（3）根据实验_______和________(填①、②、③、④)
可知，滑轮组机械效率高低与被提物重有关；
（4）根据实验②和③可知，滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越__________。
（5）通过实验可以发现，不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越_______。
（6）要研究滑轮组机械率高低是否与物体提升高度有关，应该选用_________(填“同一”或“不同”)滑轮组，提升___________(填“相同”或“不同”)的高度去研究。
6．在探究“杠杆的平衡条件”实验中，所用的实验器材有杠杆、支架、刻度尺、细线、质量相同的钩码若干。
（1）将杠杆装在支架上，发现杠杆右端下沉，如果将杠杆右侧的平衡螺母向左调到头了，杠杆右端仍下沉，此时应将杠杆左侧的平衡螺母向_________调，直到杠杆在水平位置平衡为止。
（2）某同学进行正确的实验操作后，得到的数据为F1=6N、l1=20cm、F2=4N和l2=30cm。该同学根据这些数据能否得出探究结论?
答：_________。理由是：_________________________________________________。
（3）使杠杆在倾斜一定角度的位置做实验，也能得出杠杆平衡条件。这种实验方案与杠杆在水平位置做实验的方案相比较，你认为哪种实验方案好并说明。
答： 。
理由：_________________________________________________。
图6
（4）如图6所示，杠杆在水平位置平衡。如果在两侧钩码下再各挂
一个相同的钩码，则杠杆_________端将下沉。
12
【参考答案】
1.（1）C （2）不变 不变
2．（1）接触面粗糙程度相同时，压力越大，摩擦力越大。（2）② ③ （3）③
3．（1）相同 （2）小 慢 （3）恒定不变
4．（1）速度 阻力 （2）距离的大小 不受力 （3）控制变量法
5．(1)175.6 (2)70 (3)2.51×103 偏小 (4) 力的合成、等效电阻等
6．（1）横梁左端的螺母 （2）B C A （3）0.65g/cm3
7．(1)④用刻度尺测出酒精液面到烧杯底的高度为h2 ⑤
(2)③将石块浸没在酒精中，并记录弹簧测力计的读数F2 ④
(3)小红的实验相对于小明而言，测量仪器少、过程简单、便于操作
8.（1）甲、丙
（2）见下图
（3）f与N成正比
（4）匀速直线
9．（1）小车 （2）大小 方向 （3）同一直线
（4）a方案；纸片的重力可以忽略不计，（因为b方案小车要受摩擦力的影响）
10．（1）0.72；（2）速度；（3）如上图；（4）超速；（5）D；（6）长．
11．（1）运动；（2）0.08；（3）慢
12. 大
1．（1）受力面（海棉和木板表面）的形变程度； （2）前后两次受力面的材料不同；
（3）相等； （4）必须在相同的物体表面（或相同的材料）的情况下进行比较。
2．（1）液面到物体下表面的距离越大，物体下表面受到的压力也越大；
（2）4与10或5与11等
（3）表一：0 0 0 表二：0 0 0
（4）错误 正确
3．(1)①物体的质量无关。②a、d、e。
(2)从浅水区走向深水区时，感觉身体越来越轻。
(3)浸没前，浮力的大小与浸入液体的深度有关；浸入液体的深度越大，受到的浮力越大。浸没后，浮力的大小与物体浸入液体的深度无关。
4．密度 排开液体的体积(或浸入液体的体积)
(1)G1=G2(2分) (2)G1一F1=G2一F2 (或Fl= F2)， G1一Fl≠G2一F2 (或F1≠F2)
5．（1）匀速、向上、 拉力大小 刻度尺
12
（2）3、3、3、2 66.7％、80％、66.7％、80％
（3）①、② （4）低 （5）低 （6）同一 、不同
6．(1)左 (2)不能得出探究结论；因为一次实验获得的数据具有偶然性，不能反映普遍规律
(3)杠杆在水平位置的实验方案好，便于测量力臂 (4)右
12
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