专题6　力学探究实验（原卷版）

专题6力学探究实验【例题精析】类型1摩擦力的探究实验【热点搜寻】要注意静摩擦力和滑动摩擦力的区别，尤其是滑动摩擦力的大小与哪些因素有关某小组探究“滑动摩擦力大小与压力、重力二个因素是否有关”，设计了如图装置，在水平放置的台式测力计上放质量不计的白纸，再在白纸上压金属盒，右边连弹簧测力计，弹簧测力计右端固定，左边用手拉白纸。（1）为了测出滑动摩擦力的大小，弹簧测力计拉白纸时匀速。（选填“必须”或者“可以不”）探究小组进行了3次实验，记录如下：实验步骤台式测力计示数F/N金属盒重力G/N弹簧测力计示数f/N①把金属盒放在质量不计的白纸上，在拉动白纸的过程中读出测力计的示数552②接着，将质量不计的氢气球系在金属盒上，在拉动白纸的过程中读出测力计的示数351.2③接着，往金属盒注入适量的沙子，使台式测力计的示数为5N，在拉动白纸的过程中读出测力计的示数372请根据探究记录回答：（2）根据可知，摩擦力的大小等于弹簧测力计的拉力。（3）要得出摩擦力大小与重力是否有关的结论，应对比步骤。（4）写出本探究的结论。小金在探究“滑动摩擦力大小受什么因素影响”时，采用如图甲的方式进行。将长方体木块放在长木板上，将木块用弹簧测力计水平拉住，弹簧测力计另一端固定在桌上一侧。实验时在沙桶中加沙，使长木板运动，当弹簧测力计示数稳定时，其读数等于木块和长方体之间的滑动摩擦力大小。再分别把1个砝码、2个砝码放于木板上，重复实验。（1）长木板是否需要做匀速直线运动？（2）沙桶中放了沙子而不是砝码，这样做的优点是什么？（3）小明认为实验中改变了重力，所以结论应为“重力越大，滑动摩擦力越大”，为了证明他的观点的正误，他们又做了如图乙的实验。先在沙桶中添加沙子，然后让电子秤示数为5N，拉动木板，直到弹簧测力计的读数稳定，测出此时的拉力为F1。接着他的操作是，测出此时的拉力为F2，若F1＝F2，说明滑动摩擦力的大小与重力无关。一质量均匀分布、正反面相同的长方形木板，以中线MN为界，对比观察左右两部分，发现粗糙程度可能不一样，哪一侧更粗糙？同学们进行了研究。（1）①小华将滑块放木板上，通过细线和固定的测力计相连，如图甲。水平向右拉动木板，待示数稳定时，记下滑块经过左、右两部分时测力计的示数F左和F右，若F左＞F右，则木板的侧更粗糙，实验时（选填“需要”或“不需要”）匀速拉动木板。②小华左右手戴上同样的手套，木板水平对称地放在左右手上，现左手向左、右手向右，使两手距离快速增大，若木板向左运动，则木板侧更粗糙。（2）小红使滑块分别从左右两侧滑上木板，测出滑块运动的速度，作出滑块从两端分别运动至MN过程中的速度v和时间t的关系图线如图丙，则图线（选填“a”或“b”）所对应的接触面更粗糙，判断的依据是。类型2浮力大小与什么因素有关【热点搜寻】浮力的测量法、阿基米德定律的探究与验证也是考试的热点之一。如图所示是小科自制的用来探究影响浮力大小因素的装置：将弹簧和标尺固定在支架上，用细线将一个金属块悬挂在弹簧下端，弹簧静止时指针正对标尺上的A位置（本装置使用时，弹簧未超过弹性限度）。（1）向杯中缓慢注水，从金属块底部接触水面，到金属块刚好浸没水中的过程中，指针由标尺上的A位置慢上移至C位置，说明物体所受浮力的大小跟有关，此过程中支架上O点所受拉力的最大变化量为△F1；继续向杯中注水，指针（选填“上移”“不动”或“下移”）（2）为了探究金属块所受浮力的大小是否与液体的密度有关，小科将水倒尽，向杯中缓慢注入某种液体（ρm≠ρ水），当指针指在C位置时，他的下一步操作是。（3）将液体倒尽，用等体积的塑料块（ρ水＜ρ塑料＜ρ金属）替换金属块进行实验。向杯中级慢注水，从塑料块底部接触水面，到塑料块浸没到水中的过程中，支架上O点所受拉力的最大变化量为△F2：，则△F1△F2（选填“＞”“＝”或“＜”）。小金在一根一端密封的空心玻璃管下端绕上一段细铁丝，制成一支自制密度计，用它来测量液体密度，测量过程中杯内液体总量没有变化，小金先用天平称出空心玻璃管和细铁丝的总质量为100克。（本题中取ρ＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg）（1）当密度计在杯中漂浮时，液面高度在A处（如图甲）。此时，密度计受到的浮力为牛顿，密度计排开液体的体积为米3。（2）使用中，小柯发现细铁丝很容易滑落，于是他改变这段细铁丝的形状，并把铁丝置于玻璃管内，再次测量同一杯液体密度（如图乙），杯中液面将（填“上升”、“下降”或“仍在A处”）小明取一根饮料吸管，将一些铜丝从吸管的下端塞入作为配重，并用石蜡将吸管的下端封起来，初步做成一支密度计。为了给密度计标上刻度，他用刻度尺测出密度计的长度为L，然后将密度计放入水中，测出密度计露出水面的高度为h1；小明将该密度计放入待测液体中，密度计露出该液体表面的高度为h2，如图1所示。（1）已知水的密度为ρ水，利用测量的物理量和ρ水计算待测液体的密度，请写出待测液体密度的表达式：ρ＝。（2）若将做成的密度计，将其放入密度为0.9g/cm3植物油中，静止时，液面可能在图2中（选填“A”或“B”）处。（3）小军也用吸管制作了密度计，他发现密度计相邻两刻度线之间的距离太小，导致用此密度计测量液体密度时误差较大，为此同学们提出了如下改进方案，其中可行的是。（选填选项前的字母）A．换大的容器盛放液体做实验B．换细的吸管制作密度计C．换稍长的吸管制作密度计D．适当减小密度计的配重。类型3动能、势能大小与什么因素有关【热点搜寻】探究动能、势能大小与什么因素有关,用到了控制变量法和转换法,在写结论的时候要注意变量的表述,不能用转换后的量代替控制变量。在做“探究动能大小与质量关系”的实验时，小明想：小球从相同高度滚下，若小球材质和斜面倾角不同，到达水平位置时的速度会相同吗？（1）图甲是用挡板控制大小不同的两个小球在斜面上起始位置的两种方案，小明实验时选择A方案而不能选择B方案的原因是。（2）小明选择大钢球、小钢球、木球以及可调整倾角的斜面进行实验。分别让球从斜面同一高度由静止开始释放，利用测速仪测出球到达水平位置时的速度如表所示。10°20°30°40°50°60°大钢球2.672.672.672.752.882.97小钢球2.672.672.672.752.882.97木球2.672.672.672.672.742.89分析表中数据可知：要使球到达水平位置时的速度与球是钢质或木质无关，则斜面倾角不可能是。A.15°B.25°C.35°D.45°（3）小明利用图乙装置做“探究动能大小与质量关系”的实验时，通过观察球撞击相同塑料软片的数目来比较球的动能大小（图中未画出固定塑料软片的装置）。老师指出此装置不适合体积不同的两个球做实验，原因是。

【针对训练】1．如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止。（1）该实验中的研究对象是（选填“小球”或“木块”），小球滚下斜面的过程中，它的能转化为动能，球动能的大小是通过来反映的；（2）分析比较甲、乙两次实验，可探究出的结论是：；（3）在甲、乙两次实验中，木块克服摩擦力做功是的（选填“相等”或“不相等”）；若甲实验中木块重为1N，水平移动的距离是30cm，则重力对木块做的功为J；（4）若斜面光滑，小球从斜面顶端由静止滚到斜面底端的过程中，其机械能（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（5）某同学做了甲、丙两次实验如图所示，得到结论：“当物体的速度一定时，物体质量越大，物体动能越大”，该同学的结论（选填“正确”或“不正确”）。2．（1）小明使用天平和量筒测量实心金属块的密度。①他先把托盘天平放在水平桌面上，将游码移到标尺左端的零刻度线处，发现指针在图甲所示的位置静止。此时应将天平右端的平衡螺母向调节，使横梁在水平位置平衡。②将金属块放在调节好的托盘天平的左盘中，右盘中放砝码，当天平平衡时，右盘中的砝码以及游码在标尺上的位置如图乙所示，则金属块的质量是g。③金属块放入量筒前、后，量筒中水面位置如图丙所示。则金属块密度是kg/m3。（2）八年级二班的同学们在探究“动能的大小跟哪些因素有关”时，提出如下猜想。猜想一：动能的大小与物体的质量有关猜想二：动能的大小与物体的运动速度有关为了验证上述猜想，同学们设计了如图甲、乙所示的实验进行研究。①实验时是让小球由静止开始沿斜面向下运动，并撞击平面上的木块，观察并记录被撞木块运动距离的长短。小球从斜面一定高度由静止向下运动到达斜面底端的速度只与起点的高度有关，起点越高，到达底端的速度。b.被撞木块在平面上运动的距离越长，反映出运动小球具有的越大。②图乙所示的实验中，让不同质量的两个小球从同一高度滚下，探究的是动能与的关系。③分析图乙所示实验现象和相关数据，得出的初步结论是：。3．在“探究影响动能大小的因素”实验中，如图甲、乙、丙所示，让质量为m、2m的两个钢球分别从斜面上由静止滚下，钢球撞击放在水平木板上的木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置。（1）实验通过观察来比较动能的大小；（2）甲、乙两次实验中，将同一小球从斜面的不同高度由静止释放，这是为了探究动能大小与的关系；（3）比较甲、丙两图进行的实验，得出的结论是。（4）小磊在探究“动能大小与质量的关系”时将实验装置改进成如图丁所示，利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击回一木块，该实验方案是（选填“可行”或“不可行”），理由是：。4．如图是小明探究“动能大小与哪些因素有关”的实验装置。（1）在探究小车速度对其动能的影响时，应保持不变，使小车多次从（选填“相同”或“不同”）高度下滑进行实验。（2）小明两次实验操作，第一次木块被撞得近，木块受到的摩擦力为f1；第二次木块被撞得远，木块受到的摩擦力为f2，则f1f2（选填“＞”“＝”或“＜”）。（3）如果水平面绝对光滑，本实验（选填“仍能”或“不能”）达到探究目的。5．小明同学利用烧杯、弹簧测力计、细线、水、密度计来测量金属块和液体的密度。（已知ρ水＝1.0x103kg/m3，g＝10N/kg）（1）用弹簧测力计测量金属块的重力，其示数如图A所示，可求出金属块的质量m＝kg。（2）金属块的密度ρ＝kg/m3。（3）利用密度计可以直接测量出液体的密度，将其插入被测液体中，待其静止后直接读取液面处的刻度值即为该液体的密度值小明同学将密度计放入甲液体中，其示数如图C所示，则甲液体的密度ρ＝kg/m3。（4）小明同学将密度计放入乙液体中，如图D所示，比较C、D两图可知ρ甲ρ乙（选填“＞”、“＜”或“＝”）。6．小明学习压强和浮力知识后，利用水和饮料、两个完全相同的杯子进行了如图甲所示的实验，将同一合金块依次浸没到质量相同的水和饮料中，g取10N/kg，请根据图中信息回答下列问题：（1）物体浸没后（不接触容器底），容器底受到的液体的压强分别为p水和p饮料二者的大小关系为：p水p饮料（选填“＞”、“＝”或“＜”）。（2）饮料的密度是kg/m3。（3）小明进一步分析在合金块浸没的条件下，弹簧测力计的拉力F与液体密度ρ液关系，图乙中能正确表达二者关系的图象是（选填“a”、“b”“c”或“d”其中d是较粗的那条弯曲的线）。（4）根据（3）的分析，小明将弹簧测力计改装成测液体密度的密度秤，则他利用这套器材能测量的液体密度最大值为：kg/m3。7．在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，如图1所示，让小车分别滑到毛巾、棉布和木板的水平面上，观察小车在水平面上滑行的距离。（1）为了使小车进入水平面的速度相同，每次小车要从同一斜面的滑下。（2）如图2所示的甲、乙、丙三个图象是用传感器和示波器记录的小车在斜面和三种不同的水平表面的“速度与路程”图象。①由图象可知：阻力越小，小车滑行的距离就越，说明小车运动的速度减小得越；②请在图丁中，画出水平面光滑时小车的“速度与路程”的图像。（3）这个实验的器材也可以用于探究动能影响因素，你认为可以探究动能与的关系。8．生活中，我们看到过这些现象：绿灯亮起时，小轿车启动较快，而大货车启动较慢；百米赛跑冲过终点时，速度越快越不容易停下来。学习牛顿第一定律后，小馨同学和小林同学对上述现象有不同的看法：小馨认为：质量越大，惯性越大；小林认为：速度越快，惯性越大。究竟谁的观点正确呢，小馨和小林一起进行了如下探究：探究（一）：如图甲，把A、B两车放在较光滑水平地面上（mA＞mB），两根相同的橡皮筋一端固定在墙面上，另一端分别系于A车和B车前端，将小车拉至左侧相同的位置，此时橡皮筋绷紧，释放小车，经过相同时间后，小车到达位置如图甲所示。探究（二）：如图乙，将小车从较光滑斜面h1＝20cm处静止释放，测得小车到达粗糙水平面的速度v1＝2m/s，经t1＝2.8s停于位置1，再将该车从同一斜面h2＝10cm处静止释放，测得小车到达水平面的速度v2＝1.4m/s，经t2＝2s停于位置2；【分析与论证】（1）质量不同的两小车，相同时间内运动的距离不同，可知（选填“A”或“B”）的运动状态容易改变，则越大，运动状态越不容易改变，惯性就越大；（2）运动状态改变的难易程度可近似认为是速度变化的快慢，分析探究（二）的数据发现小车速度变化快慢是否相同？