1、题型(五)力学实验题类型一力与运动相关实验探究1.2019滦州一模小明学习了“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验后,做了如下实验:找来同种材质、体积相等且质量都为600 g的A、B两个木块,放在同一长木板上进行实验。实验中保证水平匀速拉动弹簧测力计,实验过程如图T5-1所示。(g取10 N/kg)图T5-1(1)测量摩擦力大小依据的原理是。(2)图甲中木块运动的速度大小为v1,图乙中木块运动的速度大小为v2,关于v1和v2的大小,下列说法正确的是。(填选项前字母)A.v1一定大于v2B.v1一定小于v2C.v1一定等于v2D.v1可以大于、等于或小于v2(3)图丁中拉动木块A、B一起匀速运动
2、,拉力F4的大小为N。(4)比较图甲、丙或乙、丁,可以得出:B的表面比A的表面更。拓展(5)在物理学中,我们把两个木块间的滑动摩擦力与压力的比值称为这两个接触面间的“动摩擦因数”,用符号表示。木块A与长木板间的动摩擦因数大小为。已知A、B两个木块之间的动摩擦因数大小为0.4,在如图丁所示实验中,若用拉力F将木块B匀速抽出,同时用水平向左的拉力F作用在木块A上使其位置保持不变,则拉力F的大小为N。(提示:木块B的上下表面均存在滑动摩擦力)2.小明做“探究阻力对物体运动的影响”实验时的装置和实验过程如图T5-2所示。图T5-2(1)实验中应使用(选填“相同”或“不相同”)的斜面,并且使小车每次在斜
3、面上释放的高度相同,这样做的目的是控制小车到达水平面时的速度相同。(2)小明收集了如下表所示的实验数据,分析可知阻力对物体运动的影响是。小明进一步推理:若小车受到的阻力为零,小车将。接触面毛巾棉布木板阻力大小大较大小小车移动的距离11.2 cm23.7 cm33.6 cm(3)如图T5-3所示为某些高速公路上为失控车辆所设置的紧急避险车道,通过上面的探究学习我们知道,避险车道铺上砂石是为了,从而减小车速,而且紧急避险车道一般为斜面,从能量转化的角度来看是因为 。图T5-3拓展(4)分析实验数据可知,小车在毛巾和木板上受到的阻力之比为。3.2018路南区二模如图T5-4甲是小华同学做“探究二力平
4、衡条件”实验时的情景:图T5-4(1)小华将系于小卡片(重力可忽略不计)两对角的线分别跨过左右支架上的滑轮,在线的两端挂上钩码,使作用在小卡片上的两个拉力方向相反,并通过调整钩码的重力来改变拉力的大小。(2)当小卡片平衡时,小华将小卡片转过一个角度,松手后小卡片(选填“能”或“不能”)平衡。设计此实验步骤的目的是探究 。(3)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡,在图甲所示情况下,小华下一步的操作是。(4)在探究同一问题时,小明将木块放在水平桌面上,设计了如图乙所示的实验,同学们认为小华的实验优于小明的实验。其主要原因是。拓展(5)图甲中,若两个滑轮的位置没有在同一高度,则(选填“能”
5、或“不能”)完成此实验。(6)图乙中,每个钩码重0.5 N,左边挂三个钩码,右边挂1个钩码时,木块沿水平方向匀速向左运动。此时再在右边挂个钩码,木块就可以沿水平方向向右匀速运动。类型二密度相关实验探究4.小明在海边捡到一个多孔石块,现测定它的密度。(1)他先将天平放在水平桌面上,移动游码至标尺左端零刻度线处,发现指针静止在分度盘中央的左侧,则他应将平衡螺母向调节,直至天平横梁平衡。(2)先用调节好的天平测量石块的质量,盘中所加砝码质量和游码的位置如图T5-5甲所示时天平平衡,则此石块的质量为m=g;如图乙所示在量筒内装有一定量的水,记录下刻度V1,再将石块放入量筒中,待水面不再变化后,记录下刻
6、度V2,则石块的体积是V=cm3,石块的密度是g/cm3。图T5-5(3)实验结束后,小明将石块从量筒中取出,将其放在餐巾纸上,发现餐巾纸湿了大片。这启发了小明的思考:因为该石块多孔而存水,所以刚才测得的石块密度值跟真实值相比会(选填“偏大”或“偏小”),引起该误差的原因是(填写序号)。A.石块质量测量值偏大B.石块质量测量值偏小C.石块体积测量值偏大D.石块体积测量值偏小拓展(4)小明为了排除因石块多孔存水而引起的误差,又称量出刚刚从水里取出的石块质量为42.6 g,结合第(2)问中的实验数据,计算出了较为准确的石块密度为kg/m3。(水=1.0103 kg/m3)5.2019路北区二模测量
7、小石块的密度。(1)将天平放在水平台面上,游码移到零刻度线处,发现指针位置如图T5-6甲所示,为使横梁平衡,应将平衡螺母向(选填“左”或“右”)调节。图T5-6(2)用调节好的天平测量小石块的质量,天平平衡时,右盘所加砝码质量和游码位置如图乙所示,则小石块的质量m1为 g。(3)没有量筒,用下列两种方案测量小石块的体积。方案一:如图丙所示,将烧杯放在水平台面上,用细线系住小石块轻轻放入烧杯中,加入适量的水,使小石块浸没在水中,在烧杯壁上记下水面位置;将小石块从水中取出后,用天平测出烧杯和水的总质量m2为152.4 g;向烧杯内缓缓加水至标记处,再用天平测出烧杯和水的总质量m3为165.2 g。
8、方案二:向烧杯中加入适量的水,用天平测出烧杯和水的总质量m2;如图丙所示,将烧杯放在水平台面上,用细线系住小石块轻轻放入烧杯中,使小石块浸没在水中,在烧杯壁上记下水面位置;将小石块从水中取出后,向烧杯中缓慢加水至标记处,再用天平测出烧杯和水的总质量m3。(4)根据方案一测量结果计算出小石块的密度为kg/m3。(5)你认为方案测出的小石块的密度更精确;方案测出的小石块的密度与真实值相比(选填“偏大”或“偏小”)。6.2019河北一模小明用量简、溢水杯、小烧杯、水和细铁丝等实验器材完成了对一个塑料小球密度的测量。请你根据如图T5-7所示的实验情景,把相应的数据填入下面的表格中。图T5-7(1)把小
9、球轻轻地放入盛满水的溢水杯中,小球漂浮时,溢出的水流到小烧杯中。(2)把小烧杯中的水倒入量筒中测得水的体积为V1。(3)用细铁丝把漂浮的小球压入水中,小球浸没时,溢出的水再次流到小烧杯中。(4)再把小烧杯中的水倒入(2)的量筒中测得水的体积为V2。小球漂浮时的排水体积V1/cm3小球浸没时的排水体积V2/cm3小球的质量m球/g小球的密度/(kgm-3)拓展(5)假设溢水口堵住,用细铁丝将小球全部压入水中,小球静止时,细铁丝对小球的压力为N;烧杯底部受到水的压强增大了Pa。(烧杯底面积为100 cm2,水=1.0103 kg/m3,g取10 N/kg)7.小明想测量一块石头的密度,但是由于石头
10、的质量和体积比较大,无法用托盘天平、量筒和水完成测量。小阳同学建议他用弹簧测力计、大烧杯、水、轻质细线和杠杆来进行实验,请你将实验过程补充完整:(1)将如图T5-8甲所示的装置放在水平桌面上,发现杠杆的左端高于右端,则应向(选填“左”或“右”)调节杠杆两端的平衡螺母,直到杠杆水平平衡。图T5-8(2)杠杆水平平衡后,将石头用细线系好悬挂在杠杆A点,如图乙所示,则应该用弹簧测力计通过细线套在(选填“B”“C”或“D”)点施加竖直向上的拉力,使杠杆水平平衡,读出弹簧测力计的示数F1,将F1记录在表格中。(3)如图丙所示,在大烧杯内装入适量的水,石块的位置不变,将石块浸没在水中(石块不接触烧杯),弹
11、簧测力计的位置也不变,依然对杠杆施加竖直向上的拉力,使杠杆水平平衡,读出弹簧测力计的示数F2,将F2记录在表格中。(4)已知水的密度为水,利用测量出的物理量和水计算出石块的密度=,并将计算结果记录在表格中。8.张丽和唐梅两同学想测量一瓶食用油的密度,她们分别选用不同的实验器材和方法来进行测量。(1)张丽同学用刻度尺、烧杯、水、两端开口的玻璃管、橡皮膜、细线来测量食用油密度,操作步骤如下:如图T5-9甲所示,用细线和橡皮膜把玻璃管一端扎紧,管竖直放置,开口向上,向管内倒入适量的食用油,随着油量的增加,橡皮膜向下凸起的程度变大,说明液体压强随着的增加而增大;图T5-9用刻度尺测出玻璃管中油柱的高度
12、为h1(如图甲所示);在烧杯中装入适量的水,将装有油的玻璃管缓慢浸入水中,直至橡皮膜水平为止,用刻度尺测出管底到水面的深度为h2(如图乙所示);食用油的密度表达式:油=。(水的密度用水表示)分析实验过程,张丽同学测得的食用油密度值比真实值偏(选填“大”或“小”)。(2)唐梅同学用托盘天平、烧杯、细线和橡皮擦测量食用油的密度。具体操作步骤如下:将托盘天平放在水平台面上,游码移到标尺左端零刻度线处,观察到指针指在分度标尺上的位置如图T5-10甲所示,此时应将平衡螺母向(选填“左”或“右”)调节,使指针对准分度盘的中央刻度线;图T5-10向烧杯中装入适量水并放在托盘天平上(如图乙所示),调节天平重新
13、平衡后,所用砝码质量和游码在标尺上的位置如图丙所示,则这杯水的总质量为g;将橡皮擦用细线绑好并浸没在水中(未接触烧杯底和侧壁,如图丁所示),记下天平平衡时的示数为163.2 g;则该橡皮擦体积V=cm3;将橡皮擦从水中取出,同时把烧杯中的水倒掉,然后用干毛巾擦干橡皮擦和烧杯;将烧杯装入适量食用油并重新放在托盘天平上,记下天平平衡时的示数为142.2 g;用细线将橡皮擦浸没在食用油中(未接触烧杯底和侧壁),记下天平平衡时的示数为151.0 g;则食用油密度为油=kg/m3。(3)橡皮擦由橡胶制成,水和油类都有可能被吸入,假设橡皮擦在实验过程中不吸水,但会吸入少量的油(体积不膨胀),则由此方法测得
14、的食用油密度将比真实值偏(选填“大”或“小”)。类型三浮力、压强相关实验探究9.2019滦南县一模在学习液体的压强知识时,老师使用了如图T5-11所示的实验装置:容器中央位置用隔板分成左右两部分,隔板下部有一用薄橡皮膜封闭的圆孔。当橡皮膜两侧的压强不同时,橡皮膜会向压强小的一侧凸起。请你和老师一起完成下述实验。图T5-11(1)这个装置(选填“是”或“不是”)连通器。(2)老师先在装置两侧倒入不同深度的水(如图所示),通过观察橡皮膜的凸起情况可以得出:同种液体,越大,压强越大。(3)接着,老师向左侧加盐并适当加水,直到左右两侧的液面相平,此时会观察到橡皮膜向(选填“左”或“右”)侧凸起,由此说
15、明。(4)随后,老师又向右侧注水,当水面距离橡皮膜12 cm时,观察到橡皮膜不向任何一方凸起。已知此时左侧盐水液面距离橡皮膜10 cm,则左侧盐水的密度为kg/m3。拓展(5)完成上述实验后,老师还想借助上述装置测量一个实心固体小球的密度。在第(4)问所述情景的基础上,老师将小球放在右侧的水中,发现小球沉底,此时向左侧加入相同的盐水,当盐水液面升高1.5 cm时,观察到橡皮膜不向任何一方凸起;让装置再恢复到第(4)问所述的状态,把小球放在左侧的盐水中,发现小球漂浮。此时向右侧加入适量水,当观察到橡皮膜不向任何一方凸起时,停止加水,此时水面升高2 cm,则小球的密度为 g/cm3。(结果保留两位
16、小数)10.小明想探究“影响浮力大小的因素”,准备了如下实验器材:弹簧测力计、金属块、两个分别装有水和盐水的烧杯。已知水的密度为1.0103 kg/m3,实验装置和实验过程中弹簧测力计示数如图T5-12所示。(g取10 N/kg)图T5-12(1)分析图中的三幅图,说明浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。(2)金属块全部浸在水中所受浮力是N,金属块的密度是kg/m3。(3)根据图中的实验数据测出盐水的密度是kg/m3。(4)小明完成上述实验后又找来了一块橡皮泥,把橡皮泥捏成不同形状,先后放入水中,发现有的漂浮在水面上,有的下沉。他们由此得出结论:浮力的大小与物体的形状有关。请指出他们实验方法
17、的错误之处: 。拓展(5)当上述(4)中密度为1.1103 kg/m3的橡皮泥漂浮和沉底时,水对同一烧杯底的压力变化了0.03 N,则橡皮泥的重力是N。11.如图T5-13所示,底面积为80 cm2的圆柱形容器重5 N,内装有10 cm深的水,放在水平桌面上,底面积为60 cm2,高为12 cm的实心圆柱形物体A用细线拴好并悬挂在弹簧测力计下,小明要探究圆柱形物体A逐渐浸入容器内水中时(水没有溢出),弹簧测力计的示数F与圆柱形物体A下表面距液面的距离h的关系。(不计细线重)图T5-13(1)除图中所示的器材外,还需要的测量工具是。(2)小明从圆柱体接触水面至接触容器底之前,分别记下九组h与F的
18、值并填写在下面的表格中。实验次序123456789h/cm0246810121416F/N97.86.65.44.231.81.81.8由表中数据可知,物体A的重力为N。从表格可知:在做第7次实验时,物体A受到的浮力为N。分析表中数据可以得出结论:浸没在液体中的物体所受的浮力与浸入深度(选填“有关”或“无关”)。物体A的体积为cm3,物体A的密度是kg/m3。拓展(3)物体A在容器内浸没后与未放入物体A前比较,液体对容器底产生的压强增加了Pa。类型四机械能相关实验探究12.2018新华区模拟图T5-14是“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图。其中,mA=mBhB。图T5-14(1)
19、实验中,探究的动能是指。(填序号)A.小球在斜面上时的动能B.小球撞击木块时的动能C.小球撞击木块后的动能D.木块的动能(2)使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下,是为了探究动能大小与的关系。(3)小华同学通过比较图中乙、丙两组实验,得出“质量大的物体动能大”,小丽认为小华的这一比较过程存在错误,你知道错误是什么吗?。(4)在做了“探究物体动能大小与哪些因素有关”的实验后,有些同学对“质量不同的小球从同一光滑斜面、同一高度由静止开始沿斜面滚下,刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑,小华设计了如图T5-15所示的实验:让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下,观察和比较两
20、球相对运动情况,若C球相对于A球,就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。图T5-15(5)完成实验后,同学们还联想到以前探究牛顿第一定律时,也用到了斜面:让小车从同一斜面同一高度下滑,比较在不同的表面上滑行的距离远近(如下表所示),最终停下来后,小车在三个表面克服摩擦力做的功(选填“相等”或“不相等”),理由是 。表面毛巾棉布木板摩擦力最大较大最小小车运动距离最近较远最远类型五简单机械相关实验探究13.探究杠杆平衡条件。(1)图T5-16甲中,要使杠杆在水平位置平衡,可将杠杆左端的平衡螺母向(选填“左”或“右”)调节。图T5-16(2)杠杆在水平位置平衡后,在杠杆两端不同位置挂上不同数量的钩码
21、,使杠杆再次在水平位置平衡。改变钩码的数量和所挂的位置再做几次实验,收集的数据如下表所示,分析表中数据可得:。次数123456动力/N112212动力臂/cm202020201515阻力/N241433阻力臂/cm1054010510(3)图乙中,在杠杆A点挂两个钩码,同时在杠杆D点挂个钩码,杠杆仍能在水平位置平衡。拓展(4)如图丙所示,甲、乙为由不同物质制成的等体积的两种实心球,此时杠杆在水平位置平衡(挂盘和细线的质量忽略不计)。则杠杆左右两边的力臂之比为,把甲、乙两球分别放入盛有15 mL水的两个量筒中,静止后如图丁所示,乙球受到的浮力为N,甲球的密度为g/cm3。(g取10 N/kg)1
22、4.2019石家庄一模在探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关时,小明同学猜想滑轮组的机械效率可能与动滑轮重、物重和物体上升的高度等因素有关。他首先将弹簧测力计调零,然后分别组装成如图T5-17甲、乙、丙所示的滑轮组(每个滑轮的重力相同),依次进行了三次实验,探究得到的实验数据如下表:图T5-17实验次数物重/N物体上升的高度/m拉力/N绳子自由端移动的距离/m机械效率%120.10.80.383.3220.10.60.5340.11.10.572.7(1)请计算第二次实验时的机械效率并填入表格中。(2)比较第1、2次实验数据得出:用不同的滑轮组提升相同的物体,动滑轮越重,其机械效率越(选填“高”
23、或“低”)。(3)比较第2、3次实验数据得出的结论是。(4)请你用物理原理或公式推导,判断滑轮组的机械效率与物体上升的高度(选填“有关”或“无关”)。拓展(5)按第1次实验数据计算,若不计绳重及摩擦,则一个动滑轮重为N,要使该滑轮组达到省力效果,则提升的物体重力不得小于N。15.小礼在做“探究斜面的机械效率”实验时,用弹簧测力计沿木质斜面匀速直线向上拉动物块,读出弹簧测力计的示数,且收集了下表中的实验数据。实验次数斜面倾斜程度物重G/N斜面高度h/m拉力F/N斜面长度s/m机械效率1较缓50.22.4141.7%2较陡50.53.2178.1%3最陡50.74.3181.4%(1)分析表中的数
24、据可得出:斜面越缓越(选填“省”或“费”)力。(2)小礼又进行了第4次实验,她在斜面上铺上棉布使斜面变粗糙,保持斜面高和长分别是0.5 m和1 m,用同样的操作读出此时弹簧测力计的示数为4.5 N,她测得这种情况下斜面的机械效率为55.6%,把第4次实验数据与表中数据综合分析可得出斜面的机械效率与斜面的和有关。(3)当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时,物块所受的拉力(选填“大于”“小于”或“等于”)物块所受的摩擦力。(4)请用第3次实验的数据算出木块在斜面上受到的摩擦力是N。【参考答案】1.(1)二力平衡(2)D(3)4.4(4)粗糙(5)0.36.82.(1)相同(2)阻力越小,速度减小
25、得越慢做匀速直线运动(3)增大摩擦力动能转化为重力势能时,动能减小,速度减小,车容易停下来(4)313.(2)不能相互平衡的两个力是否必须处于同一直线上(3)把小卡片剪为两半(4)小华的实验消除了摩擦力对实验的影响(5)能(6)44.(1)右(2)38.4152.56(3)偏大D(4)21035.(1)左(2)32(4)2.5103(5)二一偏小6.(4)1824180.75103(5)0.06247.(1)左(2)B(4)F1F1-F2水8.(1)深度h2h1水小(2)左153.2100.88103(3)小解析(1)向管内倒入适量的食用油,随着油量的增加,橡皮膜向下凸起的程度变大,说明液体压
26、强随着深度的增加而增大;橡皮膜水平,说明食用油与水产生的压强相等,即水gh2=油gh1,解得油=h2h1水;橡皮膜发生形变,向下凸出,造成测量的食用油深度即h1变大,故密度的测量值偏小。(2)排开水的体积等于橡皮擦的体积m水=163.2 g-153.2 g=10 g,V水=m水水=10g1.0g/cm3=10 cm3,V橡=V水=10 cm3;放入橡皮擦后用线拉着,增加的重力等于橡皮擦的重力减拉力也就是浮力,即G=F浮,根据F浮=油gV排可得,油=F浮gV橡=GgV橡=mggV橡=mV橡=151.0g-142.2g10cm3=0.88 g/cm3=0.88103 kg/m3。9.(1)不是(2
27、)深度(3)右深度相同时,液体密度越大,压强越大(4)1.2103(5)1.11解析(5)老师将小球放在右侧的水中,发现小球沉底,此时向左侧加入相同的盐水,当盐水液面升高1.5 cm时,观察到橡皮膜不向任何一方凸起,此时盐g(h盐+h盐)=水gh水,即1.2103 kg/m310 N/kg(0.1+0.015)m=1103 kg/m310 N/kgh水,则h水=0.138 m=13.8 cm,水面上升的高度h水=h水-h水=13.8cm-12 cm=1.8 cm,把小球放在左侧的盐水中,发现小球漂浮。此时向右侧加入适量水,当观察到橡皮膜不向任何一方凸起,此时盐gh盐=水g(h水+h水),即1.
28、2103 kg/m310 N/kgh盐=1103 kg/m310 N/kg(0.12+0.02)m,则h盐=35310-2 m=353 cm,盐水面上升的高度h盐=h盐-h盐=353 cm-10 cm=53 cm,第一种情况下,因为小球沉底,升高的水的体积与小球体积相同,第二种情况下,小球漂浮,升高的盐水的质量与小球质量相同,假设隔板两侧的底面积为S,则小球的密度=mV=h盐S盐h水S=53 cmS1.2g/cm31.8cmS1.11 g/cm3。10.(1)甲、丙、丁(2)41.25103(3)1.1103(4)没有控制橡皮泥排开水的体积相同(5)0.3311.(1)刻度尺(2)97.2无关
29、7201.25103(3)90012.(1)B(2)速度(3)没有控制速度相同(4)静止(5)相等最初小车的重力势能相等,刚下滑到水平面时动能相同,在不同的表面上运动,最终停下来后,动能全部转为内能,则在三个表面克服摩擦力做功相同13.(1)左(2)动力动力臂=阻力阻力臂(3)3(4)450.081.6解析(4)乙球受到的浮力为F浮=水gV排=1103 kg/m310 N/kg(23-15)10-6 m3=0.08 N,根据杠杆平衡条件可得(2m甲+m乙)4L=(m甲+2m乙)5L,解得m甲=2m乙,因为乙球漂浮,所以G乙=m乙g=F浮=0.08 N,m乙=F浮g=0.08N10N/kg=0.008 kg,甲球的质量m甲=2m乙=20.008 kg=0.016 kg=16 g,甲球的密度甲=m甲V甲=16g25cm3-15cm3=1.6 g/cm3。14.(1)67.7(2)低(3)同一个滑轮组,提升的物体越重,其机械效率越高(4)无关(5)0.40.215.(1)省(2)倾斜程度粗糙程度(3)大于(4)0.8
