1、热点题型专练重难点23 实验探究（二）力学重点实验【解题思路】力学实验主要包括：1.测量平均速度；2.探究二力平衡的条件；3.摩擦力的测量；4.密度的测量；5.探究影响浮力大小的因素；6.验证阿基米德原理；7.探究液体压强的特点；8.探究杠杆的平衡条件；9.探究阻力对物体运动的影响；10.探究影响滑轮组的机械效率的因素；11.探究影响动能大小的因素。高频考点集中在3、4、5、8、11.解力学探究题，与解一般探究题的思路与步骤一样，先读懂题意，知道探究的对象是什么，然后依据学过的知识灵和应对。例1.（2019德阳市）如图所示是探究杠杆平衡条件的几个实验情景：（1）挂钩码前，杠杆在如图甲所示的位置
2、静止，此时杠杆_（选填“达到”或“没有达到”）平衡状态，接下来调节杠杆两端的螺母，使杠杆处于_。（2）如图乙所示，A点挂有2个质量均为50g的钩码、为了让杠杆在水平位置平衡，应在B点挂_个质量均为50g的钩码。（3）如图丙所示，现给你一个量程为02N的弹簧测力计，若干个50g的钩码，钩码挂在C点处，现使用弹簧测力计和钩码使杠杆在水平位置平衡，则在C点处所挂钩码的最多个数为_个。【答案】 （1）达到 （2）水平位置平衡 （3） 3 （4） 6【简析】首先明确本题是探究与杠杆的平衡条件知识有关的内容。不管是探究平衡条件，还是运用平衡条件解决问题，都必须要知道杠杆的平衡条件：动力乘以动力臂等于阻力乘
3、以阻力臂（F1L1=F2L2）.再结合对阻力、阻力臂、动力、动力臂的区分，杠杆的调节等知识。（1）杠杆保持静止，处于平衡状态，所以图甲所示状态达到了平衡。但是我们在探究杠杆平衡条件时是让杠杆在水平位置平衡，这样重力的方向与杠杆自身垂直，力臂与杠杆重合，便于直接从杠杆上测量力臂的大小；这里杠杆的右端较高，所以我们要将平衡螺母应向右端移动使杠杆在水平位置平衡。（2）设杠杆上的一个小格长为L，一个钩码重为G，由杠杆的平衡条件：F1 l1 =F2 l2可得:（左边） 2G3L=（右边）nG2L，解得n=3，所以需要在B处挂3个钩码。（3）根据题意知道，当F作用点应在最左端，且F=2 N，F的方向垂直杠
4、杆向上，即竖直向上时，动力臂为最长，由杠杆的平衡条件F1 l1 =F2 l2可知：此时在C点处所挂钩码的最多，即nG4L=F6L，解得：n=6。【注意】要充分结合力学特点求解问题，比如做受力分析、应用力学规律分析、简单计算等。例2.（2019达州市）小明按如下步骤完成探究“影响滑动摩擦力大小的因素”的实验a.如甲图所示，将木块A平放在长木板B上，缓缓地匀速拉动木块A.保持弹簧测力计示数稳定，并记录了其示数。b.如图乙所示，将毛巾固定在长木板B上，木块A平放在毛巾上,缓缓地匀速拉动木块A,保持弹簧测力计示数稳定，并记录了其示数。c.如图丙所示， 将木块A平放在长木板B上，并在木块A上放一钩码，缓
5、缓地匀速拉动木块A,保持弹簧测力计示数稳定，并记录了其示数。（1） 该实验 主要采用的探究方法是 。（2）由 两图可知: 当接触面粗糙程度一定时，接触面受到的压力越大，滑动摩擦力越大。（3）由甲乙两图可知:当接触面受到的压力一定时，接触面越租糙滑动摩擦力越 （选填 “大”或“小）.（4）实验后小组交流讨论时发现:在实验中很难使木块做匀速直线运动。于是小丽设计了如图丁所示的实验装置，该装置的优点是 长木板做匀速直线运动（选填“需要”或“不需要”）。实验中小丽发现:当F为3N时，木块A相对于地面静止且长木板B刚好做匀速直线运动，则长木板B受到地面的摩擦力大小为 N.（5）实验拓展:如图1所示，放在
6、水平地面上的物体C受到方向不变的水平拉力F的作用，F-t和v-t图像分别如图2、图3所示。则物体C在第4秒时受到的摩擦力大小为_ N.【答案】（1）控制变量法 （2）甲、丙 （3）大 （4）不需要 1.8 （5）4【简析】（1）比较甲乙图，压力相同（都等于A的重力），接触面的粗糙程度不同；比较甲丙图，接触面粗糙程度一样（都是A与木板），在压力不同，丙比甲大。所以本实验采用了“控制变量法”研究问题。（2）比较甲丙两图，他们的接触面都是A与木板，粗糙程度一样，但是甲的压力只有A的重力，摩擦力为1.2N；丙的压力为A的重力加钩码的重力，摩擦力为1.4N。由此可以看出：当接触面的粗糙程度一定时，压力越
7、大，滑动摩擦力越大。（3）比较甲乙两图：压力相等，均为A的重力，甲中接触面为木板，摩擦力为1.2N;乙的接触面为毛巾，摩擦力为1.6N，毛巾的粗糙程度比木板大。由此可以得出：在压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。（4）由丁图可知：拉动木板运动时，只要保持A静止不动，A就受到平衡力作用，拉力与摩擦力平衡。因此不需要木板做匀速直线运动。木块A相对于地面静止且长木板B刚好做匀速直线运动，B受到A的摩擦力和B与地面的摩擦力,方向水平向右，即F=FA+F地=3N.由甲图可知，A与木板间的摩擦力为1.2N，所以B与地面之间的摩擦力为F地=F-FA=3N-1.2N=1.8N.（5）由图3可知：在6-9
8、S时物体处于匀速直线运动状态，此时的拉力等于滑动摩擦力，从图2可知为4N。物体在3-6S内加速运动，拉力为6N.因为摩擦力与物体的运动的快慢没有关系，所以在4S时所受的摩擦力依然是4N。【注意】我们在解题时一定要注意探究的对象与哪些因素有关，哪些因素无关。记住相关公式是最简便的方法，如由p=gh可知液体压强只与液体密度和深度有关；由Ep=mgh可看出重力势能只与物体的重力大小和高度有关等。【真题再现】1.（2019铜仁市）小王在“测量小车的平均速度”的实验中，他已经从实验室借到的实验器材有:小车一辆、秒表一块、长木板一块、小木块一块。（1）他为了完成该实验，还需要的实验器材有 。（2）为了方便
9、计时，应该使斜面的坡度 （选填“较大”或“较小”）（3）经测量，S1=0.9m，S2=0.4m，小车从斜面顶端由静止下滑的过程中，秒表记录如图所示，则小车在S3上的平均速度是 m/s。【答案】（1）刻度尺（2）较小 （3）0.5【简析】（1）“测量小车的平均速度”的实验原理是V=S/t.所以需要测量路程S的刻度尺和测量时间t的计时器。（2）若果斜面坡度较大，小车下行的速度讲很快，测量时间时来不及反应，会造成较大的误差，所以应该使斜面的坡度较小。（3）由图可知：s3=s1-s2=0.9m-0.4m=0.5m;t3=1s.V3=s3/t3=0.5m/0.1s=0.5m/s。2.（2019北京市）某
10、同学为了测出木块A在水平桌面上运动的过程中所受滑动摩擦力的大小，采用了如图所示的实验装置。（1）他用弹簧测力计水平拉动木块A，应使木块A沿水平桌面做 直线运动。（2）请你画出（1）中木块A的受力示意图，并分析说明这种运动状态下，弹簧测力计的示数能表示木块A所受滑动摩擦力大小的依据。【答案】（1）匀速 （2）见下图； 由于木块A做匀速直线运动，处于平衡状态，拉力和滑动摩擦力为一对平衡力，所以fF，则弹簧测力计的示数能表示木块A所受滑动摩擦力大小。【简析】（1）测量滑动摩擦力的原理是二力平衡：当物体匀速直线运动时，物体处于平衡状态，弹簧测力计的拉力与滑动摩擦力是一对平衡力.所以用弹簧测力计水平拉动
11、木块A，应使木块A沿水平桌面做匀速直线运动，这样做的目的是便于测出木块所受滑动摩擦力的大小。（2）木块A沿水平桌面做匀速直线运动，物体处于平衡状态，受平衡力作用。木块A在水平方向上受拉力F和滑动摩擦力f，二力平衡；在竖直方向上受重力G和支持力F支，二力平衡。受力示意图如图所示。3.（2019福建省）如图，“验证阿基米德原理”的实验步骤如下：用弹簧测力计测出物体所受的重力G（图甲）；将物体浸没在水面恰好与溢口相平的溢水杯中，用空的小桶接从溢水杯里被物体排开的水，读出这时测力计的示数F（图乙）；测出接水后小桶与水所受的总重力G1（图丙）；将小桶中的水倒出，测岀小桶所受的重力G2（图丁）；分别计算出
12、物体受到的浮力和排开的水所受的重力，并比较它们的大小是否相同。回答下列问题：（1）物体浸没在水中，受到水的浮力F浮 ，被排开的水所受的重力G排 。（用上述测得量的符号表示）（2）指出本实验产生误差的原因（写出两点）：（a） ；（b） 。（3）物体没有完全浸没在水中， （选填“能”或“不能”）用实验验证阿基米德原理。【答案】（1）GF G1G2 （2）（a）测力计的精度不够，测量时测力计未保持静止等；（b）小桶中的水未倒净，排开的水未全部流入小桶等 （3）能【简析】（1）由称重法测浮力可知：物体浸没在水中，受到水的浮力：F浮GF；被排开的水所受的重力：G排G1G2；（2）实验产生误差的原因：（a
13、）测力计的精确程度不够，测量时测力计未保持静止等；（b）小桶中的水未倒净，排开的水未全部流入小桶等。（3）物体没有完全浸没在水中，按照上面的方法，依然可以用F浮GF计算浮力，G排G1G2排开水的重力，所以依然能用本实验验证阿基米德原理。4（2019郑州市）如图所示是小琴在“探究杠杆的平衡条件”的实验装置。（1）实验前，应调节两端的平衡螺母使杠杆在 位置平衡；这样做的目的主要是为了便与测量 。（2）如图甲所示，在杠杆A点挂两个钩码，每个钩码重0.5N，在B点竖直向下拉弹簧测力计，仍使杠杆平衡，此时弹簧测力计的示数应为 N：当斜拉弹簧测力计，再次使杠杆平衡时，则弹簧测力计的示数将 （选填“变大”。
14、“变小”或“不变”）。（3）小琴将杠杆的B位置挂在支架上，在E点挂质量为m的钩码，此时杠杆平衡（如图乙）。用刻度尺测出O到B的距离为L1和E到B的距离为L2，可以计算出杠杆的质量m杆 。（用字母表示）（4）用如图丙所示的实验装置测定杠杆的机械效率。实验时，应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计，这样拉力才等于动力F，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。实验中，测力计的示数F为 N，使钩码上升0.1m，测力计移动距离为0.3m，则杠杆的机械效率为 %。【答案】（1）水平 力臂 （2）1.5 变大 （3） （4）0.5 66.7【简析】（1）探究杠杆平衡条件时，使杠杆在水平位置平衡，此时重力的方向与杠杆垂直，力
15、臂在杠杆上，便于测量力臂，同时杠杆的重心通过支点，消除了杠杆自重对杠杆平衡的影响。（2）从图中可以看出：OB：OA2：3，FA=1N,弹簧测力计用力方向与杠杆垂直，所以力臂之比就是OB：OA2：3。根据杠杆的平衡条件FOBFAOA可得:F=1N=1.5N。斜向下拉时，阻力和阻力臂一定，动力臂变小，动力变大，所以，测力计的示数将大于1.5N；（3）图乙中的情形中，动力为杠杆的自重，动力臂为重心O到支点的距离，阻力为质量m的钩码的重力，阻力臂为支点到E的距离。用刻度尺测出此时钩码悬挂位置E到B的距离为L2，杠杆的重心在O点，要求杠杆的质量m杆，需要测出O到B的距离L1，即为杠杆重力的力臂，根据杠杆
16、平衡条件F1L1F2L2可得：mgL2m杆gL1，解得m杆。（4）图丁中弹簧测力计的示数是0.5N。在实验过程中，有用功为克服钩码的重力所做的功：W有用Gh1N0.1m0.1J；总功为拉力F所做的功：W总Fs0.5N0.3m0.15J。杠杆的机械效率：100%100%66.7%。5.（2019黄石市）探究小组为探究影响滑轮组的机械效率的因素，实验装置如图所示，数据如表所示。次数钩码重力（N）提升高度（cm）有用功（J）拉力（N）总功（J）机械效率11.0400.41.10.8845%21.5400.61.41.1254%32.030 1.7 42.5401.02.01.6063%（1）请把表格
17、中三个未完成的空补充完整。（2）甲同学根据表格数据可以得出钩码重力逐渐增大，滑轮组机械效率 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。请你解释出现这种现象的原因 。（3）乙同学进一步研究，测出动滑轮的质量为100g，根据表格中的数据得出：总功总是大于有用功与克服动滑轮重力的功之和，即：W总W有+W轮，他猜测还有 因素影响机械效率。（答一种因素即可）（4）丙同学计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值WW总W有W轮，通过比较第1、2和 组的数据，发现重物的重力越大，差值W （选“越大”、“越小”或“不变”），请你利用所学知识对此作出解释 。【答案】（1）第3次实验中，表格里的数据：有用功0
18、.6；总功1.02；机械效率59%（2）增大 动滑轮重力不变，随着钩码重力增大，有用功在总功中所占的比例增大，机械效率变大（3）绳重、各种摩擦 （4）4 越大，所挂钩码增多，摩擦力增大，额外功增多【简析】（1）由表中数据，第3次实验中有用功：W有Gh2N0.3m0.6J；n=2，snh=2h20.3m0.6m，总功：W总Fs1.7N0.6m1.02J；机械效率：59%。（2）分析表中的数据：由实验次数1到4，提起钩码的重力每次增大0.5N，机械斜率也由45%增大刀63%，所以可以得出：“钩码重力逐渐增大，滑轮组的机械效率增大”的结论。这是因为克服动滑轮重力所做的额外功不变，随着钩码重力增大，有
19、用功在总功中所占的比例增大，机械效率变大。（3）实验中，额外功出了克服动滑轮重力做的功以外，克服绳重、各种摩擦也要产生额外功，影响机械效率。（4）在计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值WW总W有W轮，即克服绳重和绳子与轮之间的摩擦做的功时，要控制物体提升的高度相同，所以应该通过比较第1、2和4组的数据：W1W总1W有1W轮0.88J0.4JG轮h0.48JG轮h；W2W总2W有2W轮1.12J0.6JG轮h0.52JG轮h；W3W总3W有3W轮1.60J1.0JG轮h0.6JG轮h。由上述计算可知：重物的重力越大，差值W越大，原因是：所挂钩码增多，摩擦力增大，额外功增多。6.（2
20、019武汉市）如图所示是“探究阻力对物体运动的影响”的实验装置。（1）实验时，将棉布铺在_（填“斜面”“水平木板”或“斜面和水平木板”）上，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车滑行的距离；去掉棉布，再次让小车从_滑下，观察小车滑行的距离。（2）由实验可以看出，运动的小车所受的阻力减小，向前滑行的距离_。推理可知：如果小车运动时不受阻力，它将_。【答案】（1）水平木板 斜面顶端由静止（2）变大 保持匀速直线运动【简析】（1）探究阻力对物体运动的影响，小车到达水平面的速度要相同。要保证小车到达平面时具有相同的速度，需要让小车在同一斜面的同一高度处由静止滑下，所以斜面的粗糙程度应该一样，棉布不能铺在
21、斜面上，不然，无法保证小车到达斜面时的速度相同。为改变小车在平面上的阻力大小，在小车对平面的压力一定（等于自身重力）时，只能改变平面的粗糙程度，所以要将棉布铺木板上。实验时，将棉布铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车滑行的距离；去掉棉布，再次让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车滑行的距离。（2）由实验可以看出，运动的小车所受的阻力减小，向前滑行的距离变大，速度减小变慢，据此推理可知，如果小车运动时不受阻力，它将运动的无穷远，速度大小不变，即做匀速直线运动。 7.（2019江苏无锡）如图所示，将压强计的金属盒放在同种液体中，金属盒面的朝向不同。（1）要观察到U形管两侧液面的高度差
22、相等，必须控制金属盒面的中心在液体的_相等，由上述实验可知：液体内部某一点，来自各个方向的压强大小是_的。（2）不增加器材，用这套装置还可以探究液体内部压强与_关系。【答案】（1）深度 相等 （2）深度【简析】（1）本实验是探究液体压强大小与方向是否有关，液压的大小是通过观察U形管两边液面的高度差实现的。由图所示现象可知：压强计的探头处于同种液体的同一深度，但朝向不同，而U形管压强计两管液面高度差相等，由此可得：同种液体，在同一深度，液体内部向各个方向的压强均相等。（2）液体密度相同，如果改变压强计的探头在水中的深度，即只改变深度的大小，故可探究液体内部压强与深度的关系。8.（2018本溪市）
23、图甲是探究“影响动能大小因素”的实验装置。（1）本实验中小球A的动能大小通过木块B在水平桌面上 来体现。若不用木块B，在桌面上铺一条毛巾， （填”可以”或“不可以”）用小球A在毛巾表面滚动的距离来体现。（2）将小球A放在同一斜面上 （填“相同”或“不同”）高度处由静止释放，目的是使小球在撞击木块B时速度不同，通过实验现象可以得出结论：质量相同的物体， ，动能越大。（3）善于动脑的小明设计了如图乙所示的方案：用同一个钢球两次将同一弹簧压到不同程度，两次实验弹簧具有的弹性势能 （填“相同”或“不同”），放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块时的速度也不同，从而验证了动能与速度的关系。接着让质量不
24、同的两个钢球两次将同一弹簧压缩到相同程度，放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块，这样做 （填“能”或“不能”）验证动能与质量的关系。【答案】（1）移动的距离 可以 （2）不同 速度越大 （3）不同 不能【简析】（1）本实验是探究“影响动能大小因素”，动能的大小人无法直观的感知，所以需要采用“转化法”来显示“动能”的大小：通过比较木块B在同一水平面上被撞击后移动的距离来比较小球A到达水平面时动能的大小。这里木块移动的能量来自小球的动能，若不计能量损失，有E=W=FS。这里F是木块与水平面的摩擦力，只要压力（木块的重力）不变，F就不变，所以S越大，E越大。若不用木块B，在桌面上铺一条毛巾，接触
25、面的粗糙程度相同，小球A克服摩擦力做功，也可以用小球A在毛巾表面滚动的距离来体现动能的大小。（2）小球到达平面时的速度大小由斜面的高度决定，同一斜面，高度越高，到达平面时的速度越大。让小球A从不同的高度由静止开始滚下，小球到达水平面时的速度不同，是为了研究小球动能的大小是否与速度有关。可以得出的结论是：当质量一定时，速度越大，动能越大。（3）弹簧的弹性势能的大小，与弹性形变的大小有关，弹性形变越大，弹性势能越大。用同一个钢球两次将同一弹簧压缩到不同程度，说明弹簧的形变不同，弹性势能不同。若用质量不同的铁球将同一弹簧压缩相同程度后静止释放，撞击放在同一位置的木块，撞击的动能由弹簧的弹性势能转化而
26、来，此时弹簧的弹性势能相同，转化出的动能也相同，因此，木块最终移动的距离相同，这样是不能完成实验的。9.（2019铜仁市）小明在探究“二力平衡”条件的实验中，设计了如图所示的两种实验方案。 （1）通过实验比较，小明发现采用方案乙，实验效果更好，原因是 。（2）该实验装置中，木板两端的定滑轮的作用是 。（3）保持两盘中砝码质量相等，把小车在水平桌面上扭转一个角度，放手后观察到小车转动，最后恢复到静止状态。这个实验现象说明:作用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，并且 ，这两个力才能彼此平衡。（4）小明在探究完“二力平衡”条件的实验后，又利用该装置进行探究，剪断小车左边的细线后，小车由静止向
27、右运动，此现象说明力可以改变物体的 。【答案】（1）减小摩擦力对实验的影响 （2）改变力的方向 （3）作用在同一条直线上（4）运动状态。【简析】（1）比较甲乙的实验装置可知：甲与桌面是滑动摩擦，乙与桌面是滚动摩擦，在同样条件下，滚动摩擦比滑动摩擦小很多，所以乙装置中摩擦力对实验结果的影响比甲小，实验效果比甲好。（2）定滑轮的作用主要是改变用力的方向，此处也是如此。（3）该步实验中“把小车在水平桌面上扭转一个角度”，改变了二力的角度（不在一条直线上），放手后观察到小车转动，说明此时小车未受平衡力作用。综合分析可得到的结论是在其它条件一样时，两个力要在一条直线上，才能是小车处于平衡状态，得出 “作
28、用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，并且作用在同一条直线上，这两个力才能彼此平衡。”的结论。（4）剪断小车左边的细线后，小车受到右边砝码产生的拉力作用，小车在这个拉力作用下，由静止变为运动，所以这个力改变了小车的运动状态。获得“力可以改变物体的运动状态”的结论。10.（2019北京市）某同学要测量一卷粗细均匀的铜线的长度，已知铜线的横截面积S5103cm2，铜的密度8.9g/cm3，他的主要实验步骤如下：用天平测出这卷铜线的质量m。计算出这卷铜线的长度L。请完成下列问题：（1）画出本次实验数据的记录表格。（2）测量铜线质量时，天平平衡后，右盘中砝码的质量和游码的位置如图所示，则该卷铜线的质量m g，铜线的长度1 cm。【答案】（1）见下表 （2）178 4103铜丝的质量m/g铜丝的体积V/cm3铜丝的长度L/cn【简析】（1）实验表格的设计时探究中的重要环节，要根据需要记录和计算的数据进行设计，一般将单位也注明在表头中。本实验中，用天平测出这卷铜线的质量m，已知铜的密度，根据密度公式变形可求得其体积，已知铜线的横截面积，然后利用VSL可求得卷铜线的长度L,所以需要记录铜丝的质量m,计算铜丝的体积V和铜丝的长度L。设计表格如上。（2）由图中可以知道：该卷铜线的质量m100g+50g+20g+5g+3g178g；由可得，该卷铜线的体积V20cm3，铜线的长度L4103cm。