專題6　力學(xué)探究實(shí)驗(yàn)（原卷版）

專題6力學(xué)探究實(shí)驗(yàn)【例題精析】類型1摩擦力的探究實(shí)驗(yàn)【熱點(diǎn)搜尋】要注意靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的區(qū)別，尤其是滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)某小組探究“滑動(dòng)摩擦力大小與壓力、重力二個(gè)因素是否有關(guān)”，設(shè)計(jì)了如圖裝置，在水平放置的臺(tái)式測(cè)力計(jì)上放質(zhì)量不計(jì)的白紙，再在白紙上壓金屬盒，右邊連彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)右端固定，左邊用手拉白紙。（1）為了測(cè)出滑動(dòng)摩擦力的大小，彈簧測(cè)力計(jì)拉白紙時(shí)勻速。（選填“必須”或者“可以不”）探究小組進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn)，記錄如下：實(shí)驗(yàn)步驟臺(tái)式測(cè)力計(jì)示數(shù)F/N金屬盒重力G/N彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)f/N①把金屬盒放在質(zhì)量不計(jì)的白紙上，在拉動(dòng)白紙的過(guò)程中讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)552②接著，將質(zhì)量不計(jì)的氫氣球系在金屬盒上，在拉動(dòng)白紙的過(guò)程中讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)351.2③接著，往金屬盒注入適量的沙子，使臺(tái)式測(cè)力計(jì)的示數(shù)為5N，在拉動(dòng)白紙的過(guò)程中讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)372請(qǐng)根據(jù)探究記錄回答：（2）根據(jù)可知，摩擦力的大小等于彈簧測(cè)力計(jì)的拉力。（3）要得出摩擦力大小與重力是否有關(guān)的結(jié)論，應(yīng)對(duì)比步驟。（4）寫出本探究的結(jié)論。小金在探究“滑動(dòng)摩擦力大小受什么因素影響”時(shí)，采用如圖甲的方式進(jìn)行。將長(zhǎng)方體木塊放在長(zhǎng)木板上，將木塊用彈簧測(cè)力計(jì)水平拉住，彈簧測(cè)力計(jì)另一端固定在桌上一側(cè)。實(shí)驗(yàn)時(shí)在沙桶中加沙，使長(zhǎng)木板運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定時(shí)，其讀數(shù)等于木塊和長(zhǎng)方體之間的滑動(dòng)摩擦力大小。再分別把1個(gè)砝碼、2個(gè)砝碼放于木板上，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。（1）長(zhǎng)木板是否需要做勻速直線運(yùn)動(dòng)？（2）沙桶中放了沙子而不是砝碼，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是什么？（3）小明認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中改變了重力，所以結(jié)論應(yīng)為“重力越大，滑動(dòng)摩擦力越大”，為了證明他的觀點(diǎn)的正誤，他們又做了如圖乙的實(shí)驗(yàn)。先在沙桶中添加沙子，然后讓電子秤示數(shù)為5N，拉動(dòng)木板，直到彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定，測(cè)出此時(shí)的拉力為F1。接著他的操作是，測(cè)出此時(shí)的拉力為F2，若F1＝F2，說(shuō)明滑動(dòng)摩擦力的大小與重力無(wú)關(guān)。一質(zhì)量均勻分布、正反面相同的長(zhǎng)方形木板，以中線MN為界，對(duì)比觀察左右兩部分，發(fā)現(xiàn)粗糙程度可能不一樣，哪一側(cè)更粗糙？同學(xué)們進(jìn)行了研究。（1）①小華將滑塊放木板上，通過(guò)細(xì)線和固定的測(cè)力計(jì)相連，如圖甲。水平向右拉動(dòng)木板，待示數(shù)穩(wěn)定時(shí)，記下滑塊經(jīng)過(guò)左、右兩部分時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)F左和F右，若F左＞F右，則木板的側(cè)更粗糙，實(shí)驗(yàn)時(shí)（選填“需要”或“不需要”）勻速拉動(dòng)木板。②小華左右手戴上同樣的手套，木板水平對(duì)稱地放在左右手上，現(xiàn)左手向左、右手向右，使兩手距離快速增大，若木板向左運(yùn)動(dòng)，則木板側(cè)更粗糙。（2）小紅使滑塊分別從左右兩側(cè)滑上木板，測(cè)出滑塊運(yùn)動(dòng)的速度，作出滑塊從兩端分別運(yùn)動(dòng)至MN過(guò)程中的速度v和時(shí)間t的關(guān)系圖線如圖丙，則圖線（選填“a”或“b”）所對(duì)應(yīng)的接觸面更粗糙，判斷的依據(jù)是。類型2浮力大小與什么因素有關(guān)【熱點(diǎn)搜尋】浮力的測(cè)量法、阿基米德定律的探究與驗(yàn)證也是考試的熱點(diǎn)之一。如圖所示是小科自制的用來(lái)探究影響浮力大小因素的裝置：將彈簧和標(biāo)尺固定在支架上，用細(xì)線將一個(gè)金屬塊懸掛在彈簧下端，彈簧靜止時(shí)指針正對(duì)標(biāo)尺上的A位置（本裝置使用時(shí)，彈簧未超過(guò)彈性限度）。（1）向杯中緩慢注水，從金屬塊底部接觸水面，到金屬塊剛好浸沒(méi)水中的過(guò)程中，指針由標(biāo)尺上的A位置慢上移至C位置，說(shuō)明物體所受浮力的大小跟有關(guān)，此過(guò)程中支架上O點(diǎn)所受拉力的最大變化量為△F1；繼續(xù)向杯中注水，指針（選填“上移”“不動(dòng)”或“下移”）（2）為了探究金屬塊所受浮力的大小是否與液體的密度有關(guān)，小科將水倒盡，向杯中緩慢注入某種液體（ρm≠ρ水），當(dāng)指針指在C位置時(shí)，他的下一步操作是。（3）將液體倒盡，用等體積的塑料塊（ρ水＜ρ塑料＜ρ金屬）替換金屬塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。向杯中級(jí)慢注水，從塑料塊底部接觸水面，到塑料塊浸沒(méi)到水中的過(guò)程中，支架上O點(diǎn)所受拉力的最大變化量為△F2：，則△F1△F2（選填“＞”“＝”或“＜”）。小金在一根一端密封的空心玻璃管下端繞上一段細(xì)鐵絲，制成一支自制密度計(jì)，用它來(lái)測(cè)量液體密度，測(cè)量過(guò)程中杯內(nèi)液體總量沒(méi)有變化，小金先用天平稱出空心玻璃管和細(xì)鐵絲的總質(zhì)量為100克。（本題中取ρ＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg）（1）當(dāng)密度計(jì)在杯中漂浮時(shí)，液面高度在A處（如圖甲）。此時(shí)，密度計(jì)受到的浮力為牛頓，密度計(jì)排開液體的體積為米3。（2）使用中，小柯發(fā)現(xiàn)細(xì)鐵絲很容易滑落，于是他改變這段細(xì)鐵絲的形狀，并把鐵絲置于玻璃管內(nèi)，再次測(cè)量同一杯液體密度（如圖乙），杯中液面將（填“上升”、“下降”或“仍在A處”）小明取一根飲料吸管，將一些銅絲從吸管的下端塞入作為配重，并用石蠟將吸管的下端封起來(lái)，初步做成一支密度計(jì)。為了給密度計(jì)標(biāo)上刻度，他用刻度尺測(cè)出密度計(jì)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，然后將密度計(jì)放入水中，測(cè)出密度計(jì)露出水面的高度為h1；小明將該密度計(jì)放入待測(cè)液體中，密度計(jì)露出該液體表面的高度為h2，如圖1所示。（1）已知水的密度為ρ水，利用測(cè)量的物理量和ρ水計(jì)算待測(cè)液體的密度，請(qǐng)寫出待測(cè)液體密度的表達(dá)式：ρ＝。（2）若將做成的密度計(jì)，將其放入密度為0.9g/cm3植物油中，靜止時(shí)，液面可能在圖2中（選填“A”或“B”）處。（3）小軍也用吸管制作了密度計(jì)，他發(fā)現(xiàn)密度計(jì)相鄰兩刻度線之間的距離太小，導(dǎo)致用此密度計(jì)測(cè)量液體密度時(shí)誤差較大，為此同學(xué)們提出了如下改進(jìn)方案，其中可行的是。（選填選項(xiàng)前的字母）A．換大的容器盛放液體做實(shí)驗(yàn)B．換細(xì)的吸管制作密度計(jì)C．換稍長(zhǎng)的吸管制作密度計(jì)D．適當(dāng)減小密度計(jì)的配重。類型3動(dòng)能、勢(shì)能大小與什么因素有關(guān)【熱點(diǎn)搜尋】探究動(dòng)能、勢(shì)能大小與什么因素有關(guān),用到了控制變量法和轉(zhuǎn)換法,在寫結(jié)論的時(shí)候要注意變量的表述,不能用轉(zhuǎn)換后的量代替控制變量。在做“探究動(dòng)能大小與質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明想：小球從相同高度滾下，若小球材質(zhì)和斜面傾角不同，到達(dá)水平位置時(shí)的速度會(huì)相同嗎？（1）圖甲是用擋板控制大小不同的兩個(gè)小球在斜面上起始位置的兩種方案，小明實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇A方案而不能選擇B方案的原因是。（2）小明選擇大鋼球、小鋼球、木球以及可調(diào)整傾角的斜面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。分別讓球從斜面同一高度由靜止開始釋放，利用測(cè)速儀測(cè)出球到達(dá)水平位置時(shí)的速度如表所示。10°20°30°40°50°60°大鋼球2.672.672.672.752.882.97小鋼球2.672.672.672.752.882.97木球2.672.672.672.672.742.89分析表中數(shù)據(jù)可知：要使球到達(dá)水平位置時(shí)的速度與球是鋼質(zhì)或木質(zhì)無(wú)關(guān)，則斜面傾角不可能是。A.15°B.25°C.35°D.45°（3）小明利用圖乙裝置做“探究動(dòng)能大小與質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)觀察球撞擊相同塑料軟片的數(shù)目來(lái)比較球的動(dòng)能大小（圖中未畫出固定塑料軟片的裝置）。老師指出此裝置不適合體積不同的兩個(gè)球做實(shí)驗(yàn)，原因是。

【針對(duì)訓(xùn)練】1．如圖，某實(shí)驗(yàn)小組在“探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，讓小球從同一斜面某處由靜止釋放，撞擊水平面上的同一木塊，木塊移動(dòng)一段距離后停止。（1）該實(shí)驗(yàn)中的研究對(duì)象是（選填“小球”或“木塊”），小球滾下斜面的過(guò)程中，它的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，球動(dòng)能的大小是通過(guò)來(lái)反映的；（2）分析比較甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)，可探究出的結(jié)論是：；（3）在甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)中，木塊克服摩擦力做功是的（選填“相等”或“不相等”）；若甲實(shí)驗(yàn)中木塊重為1N，水平移動(dòng)的距離是30cm，則重力對(duì)木塊做的功為J；（4）若斜面光滑，小球從斜面頂端由靜止?jié)L到斜面底端的過(guò)程中，其機(jī)械能（選填“變大”、“變小”或“不變”）；（5）某同學(xué)做了甲、丙兩次實(shí)驗(yàn)如圖所示，得到結(jié)論：“當(dāng)物體的速度一定時(shí)，物體質(zhì)量越大，物體動(dòng)能越大”，該同學(xué)的結(jié)論（選填“正確”或“不正確”）。2．（1）小明使用天平和量筒測(cè)量實(shí)心金屬塊的密度。①他先把托盤天平放在水平桌面上，將游碼移到標(biāo)尺左端的零刻度線處，發(fā)現(xiàn)指針在圖甲所示的位置靜止。此時(shí)應(yīng)將天平右端的平衡螺母向調(diào)節(jié)，使橫梁在水平位置平衡。②將金屬塊放在調(diào)節(jié)好的托盤天平的左盤中，右盤中放砝碼，當(dāng)天平平衡時(shí)，右盤中的砝碼以及游碼在標(biāo)尺上的位置如圖乙所示，則金屬塊的質(zhì)量是g。③金屬塊放入量筒前、后，量筒中水面位置如圖丙所示。則金屬塊密度是kg/m3。（2）八年級(jí)二班的同學(xué)們?cè)谔骄俊皠?dòng)能的大小跟哪些因素有關(guān)”時(shí)，提出如下猜想。猜想一：動(dòng)能的大小與物體的質(zhì)量有關(guān)猜想二：動(dòng)能的大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)為了驗(yàn)證上述猜想，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。①實(shí)驗(yàn)時(shí)是讓小球由靜止開始沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，并撞擊平面上的木塊，觀察并記錄被撞木塊運(yùn)動(dòng)距離的長(zhǎng)短。小球從斜面一定高度由靜止向下運(yùn)動(dòng)到達(dá)斜面底端的速度只與起點(diǎn)的高度有關(guān)，起點(diǎn)越高，到達(dá)底端的速度。b.被撞木塊在平面上運(yùn)動(dòng)的距離越長(zhǎng)，反映出運(yùn)動(dòng)小球具有的越大。②圖乙所示的實(shí)驗(yàn)中，讓不同質(zhì)量的兩個(gè)小球從同一高度滾下，探究的是動(dòng)能與的關(guān)系。③分析圖乙所示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和相關(guān)數(shù)據(jù)，得出的初步結(jié)論是：。3．在“探究影響動(dòng)能大小的因素”實(shí)驗(yàn)中，如圖甲、乙、丙所示，讓質(zhì)量為m、2m的兩個(gè)鋼球分別從斜面上由靜止?jié)L下，鋼球撞擊放在水平木板上的木塊，使木塊滑動(dòng)，虛線位置為木塊滑動(dòng)一段距離后停止的位置。（1）實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察來(lái)比較動(dòng)能的大小；（2）甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)中，將同一小球從斜面的不同高度由靜止釋放，這是為了探究動(dòng)能大小與的關(guān)系；（3）比較甲、丙兩圖進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是。（4）小磊在探究“動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)將實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)成如圖丁所示，利用質(zhì)量不同的鐵球?qū)椈蓧嚎s相同程度靜止釋放，撞擊回一木塊，該實(shí)驗(yàn)方案是（選填“可行”或“不可行”），理由是：。4．如圖是小明探究“動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）在探究小車速度對(duì)其動(dòng)能的影響時(shí)，應(yīng)保持不變，使小車多次從（選填“相同”或“不同”）高度下滑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）小明兩次實(shí)驗(yàn)操作，第一次木塊被撞得近，木塊受到的摩擦力為f1；第二次木塊被撞得遠(yuǎn)，木塊受到的摩擦力為f2，則f1f2（選填“＞”“＝”或“＜”）。（3）如果水平面絕對(duì)光滑，本實(shí)驗(yàn)（選填“仍能”或“不能”）達(dá)到探究目的。5．小明同學(xué)利用燒杯、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)線、水、密度計(jì)來(lái)測(cè)量金屬塊和液體的密度。（已知ρ水＝1.0x103kg/m3，g＝10N/kg）（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量金屬塊的重力，其示數(shù)如圖A所示，可求出金屬塊的質(zhì)量m＝kg。（2）金屬塊的密度ρ＝kg/m3。（3）利用密度計(jì)可以直接測(cè)量出液體的密度，將其插入被測(cè)液體中，待其靜止后直接讀取液面處的刻度值即為該液體的密度值小明同學(xué)將密度計(jì)放入甲液體中，其示數(shù)如圖C所示，則甲液體的密度ρ＝kg/m3。（4）小明同學(xué)將密度計(jì)放入乙液體中，如圖D所示，比較C、D兩圖可知ρ甲ρ乙（選填“＞”、“＜”或“＝”）。6．小明學(xué)習(xí)壓強(qiáng)和浮力知識(shí)后，利用水和飲料、兩個(gè)完全相同的杯子進(jìn)行了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)，將同一合金塊依次浸沒(méi)到質(zhì)量相同的水和飲料中，g取10N/kg，請(qǐng)根據(jù)圖中信息回答下列問(wèn)題：（1）物體浸沒(méi)后（不接觸容器底），容器底受到的液體的壓強(qiáng)分別為p水和p飲料二者的大小關(guān)系為：p水p飲料（選填“＞”、“＝”或“＜”）。（2）飲料的密度是kg/m3。（3）小明進(jìn)一步分析在合金塊浸沒(méi)的條件下，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F與液體密度ρ液關(guān)系，圖乙中能正確表達(dá)二者關(guān)系的圖象是（選填“a”、“b”“c”或“d”其中d是較粗的那條彎曲的線）。（4）根據(jù)（3）的分析，小明將彈簧測(cè)力計(jì)改裝成測(cè)液體密度的密度秤，則他利用這套器材能測(cè)量的液體密度最大值為：kg/m3。7．在探究“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)中，如圖1所示，讓小車分別滑到毛巾、棉布和木板的水平面上，觀察小車在水平面上滑行的距離。（1）為了使小車進(jìn)入水平面的速度相同，每次小車要從同一斜面的滑下。（2）如圖2所示的甲、乙、丙三個(gè)圖象是用傳感器和示波器記錄的小車在斜面和三種不同的水平表面的“速度與路程”圖象。①由圖象可知：阻力越小，小車滑行的距離就越，說(shuō)明小車運(yùn)動(dòng)的速度減小得越；②請(qǐng)?jiān)趫D丁中，畫出水平面光滑時(shí)小車的“速度與路程”的圖像。（3）這個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材也可以用于探究動(dòng)能影響因素，你認(rèn)為可以探究動(dòng)能與的關(guān)系。8．生活中，我們看到過(guò)這些現(xiàn)象：綠燈亮起時(shí)，小轎車啟動(dòng)較快，而大貨車啟動(dòng)較慢；百米賽跑沖過(guò)終點(diǎn)時(shí)，速度越快越不容易停下來(lái)。學(xué)習(xí)牛頓第一定律后，小馨同學(xué)和小林同學(xué)對(duì)上述現(xiàn)象有不同的看法：小馨認(rèn)為：質(zhì)量越大，慣性越大；小林認(rèn)為：速度越快，慣性越大。究竟誰(shuí)的觀點(diǎn)正確呢，小馨和小林一起進(jìn)行了如下探究：探究（一）：如圖甲，把A、B兩車放在較光滑水平地面上（mA＞mB），兩根相同的橡皮筋一端固定在墻面上，另一端分別系于A車和B車前端，將小車?yán)磷髠?cè)相同的位置，此時(shí)橡皮筋繃緊，釋放小車，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間后，小車到達(dá)位置如圖甲所示。探究（二）：如圖乙，將小車從較光滑斜面h1＝20cm處?kù)o止釋放，測(cè)得小車到達(dá)粗糙水平面的速度v1＝2m/s，經(jīng)t1＝2.8s停于位置1，再將該車從同一斜面h2＝10cm處?kù)o止釋放，測(cè)得小車到達(dá)水平面的速度v2＝1.4m/s，經(jīng)t2＝2s停于位置2；【分析與論證】（1）質(zhì)量不同的兩小車，相同時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離不同，可知（選填“A”或“B”）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變，則越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越不容易改變，慣性就越大；（2）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度可近似認(rèn)為是速度變化的快慢，分析探究（二）的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)小車速度變化快慢是否相同？