力学实验探究题（解析版）

决胜中考2019物理分类命题解密专题十二力学实验探究题（解析卷）科学实验与探究是物理学习的重要内容，也是一种认识科学、应用科学的物理方法。进行科学探究活动的一般思维程序是：提出问题→建立假说（或猜想）→实验检验→归纳分析→解决问题（或得出结论）→实验修正。探究性试题是考查学生综合分析能力、归纳总结能力、发散性思维和创造性思维能力的中考热点题型，是近年来中考必考内容。探究性试题可分为：现象探究、方法探究、实验探究、数据探究、阅读情景探究等。解答此类试题要具备定的知识基础、能力基础、生活经验基础。思维方法是发掘物理现象与物理知识、物理过程与物理方法之间隐含的联系，找到物理知识、物理规律的应用原型，是学生能力得到锻炼与升华的过程。实验探究题主要以选择、填空、解答、分析为主。一、密度的测量1.测量工具：密度测量的常用工具是量筒（量杯）、天平。用量筒测量固体和液体的体积；用天平测量物体质量。（1）量筒的使用：如图（1）所示，使用量筒时应注意以下几个方面：一、首先分清量筒的量程、单位和分度值（常见量筒单位是ml，1ml=1cm3，1l=1000ml=10-3m3；图（1）中，量筒量程100ml，分度值2ml）；二、量筒使用时应放在水平桌面上；三、当液面是凸面时，视线应与凸液面的顶部保持水平；当液面是凹面时，视线应与凹液面的底部保持水平，图（2）中，红线表示正确读数的视线方向，此时读数为7.0ml）。图（1）图（2）（2）天平的使用：用天平测量物体的质量。天平的使用及注意事项：测量时，应将天平放在水平桌面上；先将游码拨回标尺左端的零刻线处（归零），再调节平衡螺母，使指针指到分度盘的中央刻度（或左右摆动幅度相等），表示横梁平衡；将物体放在左盘，砝码放在右盘，用镊子加减砝码并调节游码，使天平重新平衡；被测物体的质量=右盘中砝码的总质量+游码在标尺上的指示值。2.液体密度的测量：液体密度的测量步骤如下：（1）用天平称出烧杯的质量m1；（2）将适量的液体倒入烧杯中，用天平称出烧杯与液体的总质量m2；（3）将烧杯中的液体倒入量筒中，读出量筒中液体的体积V；（4）计算液体的密度：VmmVm12。3.固体密度的测量：固体密度的测量步骤如下：（1）用天平测量固体的质量m；（2）在量筒中倒入适量的水，读出水的体积V1；（3）用细线拴住固体，轻放浸没在水中，读出固体与水的总体积V2；（4）计算固体的密度：12VVm。二、摩擦力1.摩擦力：两个互相接触的物体，当它们要发生或已发生相对运动时，就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力就叫摩擦力。（1）摩擦力的方向：摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反；摩擦力有时起阻力作用，有时起动力作用。（2）摩擦力的大小：滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。接触面粗糙程度相同时，压力越大滑动摩擦力越大；压力相同时，接触面越粗糙滑动摩擦力越大。（3）滑动摩擦：相互接触的两个物体，当它们之间有相对运动时，产生的摩擦力。（4）滚动摩擦：相互接触的两个物体，当一个物体在另一个物体上发生滚动时，产生的摩擦力。（5）静摩擦力：相互接触的两个物体，当它们有相对运动趋势，但它们之间处于相对静止时产生的摩擦力。2.摩擦力应用（1）理论上增大摩擦力的方法有：增大压力、接触面变粗糙、变滚动为滑动。（2）理论上减小摩擦的方法有：减小压力、使接触面变光滑、变滑动为滚动（滚动轴承）、使接触面彼此分开（加润滑油、气垫、磁悬浮）。（3）在相同条件（压力、接触面粗糙程度相同）下，滚动摩擦力比滑动摩擦力小得多。三、阿基米德原理1.阿基米德原理：浸入液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。如图（3）所示。图（3）验证阿基米德原理2.公式表示：gVGF排液排浮；从公式中可以看出：液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。3.适用条件：液体（或气体）。四、运动与力的关系1.内容：一切物体在没有受到力的作用的时候，总保持静止状态或匀速直线运动状态。2.牛顿第一定律的理解（1）牛顿第一定律是通过分析、概括、推理得出的，不可能用实验直接来验证。（2）牛顿第一定律对任何物体都适用，不论固体、液体、气体。（3）力是改变物体运动状态的原因，力不是维持物体运动状态的原因。（4）运动的物体不受力时做匀速直线运动(保持它的运动状态)。（5）静止的物体不受力时保持静止状态(保持它的静止状态)。五、机械能1.动能（1）什么是动能：物体由于运动而具有的能。（2）影响动能的因素：物体动能的大小与两个因素有关：一是物体的质量，二是物体运动的速度大小。当物体的质量一定时，物体运动的速度越大其动能越大，物体的速度越小其动能越小；具有相同运动速度的物体，质量越大动能越大，质量越小动能越小。（3）动能是“由于运动”而产生的，一定不要把它理解成“运动的物体具有的能量叫动能”，不运动的物体也具有能量，但不具有动能。例如在空中飞行的飞机，不但有动能而且还具有其它形式的能量。2.势能（1）重力势能：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。1）重力势能的大小与质量和高度有关。物体的质量越大，被举得越高，则它的重力势能越大。2）重力势能是“被举高”这个原因而产生的，一定不要把它理解成“被举高的物体具有的能量叫重力势能”，被举高的物体具有重力势能，同时也具有其他形式能量。例如在空中飞行的飞机，不但有重力势能而且还具有其它形式的能量。（2）弹性势能：物体由于发生弹性形变，而具有的能叫做弹性势能。弹性势能的大小与弹性形变的程度有关；形变程度越大，其弹性势能越大。3.机械能1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。2.动能与势能的相互转化（1）在一定的条件下，动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处，再从高下落的过程中，先是动能转化为重力势能，后又是重力势转化为动能。（2）在一定的条件下，动能和弹性势能之间可以相互转化。如跳水运动员，在起跳的过程中，压跳板是动能转化为弹性势能，跳板将运动员反弹起来是弹性势能转化为动能。（3）机械能守恒：如果一个过程中，只有动能和势能相互转化，机械能的总和就保持不变，这个规律叫做机械能守恒。一、密度实验探究【典例1】（2018·衡阳）为了测量某种液体的密度，小明取了适量这种液体的样品，进行了三种方案的实验：（1）实验前小明将天平放在______台上，把游码放在零刻度处，发现指针指在分度盘的左侧，要使横梁平衡，应将平衡螺母向_____（选填“右”或“左＂）调节。（2）实验记录数据：m1＝30g，m2＝52g，m3＝52．8g，m4＝____g（如图甲），V1=____ml（如图乙），V2＝10ml，V3＝19ml，其中方案3中液体密度大小为______g/cm3（3）分析比较上述三种实验方案，你觉得比较合理的应该是________（选填“方案1”“方案2”或“方案3）【解析】（1）根据天平的使用方法可知应将天平放在水平台上，把游码放在零刻度处，发现指针指在分度盘的左侧，要使横梁平衡，应将平衡螺母向右调节。（2）实验记录数据：m1＝30g，m2＝52g，m3＝52．8g，由甲图可知m4＝20g+20g+1.4g＝41.4g，乙图中量筒的分度值是1ml所以V1＝20ml，V2＝10ml，V3＝19ml，从图可以看出方案3中杯子的质量是30g杯子和水的总质量是52.8g,所以液体的质量是22.8g,液体的体积是19ml所以液体的密度大小＝1.2g/cm3；（3）第一种方案中将液体倒入烧杯时量筒内壁有残留，所以质量偏小，根据密度公式可知求得密度偏小；第三章方案中将液体倒入量筒时烧杯内壁有残留，所以体积偏小，根据密度公式可知求得密度偏大；第二种方案误差较小，所以比较合理的是方案2。【答案】(1)水平；(2)右；(3)41.4；(4)20；(5)1.2；(6)方案2。二、影响摩擦力大小的因素实验探究【典例2】（2018·滨州）在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，小明找来了量程合适的弹簧测力计一个、长木板两块（一块光滑，另一块粗糙），长方体木块一块（带有挂钩），钩码一盒，实验过程如图所示，下列说法错误的是（）。A．测量摩擦力时，要使弹簧测力计拉着木块沿水平长木板做匀速直线运动；B．通过图甲、乙所示的实验可以得出结论：在保持压力一定时，粗糙程度越大，滑动摩擦力越大；C．此实验中应用了一种重要的探究物理问题的方法一控制变量法；D．图甲中用不同速度拉着木块做匀速直线运动，摩擦力大小也不同【解析】A、只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动，物体在水平方向上受到平衡力的作用，拉力大小才等于摩擦力的小。故测量摩擦力时，要使弹簧测力计拉着木块沿水平长木板做匀速直线运动，A正确；B、比较甲乙两图，压力大小相同，乙接触面粗糙，乙测测力计示数大于甲的示数，可得出在保持压力一定时，粗糙程度越大，滑动摩擦力越大，B正确；C、此实验中应用了一种重要的探究物理问题的方法一控制变量法，B正确；D、因影响滑动摩擦力大小的两个因素：压力大小和接触面的粗糙程度都不变，故图甲中用不同速度拉着木块做匀速直线运动，摩擦力大小相同，D错误。故选D。三、阿基米德原理实验探究【典例3】（2018·衡阳）为了直观验证阿基米德原理，实验装置如图所示，把弹簧测力计上端固定在铁架台上，用粗铁丝做一个框，挂在弹簧测力计挂钩上，在粗铁丝框上端悬吊一个金属块，下端放一小杯在金属块的正下方，有一个溢水杯，溢水杯放置在铁架台的支架上，溢水杯跟金属块、粗铁丝都不接触。（1）平稳缓慢地抬高溢水杯支架，使金属块完全浸没入水中（如图甲→乙→丙），在此过程中，弹簧测力计示示数：F甲_______F丙（选填“大野”、“等于”或“小于”）。（2）再平稳缓慢地降低溢水杯支架，使金属块完全离水面（如图丁）可以计算出图丙中金属块所受到的浮力约为______N，此时浮力的测量数值比真实数值将____（选填“偏大”或“偏小”）。【解析】（1）根据阿基米德原理知物体所受的浮力等于它排开液体所受的重力，由图甲→乙→丙），在此过程中，弹簧测力计示示数：F甲等于F丙；（2）再平稳缓慢地降低溢水杯支架，使金属块完全离水面以后，物体不在受到浮力，此时弹簧测力计示数增大，增大示数即物体所受浮力，所以金属块所受到的浮力约为4.4N-3.2N＝1.2N，由于物体从液体里面出来时要带出一部分水所以浮力的测量数值比真实数值将偏大。【答案】（1）等于；（2）1.2；（3）偏大。四、运动和力的关系实验探究【典例4】（2018·东营）用如图1的实验装置，让静止的小车从斜面的同一高度滑下，观察并记录小车在三种不同木板水平面上运动的距离，探究阻力对物体运动的影响。图2是对在水平面上运动小车进行的受力分析，其中正确的是______；小易按照“毛巾一棉布一木板”的顺序进行实验，实验记录如下表。分析比较表中内容，可得出的初步结论是：小车受到的摩擦力越小，运动距离______；深入分析发现，小车受到的阻力越小，速度减小的越慢，由此进一步推理得出的结论是：______；接触面小车受到摩擦力的大小小车在水平面上的运动距离毛巾大棉布较大木板小早在17世纪初期，意大利物理学家______填写科学家名字就通过实验和科学推理的方法研究过力和运动的关系。【解析】水平面上做减速运动的物体，受非平衡力的作用，对物体受力分析选出正确选项；接触面越光滑，小车受到的摩擦力越小，速度减小得越慢，小车运动的距离越远；根据牛顿第一定律，如果运动的物体没有受到力的作用，将做匀速直线运动。意大利物理学家伽利略通过实验和科学推理的方法研究力和运动的关系。探究阻力对物体运动的影响实验中，水平面的粗糙程度影响了阻力的大小，要注意掌握控制变量法和科学推理法的应用。小车水平面上做减速运动的物体，受非平衡力的作用，在竖直方向上受重力和支持力，水平方向只受水平向左的摩擦力，故B正确；小车在三个水平面上运动时，水平面越光滑，说明水平面粗糙程度越小，小车受到的摩擦阻力越小，小车运动的距离越远。由上述实验可推理得：如