专题21力学体系六个常考的探究实验问题

2023年物理中考30个特色与重点专题再巩固（三轮复习查缺补漏全国通用）专题21力学体系六个常考的探究实验问题1.小晨同学买了一个小吊坠（如图甲所示）作为母亲节的礼物送给妈妈，他利用天平和量筒测量小吊坠的密度进行鉴定。（1）将天平放在_____上，拨动______至标尺左端零刻度线，此时指针偏向分度盘中线左侧，他应该将平衡螺母向_______（选填“左”或“右”）移动，直至天平平衡；（2）将解去挂绳的小吊坠放在左盘，往右盘加减砝码，当最后放入5g的砝码时，发现指针指在分度盘中线的右侧，则他下一步的操作是（）A．向右移动游码B．向左移动平衡螺母C．取出5g的砝码（3）天平再次平衡后，砝码和游码的位置如图乙所示，则该小吊坠的质量为_______g；（4）先向量筒中加入30mL的水，将重新系好挂绳的小吊坠轻放入量筒中，水面如图丙所示，则小吊坠的体积为_______cm3；（5）小晨将测得的密度和表格中数据进行对比，发现小吊坠可能是_______制作而成的，他仔细分析了自己的测量过程发现，小吊坠密度的测量值与真实值相比_______（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。材质翡翠和田玉玻璃有机玻璃密度/g•cm3约3.3~3.36约2.95~3.172.51.18【答案】（1）水平工作台游码右（2）C（3）24（4）8（5）和田玉偏小【解析】（1）在使用天平前，应进行调零，将天平放在水平工作台上，拨动游码至标尺左端零刻度线。指针偏向分度盘中线左侧，说明此时天平左端重，右端轻，应该将平衡螺母向右移动，直至天平平衡。（2）当最后放入5g的砝码时，发现指针指在分度盘中线的右侧，说明此时5g的砝码质量过大，故应将5g的砝码取下，移动游码，使得天平平衡，故下一步的操作是取出5g的砝码，故AB不符合题意，C符合题意。故选C。（3）由图乙可知，小吊坠的质量为m=20g+4g=24g（4）由图丙可知，此时水与小吊坠的总体积为V总=38mL，故小吊坠的体积为V=V总V0=38mL30mL=8mL=8cm3（5）由可得，小吊坠的密度为故由表中数据可知，小吊坠可能是和田玉制作而成的。在测量小吊坠体积时，绳子未解下，则由排水法测小吊坠体积时，会使得小吊坠的体积测量值偏大，故由可知，会使得小吊坠密度的测量值与真实值相比偏小。2.物理实验小组为了测量小物块的密度，进行了以下操作：（1）把托盘天平放在水平台上，将游码移至标尺______（选填“左”或“右”）端的零刻度线处，发现指针静止在分度盘中线右侧（如图甲所示），此时应将平衡螺母向______（选填“左”或“右”）调节，使托盘天平平衡；（2）用调节好的天平测量小物块的质量，所用砝码和游码情况如图乙所示，则小物块的质量为________g；（3）如图丙所示量筒中水的体积是______mL，用细绳系住小物块沉入水中，待完全浸没后量筒中液面上升至80mL处，则小物块的体积为_______cm3；（4）通过上述数据可求得小物块的密度为_______g/cm3；（5）小红同学在整理器材时发现右盘中砝码有一个缺了一角，该情况会对测量结果造成一定误差，导致所测密度值_______（选填“偏大”或“偏小”）。【答案】（1）左左（2）32（3）6020（4）1.6（5）偏大【解析】（1）使用天平时，要将天平放在水平台面上，把游码移到横梁标尺左端的零刻度线处，发现指针静止在分度盘中线右侧（如图甲所示），说明天平的右端下沉，左端上翘，应将平衡螺母向上翘的左端移动，使托盘天平平衡。（2）根据图乙可知，天平标尺的分度值是0.2g，游码对应的刻度值是2g，故此时小物块的质量m=20g+10g+2g=32g（3）据丙图可知，此时水的液面与60刻度线相平，所以水的体积为60mL。小物块的体积V=80mL60mL=20mL=20cm3（4）小物块的密度（5）因为砝码有一个缺了一角，所以该砝码的实际质量小于所标质量。当天平平衡时，物体的实际质量等于砝码的实际质量加上游码对应的示数，而读数却是按砝码上的所标质量，这样就导致称出来的石块质量偏大，根据密度公式可知，测量结果偏大。3.酒精消毒液已成为居家必备用品。小强利用天平、量筒等实验器材测量某酒精消毒液的密度。（1）将天平放在______上，将游码移至标尺左端的零刻度线处，此时指针位置如图甲所示，应向________调节平衡螺母直至天平平衡；（2）测量步骤如下：①在烧杯中倒入适量消毒液，用天平测出烧杯和消毒液的总质量为78g；②将烧杯中部分消毒液倒入量筒，液面位置如图乙所示，量筒内消毒液的体积为_______cm3；③用天平测出烧杯和剩余消毒液的质量如图丙所示，则其质量为_______g；④消毒液的密度为_______g/cm3。（3）小强测量一个木块（ρ木<ρ水）的密度，由于木块体积较大无法放入量筒，于是利用电子秤、一根细钢针、烧杯和水设计如下实验，测出了木块的密度；①如图A所示向烧杯中倒入适量水，电子秤的示数为m1；②如图B所示将木块放在水中，静止时电子秤的示数为m2；③___________，电子秤的示数为m3；④木块密度ρ木=__________（用m1、m2、m3和ρ水表示）。（4）测完密度后，小强发现由于电子秤没调零，每次测量结果都偏大2g，则测得的木块密度______（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。【答案】（1）水平台面左（2）40440.85（3）用细钢针将木块压入水中，使其浸没（4）不变【解析】（1）天平使用时应放在水平台面上。由图甲可知，指针向右偏，应向左调节平衡螺母直至天平平衡。（2）由图乙可知，量筒内消毒液的凹液面与40ml刻度平齐，故量筒内消毒液的体积为40cm3。由图丙可知，右盘内的砝码为40g，游码示数为4g，故烧杯和剩余消毒液的质量为倒入量筒中的消毒液的质量为消毒液的密度为（3）为了测出木块的体积，需用细钢针将木块完全压入水中，使其浸没。浸没后木块受到的浮力为可得木块的体积为木块质量为木块的密度为由密度表达式可知，每次测量结果都偏大2g，测量结果之差保持不变，故测得的木块密度不变。4．在“测量金属块的密度”实验中：实验器材有托盘天平、量筒、足量的水、细线、待测小金属块（质地均匀）等。（1）小鑫同学首先将托盘天平放置于工作台上，将游码放在标尺的处，发现指针的位置如图甲所示，要使横梁平衡，应将平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节。（2）将金属块放在托盘天平的左盘内，向右盘中加减砝码，并调节游码，当横梁重新平衡时，所用砝码和游码在标尺上的位置，如图乙所示，金属块的质量为g。（3）把金属块缓慢放入装有20ml水的量筒内，使其浸没在水中，此时量筒内的水面如图丙所示，则金属块的体积是cm3。（4）经过计算可知，金属块的密度是g/cm3，可以换算为kg/m3。（5）将金属块截去一半，剩余金属块与原金属块相比，密度（选填“不变”或“改变”）。【答案】（1）水平；零刻度线；右；（2）54；（3）20；（4）2.7；2.7×103；（5）不变。【解析】（1）实验前，首先要把天平放在水平工作台上，把游码移到标尺左端的零刻线处；指针静止时指在分度盘中央刻度线的左侧，要使横梁平衡，应将平衡螺母向右调节；（2）金属块的质量为：m＝50g+4g＝54g，（3）由图可知，此时量筒中水的体积为40mL；金属块的体积为：V＝V2﹣V1＝40mL﹣20mL＝20mL＝20cm3，（4）金属块的密度为：ρ＝＝＝2.7g/cm3＝2.7×103kg/m3；（5）将金属块截去一半，质量减小了，但密度不变。5.在探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验中，某实验小组选择如下器材：长木板、棉布、木块、砝码、弹簧测力计等进行实验。（1）根据___________知识，用弹簧测力计沿水平方向拉着木块做___________运动时，木块所受滑动摩擦力的大小等于拉力的大小；（2）比较图中___________两次实验可知，当接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；（3）实验中发现图丙弹簧测力计的示数比图甲的大，由此得出结论：当压力相同时，接触面越___________，滑动摩擦力越大；（4）本实验主要采用的科学探究方法是___________法；（5）该小组将木块沿竖直方向切掉一半后重新进行实验，如图丁所示，测得木块所受摩擦力与图甲测得的摩擦力进行比较，得出结论：滑动摩擦力的大小与接触面积有关。此结论是___________的（选填“正确”或“错误”）；（6）该小组在实验中发现较难保持木块匀速运动，导致弹簧测力计示数不稳定。于他们改进实验，如图所示，固定弹簧测力计，拉动长木板进行实验。实验过程___________匀速拉动长木板，更易操作（选填“需要”或“不需要”）。【答案】（1）二力平衡匀速直线（2）甲、乙（3）粗糙（4）控制变量（5）错误（6）不需要【解析】（1）实验时，用弹簧测力计拉着木块在水平木板（或棉布）上做匀速直线运动，木块处于平衡状态，在水平方向只受到拉力和滑动摩擦力。根据二力平衡知识可知，此时滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。（2）对比甲乙两次实验可知，接触面的粗糙程度相同，改变放在木块上的砝码从而改变木块与长木板之间压力大小。乙中压力较大，弹簧测力计示数也较大，即滑动摩擦力较大，所以可得出结论，当接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。（3）对比甲丙两次实验可知，两次实验时压力相同，丙中接触面较粗糙，弹簧测力计示数较大，则滑动摩擦力较大，所以可得出结论，当压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。（4）实验中探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关，要控制其中一个物理量不变，改变另外的物理量来进行探究，这里要用到控制变量法。（5）将木块沿竖直方向切掉一半后重新进行实验，在改变接触面积的同时也改变了压力大小，没有遵循控制变量，故得出滑动摩擦力的大小与接触面积有关的结论是错误的。（6）实验时，木块受到弹簧测力计的拉力和木板对它的滑动摩擦力而处于静止状态，所以这两个力是一对平衡力，由于木块始终处于静止状态，滑动摩擦力大小与物体相对滑动速度无关，所以不需要匀速拉动长木板。6．如图是小张设计“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验示意图。（1）实验过程中，弹簧测力计必须沿方向拉着物块A做匀速直线运动，此时，滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。（2）在四次实验中，滑动摩擦力最大的是（选填“甲”“乙”“丙”或“丁”）。（3）比较实验，是为了研究滑动摩擦力大小与压力的关系；比较实验，是为了研究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系。（均选填“甲、乙”“甲、丙”或“乙、丙”）（4）比较甲、丁两次实验，发现甲实验中弹簧测力计的示数（选填“大于”“等于”或“小于”）丁实验中弹簧测力计的示数，小张由此得出“滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关”，你认为这个观点是（选填“正确”或“错误”）的。（5）如图戊是小张改进后的实验装置，对实验的完成效果较好。实验时，小张（选填“一定”或“不一定”）要匀速拉动长木板。【答案】（1）水平；（2）丙；（3）甲、乙；乙、丙；（4）大于；错误；（5）不一定。【解析】（1）实验时为了测出滑动摩擦力大小，应使弹簧测力计拉着木块在水平面上做匀速直线运动，此时摩擦力和拉力是一对平衡力，根据二力平衡条件可知此时滑动摩擦力与拉力的大小相等；（2）甲、乙两图，接触面粗糙程度相同，乙的压力大于甲的压力，乙图摩擦力大于甲图摩擦力；甲、丁两图，接触面粗糙程度相同，甲的压力大于丁的压力，甲图摩擦力大于丁图摩擦力；乙、丙两图，压力相同，丙比乙接触面粗糙，丙图的摩擦力大于乙图摩擦力；所以丙图的摩擦力最大；（3）甲、乙两图，接触面粗糙程度相同，乙比甲的压力大，研究的是摩擦力与压力有关；乙、丙两图，压力相同，丙比甲接触面粗糙，研究的是摩擦力与接触面粗糙程度有关；（4）由图甲、丁所示实验可知，接触面的粗糙程度相同而物体间的压力不同，由于没有控制物体间的压力相同，他的结论是错误的；（5）由图戊所示实验可知，拉动木板时物块保持不动，物块处于平衡状态，滑动摩擦力等于测力计的拉力，实验时不一定匀速拉动长木板。7.小明在做“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验时，使用的器材有弹簧测力计、两个相同的铁块、长木板。（1）将铁块放在长木板上，用弹簧测力计拉着铁块沿水平方向做匀速直线运动，弹簧测力计示数如图甲所示，则铁块受到滑动摩擦力的大小等于_______N；（2）如图乙所示，将两个铁块叠放在一起，重复上面的操作。比较甲、乙两次实验，可以得出：在接触面的粗糙程度相同时，_______越大，滑动摩擦力越_______；（3）小明又将两个铁块按照图丙所示的方式放在长木板上进行实验。比较乙、丙两次实验，可探究滑动摩擦力的大小与_______的关系；（4）实验后小明和同学交流讨论时发现：在实验中很难使铁块做匀速直线运动。于是小明设计了丁图所示的实验装置，该装置_______（选填“需要”或“不需要”）长木板做匀速直线运动。当长木板的运动速度增大时，弹簧测力计的示数_______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。【答案】（1）1.2（2）压力大（3）接触面积大小（4）不需要不变【解析】（1）由图甲可知，弹簧测力计1N之间有5小格，每小格代表0.2N，故测力计分度值为0.2N，示数为1.2N；弹簧测力计水平拉动铁块进行匀速直线运动时，水平方向上铁块受到拉力和滑动摩擦力作用，这两个力是平衡力，根据二力平衡条件，滑动摩擦力大小等于拉力大小，拉力大小即为测力计的示数，故铁块受到滑动摩擦力的大小等于1.2N。（2）比较甲、乙两次实验知接触面的粗糙程度相同，压力的大小不同，且压力越大，弹簧测力计的示数越大，滑动摩擦力越大，故可以得出：在接触面的粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。（3）比较乙、丙两次实验压力大小相同、接触面的粗糙程度相同，接触面积的大小不同，故可探究滑动摩擦力的大小与接触面积大小的关系。（4）图丁拉动长木板的过程中，铁块与木板之间是滑动摩擦力，而滑动摩擦力的大小与相对速度无关，所以不需要匀速抽动长木板，铁块所受的滑动摩擦力不变，故弹簧测力计的示数不变。8.在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中，小明提出如下猜想：A．可能与液体密度有关B．可能与物体浸在液体中的体积有关C．可能与物体密度有关D．可能与物体浸没在液体中的深度有关他们领取的实验器材有：柱形铁块一个、弹簧测力计一个、一杯水（适量）、细线（体积忽略不计）。（1）只用这些器材，可以验证上述猜想中的B和_____（选填字母序号）是否正确。（2）如图是探究猜想B的实验过程，将铁块悬挂在弹簧测力计下静止在空气中时，弹簧测力计示数为F1；将铁块部分浸入水中时，弹簧测力计示数为F2，此时铁块受到的浮力大小表达式为F浮＝_____（用题中物理量符号表示）。将铁块浸没在水中时，弹簧测力计示数为F3，则F2_____F3（选填“大于”、“小于”或“等于”）。分析比较F1、F2、F3的大小与浮力的关系，可以得到结论：铁块浸在水中的体积越大，受到的浮力越大。【答案】（1）D（2）F1﹣F2大于【解析】（1）实验中除了水以外，没有其他液体，不能探究浮力与液体密度的关系，只有一个物体，也不能探究浮力与物体密度的关系，可以通过改变物体在水中不同深度来探究浮力大小与物体浸没在水中的深度的关系。（2）根据称重法可知：F浮=F1﹣F2。铁块浸没在水中时，排开水的体积越大，受到的浮力越大，弹簧测力计的示数变小，所以F2>F3。9.如图是小明“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验情形。（1）物块未浸入水中时，弹簧测力计示数如图甲所示，物块的重力为______N；（2）小明将物块从图甲下降至图乙的过程中，发现弹簧测力计示数逐渐减小的同时，还观察到______由此初步分析得出：物体所受浮力的大小与它排开液体的体积有关；（3）继续增大物块所处的深度，当它与容器底部接触后，弹簧测力计示数如图丙所示，此时物块受到的浮力为______N；（4）为探究浮力与液体密度的关系，小明又把物块浸没到事先配制好的盐水中，这样操作的目的是为了控制______相同；他发现液体密度改变，而物块受到的浮力变化却不明显。小明想出下列四种实验改进方案，其中不可行的是______；A．换用体积更大的同种物块B．换用密度比水小得多的液体C．换用精确程度更高的测力计D．利用现有器材进行多次实验【答案】（1）1.8（2）水面上升（3）0.8（4）排开液体的体积相同D【解析】（1）如图甲，没有浸入水中，利用悬挂法测量物体的重力，此时重力为1.8N。（2）图甲下降至图乙的过程中，发现弹簧测力计示数逐渐减小的同时，观察到烧杯内水面在上升，排开水的体积慢慢变大。（3）如图乙和丙，液体是水，而且都浸没，故浮力的的大小不变，故浮力的大小为（4）小明又把物块浸没到事先配制好的盐水中，浸没后，物体排开液体的体积等于物体的体积，都是浸没在液体中，排开液体的体积相同。A．换用体积更大的同种物块，浮力比较大，弹簧测力计示数变化明显，故A不符合题意；B．换用密度比水小得多的液体，浮力变化比较大，故B不符合题意；C．换用精确程度更高的测力计，微量的浮力变化就可以测量出来，故也是可行，故C不符合题意；D．利用现有器材进行多次实验，浮力的大小不变，两次浮力的变化不明显，故不可行，故D符合题意。故选D。10.如图所示是某物理兴趣小组验证“阿基米德原理”的实验操作过程示意图。（1）验证阿基米德原理实验的合理顺序是______；（填字母代号）（2）金属块浸入溢杯前，溢杯里水面高度应______；（3）金属块浸没在水中时，受到的浮力是______N；（4）金属块的密度为______kg/m3；（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3）（5）比较______（填字母代号）和______（填字母代号）的操作可得出结论：浸入液体中的物体所受的浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小。【答案】（1）FABGCEDH（2）到达溢水杯杯口（3）1（4）2.6×103（5）AD；FH【解析】（1）验证阿基米德原理实验的合理顺序是，先测量空桶，再测量石头的重力，再用称重法测量浮力，然后不断改变物体浸入液体中的体积并测量桶和水的总重，故顺序为FABGCEDH。

（2）金属块浸入溢杯前，溢杯里水面高度应到达溢水杯的杯口。（3）金属块浸没在水中时，受到的浮力是故浸没时的浮力为1N。（4）金属块的体积为故金属块的质量为金属块的密度为故金属块的密度为。（5）通过AD可知，浸没时物体所受的浮力；通过FH可知排开水的重力，故比较两者的关系即可。11.在“探究杠杆的平衡条件”实验中：（1）小明安装好杠杆后，发现其左端下沉，如图甲所示。为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向___________调节；（2）如图乙所示，杠杆调节平衡后，在A处悬挂3个钩码，每个钩码重0.5N。如果在B处施加一个拉力使杠杆在水平位置再次平衡，当方向为___________时，拉力最小，大小为___________N；（3）课后，小明制作了一个简易杠杆，调节杠杆在水平位置平衡，然后在它两边恰当位置分别放上不同数量的同种硬币，使其在水平位置再次平衡，如图丙所示，则力臂___________。若两边同时各取走一枚硬币，则杠杆的___________端将下沉。【答案】（1）右（2）竖直向下2（3）2：1右【解析】（1）由图甲知，杠杆的左端下沉，应向右调节平衡螺母才能让杠杆在水平位置平衡。（2）在B处施加的动力方向竖直向下时，对应的动力臂最大。据杠杆的平衡条件，阻力和阻力臂不变时，动力臂最大，对应的动力最小。杠杆在水平位置平衡时，有3×0.5N×4l=F1×3l解得最小拉力F1=2N（3）由图示知，左边对杠杆的作用力为2个硬币的重力，右边对杠杆的作用力为4个硬币的重力，设每个硬币的重力为G，则有G1：G2=2G：4G=1：2据杠杆的平衡条件有l1：l2=G2：G1=2：1在两边同时取走一枚硬币，则左边和右边分别是(2GG)×l1=G×l1=2Gl2(4GG)×l2=3Gl2所以杠杆的右端下沉。12.如图所示，根据杠杆的平衡条件测量某种液体的密度，所用器材：轻质杠杆自身重力忽略不计、容积为100mL的空桶、重为的物体M、刻度尺、细线。（1）如图甲所示，为了使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向______调节；调节杠杆在水平位置平衡的目的是______。（2）把空桶悬挂在A点，物体M悬挂在B点时，杠杆再次在水平位置平衡，测得OA的长度为10cm，OB的长度为20cm，则空桶重为______N。（3）若此时，往A点的空桶内注满某种液体，调节物体M到C点时，杠杆在水平位置重新平衡，测得OC的长度为42cm，则桶内液体的密度为______。【答案】左

便于测量力臂的大小

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【解析】甲图中杠杆向右偏，应将平衡螺母向左调，是杠杆在水平位置平衡，这样的目的是：便于测量力臂的大小；根据杠杆平衡条件：可得：，即，；由杠杆平衡条件得：，即，；液体的密度：。13.“十次事故九次快”说明汽车超速会带来危害，汽车“多拉快跑”更是追尾事故中的罪魁祸首，超速与超载严重危害了道路交通安全。小明通过实验探究货车超速与超载在追尾事故中的危害，用到的器材有：小车（模拟货车）、木块（模拟被追尾车辆）、砝码若干、坡度固定的斜面。将小车从如图甲所示的A处自由释放，小车在水平面上运动一段距离s0后停止，s0可视为刹车后运动的距离。将木块静置于小车右侧所在的位置B处，表明符合核载量并在限速内的货车不会对前车追尾。请回答下列问题：（1）探究货车超速的危害：如图乙所示，木块置于B处，小车由斜面顶端释放，撞击木块并与木块共同运动一段距离s1，这表明货车超速___________（选填“会”或“不会”）产生追尾的危害。本实验可用木块运动的___________反映追尾的危害程度；（2）探究货车超载的危害：如图丙所示，木块置于B处，将砝码固定在小车上，仍从A处释放小车，观察小车的运动情况。逐