专题08力学实验探究（原卷版）

专题08力学实验探究【解题技巧】一、研究物理量影响因素类滑动摩擦力、压强、液体的压强、动能、重力势能等影响因素二、研究物理原理类弹簧测力计的原理、杠杆的原理、阿基米德原理、二力平衡原理三、测量物理量类测物体密度、测大气压的值、测杠杆、滑轮组和斜面的机械效率、测功率四、误差分析1、测量误差主要分为两大类：系统误差、随机误差（1）系统误差产生的原因：①测量仪器灵敏度和分辨能力较低；②实验原理和方法不完善等。（2）随机误差产生的原因：①环境因素的影响；②实验者自身条件等。2、减小误差的方法（1）选用精密的测量仪器；（2）完善实验原理和方法；（3）多次测量取平均值。【例题精析】一．阻力对物体运动影响的探究实验1．在研究牛顿第一定律的实验中，同学们已经知道滑块在水平面上滑行的距离与它刚滑到水平面上时的速度v0有关，与水平面的粗糙程度有关，有些同学还认为与滑块的质量有关。下面是甲、乙、丙三位同学在探究“滑块在水平面上滑行的距离与滑块质量是否有关”课题时所设计的实验步骤，请你也参与进来。他们选择的器材有：质量相同、粗糙程度不同的木块、铁块、铜块、铝块各一个，斜面，木板，钩码若干。（1）实验中应控制不变。（2）甲、乙、丙三位同学设计的实验步骤分别如下，你认为符合本课题探究要求的是同学的（填选项前的编号）。甲：让木块从斜面的顶端由静止滑下后沿水平木板滑行，观察并记录木块在水平木板上滑行的距离和木块的质量；分别在木块上放上数量不等的钩码，先后让其从同一斜面的顶端由静止滑下后沿同一水平木板滑行，观察并记录每次木块在水平木板上滑行的距离和木块及其上钩码的质量。乙：先后让木块从同一斜面的不同高度处由静止滑下后沿同一水平木板滑行，观察并记录每次木块在水平木板上滑行的距离和木块的质量。丙：先后让木块、铁块、铜块、铝块从同一斜面的顶端由静止滑下后沿水平木板滑行，观察并记录它们分别在同一水平木板上滑行的距离和它们的质量。（3）下表是按符合本探究课题要求的实验步骤操作后得到的实验数据，从中得出的结论是：。滑块质量/g200250300350在水平木板上滑行的距离/m0.6510.6510.6510.651（4）如右图所示，让小球从A点静止释放，运动到C点时，若一切外力消失，则小球会沿哪条路线继续运动，并写出你判断的依据。。二．探究摩擦力的大小与什么因素有关的实验2．在学过摩擦力知识后，小明想探究：摩擦力大小是否与压力、重力都有关系？他利用如图所示的装置进行探究实验。实验步骤如下：①把金属盒放在质量不计的白纸上，读出台式测力计示数；拉动白纸的过程中，读出弹簧测力计的示数。②将质量不计的氢气球系在金属盒上，读出台式测力计示数；拉动白纸的过程中，读出弹簧测力计的示数。③再往金属盒注入适量的沙子，使台式测力计示数与步骤①中的示数相等，拉动白纸的过程中，读出弹簧测力计的示数。实验相关数据如下表：实验序号台式测力计示数F1/N金属盒总重力G/N弹簧测力计示数F2/N①4.84.81.8②3.21.2③4.86.41.8（1）此实验是根据原理测出摩擦力大小的，实验过程中金属盒受到的摩擦力的方向是。（2）与直接用弹簧测力计拉动金属盒测量摩擦力相比，拉动白纸进行实验具有容易操作的优点，具体体现在：（写出一条即可）（3）请你补齐上表中空格处的数据，其值为N。（4）实验中是通过改变金属盒总重力的。（5）比较实验步骤（填序号）的数据，说明摩擦力大小与重力无关。3．在学习影响滑动摩擦力大小的因素后，小柯还是认为：重力越大，滑动摩擦力越大。于是张老师用如图装置与他一起实验。步骤一：将铁块放在木板上，往砂桶中加入一定量细沙，使压力传感器的示数为5.00牛，水平向左拉动木板，读出拉力传感器的示数并记录。步骤二：换用质量不同、粗糙程度和底面积都相同的铁块，重复步骤一，记录结果如下表：实验次数质量不同的铁块压力传感器示数（牛）拉力传感器示数（牛）1小5.002.102中5.002.113大5.002.11请回答下列问题：（1）第1次实验中铁块受到的摩擦力为牛；（2）实验中能否用钩码代替细沙？并说明理由；（3）通过实验得出的结论是；（4）小柯认为：该实验中压力传感器的上表面要尽量光滑，否则会使拉力传感器的读数偏大，你认为他的说法是否合理，为什么？。三．杠杆的平衡条件4．小明利用一根木筷、物体M、托盘和烧杯自制简易密度秤，主要制作步骤如下：①如图所示，将烧杯放入A端的托盘中，改变物体M悬挂点的位置至B，使木筷在水平位置静止；②在A端的烧杯内注入体积为V0的水，改变物体M悬挂点的位置至C，使木筷在水平位置再次静止，在C点标注水的密度值为1.0g/cm3；③在A端的烧杯内注入体积为V0的其它液体，重复步骤②，在密度秤上标注刻度。（1）从制作的步骤上分析，小明制作密度秤的原理是；（2）B点所标密度值为；要在该密度秤上标出密度为0.5g/cm3的刻度线，则所标刻度线（选填“在”或“不在”）BC的中间位置；（3）小明发现他所制成的密度秤相邻两刻度线之间的距离太小，导致用此密度秤测量液体密度时误差较大。为此同学们提出了如下改进方案，其中可行的是；A．增大物体M的质量B．换长些的木筷制作密度秤C．换更轻的木筷制作密度秤D．标密度秤的刻度线时，适当增大装入烧杯的液体的体积V0（4）小明最终所制成的密度秤，OA的长度为4cm，OB的长度为2cm，OD的长度为10cm，物体M的质量为100g，每次测量时，在A端烧杯内均倒入体积为100cm3的液体，则该密度秤所能测量的液体的最大密度为多少？5．王强同学设计了如图所示的装置进行实验，其中杠杆OAB支点为O（杠杆OAB质量不计），OA：OB＝1：3．他实验的步骤如下：步骤一：用一细绳将体积为180cm3的金属块悬挂于A点，然后向容器中加水，使金属块浸没在水中。步骤二：使杠杆OAB在水平位置静止，读出弹簧测力计此时的读数为1.2N。（1）金属块浸没在水中时受到的浮力为N。（2）被测金属块密度：ρ＝。6．小科通过创新“杠杆平衡条件”实验装置，制作了仅需一个钩码的天平，如图所示，轻质横梁AC（质量忽略不计）可绕轴0在竖直平面内自由转动左侧为悬挂在固定位置A的置物盘，右侧是钩码，用细线挂在右侧带刻度线的横梁上。当置物盘内没有待测物体时钩码挂在B点，横梁恰能水平平衡。（1）该天平的零刻度是横梁上的点。（2）已知AO＝8cm，OB＝6cm，BC＝24cm，钩码的质量是50克，则该天平所能测量的待测物体的最大质量是克。四．固体压强大小比较7．如图所示，在科普节目《加油，向未来》中，有一项对抗性实验，甲、乙两人站在平衡板上。滑轮组将平衡板提升至一定高度后。两人在平衡板上挪动，并保持平衡板平衡。若甲的质量大于乙的质量，平衡板质量分布均匀，重心在O点。（1）当平衡板在水平地面上时，甲、乙静止站在平衡板上，甲、乙与板的接触面积相等，则甲对平衡板的压强（填“大于”、“小于”或“等于”）乙对平衡板的压强。（2）甲、乙两人竖直站在平衡板上，滑轮组将平衡板匀速提升至一定高度处，提升过程中平衡板始终保持水平平衡，在此过程中提高滑轮组的机械效率可行的是。A.增加绳和滑轮摩擦B.增加绳子的重力C.减小动滑轮的重力D.减小人和平衡板的重力（3）当甲、乙两人竖直站立在图中A、B位置时，平衡板在空中处于水平平衡。接着甲向左，乙向右两人同时沿同一直线缓慢挪动相同距离时，平衡板将会。A.仍然平衡B.左侧下倾C.右侧下倾五．探究液体压强的特点实验8．某物理小组在“研究小球放入水中静止时，水对容器底部的压强增加量Δp水及容器对水平面的压强增加量Δp容与哪些因素有关”的实验中，选取了体积相同、密度不同的若干小球放入水中（水深大于小球直径，且水不溢出），如图所示，测出水对容器底部的压强增加量Δp水及容器对水平面的压强增加量Δp容，并将相关数据记录在表中。实验序号123456ρ球（×103千克/米3）0.20.60.81.01.21.4Δp水（帕）98294392490490490Δp容（帕）98294392490588686①分析实验序号1、2、3中的数据，可知小球放入水中静止时，小球处于（选填“漂浮”、“悬浮”或“下沉”）状态；②分析比较表中实验序号4与5与6中的数据及相关条件可知：浸入水中体积相同的小球，当ρ球与ρ水的大小满足关系时，Δp水与ρ球无关；③分析比较表中Δp容与ρ球的数据及相关条件可知：浸入水中的小球，当小球体积相同时，；④分析比较表中实验序号1、2、3、4中Δp水与Δp容的大小关系及相关条件可知：体积相同的小球浸入水中，。⑤若其它器材不变，换用体积相同，密度为2.0×103千克/米3小球做进一步实验探究，由表中的实验数据及相关实验结论，小球放入水中静止时，水对容器底部的压强增加量Δp水＝，容器对水平面的压强增加量Δp容＝。9．某兴趣小组用如图所示装置进行探究“影响液体内部压强的因素”实验。已知：①a、b两点压强等于外界大气压（大气压保持不变）；②a点压强等于a点上方液柱压强与左管内气压P1之和；③b点压强等于b点上方液柱压强与右管内气压P2之和；④液体1和液体2密度不同。该小组同学先关闭K2打开K和K1，用抽气机抽气，进行多次实验。再关闭K1打开K和K2，重复上述操作。具体数据记录如表：液体种类液体1液体种类液体2实验次数123实验次数456液柱高度102030液柱高度102030左管内气体压强（kPa）999795右管内气体压强（kPa）1009998（1）通过比较第一次和第四次所测得的数据，可以研究。（2）通过比较第四、第五、第六三次测得的数据，可以得出的结论是。（3）探究液体压强与密度关系时，为了使结论更具普遍性，该小组同学还应如何继续实验（请写出实验思路，不需写具体步骤）。六．气体压强跟体积的关系10．气体产生的压强（气压）大小与哪些因素有关？某科学兴趣小组同学了解到如下信息：①篮球充气越多，越不易被压扁；②自行车轮胎在烈日下暴晒易爆胎；③密封在针筒内的空气只能被压缩在一定体积范围内。由此，他们猜想气压大小可能与气体的质量、温度及体积有关。（1）信息（填序号）可作为“气压大小可能与气体质量有关”的猜想依据。（2）小组同学对“气压大小与温度的关系”进行了探究，步骤如下：步骤一：取1m长的一端封闭的细玻璃管，在室温（20℃）下用水银密封一段空气柱，将其竖直固定，并标出水银柱下表面的位置（如图a）；步骤二：将空气柱浸入50℃的水中，水银柱上升至图b位置后静止；步骤三：往玻璃管内注入水银，直到水银柱下表面回到标记处为止，如图c；步骤四：将空气柱浸入80℃的水中，重复实验。①本实验用反映空气柱气压的大小；②步骤三的目的是；③比较a、c，同学们得出了气压大小与温度的关系。但细心的小明发现，上述实验还能得出气压大小与气体体积的关系，请写出小明的判断依据及相应结论：。七．流体压强与流速的关系11．如图所示，当硬币上气体的流速达到一定时，硬币就会“飞”起来。小彭很好奇，决定探究“硬币起飞”的条件。查阅资料：在地面附近同一高度或高度差不显著的情况下，空气流速v与压强p的关系可表示为12ρV2+P＝K，式中K是一个常数，ρ根据上述关系式可知：（1）空气流速与压强的关系为流速越（选填“大”或“小”），压强越大；当空气流速v为时，常数K表示该处正常大气压强。（2）设一个硬币的重力为G，当需要将硬币吹起时，硬币上下表面受到的压力差△F需满足的条件是。（3）当在水平桌面上放置一个硬币并沿箭头所示方向吹气，由于气流通过硬币上部，而硬币下面没有气流通过，硬币上下表面就会产生差值为12ρV2设硬币的表面积为S，请写出刚好将硬币吹起时吹气速度v的表达式（用ρ、S、m或G表示）。八．阿基米德原理的应用12．同学们在学习“阿基米德原理”这节课上，仔细观察了老师做的如图甲所示的演示实验。物理兴趣小组的同学们经过讨论，提出阿基米德原理的成立，是否一定要以物体全部浸入液体为前提条件，于是提出了一个新的实验方案，并动手制作出了如图乙所示实验装置，其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计，C为重物，D为薄塑料袋（质量不计），E是自制的溢水杯，F是升降平台（摇动手柄，可使平台高度缓慢上升、下降），G为铁架台。（1）实验中，同学们逐渐调高平台F，使重物浸入水中的体积越来越大，观察到弹簧测力计A的示数，弹簧测力计B的示数（选填“变大”、“变小”或“不变”），此过程说明物体所受浮力与物体排开液体的体积有关。（2）多次记录弹簧测力计A的示数变化量FA′和弹簧测力计B的示数变化是FB′，并比较物体不同程度浸入液体时，以上两个变化量之间的大小关系，发现FA′FB′（选填“＞”“＜”或“＝”），由此证明了阿基米德原理的成立（选填“需要”或“不需要”）以物体全部浸入液体为前提条件，该新实验方案的优点是（写出其中一条，合理即可）。（3）若在图乙实验中物体C接触水面前测力计A的示数为5N，物体C浸没后测力计A的示数为3N，则物体的密度为kg/m3。（g取10N/kg）九．探究影响浮力大小因素的实验13．如图所示是小明自制的用来探究影响浮力大小因素的装置：将弹簧和标尺固定在支架上，用细线将一个金属块悬挂在弹簧下端，弹簧静止时指针正对标尺上的A位置（本装置使用时，弹簧未超过弹性限度）。（1）向杯中缓慢注水，从金属块底部接触水面，到金属块刚好浸没水中的过程中，指针由标尺上的A位置缓慢上移至C位置，说明物体所受浮力的大小跟有关，此过程中支架上O点所受拉力的最大变化量为△F1；继续向杯中注水，指针（选填“上移”、“不动”或“下移”）：当注满水时，金属块底部受到的压强为p1。（2）将水倒尽，向杯中缓慢注入某种液体（ρ液≠ρ水），当指针指在C位置时，金属块底部受到的压强为p2，则p1p2（选填“＞”、“＝”或“＜”），分析推理可知：金属块所受浮力的大小还与有关。（3）将液体倒尽，用等体积塑料块（ρ水＜ρ塑料＜ρ金属）替换金属块进行实验。向杯中缓慢注水，从塑料块底部接触水面，到塑料块浸没水中的过程中，支架上O点所受拉力的最大变化量为△F2，则△F1△F2（选填“＞”、“＝”或“＜”）。一十．物体的浮沉条件及其应用14．小明按照教材中“综合实践活动”的要求制作简易密度计。（1）取一根粗细均匀的饮料吸管，在其下端塞入适量金属丝并用石蜡封口。塞入金属丝的目的是。（2）将吸管放到水中的情景如图（a）所示，测得浸入的长度为H；放到另一液体中的情景如图（b）所示，测得浸入的长度为h。用ρ水、ρ液分别表示水和液体的密度，则ρ水ρ液（选填“＝”、“＞”、“＜”），用F水、F液分别表示吸管在水和液体中受到的浮力，则F水F液（选填“＝”、“＞”、“＜”），此外h与ρ水、ρ液及H的关系式为h＝。（3）小明根据图（a）在吸管上标出1.0刻度线（单位g/cm3，下同），再利用上述关系式进行计算，标出了0.8、0.9、1.1、1.2的刻度线（图中未画出）。结果发现，1.1刻线在1.0刻线的（选填“上”、“下”）方，相邻刻线的间距（选填“均匀”、“不均匀”）。（4）为检验刻度误差，小明取来食油，先用天平和量筒测量其密度，然后再用这个密度计测量。但操作时却出现了图（c）所示的情形，这让他很扫兴。难道实验就此终止了吗，根据经验或思考，在不更换食油的情况下，你认为可以进行怎样的尝试：。一十一．探究影响物体动能大小的因素（共2小题）15．在做“探究动能大小与质量关系”的实验时，小明想：小球从相同高度滚下，若小球材质和斜面倾角不同，到达水平位置时的速度会相同吗？（1）图甲是用挡板控制大小不同的两个小球在斜面上起始位置的两种方案，小明实验时选择A方案而不能选择B方案的原因是。（2）小明选择大钢球、小钢球、木球以及可调整倾角的斜面进行实验。分别让球从斜面同一高度由静止开始释放，利用测速仪测出球到达水平位置时的速度如表所示。10°20°30°40°50°60°大钢球2.672.672.672.752.882.97小钢球2.672.672.672.752.882.97木球2.672.672.672.672.742.89分析表中数据可知：要使球到达水平位置时的速度与球是钢质或木质无关，则斜面倾角不可能是。A.15°B.25°C.35°D.45°（3）小明利用图乙装置做“探究动能大小与质量关系”的实验时，通过观察球撞击相同塑料软片的数目来比较球的动能大小（图中未画出固定塑料软片的装置）。老师指出此装置不适合体积不同的两个球做实验，原因是。16．小柯利用图甲装置探究物体动能大小的影响因素，在光滑的水平面右端固定一个强大磁铁，一辆绑有磁铁的小车从光滑斜面上静止下滑后再从水平面上向右运动，确保不与强力磁铁碰撞。现从斜面顶端自由释放小车，小车能够距离强力磁铁的最近位置为A点。小车在水平面上运动的距离与受到的斥力的关系如图乙所示。请回答下列问题：（1）为探究物体质量大小对动能的影响，小柯应该选择下图的装置与图甲进行试验对