专题08力学实验探究

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）实验中应控制滑到水平面上时的速度v、水平面粗糙程度不变。（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甲同学的（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：滑块在木板上滑行的距离与滑块质量无关。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。b，牛顿第一定律。【解答】解：（1）保证静止释放高度使木块滑到水平面上时的速度v相同、水平面粗糙程度不变，只改变滑块质量，记录滑块滑行的距离。（2）甲同学用加钩码的方式几次改变木块质量，并记录了木块在木板上滑行的距离。（3）数据显示：木块质量不断增加，木块在木板上滑行的距离不变，故可以得出滑块在水平面上滑行的距离与滑块质量无关。（4）如右图所示，让小球从A点由静止释放，运动到C点时，若一切外力全部消失，根据牛顿第一定律则小球会沿b路线继续运动。故答案为：（1）滑到水平面上时的速度v、水平面粗糙程度；（2）甲；（3）滑块在木板上滑行的距离与滑块质量无关；（4）b；牛顿第一定律。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/N①4.84.81.8②3.24.81.2③4.86.41.8（1）此实验是根据二力平衡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水平向左。（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：弹簧测力计示数稳定，便于读数（写出一条即可）（3）请你补齐上表中空格处的数据，其值为4.8N。（4）实验中是通过向金属盒内添加沙子改变金属盒总重力的。（5）比较实验步骤①、③（填序号）的数据，说明摩擦力大小与重力无关。【解答】解：（1）利用二力平衡可知，当水平匀速拉动白纸时，摩擦力等于弹簧测力计的拉力大小；实验过程中金属盒相对于白纸是向右运动的，所以金属盒受到的摩擦力的方向是水平向左的；（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，具体体现在弹簧测力计示数稳定，便于读数；（3）第二次实验中，氢气球系在金属盒上，保持了总重力不变，而改变了压力大小，来探究摩擦力与压力大小的关系。所以第2次实验，金属盒的总重力仍为4.8N；（4）实验中是通过向金属盒内添加沙子来改变总重力的；（5）探究摩擦力与重力的关系时，应保持压力不变，改变总重力，根据此要求，只有①、③能满足。故答案为：（1）二力平衡；水平向左；（2）弹簧测力计示数稳定，便于读数；（3）4.8；（4）向金属盒内添加沙子；（5）①、③。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2.10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滑动摩擦力的大小与物体的重力无关；（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？小柯的说法不合理；铁块与压力传感器不接触，压力传感器与木板之间的摩擦力对实验无影响。【解答】解：（1）实验中，水平向左拉动木板时，铁块在水平方向受到向右的摩擦力和拉力传感器向左的拉力处于静止状态，根据二力平衡的知识可知，水平方向受到的摩擦力和拉力大小相同，因此第1次实验中铁块受到的摩擦力为2.10N；（2）钩码的质量是固定的不能连续变化，细沙的质量可以连续变化，方便控制铁块对水平木板的压力，实验中不能用钩码代替细沙；（3）三次实验中，铁块重力不同，木板受到的压力和接触面的粗糙程度相同，摩擦力大小相同，可得出结论：滑动摩擦力的大小与物体的重力无关；（4）实验中测量的摩擦力是铁块与木板之间的摩擦力，铁块与压力传感器不接触，压力传感器与木板之间的摩擦力对实验无影响，所以小柯的说法不合理。故答案为：（1）2.10；（2）实验不能用钩码代替细沙，钩码的质量是固定的不能连续变化，细沙的质量可以连续变化，方便控制铁块对水平木板的压力；（3）滑动摩擦力的大小与物体的重力无关；（4）小柯的说法不合理；铁块与压力传感器不接触，压力传感器与木板之间的摩擦力对实验无影响。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F1L1＝F2L2；（2）B点所标密度值为0；要在该密度秤上标出密度为0.5g/cm3的刻度线，则所标刻度线在（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D；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？【解答】解：（1）实验依据的原理是F1L1＝F2L2；（2）烧杯中没有放水时，即所装液体的密度为零，改变物体M悬挂点的位置至B，使木筷在水平位置静止，故此时B点所标密度值0；设液体密度为ρ液，OB的长度为L，根据杠杆平衡原理可得：（ρ液V0g+G烧杯）×AO＝GM×L，所以，ρ液=LOA×GMV0g-G烧杯V0g故得到被测液体的密度ρ液与OB的长度L之间的函数关系，为一次函数关系，由函数关系知：液体密度与提钮到秤舵的距离成正比，因此密度秤的刻度是均匀的；因为B为0刻度线，C为1.0g/cm3，0.5g/cm3在0和1.0g/cm3之间，故0.5g/cm3的标刻度线在BC的中间位置；（3）要想密度秤相邻两刻度线之间的距离变大，即增大动力臂的长度，根据杠杆的平衡条件，在阻力臂不变的情况下，可以增大阻力或减小秤砣的质量，故选D；（4）由图可知，当所装液体的密度为零，物体M悬挂点的位置在B，由杠杆的平衡条件可得：G烧杯×AO＝mMg×OB，即：G烧杯×4cm＝0.1kg×10N/kg×2cm，所以，G烧杯＝0.5N；当物体M挂在杠杆上的D点时，该密度秤测量液体的密度最大，则（G液+G烧杯）×AO＝GM×OD，即：（G液+0.5N）×4cm＝0.1kg×10N/kg×10cm，解得G液＝2N，由G＝mg＝ρgV可得：液体的最大密度：ρ液最大=G液gV液=2N故答案为：（1）F1L1＝F2L2；（2）0；在；（3）D；（4）该密度秤所能测量的液体的最大密度为2×103kg/m3。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1.8N。（2）被测金属块密度：ρ＝3×103kg/m3。【解答】解：（1）金属块浸没在水中时受到的浮力为F浮＝ρ水gV排＝103kg/m3×10N/kg×180×10﹣6m3＝1.8N；（2）根据杠杆平衡条件得到：FB×OB＝FA×OA1.2N×3＝FA×1FA＝3.6N金属块的重力G＝F浮+FA计＝3.6N+1.8N＝5.4N；金属块的密度ρ=GgV=5.4N10N/kg×180×10-6故答案为：（1）1.8；（2）3g/cm3或3×103kg/m36．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B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150克。【解答】解：（1）仅需一个钩码的天平是利用杠杆平衡条件制成的，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，所以B点是天平的零刻度线；（2）当置物盘中没有放物体时，钩码位于B处，根据杠杆平衡条件得：m盘g•OA＝mg•OB，天平测量最大质量时，钩码的力臂最长，位于C处，根据杠杆平衡条件得：（m盘+m物）g•OA＝mg•OC，综合以上两式得：m物g•OA＝mg•（OC﹣OB），即：m物×8cm＝50g×24cm，m物＝150g。故答案为：（1）B；（2）150。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大于（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C。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C。A.仍然平衡B.左侧下倾C.右侧下倾【解答】解：（1）因为甲的质量大于乙的质量，且甲、乙与板的接触面积相等，根据p=FS知，当S相同时，则p越大。故答案为：大于。（2）η=W有W总，且W总＝W有+W额，所以要提高滑轮组的机械效率要增大W有A、增大了W额，减小了η。故选项A错误。B、增大了W额，减小了η。故选项B错误。C、减小了W额，增大了η。故选项C正确。D、减小了W有，减小了η。故选项D错误。（3）因为甲的质量大于乙的质量，可知F1＞F2，利用杠杆的平衡条件：F1l1＝F2l2，知l1＜l2，甲、两人同时相向沿同一直线缓慢挪动相同距离，再用极限法考虑，甲先到达支点，即右侧下倾。故答案为：大于；C；C。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，小球处于漂浮（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ρ球≥ρ水关系时，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，Δp容跟ρ球成正比；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，当ρ球≤ρ水时，Δp水＝Δp容。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＝490Pa，容器对水平面的压强增加量Δp容＝980Pa。【解答】解：①实验序号1、2、3中的数据，小球的密度都小于水的密度，小球放在水中都会在水中漂浮。②分析实验4、5、6，当ρ球≥ρ水时，小球沉入水底，Δp水与ρ球无关。③由实验数据知，浸入水中体积相同的小球，容器对水平面的压强增加量Δp容与ρ球的比值是0.49N•m/kg，故Δp容跟ρ球成正比。④由实验序号1、2、3、4数据知，浸入水中的小球，当小球体积相同时，当ρ球≤ρ水时，Δp水＝Δp容。⑤当小球的密度大于水的密度时，小球浸没在水中，由于小球的体积相同，小球的密度变大，水的深度增加量不变，水对容器底部的压强增加量不变，故小球放入水中静止时，水对容器底部的压强增加量Δp水＝490Pa。浸入水中体积相同的小球，容器底对水平面压强增加量跟小球的密度成正比，容器对水平面的压强增加量Δp容与ρ球的比值是0.49N•m/kg，所以当小球的密度是2.0×103千克/米3时，故容器对水平面的压强增加量是980Pa。故答案为：①漂浮；②ρ球≥ρ水；③Δp容跟ρ球成正比；④当ρ球≤ρ水时，Δp水＝Δp容；⑤490Pa；980Pa。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，可以研究液体内部压强与液体密度的关系。（2）通过比较第四、第五、第六三次测得的数据，可以得出的结论是液体密度相同时，液体内部压强随液柱的升高而增大。（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）换不同密度的液体重复实验。【解答】解：（1）由表格中的数据可知，第一次和第四次实验中液柱的高度相同，液体的密度不同，故探究的是液体内部压强与液体密度的关系；（2）通过比较第四、第五、第六三次测得的数据可知，液体的种类是相同的，液柱高度越大，气体压强越小，则液体内部的压强越大，故结论为：液体密度相同时，液体内部压强随液柱的升高而增大；（3）为了使实验结论更具有普遍性和代表性，应换用其他液体多次实验。故答案为：（1）液体内部压强与液体密度的关系；（2）液体密度相同时，液体内部压强随液柱的升高而增大；（3）换不同密度的液体重复实验。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①（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本实验用水银柱的高度反映空气柱气压的大小；②步骤三的目的是控制气体的体积不变；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：质量一定的气体，在温度不变的情况下，体积变大，压强会变小。【解答】解：（1）根据信息①知气压大小可能与气体的质量有关；（2）①p内＝p水银+p0，p0不变，水银深度越大，则内部气体压强越大，即用水银柱的高度反应空气柱气压的大小；②探究气压大小与温度的关系，需保持气球的体积不变，往玻璃管内注入水银，就是为了在实验过程中保持气体的体积不变；③小明的判断依据是在气体体积不变的情况下，温度越高水银柱越深；p内＝p水银+p0，温度升高时后，封闭气压增大，水银柱上升，最终平衡时气体体积变大，但水银深度不变，即封闭气体压强又减小回原来值，即质量一定的气体，在温度不变的情况下，体积变大，压强会变小；故答案为：（1）①；（2）①水银柱的高度；②控制气体的体积不变；③质量一定的气体，在温度不变的情况下，体积变大，压强会变小七．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大（选填“大”或“小”），压强越大；当空气流速v为0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G。（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）2GρS【解答】解：（1）由公式12ρv2+p＝K（式中K是常量，ρ表示空气密度）可知：空气流速越大，压强小；空气流速越小，压强大。常量K表示空气流速为0（2）在吹硬币时，硬币下方的空气流速为0，代入公式12ρv2+p＝K中，得：12ρ×0+p下＝K，即：硬币下方空气压强p下＝吹硬币时，硬币受到三个力的共同作用：硬币上表面的压力F上、下表面的压力F下、硬币的自重G；那么刚好被吹起时，F下＝F上+G，即：硬币上、下表面的压力差△F＝G。（3）刚好吹起硬币时可看作硬币受到平衡力的作用，即△F＝G。此时硬币上方的压强为：p上＝K-12ρv硬币下方的压强为：p下＝K（空气流速为0）；那么硬币上下方的压强差为：p下﹣p上＝△p=12ρv因为△F＝△p⋅S所以12ρv2⋅S＝G，即：v=故答案为：（1）大；0；（2）G；（3）v=2G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的示数变小，弹簧测力计B的示数变大（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不需要（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随时观察比较弹簧测力计A、B示数的变化量的关系（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2.5×103kg/m3。（g取10N/kg）【解答】解：（1）浸在水中物体C受竖直向下的重力G和竖直向上的浮力F浮及弹簧测力计A的拉力F，则弹簧测力计A的示数F＝G﹣F浮，当物体浸入水中的体积越大，即V排增大，由F浮＝ρgV排可知，F浮增大，则弹簧测力计A的示数F变小；弹簧测力计B的示数等于薄塑料袋D及排出水的重力，排出水越多，重力越大，因此弹簧测力计B的示数变大；（2）弹簧测力计A示数的变化量FA′等于物体C所受浮力的变化量，弹簧测力计B示数的变化量FB′等于排出水受重力的增大量，根据阿基米德原理可知FA′＝FB′，由此可知，阿基米德原理的成立不需要以物体全部浸入液体为前提；该实验的优点由随时观察比较弹簧测力计A、B示数的变化量的关系；（3）根据称重法可知完全浸没在水中的物体C所的浮力F浮＝G﹣F示＝5N﹣3N＝2N；由于物体C完全浸没，因此V排＝V物，则V物=F浮ρ水g=2N1.0×1物体的质量m物=Gg则物体的密度ρ物=m物V物=0.5kg2×1故答案为：（1）变小；变大；（2）＝；不需要；随时观察比较弹簧测力计A、B示数的变化量的关系；（3）2.5×103。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排开液体的体积有关，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，指针不动（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p1＞p2（选填“＞”、“＝”或“＜”），分析推理可知：金属块所受浮力的大小还与排开液体的密度有关。（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“＜”）。【解答】解：（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，弹簧受到竖直向上的力变小，即测力计示数变小，根据称重法，F示＝G﹣F浮，可得出物体受到的浮力增大，因排开液体的密度不变，故说明物体所受浮力的大小跟排开液体的体积有关；继续向杯中注水，因排开液体的体积不变，由阿基米德原理，受到的浮力不变，由称重法，测力计减小的示数不变，故指针不动；（2）金属块刚好浸没在水中时，可认为上表面不受水的压力（压强），而只有下表面受到向上的压力（压强），此时向上的压力即为浮力。设此时金属块下表面受到的压强为p3，水加满时的压强为p1，根据p＝ρgh，p1＞p3；指针指在C位置时，弹簧的形变量相同，减小的力（△F）相同，因此，金属块在两种液体中受到浮力相同，（减小的力等于浮力），也就是金属块受到的向上的压力相同，压强相同，（p2＝p3）故p1＞p2，又由于液体的水和密度不同，故此时金属块浸没时指针一定不会指在C位置；因倒入液体时缓慢倒入的，指针慢慢上升，当指针指在C位置时，金属块不会浸没，因为浸没后浮力不变，指针不再上升，金属块在液体中一定不会浸没，当金属块浸没时（与在水中实验相比，排开液体的体积相同），指针一定在C的上方，根据称重法，金属块受到的浮力相同，而液体排开液体的密度不同，故金属块所受浮力的大小还与排开液体的密度有关；（3）在（1）中，当金属块底部刚接触水面时，支架上O点所受拉力大小为金属块的重力，当金属块浸没水中时，受到的浮力最大，此时支架上O点所受拉力最小，故支架上O点所受拉力的最大变化量为△F1＝G﹣（G﹣F金属块）＝F金属块，﹣﹣﹣﹣﹣﹣①，因ρ水＜ρ塑料＜ρ金属，故金属块会浸没在液体中，同理当用塑料块做实验时，此过程的最大变化量为△F2＝G﹣（G﹣F浮塑料）＝F浮塑料，﹣﹣﹣﹣﹣﹣②，由①②，因塑料块体积等于金属块的体积，而排开液体的密度相同，根据阿基米德原理，F金属块＝F浮塑料故用等体积塑料块替换金属块进行实验，则△F1＝△F2。故答案为：（1）排开液体的体积，不动；（2）＞；排开液体的密度；（3）＝。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使吸管能竖直漂浮在液体中。（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＝ρ水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刻线的下（选填“上”、“下”）方，相邻刻线的间距不均匀（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：向容器中加油（换成直径较小的容器）。【解答】解：（1）为了让饮料吸管能竖直的漂浮在液体中，吸管下端塞入一些金属丝作为配重，这样做目的是让密度计竖直漂浮在液体中；（2）由于吸管在（a）、（b）图中均漂浮，所以F浮＝G，则在水和另一种液体中受到的浮力相等，所以F浮＝ρgV排，V排a＞V排b，所以ρ水＜ρ液。设吸管的底面积为S，根据物体浮沉条件可知，F浮水＝F浮夜，即ρ水gSH＝ρ液gSh，h=ρ（3）根据（2）可知，将上端刻度与下端刻度进行比较，得到刻度线的两个特点是：上端刻度小、下端刻度大和上端刻度疏、下端刻度密；即1.1刻线是在1.0刻线的下方，相邻刻线的间距不均匀。（4）图（c）所示的情形，说明密度计的重力过大，应该使密度计漂浮在液体中，不能沉底，再向容器中加油或者将容器换成直径细些的，以提高油的深度。故答案为：（1）竖直漂浮；（2）＜；＝；ρ水Hρ液；（一十一．探究影响物体动能大小的因素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B方案中两球从起始位置到水平位置的高度差不同。（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D。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，原因是塑料软片对不同体积的小球的阻力不同。【解答】解：（1）图A中挡板水平放置，两小球从起始位置到水平位置的高度差相同，图B中挡板与斜面垂直放置，两小球从起始位置到水平位置的高度差不同，为了控制大小不同的两个小球在斜面上从起始位置到水平位置的高度差相同，实验时选择A方案而不能选择B方案；（2）根据表中数据可知，斜面倾角为10°、20°、30°时，大钢球、小钢球、木球达到水平面时的速度相同，斜面倾角为40°、50°、60°时，大钢球、小钢球、木球达到水平面时的速度不同，所以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40°以上，故D符合题意；（3）体积大的小球从塑料软片下面通过时受到的阻力大，即体积大小不同的小球从塑料软片下面通过时受到的阻力不同，无法“探究动能大小与质量关系”。故答案为：（1）B方案中两球从起始位置到水平位置的高度差不同；（2）D；（3）塑料软片对不同体积的小球的阻力不同。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C装置与图甲进行试验对照。（2）图乙中阴影面积表示的科学含义是：克服磁力做功；（3）该实验如何反映物体动能大小？小车在水平面上运动的距离。【解答】解：（1）为探究物体质量大小对动能的影响，根据控制变量法的操作原则及要求，实验中只改变小车质量大小，而其它条件相同，A中质量改变了，但是车上没有了磁体，小车与强磁体没有相互作用，故