第八章 专题训练 运动和力实验探究
1.如图所示,在水平面上铺上粗糙程度不同的材料,同一小车自斜面由静止开始滑下,比较小车沿水平面运动的距离。伽利略、迪卡尔、牛顿等科学家都做过类似的实验。请回答下面的问题:
(1)为了得出科学结论,在三次实验中,小车每次都从斜面上的______静止滑下,使小车运动到斜面底端的速度______;
(2)三次实验中,小车在水平面上受到摩擦力最大的是第______次实验,这说明小车受到摩擦力的大小与接触面的______有关。
(3)推理可知,若水平面绝对光滑(小车不受阻力且足够长),则小车会在水平面上一直做______运动。牛顿在大量经验事实的基础上,概括伽利略等人的研究成果总结推理出了著名的牛顿第一定律。然而,我们周围的物体都要受这个力或那个力的作用,因此,______用实验来直接证明这一定律。(选填“能”或“不能”)
2.“牛顿第一定律”的形成,经历了伽利略、笛卡尔和牛顿等科学家不断完善的过程。
① 如图是意大利物理学家伽利略提出的“斜面实验”,实验设想的步骤如下:
(1)两个对接的斜面A、B,小球由斜面A静止释放后,在斜面B上所达到的高度与原释放时的高度几乎相等。
(2)如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度。
(3)减小斜面B的倾角,小球若要到达原来的高度将通过更长的路程。
(4)若斜面B变成水平面,小球再也达不到原来的高度,物体将在水平面上永远运动下去。
请将上述步骤进行分类,属于可靠事实的是______,属于理想化推论的是______(填序号)。伽利略通过此实验揭示了力与运动的关系:力不是维持物体运动的原因,而是______的原因。
② 笛卡尔在伽利略观点之上进一步完善:如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿直线运动,既不停下来也不偏离原来的方向。牛顿在他们研究的基础上提出了“牛顿第一定律”。相对于“牛顿第一定律”,你认为笛卡尔的观点有什么不足?______
3.如图是探究“阻力对物体运动的影响”的过程。
(1)根据图中情景可以判断以下说法正确的是_____
A.①是假设,②③是实验事实,④是实验推论
B.①②③④都是实验事实
C.①②是实验事实,③④是实验推论
D.①②③是实验事实,④是实验推论
(2)实验时小车每次都自斜面顶端从静止滑下,目的是让小车到达水平物体表面时运动的_____相同。
(3)由图示可知,小车在木板上运动的距离最_____,这说明小车受到的阻力越_____,速度减小得越慢。其中运动的小车在木板上最终停下来,是因为小车在水平方向上_____(选填“受平衡力”、“受非平衡力”或“不受力”)。
(4)根据这个实验推理:若水平物体表面绝对光滑(即实验时小车不受任何阻力作用),那么小车将一直保持_____。
4.在探究“二力平衡的条件”的实验中,小明同学采用的实验装置如图甲所示。
(1)实验时小明发现左右两侧悬挂砝码质量不等时木块也能平衡,其原因是______。
(2)经过思考后,小明采用如图乙所示装置继续实验,该方案中由于_____,故小卡片的重力可以忽略不计。
(3)为了验证“使物体平衡的两个力必须在同一直线上”,小明在图乙所示实验的基础上又分别进行了图丙、图丁所示操作,其中操作______(丙/丁/丙和丁都)是正确的。
(4)小明最后将小卡片用剪刀剪断(分为左右两半),这是为了验证______。
5.在探究“二力平衡的条件”实验中,有甲、乙、丙三个实验方案。
甲方案:在水平桌面上放一个带有挂钩的木块,两根细绳的一端拴住木块,另一端通过滑轮与砝码盘相连,如图甲所示。
乙方案:在水平桌面上放有带有挂钩的小车,小车中间有细线相连,另一端通过滑轮与砝码盘相连,如图乙所示。
丙方案:在竖直放置的支架上固定两个相同的滑轮,两根细绳的一端拴住一个硬塑料片,另一端通过滑轮与钩码相连,如图丙所示。请回答下列问题:
(1)甲方案与乙方案比较有什么不足 (请写出两点)_________________
(2)用丙方案时,当组装好器材后,发现硬塑料片受到的两个拉力不在一条直线上,其原因是___________,解决的办法是_____________。
(3)用甲方案时,如果要探究二力平衡时两个力是否在同一条直线上,应怎样进行实验?________
(4)甲乙方案中,实验中装置要水平放置是想消除_____力对实验的影响。
6.在“探究二力平衡的条件”实验时,某小组同学利用弹簧测力计、细线、硬纸板等器材进行实验,则图(a)(b)中符合实验目的的是______ [选填“(a)”或“(b)”或“(a)与(b)”]。小组同学如果按图(c)进行实验作用于操作,则手放开纸板前,应使两测力计的示数______,两细线对硬纸板拉力的方向 ______,在放手一刹那观察硬纸板是否会由静止变为运动。图(c)的操作是为了得出“使物体平衡的两个力必须作用于______”这一结论。
7.如图所示,在探究“影响滑动摩擦力大小因素”的实验中。
(1)实验过程中,弹簧测力计应沿水平方向拉着物块做________运动时滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数;
(2)在这四次实验中,滑动摩擦力最小的是______(选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”);
(3)比较甲、乙两次实验,是为了探究滑动摩擦力大小与________是否有关;比较乙、丙两次实验,是为了探究滑动摩擦力大小与________是否有关;实验中采用的研究方法是_______;
(4)比较甲、丁两次实验,发现甲实验中弹簧测力计的示数大于丁实验中弹簧测力计的示数,小夏由此得出结论:滑动摩擦力大小与接触面积的大小有关。你认为他的结论是______的(选填“正确”或“错误”),理由是_________;
(5)小夏对实验装置进行改进后,如图2所示,当他再进行实验时,发现效果更好。请你说出改进后的优点是___________(写出一条即可)。
8.小德学习小组在探究“滑动摩擦力大小与什么因素有关”,所用弹簧测力计如 A 图所示,所选若干个木块均相同(足够多),每个重力为 1N。
(1)实验时用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使其在水平桌面做______运动, 根据______条件可知,木块所受滑动摩擦力的大小等于其所受拉力大小。
(2)如图 B,在同一次实验中,小德用不同的速度匀速拉木块时,观察到每次弹簧测力计示数相同,可判断滑动摩擦力的大小与物体运动的______无关。
(3)同组小强用同一木块分别做了如上图所示的甲、乙、丙三个实验。由此可得出的结论是______时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
(4)小强还想探究滑动摩擦力和接触面受到的压力大小的定量关系,在甲实验基础上,叠放的木块又分别增加至两个、三个,根据收集到的接触面受到的压力和对应滑动摩擦力的大小绘制图像如 C 图所示。
①依据图像及相关信息分析证据可得出结论:______。
②在此实验中,可叠放木块数目最多为______块。
9.小明学习小组在探究“滑动摩擦力大小与什么因素有关”,所用弹簧测力计如A图所示,所选若干个木块均相同(足够多),每个重力为1N。
(1)实验时用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使其在水平桌面做 ___________运动,木块所受滑动摩擦力的大小等于其所受拉力大小;
(2)如图B,在同一次实验中,小明用不同的速度匀速拉木块时,观察到每次弹簧测力计示数相同,可判断滑动摩擦力的大小与物体运动的 ___________无关;
(3)同组小强用同一木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三个实验,由此可得出的结论是:___________时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(4)小强还想探究滑动摩擦力和接触面受到的压力大小的定量关系,在甲实验基础上,叠放的木块又分别增加至两个、三个,根据收集到的接触面受到的压力和对应滑动摩擦力的大小绘制图像如C图所示;
①依据图像及相关信息分析证据可得出结论:在其他条件相同时,压力越大,滑动摩擦力 ___________。
②在此实验中,可叠放木块数目最多为 ___________块。
10.在探究“滑动摩擦力的大小和哪些因素有关”的实验中,小明按如图1中甲、乙、丙所示装置进行实验。
(1)根据力的作用效果可以对力的大小进行测量。弹簧测力计能够测量力的大小,利用的是力可以改变弹簧的 _____ (“形状”、“运动方向”或“运动快慢”)。
(2)图甲,用弹簧测力计水平拉动木块A在木板表面上做 ______ 直线运动时,木块A受到的滑动摩擦力与其受到的水平拉力F1大小相等。如果水平拉动木块A向右做加速运动,木块受到的摩擦力将 ______ (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)按如图1中甲、乙、丙所示装置正确操作后,根据 _____ 两图可以得出滑动摩擦力的大小与压力大小有关。
(4)实验后小组交流讨论时发现:在实验中弹簧测力计是在运动过程中读数,误差较大。于是小明又设计了如图1中丁图所示的实验方案,该方案 _____ (选填“需要”或“不需要”)长木板做匀速直线运动。
(5)图2是同组小芳同学的一次实验操作中的情景,小明认为小芳所用拉力方向未与弹簧测力计的轴线方向一致,你认为小明的想法是 _____ (选填“正确”或“错误”)的。
(6)小平得出滑动摩擦力与压力和接触面粗糙程度的关系后,还想探究滑动摩擦力大小跟接触面积的关系,为了探究这个问题,需要选择合适的木块,你认为他应该选择 _____ 。
A.各面粗糙程度相同的正方体木块
B.各面粗糙程度不相同的正方体木块
C.各面粗糙程度相同、长宽高各不相等的长方体木块
D.各面粗糙程度不相同、长宽高各不相等的长方体木块
11.某实验小组用如图所示的装置探究影响滑动摩擦力大小的因素,木块挂在测力计下,右侧面与竖直传送带接触,左侧面有可旋转的螺杆对其施加不同的压力,启动电机,传送带逆时针转动,通过测力计的读数即可计算出木块所受的摩擦力。
部分实验数据如表:
实验次数 木块重力(N) 螺杆旋转的圈数(圈) 测力计示数(N) 摩擦力(N)
1 0.60 1 0.70 0.10
2 0.60 2 0.82 0.22
3 0.60 3 0.95 0.35
4 1.20 1 1.30 0.10
5 1.80 1 1.90
(1)该实验用螺杆旋转圈数的多少来表示木块与传送带之间压力的大小,这里运用了 ___________的方法。
(2)比较1、2、3次实验的数据可知,滑动摩擦力大小与 ___________有关。
(3)第5次实验中,木块受到的滑动摩擦力大小是 ___________N。
(4)要探究木块所受滑动摩擦力大小与相对运动速度是否有关,正确的做法是 ___________。
12.雨天路滑,小华想哪一种鞋穿上摩擦力更大呢?他选用“型号1”和“型号2”两种不同品牌的运动鞋各一双,做如下实验:
(1)小华想测量鞋在地面上受到的滑动摩擦力的大小,应该将弹簧测力计在__________(选填“水平”或“竖直”)方向上调零;图甲弹簧测力计的示数为__________;
(2)选好装置后,他先用弹簧测力计测出两品牌中一支运动鞋的重力并记录,然后将运动鞋接到装置上,__________拉动弹簧测力计,目的是使拉力__________(选填“大于”、“等于”或“小于”)摩擦力;读出弹簧测力计示数并记录如下:
品牌 G/N F/N f/N
型号1 3 1.1 1.1
型号2 3.5 1.1 1.1
(3)做完实验,他想了想,本实验有一定缺陷,没有控制__________不变,但本实验却能比较出哪双鞋的摩擦性能更好些?你认为__________(选填“型号1”或“型号2”)摩擦性能更好些;
(4)小华经过思考改进了实验,在型号1的鞋中放入钩码,使两种品牌的鞋对橡胶垫压力相等,让弹簧测力计和鞋保持静止,拉动鞋下的橡胶垫进行测量(如图乙所示),橡胶垫__________(“不必”或“必须”)做匀速直线运动拉动;
(5)如图丙,当把任意一只鞋放在胶垫上,橡胶垫与鞋的接触面积大约一半时,弹簧测力计的示数仍不变,能得到的结论是;压力和粗糙程度一定时,摩擦力的大小与__________大小无关;
(6)小华在放学路上看见一辆汽车陷进了泥坑里,司机将一些稻草塞进后轮底下,汽车很快就爬上来了。这是利用增大__________的方法增大摩擦力。
参考答案
1.同一高度由 相同 一 粗糙程度 匀速直线 不能
2. (1)(3) (2)(4) 改变物体运动状态 没有涉及静止物体的情况(合理均可)
3.D 速度 远 小 受非平衡力 匀速直线运动
4.木块与桌面摩擦力的影响 卡片的重力远小于钩码的重力 丙 作用在不同物体上的两个力是否平衡
5. 甲方案摩擦力大,对实验影响较大;乙方案可以探究二力平衡时,两个力是否在同一物体上 塑料片重力较大 用密度较小的纸片 扭转一定角度 重
6. (b) 大小相等 相反 同一直线上
7. 匀速直线运动 丁 压力(大小) 接触面粗糙程度 控制变量法 错误 没有控制压力一定 测摩擦力时不受物体运动状态影响;示数稳定,便于读数;不需保证长木板做匀速直线运动。
8.匀速直线 二力平衡 速度 压力相同 在接触面粗糙程度相同的条件下,物体受到的滑动摩擦力大小与压力大小成正比 7
9.匀速直线 速度 在压力大小一定 越大 7
10.形状 匀速 不变 甲丙 不需要 错误 C
11. 转换 压力的大小 0.10 保持木块的重力、木块与传送带接触面的粗糙程度、螺杆旋转的圈数匀不变,改变传送带的转动速度
12. 水平 1.8N 匀速 等于 压力 型号1 不必 受力面积 接触面的粗糙程度