《运动和力》实验专题练习
一、探究阻力对物体运动的影响的实验
1.如图甲为小明同学“探究牛顿第一定律”的实验装置。实验中小明先后三次将同一小车放在同一斜面上的同一高度,然后分别用不同的力推了一下小车,使其沿斜面向下运动,逐渐减小水平面的粗糙程度,观察小车运动的距离,从而得出力和运动的关系。
(1)小明在实验操作中有一处明显的错误是(不要求解释错误的原因):_____。
(2)实验中每次均让小车从斜面顶端由静止滑下的目的是:使小车每次在水平面上开始滑行时速度大小_____(选填“相等”或“不相等”);
(3)实验中发现:小车在毛巾表面上滑行的距离最短,在木板上滑行的距离最远,说明小车受到的阻力_____(选填“越大”或“越小”),速度减小得越_____(选填“快”或“慢”)。
(4)推理:本实验中,如果小车在水平面上滑行时受到的阻力为零,它将_____。
(5)在此基础上,牛顿总结了伽利略等人的研究成果概括出牛顿第一定律,请问:牛顿第一定律又叫_____定律,_____(选填“能”或“不能”)直接由实验得出。
2.一质量均匀分布、正反面相同的长方形木板,以中线MW为界,对比观察左右两部分,发现粗糙程度可能不一样,针对哪一侧更粗糙?小明进行了研究。
(1)小明用图甲所示实验装置,进行如下操作:
①将轻弹簧的一端分别固定在板上左右两侧的P、Q点,另一端分别与______(选填“同一”或“不同”)滑块接触;
②移动滑块使弹簧压缩______(选填“相同”或“不同”)的长度,由静止释放滑块,使滑块不越过;
③分别测出______;
④若测量出的数据越大,说明此表面越______(选填“光滑”或“粗糙”);
(2)因实际操作中发现弹簧被压缩的程度比较难控制,爱思考的小明改进了方法:如图乙所示,小明使滑块从同一高度的斜面由静止分别滑向木板的不同侧面,测出滑块运动的速度,分别作出滑块从侧面一端运动至过程中的速度v和时间t的关系图线如图丙所示,则图线______(选填“a”或“b”)所对应的接触面更粗糙,判断的依据是:______。
3.2022年冬奥会的举办让很多人喜爱上滑雪,小明在滑雪场看到人们坐着充气滑雪垫从高处滑下(如图1所示)时,滑雪者能滑出很长一段距离,于是小明猜想:如果水平雪面足够光滑,他们会一直运动下去吗?他用如图2甲乙丙所示装置探究他的猜想:
(1)小明先后三次将同一小车放在同一斜面上的同一高度,这样操作的目的是:使小车到达水平面时的______相同;
(2)小车到达水平面后竖直方向受到重力和支持力这一对平衡力的作用,它们______(改变/不改变)小车的运动状态,而小车运动状态的改变只与水平方向的______有关;
(3)随着阻力的逐渐减小,小车在水平面上运动的距离逐渐变远,速度减小得越______(慢/快)。如果小车在水平面上滑行时,受到的阻力越来越小,直到变为零,它将做______。实验表明物体的运动______(需要/不需要)力来维持;
(4)在大量类似实验基础上,牛顿概括出了著名的牛顿第一定律。在实际生活中有着广泛的应用。一架运输机参加某次抗震救灾时,在沿水平向右做匀速直线运动的过程中,间隔相同时间先后从飞机上静止释放三个相同的物资。若不计空气阻力,且地面水平。那么,在地面上看,能正确表示物资在空中的排列情况和着地位置的图3组合是______。
A.①⑥ B.②⑤ C.③④ D.①④
二、探究二力平衡的条件的实验
4.在探究“二力平衡的条件的实验中,小明采用的实验装置如图所示。
(1)实验时,小明向左盘和右盘同时加入一个质量相等的砝码时,木块两边所受的拉力_____(选填“相等”或“不相等”),木块处于静止状态。小明再把右盘中的砝码换成一个质量较大的砝码时,发现木块仍然处于静止状态,出现这种现象的原因是_____,于是他把木块换成小车,并选择较_____(选填“光滑”或“粗糙”)的实验桌面,继续完成实验。
(2)在左右两盘放入质量相等的砝码,再将小车水平_____,松手后,观察小车运动状态。这样做的目的是为了探究不在同一直线上的两个力是否能平衡。
(3)小明用轻质硬纸片代替图中的木块,两端的小盘中加质量相等的砝码时,硬纸片保持静止,用剪刀将硬纸片从中间剪开,发现分开后的硬纸片向相反方向运动,由此可以得出二力平衡的又一个条件:两个力必须作用在_____(填“同一”或“不同”)物体上。
5.小明在“探究二力平衡条件”的实验中,将系于轻质小卡片两对角的细线分别斜跨过左右支架上的滑轮,在细线的两端挂上等质量的钩码,如图甲所示,此时小卡片保持静止。
(1)实验中选择小卡片的目的是___________(选填“考虑”或“不考虑”)小卡片的重力,原因是卡片的重力很小且此实验是探究水平方向二力平衡的条件;
(2)实验过程中,小明在右侧加挂了一个钩码,由静止释放卡片发现卡片向右加速运动,由此可以得到二力平衡的一个条件是:相互平衡的两个力必须___________;
(3)小明将卡片旋转一定角度,如图乙所示。松手后发现卡片又恢复图甲原状。这说明两个力必须作用在___________,物体才能平衡;
(4)为了验证(3)中小明的结论,小美同学将卡片往下拉到一定距离,如图丙所示。松手后发现卡片又恢复图甲原状,小美的方法___________(选填“能”或“不能”)得到结论;
(5)如果没有摩擦等因素的影响,用手向上托一下左侧的钩码(卡片和钩码始终未接触滑轮),当手离开钩码后,卡片将做___________(选填“加速”、“减速”或“匀速”)直线运动,直至受到阻碍而停止,理由是___________。
6.在“探究二力平衡的条件”实验中。
(1)应保持物体处于______或______状态进行研究;
(2)某同学按左图对弹簧测力计校正零点,再水平放置测量拉力大小,这样操作会使测出的拉力偏______(选填“大”或“小”);
(3)改正错误后进行了实验,图中(a)、(b)所示的实验过程说明所探究的两个力需作用在______上,物体才能平衡,图(c)则可验证所探究的两个力必须作用于______。
三、探究影响滑动摩擦力大小的因素的实验
7.在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,小明用完全相同的木块分别做了如图所示的甲、乙、丙三个实验。
(1)将木块放在水平木板上,用弹簧测力计水平______拉动木块,根据二力平衡知识可知,此时木块受到的滑动摩擦力大小等于弹簧测力计的示数;
(2)甲、乙两个实验说明滑动摩擦力的大小与______有关;______两个实验说明了滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度有关;
(3)小明认为滑动摩擦力的大小可能跟接触面的面积有关,于是他在上述用实验的基础上,将木块沿竖直方向切成两部分继续进行实验,这种做法是______(正确/错误),理由______;
(4)同学们在老师的指导下对实验装置进行改进,用如图丁所示的方式测量滑动摩擦力发现效果更好。图丁实验中______(填“一定”或“不一定”)要匀速拉动长木板;
(5)在甲装置中,若木块所受拉力突然变大,木块做加速运动时,其所受摩擦力______。(填“变大”“变小”或“不变”)
8.在“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中,小亮做了如图甲所示的三次实验,用到了一个弹簧测力计、一个木块、一个砝码、两个材料相同但表面粗糙程度不同的长木板,实验中第1次和第2次用相同的长木板,第3次用表面更加粗糙的长木板。
(1)第1次匀速拉动木块时,木块受到________个力的作用。
(2)比较第2次和第_____次实验可得到结论:在压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(3)刚开始小亮做第1次实验时控制不好力度,拉力随时间变化的图像如图乙所示,木块的速度随时间变化的图像如图丙所示,则木块在第1s时受到的滑动摩擦力为_______N;
(4)聪明的小亮又设计了如图丁所示的实验装置,使用该装置进行实验的优点是_______(填“需要”或“不需要”)长木板做匀速直线运动;
(5)小亮在实验时还发现:在木块没有被拉动时,弹簧测力计也有示数,且示数会变化。他请教老师,知道可用F-t图像表示拉力随时间的变化情况。若某次实验开始拉动木块直到木块匀速滑动的F-t图像如图戊所示,其中0~4s木块处于静止状态。分析图像可知:要使木块由静止开始运动,至少要用______N的水平拉力拉木块;如果实验时木块所受的拉力是2N,则下列对木块所处状态的判断,正确的是______。
A.静止 B.匀速直线运动 C.静止或匀速直线运动 D.条件不足,无法判断
9.为了探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”,小柯设计了如图甲所示的实验装置。
步骤一:小柯用水平向左的力F拉动平板小车1,在4秒钟内观察拉力传感器的示数变化,并绘制了如图乙所示的图像;
步骤二:如图丙,用电动机水平向左拉动上表面比平板小车1光滑的平板小车2,并用弹簧测力计竖直向上拉铁块,读出弹簧测力计和拉力传感器的示数并记录在表格中(拉线足够长)。
实验次数 铁块重力/N 弹簧测力计示数/N 拉力传感器示数/N
1 4 0 1.6
2 4 0.5 1.4
3 4 1.0 1.2
(1)在步骤一中,当平板小车1开始运动时,铁块受到的摩擦力为______N;
(2)步骤二第1次实验中拉力传感器的示数比步骤一时小,由此我们可知滑动摩擦力的大小与______有关;
(3)通过分析表中数据,我们得出结论:______;
(4)小刚认为:该实验中小车与水平桌面之间要尽量光滑,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?______。
10.小明在探究“接触面粗糙程度一定时,滑动摩擦力大小与压力的关系”的实验时,实验装置如图1所示。弹簧测力计左端固定,木板放在水平桌面上,放有砝码的滑块通过细线与弹簧测力计右端相连,细线与木板平行。
(1)实验中水平向右拉动木板,如果弹簧测力计的示数是F,滑块受到摩擦力的大小f______F,滑块受到的摩擦力方向______;
(2)水平向右拉动木板。是否需要匀速?______;
(3)通过改变滑块上砝码的个数进行多次实验,记录的实验信息如表。根据表中数据在图2方格纸上画出滑动摩擦力与压力的关系图像______;
实验次数 1 2 3 4 5 6
压力F压/N 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
摩擦力f/N 0.60 0.82 1.00 1.18 1.40 1.60
(4)分析图像得出的探究结论是:______。
11.利用如图所示的实验装置可以测量滑动摩擦力的大小。实验中,小桶内装有适量的沙子,使滑块恰好做匀速直线运动。(轻绳与滑轮的摩擦不计)
(1)为了测量滑块受到的滑动摩擦力,需要测量的物理量是_________;(填序号)
A.滑块的质量m1 B.小桶和沙子的总质量m2
(2)根据二力平衡的条件可知,滑块所受滑动摩擦力f=_________;(用物理量符号表示)
(3)实验过程中,小桶落地后,滑块仍然在粗糙的木板上继续向前运动一段距离,该过程
中滑块受到的滑动摩擦力将_________;(填序号)
A.逐渐变大 B.保持不变 C.逐渐变小
(4)在滑块上表面放一个砝码,再次测量滑动摩擦力的大小,发现滑动摩擦力的大小变大,这说明_________。
答案:
1.分别用不同的力推了一下小车 相等 越小 慢 做匀速直线运动 惯性 不能
2.同一 相同 滑块在不同表面滑行的距离 光滑 b 相同时间内,b图线滑块的速度变化快
3.速度 不改变 阻力 慢 匀速直线 不需要 A
4.相等 桌面与木块有摩擦力 光滑 扭转一个角度 同一
5.不考虑 大小相等 同一条直线上 不能 匀速 手离开后,轻卡片受平衡力,运动状态不改变,做匀速直线运动
6. 静止 匀速直线运动 小 同一直线 同一物体
7.匀速 压力 甲丙 错误 没有控制压力大小相同 不一定 不变
8. 4 3 3 不需要 2.3 C
9.2 接触面粗糙程度 在接触面粗糙程度相同时,压力越小,滑动摩擦力越小 不合理,拉力传感器示数始终等于平板小车对铁块的摩擦力,与小车和水平桌面之间的摩擦力无关
10.等于
水平向右 不需要 在接触面的粗糙程度不变时,摩擦力与压力成正比
11.B m2g B 在接触面粗糙程度一定时,压力越大摩擦力越大