【备考2023】浙教版科学“冲刺重高”压轴训练（十四）：力学实验探究（含解析）

1．某实验小组的同学们用天平、钩码、弹簧测力计探究物体的重力大小与物体质量的关系，测量的数据记录如表所示。
次数 1 2 3 4
质量m/kg 0.1 0.2 0.3 0.4
重力G/N 1 3 4
（1）测量钩码重力前，除了观察弹簧测力计的量程和 　 外，还应将弹簧测力计在
　 　方向调零。
（2）测量钩码重力时，应将钩码挂在弹簧测力计下并让它处于 　 　状态，这时弹簧测力计的示数就等于钩码的重力，如图甲所示是同学们第2次测量中弹簧测力计的读数，此时测力计的示数是 　 　N。
（3）根据表格中的实验数据，在图乙中作出重力随质量变化的图像。
（4）由图乙可以得出结论：物体所受的重力与其质量成 　 　。
2.某小组探究“滑动摩擦力大小与压力、重力二个因素是否有关”，设计了如图装置，在水平放置的台式测力计上放质量不计的白纸，再在白纸上压金属盒，右边连弹簧测力计，弹簧测力计右端固定，左边用手拉白纸。
（1）为了测出滑动摩擦力的大小，弹簧测力计拉白纸时　 　匀速。（选填“必须”或者“可以不”）
探究小组进行了3次实验，记录如下：
实验步骤 台式测力计示数F/N 金属盒重力G/N 弹簧测力计示数f/N
① 把金属盒放在质量不计的白纸上，在拉动白纸的过程中读出测力计的示数 5 5 2
② 接着，将质量不计的氢气球系在金属盒上，在拉动白纸的过程中读出测力计的示数 3 5 1.2
③ 接着，往金属盒注入适量的沙子，使台式测力计的示数为5N，在拉动白纸的过程中读出测力计的示数 3 7 2
请根据探究记录回答：
（2）根据　 　可知，摩擦力的大小等于弹簧测力计的拉力。
（3）要得出摩擦力大小与重力是否有关的结论，应对比步骤　 　。
（4）写出本探究的结论　 　。
3.一质量均匀分布、正反面相同的长方形木板，以中线MN为界，对比观察左右两部分，发现粗糙程度可能不一样，哪一侧更粗糙？同学们进行了研究。
（1）①小华将滑块放木板上，通过细线和固定的测力计相连，如图甲。水平向右拉动木板，待示数稳定时，记下滑块经过左、右两部分时测力计的示数F左和F右，若F左＞F右，则木板的　 　侧更粗糙，实验时　 　（选填“需要”或“不需要”）匀速拉动木板。
②小华左右手戴上同样的手套，木板水平对称地放在左右手上，现左手向左、右手向右，使两手距离快速增大，若木板向左运动，则木板　 　侧更粗糙。
（2）小红使滑块分别从左右两侧滑上木板，测出滑块运动的速度，作出滑块从两端分别运动至MN过程中的速度v和时间t的关系图线如图丙，则图线　 　（选填“a”或“b”）所对应的接触面更粗糙，判断的依据是　 　。
4.小金在一根一端密封的空心玻璃管下端绕上一段细铁丝，制成一支自制密度计，用它来测量液体密度，测量过程中杯内液体总量没有变化，小金先用天平称出空心玻璃管和细铁丝的总质量为100克。（本题中取ρ＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg）
（1）当密度计在杯中漂浮时，液面高度在A处（如图甲）。此时，密度计受到的浮力为
　 　牛顿，密度计排开液体的体积为　 米3。
（2）使用中，小柯发现细铁丝很容易滑落，于是他改变这段细铁丝的形状，并把铁丝置于玻璃管内，再次测量同一杯液体密度（如图乙），杯中液面将　 　（填“上升”、“下降”或“仍在A处”）
5．某校“制作浮力秤”项目研究小组，制成如图所示浮力秤。使用过程中，发现称量范围较小，有待提升改造。
【原理分析】浮力秤是利用物体漂浮时 的原理工作的；浮力大小与液体密度和物体排开液体的体积有关。
【提出问题】浮力大小与液体密度存在怎样的定量关系？
【方案设计】
器材：悬挂式电子秤、金属块（4.0N）、大烧杯、水以及各种不同密度的溶液等。
步骤：①将金属块挂在电子秤下，读取电子秤示数并记录；
②将金属块浸没在盛水的烧杯中，读取电子秤示数并记录，然后取出金属块擦干；
③按照步骤②的操作，换用 　 　的溶液，多次重复实验。
【数据处理】
实验编号 1 2 3 4 5 6 7
液体密度ρ液/（g cm﹣3） ﹣ 0.8 1.0 1.2 1.4 1.9 2.0
电子秤示数F拉/N 4.0 3.6 3.5 3.4 3.3 2.6 3.0
浮力大小F浮/N ﹣ 0.4 0.5 x 0.7 1.4 1.0
【交流分析】
（1）表格中x的数据是 　 。
（2）实验过程中，除步骤①外，其余每一次测量，金属块都需要浸没，其目的是
　 。
（3）小组同学对实验数据进行了分析讨论，认为第6次实验数据异常。若电子秤正常工作，电子秤读数和表中数据记录均无误。则造成此次实验数据异常的原因可能是 　 　。
（4）浮力大小与液体密度的关系是 　 。
（5）根据以上探究，写出一种增大浮力秤称量范围的方法 　 　。
6．如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止。
（1）该实验中的研究对象是 　 　（选填“小球”或“木块”），小球滚下斜面的过程中，它的 　 　能转化为动能，球动能的大小是通过 　 　来反映的；
（2）分析比较甲、乙两次实验，可探究出的结论是：　 　；
（3）在甲、乙两次实验中，木块克服摩擦力做功是 　 　的（选填“相等”或“不相等”）；若甲实验中木块重为1N，水平移动的距离是30cm，则重力对木块做的功为 　 　J；
（4）若斜面光滑，小球从斜面顶端由静止滚到斜面底端的过程中，其机械能 　 　（选填“变大”、“变小”或“不变”）；
（5）某同学做了甲、丙两次实验如图所示，得到结论：“当物体的速度一定时，物体质量越大，物体动能越大”，该同学的结论 　 　（选填“正确”或“不正确”）。
7．在探究动能大小与哪些因素有关的实验中，小科设计了如图实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止。
（1）实验中小科是通过观察 　 　来判断钢球的动能大小。
（2）在图甲、丙中，m2＞m1，小球下滑到斜面底端时的速度v1＝v2，若s3＞s1，则表明物体的动能与质量的关系是：　 　。
（3）小敏利用丁图来研究动能和势能相互转化，图中两个相同的光滑弧形槽，一个为凸形，一个为凹形，A、B两个相同的钢球分别进入两弧形槽的速度都为v，运动到槽的末端速度也都为v，A小球通过凸形槽的时间为t1，B小球通过凹形槽的时间t2，则时间较短的是 　 。
8．在“探究影响动能大小的因素”实验中，如图甲、乙、丙所示，让质量为m、2m的两个钢球分别从斜面上由静止滚下，钢球撞击放在水平木板上的木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置。
（1）实验通过观察 　 　来比较动能的大小；
（2）甲、乙两次实验中，将同一小球从斜面的不同高度由静止释放，这是为了探究动能大小与 　 　的关系；
（3）比较甲、丙两图进行的实验，得出的结论是 　。
（4）小磊在探究“动能大小与质量的关系”时将实验装置改进成如图丁所示，利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击回一木块，该实验方案是 　 　（选填“可行”或“不可行”），理由是：　 　。
9．某中学两支物理小组的同学，在实验室中验证阿基米德原理
（1）方案一，小刚用石块按如图甲实验步骤依次进行实验。由甲图可知，石块浸没在水中受到的浮力F浮＝　 N，排开水的重力G排＝　 　N，发现F浮≠G排，造成这种结果的原因不可能是　 　。
A、整个实验过程中，弹簧测力计都没有校零
B、最初溢水杯中的水未装至溢水口
C、步骤C中，石块浸没后，碰触到溢水杯底部
（2）方案二，如图乙，小明将装满水的溢水杯放在升降台C上，用升降台来调节溢水杯的高度。当小明逐渐调高升降台，发现随着重物浸入水中的体积越来越大，弹簧测力计A的示数　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”），且弹簧测力计A的示数变化量　 　（选填“大于”、“小于”或“等于”）B的示数变化量，从而证明了F浮＝G排。
（3）为了多次实验得到普遍规律，方案　 　（选填“一”或“二”）的操作更加简便。
然后小明利用阿基米德原理测量某实心金属块的密度，实验步骤如下：
①让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中，如图甲；
②将金属块浸没在水中，测得溢出水的体积为18mL，如图乙；
③将烧杯中18mL水倒掉，从水中取出金属块，如图丙；
④将金属块放入小空筒，小空筒仍漂浮在水面，测得此时溢出水的体积为36mL，如图丁。
请回答下列问题：
①被测金属块的密度是　 　kg/m3。
②在实验步骤③和④中，将沾有水的金属块放入小空筒，测出的金属块密度将 　（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）。
10．在探究液体压强的实验中，进行了如图所示的操作：
（1）实验中，探究液体压强的工具是　 　，通过　 　来反映被测压强的大小。
（2）由丙、丁两图进行实验对比，得出液体压强与盛液体的容器形状　 　（选填“有关”或“无关”）。
（3）甲、乙两图是探究液体压强与　 　的关系，结论是：　 　。
（4）要探究液体压强与密度的关系，应选用 　两图进行对比。
（5）在图乙中，固定金属盒的橡皮膜在水中的深度，使金属盒处于向上、向下、向左、向右等方位时，两玻璃管中液面高度差不变，说明了在液体内部同一深度处，液体向各个方向的压强大小　 。
参考答案
1．解：（1）测量钩码重力前，观察弹簧测力计的量程和分度值；因为重力的方向是竖直向下，因此使用弹簧测力计测量重力时，应该在竖直方向调零；
（2）当物体和弹簧测力计处于静止状态，此时物体受到的重力和拉力是一对平衡力，他们大小相等；
由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，故图中重力为2N；
（3）根据表格中的实验数据，在图乙中找出对应的点后连线，如图所示：
（4）通过实验可以得出结论：物体所受的重力与其质量成正比。
故答案为：（1）分度值；竖直；（2）静止；2；（3）；（4）正比。
2.解：（1）金属盒在水平方向受到弹簧测力计的拉力与摩擦力的作用，金属盒处于平衡状态时，拉力与摩擦力是一对平衡力，由平衡条件可知，摩擦力等于测力计的示数；实验时必须保持金属盒处于平衡状态，即金属盒静止或做匀速直线运动，白纸既可以做匀速直线运动，也可以不做匀速直线运动；
（2）金属盒处于平衡状态，则受到平衡力的作用，在水平方向上受到拉力和摩擦力的共同作用，这两个力是一对平衡力，大小相等；
（3）要判断重力的大小是否直接决定摩擦力大小，应控制接触面的粗糙程度与物体间压力相同而物体的重力不同，由表中实验数据可知，应选择①③实验步骤进行分析；
（4）由表中实验数据可知，摩擦力大小与重力大小无关。
故答案为：（1）可以不；（2）二力平衡；（3）①③；（4）摩擦力大小与重力大小无关。
3.解：
（1）①如图甲，水平向右拉动木板，待示数稳定时，记下滑块经过左、右两部分时测力计的示数F左和F右，若F左＞F右，则说明左侧摩擦力大，即木板的左侧更粗糙；
实验时，滑块相对于桌面是静止的，因此受力平衡，不需要匀速拉动木板。
②小华左右手戴上同样的手套，木板水平对称地放在左右手上，现左手向左、右手向右，使两手距离快速增大，若木板向左运动，则说明左侧摩擦力大，即木板左侧更粗糙。
（2）由图像可知，在相同时间内，a的速度减小的慢，b的速度减小的快，说明b受到的摩擦阻力更大，则图线b所对应的接触面更粗糙。
故答案为：
（1）①左；不需要； ②左；（2）b； b图线物块的速度变化快。
4.解：
（1）密度计漂浮，根据漂浮条件可知，密度计受到的浮力：
F浮＝G＝mg＝0.1kg×10N/kg＝1N，
根据F浮＝ρgV排可得，密度计排开液体的体积：
V排1×10﹣4m3。
（2）把铁丝置于玻璃管内，再次测量同一杯液体密度时，密度计的重力不变，根据漂浮条件可知，受到的浮力不变；
因为液体的密度不变，浮力大小不变，由阿基米德原理F浮＝ρgV排可知，排开水的体积不变，所以图乙杯中的液面不变，仍在A处。
故答案为：（1）1；1×10﹣4；（2）仍在A处。
5．解：【原理分析】物体漂浮，故浮力秤是利用物体漂浮时F浮＝G物的原理工作的；
【方案设计】步骤：①将金属块挂在电子秤下，读取电子秤示数并记录；
②将金属块浸没在盛水的烧杯中，读取电子秤示数并记录，然后取出金属块擦干；
③按照步骤②的操作，换用不同密度的溶液，多次重复实验；
【交流分析】
（1）根据2、3、5组的实验数据可知，金属块受到的重力为：G＝F拉+F浮＝3.6N+0.4N＝3.5N+0.5N＝3.3N+0.7N＝4.0N；
第4组实验中，拉力的大小为3.4N，则受到的浮力为：F浮＝G﹣F拉＝4.0N﹣3.4N＝0.6N；
（2）探究浮力大小与液体密度的关系时，根据控制变量法可知，需要控制金属块排开的液体的体积相同，除步骤①外，其余每一次测量，金属块都需要浸没，金属块排开的液体的体积等于金属块的体积，其目的是控制金属块排开的液体的体积相同；
（3）电子秤正常工作、电子秤读数和表中数据记录均无误，每次实验时金属块都需要浸没，则V排相同，第6次实验数据与第3次实验数据相比，液体密度大约是原来的2倍，而浮力是原来的2.8倍，说明测得的浮力偏大，原因可能是金属块碰到烧杯底部，造成测力计的示数偏小，由F浮＝G﹣F示可知测得的浮力偏大；
（4）分析表格数据可知，浮力大小为密度大小的一半，即F浮＝0.5ρ液；
（5）根据以上探究结果，对于图中的浮力秤，要增大浮力秤的称量范围，即增大浮力秤受到的浮力，在V排不变时，可以换用密度比水大的液体。
故答案为：
【原理分析】F浮＝G物；
【方案设计】③不同密度；
【交流分析】（1）0.6；
（2）控制金属块排开的液体的体积相同；
（3）金属块碰到烧杯底部；
（4）F浮＝0.5ρ液；
（5）换用密度比水大的液体。
6．解：（1）据题意可知，实验中探究小球的动能，即小球撞击木块时的动能的大小；
小钢球从斜面滚下过程中，质量不变，高度减小，故重力势能减小，同时速度变大，动能增加，所以是将重力势能转化为动能的过程；
实验中小球动能的大小是通过木块移动的距离来反映的，木块移动的距离越远，小球的动能越大；
（2）分析比较甲、乙两次实验可知，小球的质量不变，滚下的高度不同，高度越高，到达水平面时的速度越大，推动木块移动的距离越远，动能越大，可探究出的结论是：质量一定时，物体速度越大动能越大；
（3）在甲、乙两次实验中，木块对水平面的压力不变，接触面的粗糙程度不变，所以木块所受的摩擦力保持不变，但木块在克服摩擦力的方向上通过的距离不相等，因此克服摩擦力做功不相等；木块水平移动，在重力的方向上没有移动距离，重力不做功，重力对木块做功0J；
（4）因为是光滑的斜面，没有摩擦，所以在斜面上滑下的小球没有机械能的损耗，机械能不变；
（5）甲、丙两次实验中水平面的粗糙程度不同，但由常识可知棉布表面更粗糙（木块运动时受到的摩擦力较大），由图知木块在棉布表面上运动距离更大，由W＝Fs可知木块在棉布表面上运动时克服摩擦力做功更多，说明质量为2m的小球的动能更大，所以可得到结论：“当物体的速度一定时，物体质量越大，物体动能越大”，即该同学的结论正确。
故答案为：（1）小球；重力势；木块移动的距离；
（2）质量一定时，物体速度越大动能越大；
（3）不相等；0；
（4）不变；
（5）正确。
7．解：（1）实验中小球的动能无法直接观察，是通过观察钢球推动木块移动的距离来判断钢球的动能大小，这用到了转换法；
（2）在图甲、丙中，m2＞m1，从斜面下滑的高度相同，则小球下滑到斜面底端时的速度相等，即：v1＝v2，若s3＞s1，则表明物体的动能与质量的关系是：速度相等的情况下，物体的质量越大，动能越大；
（3）在凸形滑道运动的物体，在运动到最高点的过程中，要将动能转化为重力势能，运动速度小于初速度；在下落过程中不计滑道的摩擦，机械能守恒，重力势能再全部转化为动能，速度等于初速度；
在凹形滑道运动的物体，在运动到最低点的过程中，要将重力势能转化为动能，运动速度大于初速度；在下落过程中不计滑道的摩擦，机械能守恒，动能再全部转化为重力势能，速度等于初速度；
因此在凸形滑道运动物体的平均速度小于在凹形滑道运动物体的速度，由t可知，通过A滑道用的时间为t1大于通过B滑道用的时间为t2。
故答案为：（1）木块移动的距离；（2）速度相等的情况下，物体的质量越大，动能越大；（3）t2。
8．解：（1）通过观察木块被撞击后移动的距离来判断钢球动能大小，这是转换法的应用；
（2）在甲、乙两图中，将同一小球从斜面的不同高度由静止释放，控制了质量一定，改变了速度，所以甲、乙两图可以探究动能大小与速度的关系；
（3）由图示实验可知，甲、丙两次实验，将不同小球从斜面的相同高度由静止释放，控制了速度一定，丙小球的质量是甲小球的两倍，丙小球将木块推动得更远，说明丙小球的动能更大，所以得出的结论：当物体的速度一定时，质量越大，它具有的动能就越大；
（4）观察图丁的装置可知，若用质量不同的铁球将同一弹簧压缩相同程度后静止释放，撞击同一木块，撞击的动能由弹簧的弹性势能转化而来，而弹簧的弹性势能的大小与形变程度有关，故弹簧势能相同，转化出的动能相同，因两球质量不同，所以撞击木块的速度不同，故不可行，原因是没有控制小球的速度相同。
故答案为：（1）木块移动的距离；（2）速度；（3）当物体的速度一定时，质量越大，它具有的动能就越大；（4）不可行；没有控制小球的速度相同。
9．解：
（一）方案一：
（1）根据F浮＝G﹣F可知，石块浸没在水中受到的浮力F浮＝F1﹣F3＝2N﹣1.5N＝0.5N；
排开水的中力G排＝F4﹣F2＝1.9N﹣1.5N＝0.4N；
F浮＞G排，
A、若弹簧测力计都没有校零，那么四次测量结果都应加上测量前弹簧测力计示数，那么所得浮力与排开水的重力大小应不变，故A不可能；
B、若最初溢水杯中的水未装至溢水口，则石块排开水的只有一部分溢出到桶中，排开水的重力G排减小，B有可能；
C、步骤C中，石块浸没后，碰触到溢水杯底部，则导致F3减小，F3减小，F1﹣F3＞F4﹣F2．得出错误结论：F浮≠G排，C有可能；
故不能的是A；
（二）方案二：
（1）重物浸入水中的体积越来越大时，排开液体的体积变大，根据F浮＝ρ液gV排可知，重物受到的浮力变大，
因为F浮＝G﹣F示，所以弹簧测力计A的示数F示＝G﹣F浮变小；
又因为重物浸入水中的体积越来越大时，溢出水的体积变大、溢出水的质量变大、溢出水受到的重力变大，所以弹簧测力计B的示数变大；
根据阿基米德原理可知，物体所受浮力的大小和排开液体的重力相等，所以弹簧测力计A示数的变化量和弹簧测力计B的示数变化量相等；
（3）由上可知，方案二的操作可较方便的完成多次实验，使结论有普遍性。
①在图甲中，小空桶受到的浮力等于其重力：G桶＝F浮1﹣﹣﹣﹣①；
由图乙可知，金属块的体积V金属块＝18mL，在图丁中，小空桶和金属块处于漂浮状态，此时小空桶和金属块的总重等于受到的浮力：
G总＝G桶+G金属块＝F浮2﹣﹣﹣﹣﹣②，
②﹣①得：
G金属块＝F浮2﹣F浮1，
图丁中增加的排开水的体积：
V′＝18mL+36mL＝54mL，由阿基米德原理：
G金属块＝m金属块g＝F浮2﹣F浮1＝ρ水gV排，
故m金属排＝ρ水V排，
故金属块的密度：
ρ金属块ρ水1.0×103kg/m3＝3×103kg/m3，
②在实验步骤③和④中测得的金属块的体积一定，在实验步骤③和④中，将沾有水的金属块放入小空筒，相当于减少了小空桶排开水的重力，增加了小空桶和金属块排开水的重力，而且其减少量等于增加量，故金属块排开水的体积不变，所受浮力不变，则其重力、质量不变，所以根据ρ可知，测出的金属块密度不变。
故答案为：（1）0.5；0.4；A；（2）减小；等于；（3）二；①3×103；②不变。
10．解：
（1）该实验中，探究液体压强的工具是U形压强计；由图可知，用来探究液体内部压强的特点的工具是U形压强计，实验时把金属盒放入水中，通过观察两管中水面的高度差就可以反映橡皮膜受到水的压强的大小；
（2）丙和丁液体密度相同，探头在液体中的深度相同，容器形状不同，U形管中液面的高度差相同，说明液体压强与盛液体的容器形状无关；
（3）甲、乙两图液体的密度相同，探头在液体中的深度不同，U形管中液面的高度差不同，说明液体压强与有关，并且液体内部压强随着深度的增加而增大；
（4）要探究压强与液体密度的关系，应使探头深度相同，液体密度不同，所以应选择乙、丙两图；
（5）在图乙中，固定金属盒的橡皮膜在水中的深度，使金属盒处于向上、向下、向左、向右等方位时，两玻璃管中液面高度差不变，说明了在液体内部同一深度处，液体向各个方向的压强大小相等。
故答案为：（1）压强计；U形管两侧液面的高度差；（2）无关；（3）深度；液体内部压强随着深度的增加而增大；（4）乙、丙；（5）相等。
力学实验探究