2024教科版物理八年级下学期--专项素养综合全练(九)力学实验探究（有解析）
文档属性
| 名称 | 2024教科版物理八年级下学期--专项素养综合全练(九)力学实验探究（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 531.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-04 14:26:22 | ||
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文档简介
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2024教科版物理八年级下学期
专项素养综合全练(九)
力学实验探究
类型一 “力”的实验探究
1.【实验探究·新实验】(2023青海中考)某兴趣小组在“探究影响滑动摩擦力大小因素”时的改进实验装置如图所示。
(1)该实验装置的优点在于:不需要匀速拉动木板也能测量滑动摩擦力的大小,原因是木块B相对桌面始终处于静止状态,弹簧测力计的示数等于物体B受到的 力的大小,该实验的原理是 (选填“二力平衡”或“受力不平衡”)。
(2)实验数据如表所示:
实验 接触面 压力情况 弹簧测力计示数/N
1 木板面 木块 3.3
2 木板面 木块+砝码 4.5
3 毛巾面 木块 5.1
①对比实验1和2:在接触面粗糙程度相同时,压力 (选填“越大”或“越小”),滑动摩擦力越大;
②对比实验 :在接触面所受的压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力 (选填“越大”或“越小”);
③本实验除了转换法,还使用的物理实验方法是 。
(3)同学们还想探究滑动摩擦力的大小与接触面积是否有关,于是将木块B沿竖直方向切去一半,这种做法不合理。请说明理由: 。
2.【实验探究·设计实验】(2023四川内江中考)在“探究相互作用力的关系”的实验中。取A、B两个相同的弹簧测力计,平放在水平桌面上,让它们互相钩挂在一起。(P8207001)
实验一:用两只手水平向左右两边拉A和B。
实验二:固定B,用手水平向左拉A。
如图所示,当弹簧测力计均静止时,观察弹簧测力计所显示的拉力大小,则:
(1)由图可知,所选弹簧测力计的分度值为 N。
(2)弹簧测力计A在竖直方向上受到的合力为 N。
(3)在第一次实验中,弹簧测力计A显示的是B对A的作用力F1,弹簧测力计B显示的是A对B的作用力F2,这两个相互作用力的关系是F1 F2(选填“<”“>”或“=”)。
(4)如果每只手的拉力均相同,那么,在两次实验中弹簧测力计B的示数 (选填“相等”或“不相等”)。
类型二 “力与运动”的实验探究
3.【学科素养·科学探究】(2023甘肃金昌中考)物理兴趣小组在“探究阻力对物体运动的影响”的实验中,让同一小车从同一斜面的同一高度由静止自由滑下,分别通过水平面上的毛巾、棉布、木板表面,如图所示。
(1)让小车从同一斜面上的同一高度处,沿斜面从静止开始运动,目的是使小车到达水平面时的 相同。
(2)小车在 表面速度减小得最慢(选填“毛巾”“棉布”或“木板”)。
(3)我们可以推断:如果水平面绝对光滑,运动的物体将保持
状态。
(4)根据以上结论,关于运动和力的判断,下列说法正确的是
(填选项符号)。
A.沿水平方向没有推动桌子,是桌子受到的推力小于摩擦力
B.轮船漂在水面上,是因为轮船受到的浮力等于轮船和货物总共受到的重力
C.地面上滚动的足球最终会停下来,是因为受到的阻力大于向前的惯性作用
(5)三组实验中小车在水平面上从运动到静止消耗的机械能大小
(选填“相等”或“不相等”)。
4.【实验探究·分析论证】(2023黑龙江绥化中考)如图是“探究二力平衡条件”的实验装置。
(1)把小车放在比较光滑的水平桌面上,用手按住小车不动,在两托盘中放入质量相等的砝码,放手后小车静止;在两托盘中放入质量不相等的砝码,放手后小车运动,这说明相互平衡的两个力 。用手按住小车不动,把两个托盘放在小车的同一侧,放入质量相等的砝码,放手后小车运动,这说明相互平衡的两个力 。
(2)把小车放在水平桌面上,保持两托盘砝码质量相等,使小车静止,将小车扭转一个角度后释放,观察到小车 ,这说明相互平衡的两个力作用在 。
(3)实验中为了减小摩擦力对实验的影响,应选择质量较 的砝码进行实验。(选填“大”或“小”)
类型三 “压强”的实验探究
5.【实验探究·分析论证】(2023四川射洪月考)如图所示,是“探究压力的作用效果与什么因素有关”的实验。
(1)实验中,通过观察 来比较压力的作用效果。
(2)比较C、D、E三次实验,得出结论: 相同时,压力越大,压力的作用效果越明显。比较B、C两次实验,得出结论: 。
(3)你认为 (选填“能”或“不能”)通过A、B两次实验来比较压力作用效果与压力大小的关系。
(4)将两个完全相同的水瓶紧靠在一起,如图F所示,若将它们放在海绵上,压力作用效果与 一致;将它们放在水平桌面上,对桌面的压强 (选填“大于”“小于”或“等于”)对海绵的压强。
(5)同组的小丽在实验过程中提出一个问题:在B、C两次实验中,瓶中的水对底部的压力、压强大小相等吗 若B、C两次实验中水对瓶底和瓶盖的压力分别为FB、FC,水对瓶底和瓶盖的压强分别为pB、pC,请你比较大小:FB FC,pB pC。(两空均选填“>”“<”或“=”)
6.【实验探究·新实验】(2023湖北黄冈、孝感等中考)小明用压强计探究液体的压强与哪些因素有关。
(1)使用压强计前要检查装置的气密性:用手指轻压探头橡皮膜,观察U形管的 。
(2)小明把压强计的探头浸入水中一定深度,把探头分别朝侧面、朝下、朝上(如图A、B、C),发现U形管左右两侧的液面高度差保持不变,说明在同种液体内部的同一深度, 的压强都相等。
(3)小明根据图D和E实验得出“液体的密度越大,压强越大”的结论,请指出小明实验中存在的问题: 。
(4)压强计通过U形管左右两侧的液面高度差大小,反映探头薄膜所受压强大小,应用了转换法。量筒、刻度尺、弹簧测力计等测量工具的设计原理也应用了这种方法的是 。在使用压强计时,待探究液体与U形管中液体的密度差越 (选填“大”或“小”),实验现象越明显。
类型四 “浮力”的实验探究
7.【实验探究·设计实验】(2023天津中考)在学习“阿基米德原理”时,可用“实验探究”与“理论探究”两种方式进行研究。请你完成下列任务:
【实验探究】
通过如图所示的实验,探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系。由实验可得结论: 。这就是阿基米德原理。
【理论探究】
第一步:建立模型——选取浸没在液体中的长方体进行研究,如图戊所示;
戊
第二步:理论推导——利用浮力产生的原因推导阿基米德原理。
请你写出推导过程。提示:推导过程中所用物理量需要设定(可在图戊中标出)。
【原理应用】
水平桌面上有一底面积为S1的柱形平底薄壁容器,内装质量为m的液体。现将一个底面积为S2的金属圆柱体放入液体中,圆柱体静止后直立在容器底且未浸没(与容器底接触但不密合),整个过程液体未溢出。金属圆柱体静止时所受浮力F浮= 。
类型五 “简单机械”的实验探究
8.【实验探究·分析论证】(2023山东济宁中考)利用铁架台、杠杆、质量相等的钩码等器材,探究杠杆的平衡条件。
(1)调节螺母,将没挂钩码的杠杆调节至水平位置平衡,如图甲所示,其目的是方便测量 ;
(2)为探究杠杆的平衡条件,小明设计了两种收集实验数据的方案,其中合理的是 ;
实验 次数 方案一 方案二
F1/N l1/cm F2/N l2/cm F1/N l1/cm F2/N l2/cm
1 3 3 3 5
2 2 2 4 3
3 1 1 2 5
(3)如图乙所示,在A处挂3个钩码,则应在B处挂 个钩码,才能使杠杆在水平位置保持平衡;
(4)杆秤就是杠杆平衡条件的一个应用,是中国最古老也是现今人们仍然在使用的一种称质量的简易工具,由带有秤星的秤杆、秤砣、提纽等组成。如图丙所示,此杆秤有两个提纽,使用它称较重的物体时,常用离秤钩较 (选填“近”或“远”)的提纽。
9.【学科素养·科学探究】(2023北京海淀期末)小红在测量滑轮组机械效率的实验中,用如图所示的装置竖直向上匀速提升钩码,并记录了部分实验数据如表所示:
钩码总 重G/N 钩码上升的 高度h/m 测力计 拉力F/N 绳端移动 的距离s/m
6 0.05 0.15
(1)表中弹簧测力计的示数如图所示,则此时拉力的测量值为
N。
(2)本次实验中滑轮组的机械效率为 %(计算结果精确至0.1%)。
(3)若此装置中的绳重和滑轮的摩擦均可忽略,则动滑轮所受重力为
N。
(4)用此滑轮组提升重物,如果想提高机械效率,请你给出一条可行的建议: 。
类型六 “机械能”的实验探究
10.【实验探究·分析论证】(2023湖南郴州中考)小明通过下面的实验,研究“动能的大小与物体运动的速度有关”的问题。质量相同的小球,从斜面上不同高度处自由滚下,小球到达水平面时的速度是
的。(选填“相同”或“不同”)
实验1 将小球从斜面顶端自由滚下(图甲),观察到木块被撞出了一段距离。
实验2 将小球从斜面中间自由滚下(图乙),观察到木块被撞出的距离比实验1的距离 (选填“短”“长”或“相等”)。
由上述实验现象,我们可以得出结论:同一物体, ,动能越大。
实验3 将小球从一光滑斜槽轨道(OAB)O点自由滚下(图丙),依次经过A、B两点到达C点(忽略空气阻力),设A、B两点的机械能分别为EA和EB,则EA EB(选填“>”“=”或“<”)。当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时,假设小球所受的外力全部消失,则小球将 。
A.沿a轨迹运动
B.沿b轨迹运动
C.沿c轨迹运动
D.保持静止
答案全解全析
1.(1)摩擦 二力平衡 (2)①越大 ②1、3 越大 ③控制变量法 (3)没有控制压力大小相同
解析 (1)拉动长木板运动的过程中,木块B保持静止状态,根据二力平衡的条件可知,此时弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小。(2)①实验1和2接触面粗糙程度相同,实验2增加砝码使得压力增大,弹簧测力计示数增大,得出结论:在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。②探究滑动摩擦力大小跟接触面粗糙程度的关系,需要控制压力大小不变,改变接触面粗糙程度,应选择1、3实验进行分析,得出结论:压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。③本实验采用了转换法和控制变量法。(3)想探究滑动摩擦力大小与接触面积的关系,要控制压力大小和接触面粗糙程度相同,将木块B沿竖直方向切去一部分,在改变接触面积的同时,压力大小发生了改变,没有控制压力大小相同,故探究过程不正确。
2.(1)0.1 (2)0 (3)= (4)相等
解析 (1)由图可知,刻度盘上1 N之间有10个小格,每小格代表0.1 N,则所选弹簧测力计的分度值为0.1 N。(2)弹簧测力计静止,处于平衡状态,故在竖直方向受到平衡力的作用,合力为0 N。(3)由于物体间力的作用是相互的,B对A有力的作用的同时,A对B也有力的作用,这两个力是一对相互作用力,大小相等,即F1=F2。(4)每只手的拉力均相同,故两次实验手对A的拉力相等;由于A处于静止状态,水平方向上受力平衡,即手对A的拉力大小等于B对A的拉力大小,故两次实验B对A的拉力大小相等。根据物体间力的作用是相互的可知,A对B的拉力大小等于B对A的拉力大小,则两次实验A对B的拉力大小相等,即在两次实验中弹簧测力计B的示数相等。
3.(1)速度 (2)木板 (3)匀速直线运动 (4)B (5)相等
解析 (1)探究阻力对物体运动的影响,实验时小车每次都从斜面同一高度处由静止自由滑下,是为了让小车到达水平面时的速度相同,便于比较探究。(2)木板表面最光滑,小车在上面运动的距离最远,速度减小得最慢。(3)由上述实验可推断:如果水平面绝对光滑,运动的物体在不受力时将保持原来的速度做匀速直线运动。(4)沿水平方向没有推动桌子,桌子处于静止状态,则桌子在水平方向上受到的推力和摩擦力是一对平衡力,所以推力与摩擦力大小相等,A错误;轮船漂在水面上处于平衡状态,轮船受到的浮力与轮船和货物总共受到的重力二力平衡,大小相等,B正确;地面上滚动的足球最终会停下来,是因为受到阻力的作用,阻力改变了足球的运动状态,惯性是一种性质,不能说受到惯性的作用,C错误。(5)三组实验中小车的质量不变,下落前所处的高度相同,重力势能相同;初始速度为0,动能大小相同,所以小车具有的初始机械能相同。最终小车都在水平面上处于静止状态,最后的机械能相同,则减小的机械能是相同的。
4.(1)大小相等 方向相反 (2)扭转回来 同一直线上 (3)大
解析 (1)两边的托盘中砝码质量不同时,小车受到两边的拉力不相等,小车运动;质量相等时,小车受到两边的拉力相等,小车静止,说明相互平衡的两个力大小相等。保持两托盘里砝码的质量相等,把两个托盘挂在小车的同一侧,即两个力的方向相同,放手后小车运动,不能平衡,说明相互平衡的两个力方向相反。(2)将小车扭转一个角度,两个力不在一条直线上,释放后,小车将扭转回来,不能保持平衡状态,说明相互平衡的两个力作用在同一直线上。(3)小车运动过程中受到摩擦力,若实验中砝码质量较大,即拉力与摩擦力大小差值大,能减小摩擦力对实验的影响。
5.(1)海绵的凹陷程度 (2)受力面积 压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显 (3)不能 (4)B 等于 (5)> =
解析 (1)实验时,通过观察海绵的凹陷程度比较压力的作用效果,海绵凹陷程度越大,压力作用效果越明显。(2)C、D、E三次实验,受力面积相同,压力越大,海绵凹陷程度越大,压力的作用效果越明显,得出结论:受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显。B、C两次实验,压力大小相同,受力面积越小,海绵凹陷程度越大,压力的作用效果越明显,得出结论:压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。(3)不能通过A、B两次实验来比较压力作用效果与压力大小的关系,因为受压力作用的物体材料不同。(4)将两个完全相同的水瓶紧靠在一起,若将它们放在海绵上,压力大小和受力面积同时增大一倍,则压力的作用效果不变,压力的作用效果与B相同;将它们放在水平桌面上,压力大小和受力面积都不变,压力的作用效果不变,即压强大小不变,与对海绵的压强相等。(5)在B、C两次实验中,水的深度相同,根据p=ρgh可知,水对瓶底和瓶盖的压强相同,即pB=pC;因为两个瓶子的受力面积关系是SB>SC,根据F=pS可知,水对瓶底和瓶盖的压力关系是FB>FC。
6.(1)两侧液面高度差是否有明显变化 (2)液体向各个方向 (3)没有控制探头浸入液体的深度相同 (4)弹簧测力计 大
解析 (1)实验前要检查实验装置的气密性,用手指轻压压强计探头的橡皮膜,观察U形管左右两侧液面高度差是否有明显的变化,若有则说明气密性好,反之则说明漏气。(2)比较图A、B、C,探头橡皮膜的方向不同,U形管两侧液面高度差相同,说明在同种液体内部的同一深度,液体向各个方向的压强相同。(3)液体压强与液体密度、深度有关,要探究液体压强大小与液体密度的关系,需要保持探头所处的深度相同。由图D、E知,探头浸入两种液体中的深度不同,所以结论不可靠。(4)在弹性限度内,弹簧受到的力越大,弹簧的伸长量就越大,根据此原理制成了弹簧测力计,即用弹簧伸长量的大小,间接反映力的大小,用到了转换法;刻度尺可以直接读出长度,量筒可以直接读出液体体积,二者均没有用到转换法。在使用压强计时,探头浸入液体中所受压强的大小与U形管内液面高度差产生的压强差大小相同,即ρ液gh=ρ管液gΔh,可知Δh=h,因此待探究液体与U形管中液体的密度差越大,实验现象越明显。
7.解析 【实验探究】由图甲、乙可知,利用称重法测得物体受到的浮力F浮=G-F拉=2 N-1 N=1 N;由图丙、丁可知,物体排开液体所受重力G排=1.5 N-0.5 N=1 N;可得出结论:F浮=G排。
【理论探究】设长方体的底面积为S、高为h,液体密度为ρ液,长方体上、下表面所处的深度及受力情况如图所示。
液体对长方体向上的压力大于液体对它向下的压力,两者之差即浮力F浮=F2-F1=ρ液gh2S-ρ液gh1S=ρ液g(h2-h1)S=ρ液ghS=ρ液gV排=G排。(其他方法正确即可)
【原理应用】设液体密度为ρ液',根据阿基米德原理可得,金属圆柱体所受浮力F浮=ρ液'gV排=ρ液'gS2·=mg。
8.(1)力臂 (2)方案二 (3)2 (4)近
解析 (1)使杠杆在水平位置平衡,若力沿竖直方向,则力臂在杠杆上,便于测量力臂大小;(2)方案二中F1和F2大小不同,实验数据具有普遍性,因此方案二更合理;(3)图乙A处挂3个钩码,设杠杆上每格长度为L,则根据杠杆的平衡条件得,3G×2L=FB×3L,FB=2G,因此B处应挂2个钩码;(4)杆秤利用了杠杆平衡条件,若物体的重力为G物,秤砣的重力为G砣,提纽悬挂点到秤钩悬挂点的距离为L1且为秤钩悬挂点受力的力臂,提纽悬挂点到秤砣悬挂点的距离为L2且为秤砣悬挂点受力的力臂,若杆秤平衡,则G物×L1=G砣×L2,G砣不变,当G物较大时,L1较小,用离秤钩较近的提纽。
9.(1)2.4 (2)83.3 (3)1.2 (4)增大物重或减小动滑轮重
解析 (1)如题图所示,弹簧测力计的分度值为0.2 N,示数为2.4 N。(2)滑轮组的机械效率η=×100%=×100%≈83.3%。(3)由题图可知,滑轮组绳子的有效股数n=3,根据F=(G+G动)可知,动滑轮所受重力G动=3F-G=3×2.4 N-6 N=1.2 N。(4)增大物重或减小动滑轮重可以提高机械效率。
10.不同 短 速度越大 = A
解析 由甲、乙两图可知,使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下,小球到达水平面时的速度是不同的,小球从斜面上越高的位置自由滚下,小球到达水平面的速度越大。观察到木块在实验2被撞出的距离比实验1的距离短,可得出结论:同一物体,速度越大,动能越大。光滑斜槽轨道没有摩擦,且忽略空气阻力,则小球机械能守恒,所以EA=EB。当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时,小球具有水平向右的速度,假设小球所受的外力全部消失,根据牛顿第一定律可知,小球将沿a轨迹做匀速直线运动。
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2024教科版物理八年级下学期
专项素养综合全练(九)
力学实验探究
类型一 “力”的实验探究
1.【实验探究·新实验】(2023青海中考)某兴趣小组在“探究影响滑动摩擦力大小因素”时的改进实验装置如图所示。
(1)该实验装置的优点在于:不需要匀速拉动木板也能测量滑动摩擦力的大小,原因是木块B相对桌面始终处于静止状态,弹簧测力计的示数等于物体B受到的 力的大小,该实验的原理是 (选填“二力平衡”或“受力不平衡”)。
(2)实验数据如表所示:
实验 接触面 压力情况 弹簧测力计示数/N
1 木板面 木块 3.3
2 木板面 木块+砝码 4.5
3 毛巾面 木块 5.1
①对比实验1和2:在接触面粗糙程度相同时,压力 (选填“越大”或“越小”),滑动摩擦力越大;
②对比实验 :在接触面所受的压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力 (选填“越大”或“越小”);
③本实验除了转换法,还使用的物理实验方法是 。
(3)同学们还想探究滑动摩擦力的大小与接触面积是否有关,于是将木块B沿竖直方向切去一半,这种做法不合理。请说明理由: 。
2.【实验探究·设计实验】(2023四川内江中考)在“探究相互作用力的关系”的实验中。取A、B两个相同的弹簧测力计,平放在水平桌面上,让它们互相钩挂在一起。(P8207001)
实验一:用两只手水平向左右两边拉A和B。
实验二:固定B,用手水平向左拉A。
如图所示,当弹簧测力计均静止时,观察弹簧测力计所显示的拉力大小,则:
(1)由图可知,所选弹簧测力计的分度值为 N。
(2)弹簧测力计A在竖直方向上受到的合力为 N。
(3)在第一次实验中,弹簧测力计A显示的是B对A的作用力F1,弹簧测力计B显示的是A对B的作用力F2,这两个相互作用力的关系是F1 F2(选填“<”“>”或“=”)。
(4)如果每只手的拉力均相同,那么,在两次实验中弹簧测力计B的示数 (选填“相等”或“不相等”)。
类型二 “力与运动”的实验探究
3.【学科素养·科学探究】(2023甘肃金昌中考)物理兴趣小组在“探究阻力对物体运动的影响”的实验中,让同一小车从同一斜面的同一高度由静止自由滑下,分别通过水平面上的毛巾、棉布、木板表面,如图所示。
(1)让小车从同一斜面上的同一高度处,沿斜面从静止开始运动,目的是使小车到达水平面时的 相同。
(2)小车在 表面速度减小得最慢(选填“毛巾”“棉布”或“木板”)。
(3)我们可以推断:如果水平面绝对光滑,运动的物体将保持
状态。
(4)根据以上结论,关于运动和力的判断,下列说法正确的是
(填选项符号)。
A.沿水平方向没有推动桌子,是桌子受到的推力小于摩擦力
B.轮船漂在水面上,是因为轮船受到的浮力等于轮船和货物总共受到的重力
C.地面上滚动的足球最终会停下来,是因为受到的阻力大于向前的惯性作用
(5)三组实验中小车在水平面上从运动到静止消耗的机械能大小
(选填“相等”或“不相等”)。
4.【实验探究·分析论证】(2023黑龙江绥化中考)如图是“探究二力平衡条件”的实验装置。
(1)把小车放在比较光滑的水平桌面上,用手按住小车不动,在两托盘中放入质量相等的砝码,放手后小车静止;在两托盘中放入质量不相等的砝码,放手后小车运动,这说明相互平衡的两个力 。用手按住小车不动,把两个托盘放在小车的同一侧,放入质量相等的砝码,放手后小车运动,这说明相互平衡的两个力 。
(2)把小车放在水平桌面上,保持两托盘砝码质量相等,使小车静止,将小车扭转一个角度后释放,观察到小车 ,这说明相互平衡的两个力作用在 。
(3)实验中为了减小摩擦力对实验的影响,应选择质量较 的砝码进行实验。(选填“大”或“小”)
类型三 “压强”的实验探究
5.【实验探究·分析论证】(2023四川射洪月考)如图所示,是“探究压力的作用效果与什么因素有关”的实验。
(1)实验中,通过观察 来比较压力的作用效果。
(2)比较C、D、E三次实验,得出结论: 相同时,压力越大,压力的作用效果越明显。比较B、C两次实验,得出结论: 。
(3)你认为 (选填“能”或“不能”)通过A、B两次实验来比较压力作用效果与压力大小的关系。
(4)将两个完全相同的水瓶紧靠在一起,如图F所示,若将它们放在海绵上,压力作用效果与 一致;将它们放在水平桌面上,对桌面的压强 (选填“大于”“小于”或“等于”)对海绵的压强。
(5)同组的小丽在实验过程中提出一个问题:在B、C两次实验中,瓶中的水对底部的压力、压强大小相等吗 若B、C两次实验中水对瓶底和瓶盖的压力分别为FB、FC,水对瓶底和瓶盖的压强分别为pB、pC,请你比较大小:FB FC,pB pC。(两空均选填“>”“<”或“=”)
6.【实验探究·新实验】(2023湖北黄冈、孝感等中考)小明用压强计探究液体的压强与哪些因素有关。
(1)使用压强计前要检查装置的气密性:用手指轻压探头橡皮膜,观察U形管的 。
(2)小明把压强计的探头浸入水中一定深度,把探头分别朝侧面、朝下、朝上(如图A、B、C),发现U形管左右两侧的液面高度差保持不变,说明在同种液体内部的同一深度, 的压强都相等。
(3)小明根据图D和E实验得出“液体的密度越大,压强越大”的结论,请指出小明实验中存在的问题: 。
(4)压强计通过U形管左右两侧的液面高度差大小,反映探头薄膜所受压强大小,应用了转换法。量筒、刻度尺、弹簧测力计等测量工具的设计原理也应用了这种方法的是 。在使用压强计时,待探究液体与U形管中液体的密度差越 (选填“大”或“小”),实验现象越明显。
类型四 “浮力”的实验探究
7.【实验探究·设计实验】(2023天津中考)在学习“阿基米德原理”时,可用“实验探究”与“理论探究”两种方式进行研究。请你完成下列任务:
【实验探究】
通过如图所示的实验,探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系。由实验可得结论: 。这就是阿基米德原理。
【理论探究】
第一步:建立模型——选取浸没在液体中的长方体进行研究,如图戊所示;
戊
第二步:理论推导——利用浮力产生的原因推导阿基米德原理。
请你写出推导过程。提示:推导过程中所用物理量需要设定(可在图戊中标出)。
【原理应用】
水平桌面上有一底面积为S1的柱形平底薄壁容器,内装质量为m的液体。现将一个底面积为S2的金属圆柱体放入液体中,圆柱体静止后直立在容器底且未浸没(与容器底接触但不密合),整个过程液体未溢出。金属圆柱体静止时所受浮力F浮= 。
类型五 “简单机械”的实验探究
8.【实验探究·分析论证】(2023山东济宁中考)利用铁架台、杠杆、质量相等的钩码等器材,探究杠杆的平衡条件。
(1)调节螺母,将没挂钩码的杠杆调节至水平位置平衡,如图甲所示,其目的是方便测量 ;
(2)为探究杠杆的平衡条件,小明设计了两种收集实验数据的方案,其中合理的是 ;
实验 次数 方案一 方案二
F1/N l1/cm F2/N l2/cm F1/N l1/cm F2/N l2/cm
1 3 3 3 5
2 2 2 4 3
3 1 1 2 5
(3)如图乙所示,在A处挂3个钩码,则应在B处挂 个钩码,才能使杠杆在水平位置保持平衡;
(4)杆秤就是杠杆平衡条件的一个应用,是中国最古老也是现今人们仍然在使用的一种称质量的简易工具,由带有秤星的秤杆、秤砣、提纽等组成。如图丙所示,此杆秤有两个提纽,使用它称较重的物体时,常用离秤钩较 (选填“近”或“远”)的提纽。
9.【学科素养·科学探究】(2023北京海淀期末)小红在测量滑轮组机械效率的实验中,用如图所示的装置竖直向上匀速提升钩码,并记录了部分实验数据如表所示:
钩码总 重G/N 钩码上升的 高度h/m 测力计 拉力F/N 绳端移动 的距离s/m
6 0.05 0.15
(1)表中弹簧测力计的示数如图所示,则此时拉力的测量值为
N。
(2)本次实验中滑轮组的机械效率为 %(计算结果精确至0.1%)。
(3)若此装置中的绳重和滑轮的摩擦均可忽略,则动滑轮所受重力为
N。
(4)用此滑轮组提升重物,如果想提高机械效率,请你给出一条可行的建议: 。
类型六 “机械能”的实验探究
10.【实验探究·分析论证】(2023湖南郴州中考)小明通过下面的实验,研究“动能的大小与物体运动的速度有关”的问题。质量相同的小球,从斜面上不同高度处自由滚下,小球到达水平面时的速度是
的。(选填“相同”或“不同”)
实验1 将小球从斜面顶端自由滚下(图甲),观察到木块被撞出了一段距离。
实验2 将小球从斜面中间自由滚下(图乙),观察到木块被撞出的距离比实验1的距离 (选填“短”“长”或“相等”)。
由上述实验现象,我们可以得出结论:同一物体, ,动能越大。
实验3 将小球从一光滑斜槽轨道(OAB)O点自由滚下(图丙),依次经过A、B两点到达C点(忽略空气阻力),设A、B两点的机械能分别为EA和EB,则EA EB(选填“>”“=”或“<”)。当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时,假设小球所受的外力全部消失,则小球将 。
A.沿a轨迹运动
B.沿b轨迹运动
C.沿c轨迹运动
D.保持静止
答案全解全析
1.(1)摩擦 二力平衡 (2)①越大 ②1、3 越大 ③控制变量法 (3)没有控制压力大小相同
解析 (1)拉动长木板运动的过程中,木块B保持静止状态,根据二力平衡的条件可知,此时弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小。(2)①实验1和2接触面粗糙程度相同,实验2增加砝码使得压力增大,弹簧测力计示数增大,得出结论:在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。②探究滑动摩擦力大小跟接触面粗糙程度的关系,需要控制压力大小不变,改变接触面粗糙程度,应选择1、3实验进行分析,得出结论:压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。③本实验采用了转换法和控制变量法。(3)想探究滑动摩擦力大小与接触面积的关系,要控制压力大小和接触面粗糙程度相同,将木块B沿竖直方向切去一部分,在改变接触面积的同时,压力大小发生了改变,没有控制压力大小相同,故探究过程不正确。
2.(1)0.1 (2)0 (3)= (4)相等
解析 (1)由图可知,刻度盘上1 N之间有10个小格,每小格代表0.1 N,则所选弹簧测力计的分度值为0.1 N。(2)弹簧测力计静止,处于平衡状态,故在竖直方向受到平衡力的作用,合力为0 N。(3)由于物体间力的作用是相互的,B对A有力的作用的同时,A对B也有力的作用,这两个力是一对相互作用力,大小相等,即F1=F2。(4)每只手的拉力均相同,故两次实验手对A的拉力相等;由于A处于静止状态,水平方向上受力平衡,即手对A的拉力大小等于B对A的拉力大小,故两次实验B对A的拉力大小相等。根据物体间力的作用是相互的可知,A对B的拉力大小等于B对A的拉力大小,则两次实验A对B的拉力大小相等,即在两次实验中弹簧测力计B的示数相等。
3.(1)速度 (2)木板 (3)匀速直线运动 (4)B (5)相等
解析 (1)探究阻力对物体运动的影响,实验时小车每次都从斜面同一高度处由静止自由滑下,是为了让小车到达水平面时的速度相同,便于比较探究。(2)木板表面最光滑,小车在上面运动的距离最远,速度减小得最慢。(3)由上述实验可推断:如果水平面绝对光滑,运动的物体在不受力时将保持原来的速度做匀速直线运动。(4)沿水平方向没有推动桌子,桌子处于静止状态,则桌子在水平方向上受到的推力和摩擦力是一对平衡力,所以推力与摩擦力大小相等,A错误;轮船漂在水面上处于平衡状态,轮船受到的浮力与轮船和货物总共受到的重力二力平衡,大小相等,B正确;地面上滚动的足球最终会停下来,是因为受到阻力的作用,阻力改变了足球的运动状态,惯性是一种性质,不能说受到惯性的作用,C错误。(5)三组实验中小车的质量不变,下落前所处的高度相同,重力势能相同;初始速度为0,动能大小相同,所以小车具有的初始机械能相同。最终小车都在水平面上处于静止状态,最后的机械能相同,则减小的机械能是相同的。
4.(1)大小相等 方向相反 (2)扭转回来 同一直线上 (3)大
解析 (1)两边的托盘中砝码质量不同时,小车受到两边的拉力不相等,小车运动;质量相等时,小车受到两边的拉力相等,小车静止,说明相互平衡的两个力大小相等。保持两托盘里砝码的质量相等,把两个托盘挂在小车的同一侧,即两个力的方向相同,放手后小车运动,不能平衡,说明相互平衡的两个力方向相反。(2)将小车扭转一个角度,两个力不在一条直线上,释放后,小车将扭转回来,不能保持平衡状态,说明相互平衡的两个力作用在同一直线上。(3)小车运动过程中受到摩擦力,若实验中砝码质量较大,即拉力与摩擦力大小差值大,能减小摩擦力对实验的影响。
5.(1)海绵的凹陷程度 (2)受力面积 压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显 (3)不能 (4)B 等于 (5)> =
解析 (1)实验时,通过观察海绵的凹陷程度比较压力的作用效果,海绵凹陷程度越大,压力作用效果越明显。(2)C、D、E三次实验,受力面积相同,压力越大,海绵凹陷程度越大,压力的作用效果越明显,得出结论:受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显。B、C两次实验,压力大小相同,受力面积越小,海绵凹陷程度越大,压力的作用效果越明显,得出结论:压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。(3)不能通过A、B两次实验来比较压力作用效果与压力大小的关系,因为受压力作用的物体材料不同。(4)将两个完全相同的水瓶紧靠在一起,若将它们放在海绵上,压力大小和受力面积同时增大一倍,则压力的作用效果不变,压力的作用效果与B相同;将它们放在水平桌面上,压力大小和受力面积都不变,压力的作用效果不变,即压强大小不变,与对海绵的压强相等。(5)在B、C两次实验中,水的深度相同,根据p=ρgh可知,水对瓶底和瓶盖的压强相同,即pB=pC;因为两个瓶子的受力面积关系是SB>SC,根据F=pS可知,水对瓶底和瓶盖的压力关系是FB>FC。
6.(1)两侧液面高度差是否有明显变化 (2)液体向各个方向 (3)没有控制探头浸入液体的深度相同 (4)弹簧测力计 大
解析 (1)实验前要检查实验装置的气密性,用手指轻压压强计探头的橡皮膜,观察U形管左右两侧液面高度差是否有明显的变化,若有则说明气密性好,反之则说明漏气。(2)比较图A、B、C,探头橡皮膜的方向不同,U形管两侧液面高度差相同,说明在同种液体内部的同一深度,液体向各个方向的压强相同。(3)液体压强与液体密度、深度有关,要探究液体压强大小与液体密度的关系,需要保持探头所处的深度相同。由图D、E知,探头浸入两种液体中的深度不同,所以结论不可靠。(4)在弹性限度内,弹簧受到的力越大,弹簧的伸长量就越大,根据此原理制成了弹簧测力计,即用弹簧伸长量的大小,间接反映力的大小,用到了转换法;刻度尺可以直接读出长度,量筒可以直接读出液体体积,二者均没有用到转换法。在使用压强计时,探头浸入液体中所受压强的大小与U形管内液面高度差产生的压强差大小相同,即ρ液gh=ρ管液gΔh,可知Δh=h,因此待探究液体与U形管中液体的密度差越大,实验现象越明显。
7.解析 【实验探究】由图甲、乙可知,利用称重法测得物体受到的浮力F浮=G-F拉=2 N-1 N=1 N;由图丙、丁可知,物体排开液体所受重力G排=1.5 N-0.5 N=1 N;可得出结论:F浮=G排。
【理论探究】设长方体的底面积为S、高为h,液体密度为ρ液,长方体上、下表面所处的深度及受力情况如图所示。
液体对长方体向上的压力大于液体对它向下的压力,两者之差即浮力F浮=F2-F1=ρ液gh2S-ρ液gh1S=ρ液g(h2-h1)S=ρ液ghS=ρ液gV排=G排。(其他方法正确即可)
【原理应用】设液体密度为ρ液',根据阿基米德原理可得,金属圆柱体所受浮力F浮=ρ液'gV排=ρ液'gS2·=mg。
8.(1)力臂 (2)方案二 (3)2 (4)近
解析 (1)使杠杆在水平位置平衡,若力沿竖直方向,则力臂在杠杆上,便于测量力臂大小;(2)方案二中F1和F2大小不同,实验数据具有普遍性,因此方案二更合理;(3)图乙A处挂3个钩码,设杠杆上每格长度为L,则根据杠杆的平衡条件得,3G×2L=FB×3L,FB=2G,因此B处应挂2个钩码;(4)杆秤利用了杠杆平衡条件,若物体的重力为G物,秤砣的重力为G砣,提纽悬挂点到秤钩悬挂点的距离为L1且为秤钩悬挂点受力的力臂,提纽悬挂点到秤砣悬挂点的距离为L2且为秤砣悬挂点受力的力臂,若杆秤平衡,则G物×L1=G砣×L2,G砣不变,当G物较大时,L1较小,用离秤钩较近的提纽。
9.(1)2.4 (2)83.3 (3)1.2 (4)增大物重或减小动滑轮重
解析 (1)如题图所示,弹簧测力计的分度值为0.2 N,示数为2.4 N。(2)滑轮组的机械效率η=×100%=×100%≈83.3%。(3)由题图可知,滑轮组绳子的有效股数n=3,根据F=(G+G动)可知,动滑轮所受重力G动=3F-G=3×2.4 N-6 N=1.2 N。(4)增大物重或减小动滑轮重可以提高机械效率。
10.不同 短 速度越大 = A
解析 由甲、乙两图可知,使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下,小球到达水平面时的速度是不同的,小球从斜面上越高的位置自由滚下,小球到达水平面的速度越大。观察到木块在实验2被撞出的距离比实验1的距离短,可得出结论:同一物体,速度越大,动能越大。光滑斜槽轨道没有摩擦,且忽略空气阻力,则小球机械能守恒,所以EA=EB。当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时,小球具有水平向右的速度,假设小球所受的外力全部消失,根据牛顿第一定律可知,小球将沿a轨迹做匀速直线运动。
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