专题十二 实验与探究(三) 物理探究
实验与探究(三) 物理探究
[时间：60分钟 分值：100分]
一、选择题(每题3分，共30分)
1．[2016·聊城]如图所示是“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验。下列有关此实验的说法中正确的是 ( A )
图Z12－1
A．分析甲、乙可得，滑动摩擦力的大小跟接触面所受的压力有关
B．分析甲、丁可得，滑动摩擦力的大小跟接触面的受力面积有关
C．乙、丙是探究滑动摩擦力的大小跟接触面的粗糙程度是否有关
D．丙、丁是探究滑动摩擦力的大小跟接触面的受力面积是否有关
2．在儿童乐园，摄影师给卡通人照相，在对焦时，发现毛玻璃上卡通人像的位置如图甲所示。为了使毛玻璃上卡通人像的位置如图乙所示，摄影师应当将镜头适当地 ( B )
图Z12－2
A．向下并且向左移
B．向下并且向右移
C．向上并且向左移
D．向上并且向右移
3．科学研究需要进行实验，得到事实，并在此基础上进行必要的推理。因此，在学习科学过程中我们需要区分事实与推论。则关于表述：①在气体扩散实验中，抽去玻璃板后，红棕色的NO2气体进入到空气中；②在液体扩散实验中，红墨水滴入热水，热水很快变红；③扩散现象表明，一切物质的分子都在不停地做无规则运动；④温度越高，分子的无规则运动越剧烈。正确的是
( A )
A．①②是事实，③④是推论
B．①②④是事实，③是推论
C．①是事实，②③④是推论
D．③④是事实，①②是推论
【解析】 一切物质的分子都在不停地做无规则运动；温度越高，分子的无规则运动越剧烈，都是由扩散实验事实得出的推论。
4．[2016·青岛]下列运用科学方法的实例中，正确的是 ( B )
A．由功率的定义得出其定义式，运用了等效法
B．研究固体的微观结构时，把分子比作座位上的同学，运用了拟人类比法
C．由于重力方向竖直向下，重物下落时会砸伤人，据此制成重垂线，运用了
缺点列举法
D．研究牛顿第一定律时，在斜面小车实验基础上，通过理想化推理得到结论，
运用了模型法
【解析】 A运用比值法定义功率，C运用了缺点利用法，D运用的是科学推理法。
5．[2016·乐山]现需要研究的课题有：①导体的电阻跟它的横截面积的关系；②导体的电阻跟它的长度的关系；③导体的电阻跟它的材料的关系。给出三根镍铬合金线a、b、c(其长度关系la＝lb＞lc，横截面积关系Sa＞Sb＝Sc)，电源、电流表、开关各一个，若干根导线，可以完成的研究课题是 ( C )
A．只有① B．只有②
C．①和② D．①、②和③
6．[2016·自贡]如图是小松同学做电学实验时所画电路图的一部分，根据此图中所提供器材，可以直接研究的问题是 ( B )
图Z12－3
A．测小灯泡正常发光的电阻
B．测小灯泡的实际电功率
C．测小灯泡消耗的电能
D．测小灯泡产生的热量
7．[2016·福建]物理老师在实验室做“流体压强与流速关系”的演示实验：图甲所示的是由粗细不同的三节塑料管A、B、C连接而成的装置，三节管中分别接有三个相同传感器的探头，传感器与电脑相连。老师将抽气机与C管右端相连后开始抽气，电脑绘制出的三节管中的气体压强随时间变化的p－t图像如图乙所示。则下列描述正确的是 ( D )
图Z12－4
A．抽气过程中，三节管中的气体流速相同
B．实验室的大气压为101.0kPa
C．0～4s，C管中的气体压强变化最大
D．图像③是A管中的气体压强随时间变化的图像
8．如图所示为蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员。运动员从O点自由下落，A点处弹性绳自然伸直，B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点，运动员从O点到C点的运动过程中忽略空气阻力，则( D )
A．从O点至C点运动员速度一直减小
B．从O点至A点运动员机械能不守恒，从A点至C点机械能守恒
C．从O点至A点过程中运动员速度增大，从A点至C点过程中运动员速度
减小
D．从O点至B点过程中运动员速度增大，从B点至C点过程中运动员速度
减小
9．[2016·呼和浩特改编]如图所示，下列判断不正确的是 ( B )
图Z12－6
A．如图(一)所示，静止漂浮在水面的木块，现施加一个竖直向下的力使木块缓缓匀速沉入水底，在这个过程中，木块受到的浮力随时间变化规律如图甲所示
B．如图(二)所示，小球从光滑斜面顶端由静止向下运动，在向下运动过程中，小球与出发点的距离随时间变化规律如图乙所示
C．如图(三)所示，静止在水平桌面上质量为m的水杯，现向杯中匀速缓慢注水，从注水开始到注满的过程中，水杯对桌面的压强随时间变化规律如图丙所示
D．如图(四)所示，质地均匀的长方体木块在水平向右的拉力F作用下，匀速向右移动，从图示位置开始至木块有1/3离开桌面为止，木块对桌面的压强随时间变化规律如图丁所示
【解析】 如图(二)所示，小球从光滑斜面顶端由静止向下运动，在向下运动过程中，小球做加速运动，相同时间内通过的距离逐渐变大，而图乙中，小球与出发点的距离随时间变化规律是相同时间内通过的距离逐渐变小(s随t的变化越来越缓慢)。
10．[2016·泰州二模]在探究“通过导体中的电流与电阻之间关系”的实验中，实验器材：电源(4.5V)、电流表(量程0～0.6A)、电压表(量程0～3V)、三个定值电阻(R1＝5Ω，R2＝10Ω，R3＝20Ω)，滑动变阻器R标有“30Ω 1A”字样。如图所示，当在a、b两点间接入定值电阻R1，闭合开关，移动滑片P，使电压表示数为2.5V，读出电流表的示数。断开开关，将R1换成R2后，接下来应该进行的操作是 ( D )
图Z12－7
A．闭合开关，直接读电流表的示数
B．闭合开关，将滑片P向左移动，保持电压表示数2.5V不变
C．闭合开关，将滑片P向右移动，保持电压表示数2.5V不变
D．将滑片移动至阻值最大的位置后再闭合开关
二、填空题(每空格1分，共28分)
11．[2016·菏泽]利用一支尖头铅笔(如图所示)，现场体验“压强与受力面积的关系”。
图Z12－8
(1)“控制变量”广泛用于物理实验中，请简述此项实验控制变量的具体做法：__把铅笔放在两个手指之间，用力挤压__。
(2)实验得到的结论：__压力相同时，受力面积越小压强越大__。
12．[2016·广东]如图甲所示，图A、B、C、D、E是“探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系”实验的五个步骤。
图Z12－9
(1)__B、D__两步骤可计算出圆柱体物块浸没在水中时受到的浮力F浮＝__1.2__N。__A、E__两步骤可得出物块排开水所受的重力G排，比较F浮与G排，可以得到浮力的大小跟物块排开水所受重力的关系。
(2)如图乙所示是圆柱体物块从水面缓慢浸入水中时，根据实验数据描绘出弹簧测力计示数F随物块浸入深度h变化的关系图像，分析图像可得：当物块没有浸没之前，h增大时，弹簧测力计示数__变小__(选填“变大”“变小”或“不变”)，当h＝4cm时，物块所受的浮力为__0.8__N，浸没后，h继续增大时，弹簧测力计示数为__3__N，该圆柱体物块的高度是__6__cm。
13．[2015·遵义]小明在做探究“平面镜成像特点”的实验时，将玻璃板M竖直放在水平桌面上，取两支相同的蜡烛A和B，将蜡烛A放置于玻璃板前固定并点燃。如图所示：
图Z12－10
(1)在蜡烛A所在侧透过玻璃板观察到另一侧蜡烛A的像，并移动玻璃板后面的蜡烛B，使它与蜡烛A所成的像重合，看上去蜡烛B也被点燃，以此可以确定蜡烛A所成像的位置。他主要采用的研究方法是__替代__(选填“控制变量”“替代”或“理想模型”)法。
(2)小明在蜡烛B处做好标记，测得B到A的距离为10cm，再移出蜡烛B，将玻璃板平移到B位置，此时所成像与前一次成像的大小比较将__不变__(选填“变大”“变小”或“不变”)。第二次所成像到蜡烛A的距离为__20__cm。
14．[2015·益阳]一摞物理作业本共有n(n约为50)本，放在水平桌面上，如图所示。要测出这摞作业本对桌面的压强，请你完成下列问题：
(1)这摞作业本重约为__B__(填序号)。
A．2N
B．20N
C．100N
(2)需要的测量工具是__天平、刻度尺__。
(3)简要叙述你测量的方法__用天平测出作业本的质量m，用刻度尺测出作业本的长度L与宽度d__。
(4)作业本对桌面的压强是__p＝__(可用公式或文字表述)。
15．在探究“水的沸腾”的实验中，甲、乙两组同学分别使用A、B两套装置(如图甲所示)来完成实验。
图Z12－12
(1)图乙a、b所示的是观察水沸腾实验中出现的两种情景，其中水沸腾时的情景为__a__(选填“a”或“b”)。
(2)观察水沸腾时温度计的示数如图丙所示，他们所测水的沸点是__103℃__。他们所选择的装置应是__A__(选填“A”或“B”)。
(3)分析评估A、B两套装置：__A装置热量损失少，实验耗时少，但所测水的沸点不是当地当时气压下的沸点。B装置热量损失多，实验耗时多，但所测水的沸点是当地当时气压下的沸点__。
【解析】 液体沸腾时，气泡是“上大下小”。实验装置中烧杯口用纸板盖住，可以减少热量的损失，但增大了烧杯内的气压。
16．[2016·宁波]甲车两侧远光灯的规格均为“12V 60W”，供电的蓄电池电压为12V，最大容量为60Ah。某天晚上，该车熄火时忘记关闭远光灯，则车上蓄电池最多能供两个远光灯正常工作__6__h。第二天由于蓄电池的电能耗尽，甲车无法启动，需要借用乙车的蓄电池“搭电”启动，如图所示。“搭电”时，先用电线将甲车蓄电池的正极与乙车蓄电池的__正__极相连，再将另两个电极用电线连通(如果误接，蓄电池会被短路)。
17．[2016·南京改编]小明利用气球做了几个物理小实验。
图Z12－14
(1)如图甲所示，要使两个气球靠近，应用吸管对准__B__点(选填“A”“B”或“C”)沿垂直于纸面方向用力吹气。
(2)如图乙所示，将气球皮迅速拉长后，立即贴至额头上，额头感觉到气球皮变热，此现象说明的物理知识是__对物体做功，物体内能增加__。
(3)如图丙所示，松开封气球口的夹子，气球向__右__(选填“左”或“右”)运动。
①使气球向右运动的力的施力物体是__气体__；
②以吸管为参照物，铁架台是__运动__的；
③此现象可以说明__ABD__(填字母)。
A．物体间力的作用是相互的
B．力可以改变物体的运动状态
C．气体流速越大，压强越小
D．内能可以转化为机械能
三、实验探究题(第18题14分，第19题8分，第20题9分，第21题11分，共42分)
18．[2016·滨州]在“探究实心圆柱体对地面的压强与哪些因素有关”的实验中，某中学一小组的同学们认为此压强跟圆柱体的密度ρ、高度h、圆柱体底面积S是有关的，但有怎样的关系看法不同，于是，在老师的帮助下，小组的同学们从实验室里挑选了由不同密度的合金材料制成、高度和横截面积不同、质量分布均匀的实心圆柱体做实验，测出实心圆柱体竖直放置时(如图甲所示)对水平桌面上海绵的压下深度，实验记录见下表。
图Z12－15
序号
物体
底面积S(cm2)
高度h(cm)
海绵被压下深度(cm)
1
合金甲圆柱体A
10
5
0.5
2
合金甲圆柱体B
10
10
1
3
合金甲圆柱体C
20
10
1
4
合金乙圆柱体A
10
5
1.5
5
合金乙圆柱体B
10
10
3
6
合金乙圆柱体C
20
10
3
(1)该小组同学是通过__海绵被压下深度__来判断压强大小的。
(2)分析实验1、2或4、5可以得出：当圆柱体的材料密度相同时，实心圆柱体对水平地面的压强与圆柱体的__高度有关__。
(3)分析__2、3(或5、6)__可以得出，当圆柱体的密度相同时，实心圆柱体对水平地面的压强与底面积无关。
(4)此探究过程用到的科学探究方法有__控制变量法__、__转换法__。
(5)实验结束之后，同学们在老师的指导下，以某一合金甲圆柱体(如图乙所示)为研究对象，推导它对海绵的压强大小的表达式(已知合金的密度为ρ，高度为h，底面积为S)。表达式为__p＝ρgh__。
(6)上面推导出的表达式__不能__(选填“能”或“不能”)应用于各类固体的压强的计算。
19．[2016·绍兴]如图是探究“电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关”的实验电路(烧瓶、煤油质量和玻璃管均相同)，瓶中的电阻采用金属丝。
图Z12－16
(1)完成电路的连接，要求滑动变阻器滑片向左移动时，电流表示数变小。
【答案】 如答图所示。
第19(1)题答图
(2)实验中，通过观察__玻璃管内液面上升的高度__来判断电流通过导体产生热的多少。
(3)在电流与通电时间相同的条件下，选用长度和横截面积都相同的两种材料进行实验。为了使实验现象最明显，可以选用表中的铜与__镍铬合金__进行对比。
长1m，横截面积1mm2的几种材料的电阻(20℃时)
材料
铜
铝
钨
镍铬合金
电阻(Ω)
0.0175
0.029
0.053
1.0
(4)要进一步探究导体产生的热的多少与电流是否有关，可以采取的方法是__保持其他条件不变，改变滑动变阻器连入电路的阻值(保持其他不变，更换不同电压的电源)，进行相同时间的二次实验__(允许改变元件位置，更换元件等，只要求写出一种)。
20．[2016·湖州]牛顿曾说过，如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩膀上。这体现了牛顿谦逊的品质。但前人的研究确实对牛顿产生了启迪，其中的一位巨人就是伽利略，他400多年前的研究思想一直闪耀着理性的光辉。
伽利略之前观测到，钟摆来回摆动的高度是相同的，如图甲。因此他设想了这样一个实验：在左边一个固定的斜坡上滚下一个球，球又滚上右边不同坡度的斜坡，如果球没有受到摩擦的作用，他认为这个球在右边任何坡度的斜坡上滚到的高度都与起始高度一样，好像这个球“记住”了起始高度。经过进一步思考，伽利略推断，如果右边的斜坡变成平坦，球将会一直匀速滚动下去，如图乙。
图Z12－17
(1)像科学家那样“进一步思考”：图丙是伽利略想象的每隔相同时间在右边不同坡度的斜坡上球的位置，他认为当斜坡倾角变小时，__小球的速度减小得更慢__。于是他大胆推测：当斜坡变成平坦时，球的速度不再变小，球将做匀速滚动。
(2)伽利略认为，球匀速滚动是球的“自然运动”状态。“自然运动”是球所具有的属性。在我们今天看来，球的这种属性称为__惯性__。
(3)我们学习了“能量”的知识后知道，事实上球“记住”的是能量。因为有摩擦的存在，球将不会到达起始高度，此过程中球的机械能减少，但减少的机械能转化为__内__能，而能的总量保持不变。
21．[2016·金华]科学研究源于观察和问题。拓展性小组同学观察到下列现象，跳伞运动员在未打开降落伞时下落很快，打开降落伞下落的速度会减小；“瓢泼大雨”以很快速度降落到地面，而“毛毛细雨”则缓慢地飘落到地面。
【查阅资料】物体从高空下落时，速度越来越大，所受阻力也越来越大，当阻力增大到与重力相等时，将以某一速度做匀速直线运动，这个速度被称为物体下落的收尾速度。
【提出猜想】物体从高空下落时收尾速度与什么因素有关？
【建立猜想】①可能与物体的横截面积有关；②可能与物体的__质量(重力、形状、空气阻力等合理均可)__有关。
【设计方案】同学们经过讨论后认为，可以用小球作为理想化模型来代替生活中的不规则物体作为研究对象进行探究。于是同学们决定取5个不同的小球进行实验，在相同环境条件下，分别从一定高度(足够高)由静止下落，来探究小球从高空下落时的收尾速度与哪些因素有关。
【获取证据】相关测量数据见下表：
小球编号
1
2
3
4
5
小球质量m(g)
2
5
5
5
45
小球半径r(m)
0.05
0.05
0.10
0.25
0.15
小球的收尾速度v(m/s)
16
40
10
1.6
？
【得出结论】
(1)比较1、2号小球的相关实验数据，可以得到的结论是__在该实验环境下，半径相同的小球从高空落下时的收尾速度与质量成正比(或在该实验环境下，半径相同的小球从高空落下时的收尾速度随质量的增大而增大)__。
【拓展应用】
(2)根据表中数据，推测5号小球的收尾速度v＝__40__m/s。
(3)请你结合上述探究，解释“跳伞运动员打开降落伞后比打开降落伞前收尾速度小”的原因是__打开降落伞后横截面积(或半径、体积)增大__。
【解析】 【建立猜想】由“阻力增大到与重力相等时，将以某一速度做匀速直线运动”可猜想，物体从高空下落时收尾速度可能与物体的质量(或重力)有关。【得出结论】(1)比较1、2号小球的相关实验数据可知，两球的半径相等，质量不同，且质量越大收尾速度越大，且收尾速度与质量的比值都为8，故可得结论：在该实验环境下，半径相同的小球从高空落下时的收尾速度与质量成正比。【拓展应用】(2)分析表中2、3、4号小球的相关实验数据可知，小球的质量相等，半径不同，收尾速度不同，且收尾速度与小球半径平方的乘积不变，故可得结论：在该实验环境下，质量相同的小球从高空落下时的收尾速度与小球半径的平方成反比；综上可知，小球的收尾速度可设为v＝k，把1号小球的数据代入可得：16m/s＝k×，解得：k＝0.02，则5号小球的收尾速度：v＝＝0.02×＝40m/s；(3)因环境相同时，质量相等的小球从高空中下落时，半径越大，收尾速度越小，所以，跳伞运动员打开降落伞后，半径增大，收尾速度减小，即比打开降落伞前收尾速度小。
