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重点实验篇--力学实验
发布时间:2016-10-26 17:02:00   来源:   评论:0 关注:

力学实验实验1 测量物质的密度 注意事项①天平使用之前要调节平衡,平衡螺母相对于指针的调节规律是左偏右调,右偏左调;②量筒读数时视
力学实验
实验1 测量物质的密度 
 注意事项
①天平使用之前要调节平衡,平衡螺母相对于指针的调节规律是“左偏右调,右偏左调”;②量筒读数时视线要与液面的下表面相平;③量筒内要放适量的水,既能浸没矿石,矿石放入后又不超量程.
 易错操作
用天平称量物体质量时,不能调节平衡螺母,只能通过增减砝码或移动游码使天平平衡.
示例 (2015·宿迁)小明用天平和量筒测量某种矿石的密度.
(1)  小明将天平放在水平桌面上,游码归零后,发现指针如图甲所示,小明应将平衡螺母向________(填“左”或“右”)调节,使天平平衡.
(2)  小明将矿石放在天平的左盘.通过加减砝码和移动游码使天平再次平衡,所加砝码和游码在标尺上的位置如图乙所示,则矿石的质量是________g.
(3)  小明用量筒测量矿石的体积,如图丙所示,则矿石的密度ρ=________kg/m3.
(4)  若小明先测出矿石的体积,再测出矿石的质量,这样测出的密度比上述结果偏________(填“大”或“小”).


解析:(1) 使用天平时,将天平放在水平桌面上,把游码移到标尺的零刻线处,因为指针偏右,所以平衡螺母向左调节,使横梁平衡.(2) 矿石的质量为m=20 g+20 g+5 g+1.8 g=46.8 g.(3) 矿石的体积为V=38 cm3-20 cm3=18 cm3,矿石的密度为ρV(m)18 cm3(46.8 g)=2.6g/cm3=2.6×103 kg/m3.(4) 若小明先测出矿石的体积,再测出矿石的质量时,有水残留在矿石上,矿石质量的测量值大于真实值,其体积不变,根据公式ρV(m)可得所测矿石密度偏大.
答案:(1) 左 (2) 46.8 (3) 2.6×103 (4) 大 
实验2 探究影响滑动摩擦力大小的因素 
 思想方法
控制变量法.探究滑动摩擦力大小与压力大小、接触面积大小和接触面的粗糙程度的关系时,必须控制其中的两个量不变.

示例 (2015·宿迁)小明用如图所示实验装置探究影响滑动摩擦力大小的因素.


(一) 实验中,小明将长方体木块(长、宽、高各不相同)置于水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动,应使木块做________运动.
(二) 在猜想了可能影响滑动摩擦力大小的因素后,小明进行了相关实验,记录的数据如下表:

 注意事项
实验时要水平匀速拉动物体,物体所受的拉力与摩擦力是一对平衡力,这样测力计的示数就等于摩擦力的大小.
 实验结论
压力一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大;接触面粗糙程度相同时,压力越大,摩擦力越大.

(1)  分析序号________两组数据可得出结论:滑动摩擦力的大小与接触面积大小无关.
(2)  分析序号①②两组数据可得出结论:在接触面粗糙程度相同时,________越大,滑动摩擦力越大.
(3)  小明发现自己的运动鞋底有较深的花纹,这种现象可用分析序号__________两组数据得出的结论来解释.
解析:(一) 实验中,为准确测出摩擦力的大小,应用弹簧测力计沿水平方向拉动,使木块做匀速直线运动.(二) (1) ①④两组数据,压力和接触面的粗糙程度相同,接触面积大小不同,摩擦力相同,可得滑动摩擦力的大小与接触面积大小无关.(2)  ①②两组数据,接触面积、接触面粗糙程度相同,压力大小不同,压力越大,滑动摩擦力越大.(3)  运动鞋底有较深的花纹,改变了接触面的粗糙程度,来改变滑动摩擦力.②③两组数据,压力和接触面积相同,接触面的粗糙程度不同,可得滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系.
答案:(一) 匀速直线 (二) (1) ①④ (2) 压力 (3) ②③
实验3 探究二力平衡的条件 
 思想方法
控制变量法.二力平衡的条件有四个,在探究其中一个条件时,要控制其他三个条件不变.
 

示例 (2014·泰州)利用如图所示器材“探究二力平衡的条件”.



 实验结论
二力平衡的条件:作用在同一物体上的两个力,大小相等、方向相反、作用在同一条直线上(同物、共线、等值、反向).(1)  将卡片上的两根线跨放在支架的滑轮上,并在两个线端分别挂上钩码,使作用在卡片上的两个拉力方向相反,且在一条直线上.当卡片平衡时,从钩码质量看,卡片两边所受的拉力________.
(2)  为观察不在同一直线上的两个力是否能平衡,可用手将卡片____________,释放时观察其是否保持平衡.
(3)  在卡片平衡时,用剪刀将卡片从中间剪开,并观察随之发生的现象.由此可以得到二力平衡的又一个条件是____________.
(4)  该实验在选择卡片时,选用较轻卡片的目的是____________.
解析:(1) 保持两个拉力在同一直线上,调整细线两端的钩码,当两端钩码的质量相等时,对小卡片的拉力相等,小卡片平衡.(2) 为观察不在同一直线上的两个力是否能平衡,可用手将卡片转过一定角度,并保持两个拉力方向相反,松开手后观察小卡片能否平衡.(3) 当小卡片平衡时,用剪刀沿虚线迅速剪断小卡片,由于二力不在同一物体上,所以两侧钩码落下,说明二力平衡的又一个条件是必须在同一物体上.(4) 由于小卡片的质量很小,重力远小于卡片受到的拉力,所以选用轻质小卡片目的是忽略卡片重力对实验的影响.
答案:(1) 相等 (2) 旋转一定角度 (3) 必须在同一物体上 (4) 卡片重力可以忽略
实验4 探究阻力对物体运动的影响
 
 思想方法
①控制变量法.探究物体受到的阻力大小对物体运动情况的影响时,应该控制其他的量保持不变,这包括小车的质量、从斜面上滑下的速度等.②推理法.不可能让小车受到的阻力绝对为零,只能在实验的基础上,经过推理再得出进一步的结论.


示例 (2015·南京模拟)如图是研究牛顿第一定律的实验.请回答:

(1)  三次实验中让小车从斜面同一高度由静止开始滑下,是为了使它在平面上开始运动的速度________.
(2)  实验为了让小车受到不同的阻力,采用的做法是______________________.

 实验结论
牛顿第一运动定律:一切物体在不受任何外力的作用下,总保持匀速直线运动状态或静止状态.(3)  实验结论是:平面越光滑,小车受到的摩擦力越________,速度减小得越________.
(4)  根据实验结论,可推理得出:运动的小车如所受的阻力为零,小车将做________运动.
(5) 牛顿第一定律是建立在:________.
A. 日常生活经验的基础上
B. 科学家猜想的基础上
C. 直接实验结果的基础上
D. 实验和科学推理相结合的基础上
解析:(1) 当小车在斜面的同一高度时,所具有的重力势能相同,在下滑过程中,转化成的动能相同,质量又不变,所以到达水平面的初速度相同.(2) 在水平面上铺上粗糙程度不同的物体,可使小车受到不同的阻力.(3) 从实验中可以看出,水平面越光滑,对小车的阻力越小,小车运动得越远,小车的速度减小得越慢.(4) 当水平面绝对光滑,运动的小车受到的阻力为0,即小车在水平方向上不受力的作用时,小车将匀速直线运动下去.(5) 牛顿第一定律是建立在实验和科学推理相结合的基础上的.
答案:(1) 相同 (2) 使水平面的粗糙程度不同 (3) 小 慢 (4) 匀速直线 (5) D
实验5 探究压力的作用效果 
 思想方法
①控制变量法.压力的作用效果与压力的大小和受力面积的大小有关,研究与其中某一个因素的关系时,要控制其他量不变.②转换法.压力的作用效果通过泡沫的凹陷程度来反映.

示例 (2015·无锡模拟)小明同学利用AB两个物体(底面积相同)、泡沫等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验,如图甲所示.


 
 
(1)  实验中小明是通过观察________来比较压力作用效果的.
(2)  比较图甲中①②两图所示的实验,能够得到的结论是________________________.
 实验结论

当压力一定时,受力面积越小,压力作用效果越明显;当受力面积一定时,压力越大,压力作用效果越明显.(3)  若要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”,应比较图甲中的图________两个实验现象进行分析.


(4)  小华同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,如图乙所示.他发现它们对泡沫的压力作用效果相同,由此他得出的结论是:压力的作用效果与受力面积无关.你认为他在探究过程中存在的问题是____________.
解析:(1) 实验中小明是通过观察泡沫的凹陷程度来比较压力作用效果的.(2) 由①②两图所示实验可知,受力面积相同而压力不同,压力作用效果不同,压力越大,压力作用效果越明显,由此可得:受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显.(3) 若要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”,应控制压力相同而受力面积不同,图①③所示实验符合要求.(4) 将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块,没有控制物体间压力相同,所得结论“压力作用效果与受力面积无关”是错误的.
答案:(1) 泡沫的凹陷程度 (2) 受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显 (3) ①③ (4) 没有控制压力不变 

实验6 探究影响液体内部压强的因素 
 思想方法
①控制变量法.液体内部压强可能与液体深度、液体密度、方向及容器形状有关,探究与其中某一个因素的关系时,要控制其他量不变.②转换法.将液体压强的大小转化为U形管中液面的高度差.
 

示例 (2015·巴中)在探究液体压强的实验中,进行了如图所示的操作:


 注意事项
使用压强计前要检查,一是其密封性能,二是U形管内水面是否有高度差.

 实验结论
液体内部向各个方向都有压强,同一深度处向各个方向的压强相等,液体内部压强随深度和液体密度的增大而增大.(1)  实验中,探究液体压强的工具是____________.
(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________(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________.
解析:(1) 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,说明液体压强与深度有关,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.
答案:(1) U形压强计 (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
实验7 探究影响浮力大小的因素 
 思想方法
控制变量法.浮力大小可能与物体排开液体的体积、液体密度、物体体积及浸入深度有关,探究与其中

示例 (2015·陕西)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验时,小丽提出如下猜想:
猜想一:浮力的大小跟物体排开液体的体积有关;
猜想二:浮力的大小跟液体的密度有关;
猜想三:浮力的大小跟物体的密度有关.中某一个因素的关系时,要控制其他量不变.
 实验结论
浮力的大小与物体排开液体的体积和液体密度有关,排开液体的体积越大、液体密度越大,物体受到的浮力就越大.
(1)  小丽用重为3.2N的物体A做了如图1所示的实验,该实验验证了猜想________是正确的,可得出:在同种液体中,物体排开液体的体积越大,受到的浮力________.实验中,物体A浸没时受到的浮力为________N,方向________.

图1
   图2
 
 
(2)  下表是小丽验证猜想二时收集的实验数据:

分析比较表中数据和图1实验中________的数据可知:浮力的大小与液体的密度________.
(3)  为验证猜想三,小丽选用了与物体A密度不同的物体B进行实验,她将物体B逐渐浸入水中,容器中的水面上升至图示O位置时,发现棉线松弛,弹簧测力计示数变为0,如图2所示,取出物体B后,小丽又将物体A缓慢浸入水中,她在水面上升到________(填“O点之上”“O点”或“O点之下”)位置时,读取弹簧测力计的示数,这样做是为了控制______________相同,以便判断浮力的大小与物体的密度是否有关.
解析:(1) 由图1知,物体浸在水中的体积不同,所受浮力不同,可知物体所受浮力与物体排开液体的体积有关,可验证猜想一;且浸在水中的体积越大,测力计的示数越小,即所受的浮力越大,可得在同种液体中,物体排开液体的体积越大,受到的浮力越大;由图丙知,物体浸没时测力计的示数为1N,可知此时受到的浮力FGF=3.2N-1N=2.2N,浮力方向竖直向上.(2) 表格中数据及图1中的丙都是完全浸没,物体排开液体的体积相同,液体的密度不同,且测力计的示数不同,可探究物体所受浮力与液体密度的关系,并得出浮力与液体的密度有关.(3) 要探究浮力与物体密度的关系,需使物体排开液体的体积相同,则应将物体A缓慢浸入水中,使水面上升到O点处,读取测力计的示数.
答案:(1) 一 越大 2.2 竖直向上 (2) 丙 有关 (3) O点 物体排开水的体积

实验8 探究杠杆的平衡条件 
 注意事项
①实验前调节杠杆水平平衡,可消除杠杆自重对实验的影响.②实验时使杠杆在水平位置平衡,这样便于直接从杠杆上读出力臂.③为使实验结论具有普遍性,需进行多次实验.
 实验结论
杠杆平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂.
 易错操作
杠杆调节平衡后,不可再动平衡螺母,只有通过改变钩码位置使杠杆在水平位置平衡.


示例 (2015·连云港)在探究杠杆平衡条件的实验中:
(1)  如图甲所示,要使杠杆在水平位置平衡,可将杠杆左端的平衡螺母向________调节.
(2)  如图乙所示,调节平衡后,左侧挂上钩码,在右侧用弹簧测力计(图中未画出)拉杠杆,使其在水平位置平衡,为便于测量力臂,应使弹簧测力计拉力的方向__________.


(3)  操作过程中,当弹簧测力计的示数达到量程仍不能使杠杆水平平衡,你认为接下来合理的操作是__________(写出一条即可).
(4)  甲同学测出一组数据后就得出了“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的结论,乙同学认为他的做法不合理,理由是  .
解析:(1) 调节杠杆平衡时,由图甲可知杠杆左高右低,应将两端的平衡螺母向左调节.(2)  力臂是支点到力的作用线的垂直距离.当弹簧测力计拉力方向与杠杆垂直时,拉力作用点到支点的距离就是其力臂,这样便于从杠杆上直接读出力臂,由图乙可知杠杆水平平衡时拉力方向应竖直向下.(3) 当弹簧测力计的示数达到量程仍不能使杠杆水平平衡,可以换用更大量程的测力计;根据杠杆的平衡条件,也可以减少左侧钩码的数量或者左侧钩码右移.(4) 只有一次实验得出杠杆平衡的条件是:动力×动力臂=阻力×阻力臂.这种结论很具有偶然性,不合理.要进行多次实验,总结出杠杆平衡条件.
答案:(1) 左 (2) 竖直向下 (3) 左侧钩码右移 (4) 一组实验数据太少,具有偶然性,不便找出普遍规律
实验9 探究影响滑轮组机械效率的因素 
 思想方法
控制变量法.滑轮组的机械效率与提升物体的重力和动滑轮重有关,探究机械效率与物重的关系时,必须控制动滑轮重不变.
 注意事项
实验中应沿竖直方向匀速拉动绳子.
 实验结论
①同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高.②提高机械效率的方法:增大物重,减小动滑轮重.③滑轮组的机械效率与绳子的绕法、重物提升的高度和速度无关.

示例 (2015·岳阳)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,用同一滑轮组进行了三次实验(如图所示),实验数据记录如下表:




(1)  第2次实验中滑轮组的机械效率为________(结果保留一位小数).
(2)  第3次实验中,弹簧测力计的示数漏填,由图丙可知,弹簧测力计示数为________N.
(3)  分析数据可得实验结论:使用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越________(填“高”或“低”).
(4)  根据实验结论推测:使用该滑轮组再次将8N的物体匀速提升10 cm,此时滑轮组的机械效率可能为________(填序号).
A. 71.6%   B. 82.4%   C. 92.1%
解析:(1) 第2次的机械效率为η
W总(W有用)×100%=Fs(Gh)×100%=1.5N×0.3m(4N×0.1m)×100%≈88.9%.(2) 由图知,弹簧测力计的分度值是0.2N,所以测力计的示数是2.2N.(3) 分析3次实验,随着钩码重力的增加,同一滑轮组的机械效率不断增加,所以,使用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高.(4) 该滑轮组将6N的物体匀速提升时的机械效率为90.9%,由于使用同一个滑轮组时,物体越重,滑轮组的机械效率越高,则使用该滑轮组再次将8N的物体匀速提升时滑轮组的机械效率应大于90.9%,故C选项符合.
答案:(1) 88.9% (2) 2.2 (3) 高 (4) C

实验10 探究动能大小的影响因素 
 思想方法
①控制变量法.动能的大小与物体的质量和运动速度有关,在探究动能与其中一个因素的关系时,应控制另外一个量不变.②转换法.动能的大小无法确定,可通过木块被推动的距离远近来判断.
 注意事项
①实验中必须使用同一斜面(粗糙程度相同、倾斜程度不变).②被撞击的必须是同一物体.③使小球运动的路线与木块的中心在同一直线上,即发生的是正面碰撞.
 


示例 (2015·枣庄)为了探究物体动能大小与哪些因素有关,同学们设计了如图甲、乙所示的实验装置来进行实验.
 

 
 
 
(1)  图甲是让不同质量的小球沿同一光滑斜面从B处由静止自由释放,然后分别撞击到放在同一水平面上的同一木块,木块在水平面运动一段距离后静止时的情景.据此你能得出的结论是  .
(2)  图乙是让质量相同的小球沿同一光滑斜面分别从AB处由静止自由释放,然后分别撞击到放在同一水平面上的同一木块,木块在水平面运动一段距离后静止时的情景.据此你能得出的结论是  .
(3)  本实验装置的水平面如果绝对光滑,还能得出结论吗?________;理由是______________.
 实验结论
速度一定时,物体的质量越大,物体的动能越大;物体的质量一定时,速度越大,物体的动能越大.解析:(1) 图甲中两小球滚下高度相同,速度相同,两小球的质量不同,探究的是动能与质量的关系,得出的结论是:速度相同时,物体的质量越大,动能越大.(2) 图乙两小球的质量相等,滚下的高度不同,探究的是动能与速度的关系;两小球的质量相同,滚下的高度越大,到达水平面的速度越大,将木块推得越远,得出的结论是:质量相同时,物体运动的速度越大,动能越大.(3) 若水平面绝对光滑,木块不受摩擦力,由牛顿第一定律可知木块将永远运动下去.木块通过的距离无法确定,做功的多少也无法确定.所以铁球动能的大小就无法比较.
答案:(1) 速度相同时,物体的质量越大,动能越大 (2) 质量相同时,物体运动的速度越大,动能越大 (3) 不能 无法比较动能的大小。

实验11 探究重力势能大小的影响因素 
 思想方法
①控制变量法.研究物体的重力势能与质量关系时,需要保持下落高度和运动路径相同,改变物体质量;研究物体重力势能与下落高度的关系时,需要保持物体质量和运动路径相同,改变下落高度;研究物体重力势能与运动路径的关系时,需要保持物体质量和下落高度相同,改变运动路径.②转换法.重力势能的大小无法确定,可通过球陷入沙面的深度来反映球重力势能的大小.
 

示例 (2015·衡阳)某同学在体育活动中,从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到:物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关.于是设计了如图所示的实验:用大小、形状相同的ABCD四个铅球,其中ACD三球的质量为mB球质量为2m,让AB两球从距沙表面高H静止下落,C球从距沙表面高2H静止下落,D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入,最后从管道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计).实验测得AB两球陷入沙坑的深度分别为h1h2CD两球陷入沙坑的深度均为h3,且h1h2h3.


 实验结论
高度一定时,物体的质量越大,物体的重力势能越大;物体的质量一定时,高度越大,物体的重力势能越大.(1)  本实验中,铅球的重力势能大小是通过__________________来反映的.
(2)  比较AB两球,发现B球陷入沙坑的深度更大,由此可得出结论:当下落高度一定时,  
.
(3)  比较________两球,发现C球陷入沙坑的深度更大,由此可得出结论:当物体质量相同时,下落的高度越高,物体的重力势能越大.
(4)  比较CD两球,发现两球运动的路径不同,但陷入沙坑的深度相同,由此可得出结论:物体的重力势能与物体运动的路径________(填“有关”或“无关”).
(5) 小球从开始下落至陷入沙面之前,将重力势能转化为________能,陷入沙中后到小球静止过程中,将机械能转化为________能.
解析:(1) 本实验中,铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映.(2) 比较AB两球,下落高度和运动路径相同,B球质量大于A球质量,发现B球陷入沙坑的深度更大,由此可得出结论:当下落高度一定时,物体的质量越大,重力势能越大.(3) C球陷入沙坑的深度更大,比较知,C球下落的高度最大,要研究重力势能与高度的关系,需要保持球的质量一定,所以选择的是AC两球.(4) 比较CD两球,两球的质量相同,下落高度也相同,两球的运动路径不同,发现两球运动的路径不同,但陷入沙坑的深度相同,由此可得出结论:物体的重力势能与物体运动的路径无关.(5) 球在下落过程中,高度减小,速度增大,所以将重力势能转化为动能;当球陷入沙中,与沙子摩擦,最终静止,将机械能转化为内能.
答案:(1) 球陷入沙面的深度 (2) 质量越大,重力势能越大 (3) AC (4) 无关 (5) 动 内




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