天津市2005-2020年中考物理真题分类汇编专题：20其他力学实验含解析 10页

专题20其他力学实验1.（2008天津，29）菜物理学习小组，针对同学中存在的有关斜面问题的一些疑惑，进行了实验探究和理论探究活动．【实验探究】将长度为lm的长木板的一端垫高，构成长度一定高度可调的斜面(如图所示)．用沿斜面向上的拉力F使重为10N的滑块沿斜面匀速向上运动。完成斜面机械效率测量．表中呈现的是部分实验数据：实验次数1234斜面高度h/m0.150.200.250.30拉力F/N2.73.23.64.1机械效率η0.560.630.690.73(1)疑惑一：“斜面的机械效率越高越省力吗?”请根据表中的实验数据，写出正确的结论。(2)疑惑二：“斜面倾斜程度越大拉力越大，滑块受到的摩擦力也一定越大吗?”请进一步分析表实验数据，写出正确的结论：简述理由：【理论探究】(3)疑惑三：“滑块受到的摩擦力是一个‘不可直接测量’量，能通过‘可测量’量求出摩擦力吗?”请根据已有的知识推导：对于倾斜程度不同的斜面，在拉力F作用下(拉力方向沿斜面向上)使重为G的滑块沿斜面匀速移动时，滑块受到的摩擦力f的数学表达式（斜面的长L和斜面的高h均为“可测量”量）【答案】（1）斜面的机械效率越高不一定越省力（斜面的机械效率越高越费力）；（2）倾斜程度越大拉力越大，滑块受到的摩擦力越小；理由：倾斜程度越大，滑块对斜面的压力越小，斜面的光滑程度不变，压力越小摩擦力越小．（3）Ff=F-Gh/l或Ff=Gh/l-F10 【解析】（1）从表中第1到3次实验可以看出，机械效率逐渐增大，拉力也逐渐增大，越来越费力．所以说斜面的机械效率越高不一定越省力．斜面越光滑、坡度越小越省力．但坡度越小机械效率越低，所以说斜面的省力情况与斜面的机械效率无关．（2）斜面的长度一定，斜面越高，倾斜程度越大，从表中数据可知倾斜程度越大拉力越大，但倾斜程度越大滑块对斜面的压力越小，斜面的光滑程度不变，压力越小摩擦力越小．（3）当滑块沿斜面匀速向上运动时：由功的关系得Fl=Gh+Ffl，可得Ff=F-Gh/l当滑块沿斜面匀速向下运动时：由功的关系得Gh=Fl+Ffl，可得Ff=Gh/l-F。2.（2010天津，25）在探究“物体的重力势能与什么因素有关”时，小雨提出了如下猜想：猜想一：物体的重力势能可能与物体的质量有关；猜想二：物体的重力势能可能与物体所在的高度有关。为此他设计了如图甲的实验装置。将两端开口、长约1m、粗细均匀的圆柱形玻璃管竖直固定在铁架台上，将粗细适宜的圆柱形泡沫塑料块置于玻璃管内O点处（塑料块与玻璃管内壁有适量的摩擦）；其他器材还有：刻度尺、一组系有细线的质量不等的钩码、用于调整泡沫塑料块回到O点位置的木棒（如图乙）请你帮助小雨回答下列问题：（1）探究“猜想一”时，应使用质量（选填“相同”或“不同”）的钩码从（选填“相同”或“不同”）的高度在玻璃管内由静止下落，去冲击O点的泡沫塑料块，然后用刻度尺分别测量；从而比较出重力势能的大小。（2）设计探究“猜想二”的记录实验数据的表格。【答案】（1）不同，相同，每次泡沫塑料块下移的距离；（2）见解析【解析】（1）要探究物体的重力势能与质量的关系，根据控制变量法可知，就要控制钩码的高度不变，改变钩码的质量；钩码由静止下落，去冲击O点的泡沫塑料块，通过测量泡沫塑料块下移的距离来反映钩码重力势能的多少．（2）在此实验中，通过泡沫下落的高度来比较物体的重力势能的多少，因此要记录的物理量就要10 包括泡沫下移的距离；由于要探究物体的重力势能与高度得关系，要让物体的高度变化而质量不变，因此表格中还要记录物体下落的高度和物体的质量，具体如下：钩码质量m=______g实验次数钩码下落的高度h/cm泡沫塑料块下移的距离s/cm123或者实验次数钩码质量m/g钩码下落的高度h/cm泡沫塑料块下移的距离s/cm1233.（2013天津，25）某班同学在探究“动能的大小与什么因素有关”时，同学们提出了如下猜想：猜想一：动能的大小可能与物体的密度有关；猜想二：动能的大小可能与物体的运动速度有关；猜想三：动能的大小可能与物体的质量有关。为了验证同学们的猜想，老师提供如下器材：刻度尺、四个金属球（100g的铁球、100g的铝球、50g的铁球、50g的铜球）、小木块和长木板。同学们组装了下图所示的实验装置，让小球从斜面上由静止滚下，碰上水平面上的小木块后，将木块撞出一段距离。在同样的平面上，木块被撞得越远，说明球的动能越大。请你帮同学们完成下列任务：（1）写出探究“猜想一”的实验方案；（2）设计出探究“猜想二”的记录数据表格。【答案】（1）方案：将100g的铁球和100g的铝球（或50g的铁球和50g的铜球）分别从斜面的同一高度处由静止滚下，撞击水平面上同一位置的小木块，用刻度尺分别测量小木块被撞出的距离。（2）见解析10 【解析】（1）“猜想一”是说动能的大小与物体的密度有关，因此要控制物体从斜面上下滑时的高度、物体的质量，只改变物体的密度，据此来设计实验方案，即将100g的铁球和100g的铝球（或50g的铁球和50g的铜球）分别从斜面的同一高度处由静止滚下，撞击水平面上同一位置的小木块，用刻度尺分别测量小木块被撞出的距离；（2）“猜想二”是说动能的大小与物体的运动速度有关，因此要控制物体的质量，只改变物体从斜面上下滑时的高度，从而改变速度，据此来设计实验表格．利用同一金属球次数金属球释放高度h/cm木块移动距离s/cm结论1234.（2015天津，23）小明在研究“影响滑动摩擦力大小的因素”时，提出了如下猜想：猜想一：滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关；猜想二：滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。为了验证猜想，准备了如下实验器材：一个带挂钩的木块（重6N）、两个砝码（每个重5N）、一块长木板和一个弹簧测力计。所用实验装置如图所示。在验证猜想一时，用弹簧测力计水平拉动木块，使它延水平木板做匀速直线运动，读取弹簧测力计的示数；在木块上分别放置一个和两个砝码，按上述操作再做两次实验，得到的实验数据如下表所示。次数压力/N测力计示数/N滑动摩擦力/N161.82113.33164.8（1）请将表中空格部分填写完整；（2）结合实验过程分析表中数据，得出的结论是；（3）为了验证猜想二，还需增加的实验器材：。【答案】（1）三次的滑动摩擦力分别为：1.8N、3.3N、4.8N；10 （2）在接触面的粗糙程度相同时，接触面上的压力越大时，滑动摩擦力越大；（3）两块接触面粗糙程度不同的长木板．【解析】（1）实验中研究的是木块受到的滑动摩擦力的大小，弹簧测力计测量的是木块受到的拉力，当木块做匀速直线运动时拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，由此可得：三次的滑动摩擦力分别为：1.8N、3.3N、4.8N；（2）结合实验过程分析表中数据，得出的结论是：在接触面的粗糙程度相同时，接触面上的压力越大时，滑动摩擦力越大；（3）要验证滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，需要保持压力大小一定，改变接触面的粗糙程度；由此可知需要添加的器材为：两块接触面粗糙程度不同的长木板．5.（2016天津，23）某同学在探究“物体的动能和哪些因素有关”时，提出了如下猜想：猜想一：物体动能大小与物体的质量有关猜想二：物体动能大小与物体的运动速度有关为了验证上述猜想，老师提供了如下器材：斜槽、刻度尺、三个钢球（质量分别为0.1kg、0.2kg和0.3kg）、木块和长木板。实验装置如图所示，让钢球从高为h的斜槽上由静止滚下，碰到水平面上的木块后，将木块撞出一段距离。在同样的平面上，木块被撞得越远，说明钢球的动能越大。该同学利用上述器材和装置进行了实验，并在下表中记录了实验获得的数据。次数钢球质量m/kg钢球下落的高度h/cm木块移动的距离s/cm10.110820.1251930.2202640.2101550.3102260.31530请你完成下列任务：（1）为了便于验证猜想一，请重新设计一个实验表格，并将表中的相关数据全部筛选整理后填入10 你所设计的表中。（2）分析重新设计的表中数据，可以得到的实验结论是_________________________。【答案】（1）见解析表格；（2）当物体运动速度一定时，物体的质量越大，动能越大。【解析】（1）物体动能大小与物体的质量和速度有关，探究物体动能大小与质量关系时，要控制物体到达水平面时的速度一定，即控制钢球在斜面上的高度相同，改变物体的质量；设计表格如下：次数钢球小落高度h/cm钢球质量m/kg木块移动距离s/cm1100.182100.2153100.322（2）由表中数据可得出结论：当物体的运动速度一定时，物体的质量越大，动能就越大．6.（2017天津，22）小明在探究影响滑动摩擦力大小的因素时，提出了如下猜想：猜想一：滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关猜想二：滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关猜想三：滑动摩擦力的大小与接触面积有关为了验证猜想，准备了如下器材：弹簧测力计、长木板、长方体木块和砝码．他利用上述器材进行了如下实验：①将木块平放在长木板上组装成如图1所示的装置．匀速拉动长木板，记下弹簧测力计的示数．图1图2图3②在木块上加砝码，如图2所示．匀速拉动长木板，记下弹簧测力计的示数．完成下列任务：（1）在图3中画出长木板被匀速拉动时（木块相对桌面静止），长木板在水平方向上的受力示意图．（2）通过实验步骤①②可验证猜想　　．（3）要完成对“猜想三”的验证，需在实验步骤①的基础上进一步实验，请你写出下一步的实验方案．【答案】（1）见解析；（2）一；（3）将①中的木块侧放，拉动长木板，记录下弹簧测力计的示数，并与实验①中的示数进行比较。10 【解析】（1）长木板在水平方向上受到三个力的共同作用：水平向右的拉力F、水平向左的木块对木板的摩擦力f1、水平向左的桌面对木板的摩擦力f2，力的示意图如下：（2）通过实验步骤①②可知，接触面相同，压力不同，故探究的是压力与摩擦力的关系，探究的是猜想一；（3）要探究摩擦力大小与接触面积的大小的关系，需使压力大小和接触面的粗糙程度相同，改变接触面积的大小，而故可以将①中的木块侧放，拉动长木板，记录下弹簧测力计的示数，并与实验①中的示数进行比较．7.（2019天津，22）小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。实验序号铁块质量铁块距桌面高度桌腿进入沙子的深度①20201.9②20302.9③20403.8④30202.910 ⑤40204.1（1）实验中通过比较来判断物体重力势能的大小；（2）为了验证猜想一，需选择表中_____（填实验序号）三组数据进行分析；（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：。【答案】（1）桌腿进入沙子的深度；（2）①④⑤；（3）质量相同的物体，位置越高，具有的重力势能越大【解析】（1）根据能量的定义，物体具有的重力势能越大能够对小桌做的功越多，能够使桌腿陷入沙子的深度越大，故而本实验比较的是桌腿进入沙子的深度。（2）根据控制变量法，为了验证猜想一，要控制物体的高度不变，质量改变，从表格中数据可以看出，①④⑤高度相同，质量不同；（3）从表格中①②③数据可以看出，当物体质量相同时，随着物体高度增大，小桌桌腿陷入的深度也在增加，即质量相同的物体，位置越高，具有的重力势能越大。8.（2020天津，24）在探究影响滑轮组机械效率的因素时，小明提出了如下猜想：猜想一：滑轮组机械效率与被提升物体所受的重力有关；猜想二：滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关；为了验证猜想，准备的器材如下：两个相同的滑轮、一根细绳、钩码若干、刻度尺和弹簧测力计；小明把两个滑轮分别作为定滑轮和动滑轮组装成滑轮组，用该滑轮组提升不同数量的钩码进行了三次实验，数据如下表所示：实验次数钩码所受的重力G/N提升高度h/m拉力F/N绳端移动的距离s/m机械效率12.00.11.00.366.7%24.00.11.80.374.1%36.00.12.50.310 请你解答如下问题：(1)表中第3次实验时滑轮组的机械效率为______：根据表中数据在图中画出该滑轮组的绕线方式；(2)分析表中数据可知：用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率______（选填“越高”“越低”或“不变”）；(3)为了验证猜想二，还需增加的实验器材是______｡【答案】(1).80.0%(2).越高(3).自重不同的滑轮【解析】(1)[1]第3次实验中，有用功W有=Gh=6.0N×0.1m=0.6J通过滑轮组所做的总功W总=Fs=2.5N×0.3m=0.75J滑轮组的机械效率[2]因为绳子端移动的距离是物体提升高度的3倍，所心滑轮组承重绳子的根数为3，那么滑轮组的绕线如图：10 (2)[3]分析表格数据知，用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率越高。(3)[4]猜想二，要验证滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关，换用自重不同的动滑轮进行实验。10