备战2021 中考科学 重难点练习 专题2.10 初中物理实验设计证明推导 7页

专题 2.10 初中物理实验设计证明推导 1.物体间力的作用是相互的。实验表明，两个物体间的相互作用力总是大小相等，方向相反。如图所示，一 个物体静止地放在水平桌面上。 (1)画出物体所受各力的示意图。 (2)试推证：物体对桌面的压力与物体受到的重力大小相等。 2.我们知道两个物体间力的作用是相互的，当把其中的一个力称为作用力时，另一个力就叫做反作用力。牛 顿第三定律告诉我们：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。 如图所示,是在“探究滑动摩擦力大小”的实验中,用弹簧测力计测量摩擦力大小的示意图。当水平拉动物体 A 匀速运动时,弹簧测力计的示数 F′(即弹簧所受 A的拉力)就表示物体 A所受摩擦力 f的大小,即 F′=f.请你依据 牛顿第三定律和二力平衡的条件对此加以证明。 3.请根据图示，利用压强公式和其他相关知识，推导出液体内部某处压强 P与液体密度ρ和深度 h的关系式。 4.高度相同的实心圆柱体铁块 A、正方体铁块 B和长方体铁块 C按如图所示放在水平桌面上。已 知正方体 铁块最重，长方体铁块底面积最小。针对“这三个铁块对桌面的压强哪一块最大”的问题，同学们提出了以下 三种猜想： 猜想一：正方体铁块最重，所以它对桌面压强最大。 猜想二：长方体铁块的底面积最小，所以它对桌面压强最大。 猜想三：三个铁块高度相同，所以三个铁块对桌面的压强一样大。 （1）以图中的长方体铁块 C为研究对象，推导它对桌面的压强大小的表达式（已知铁的密度为长方体铁块 的高度为，底面积为 S），根据表达式判断上述哪一个猜想是正确的。 （2）利用细沙等简易器材，设计一个实验粗略验证这种猜想的正确性（简要写出实验步骤及判断方法）。 5.小张利用吸管喝饮料，用嘴对着吸管用力吸，饮料进入口中，嘴离开吸管，管中的饮料又回落到饮料瓶中。 于是他与小吴一起对此现象进行探究，但是观点不一致。小张认为饮料是靠嘴的吸力进入口中的，而小吴 则认为饮料是靠大气压进入口中的。请你设计一个实验证明他俩的观点是否正确。 6.如图所示，小欢先将酒精棉点燃放入瓶中，再将去壳的熟鸡蛋堵住瓶口，过一会儿，发现瓶子把鸡蛋“吞” 了进去。小欢认为这是由于瓶中空气受热后，有部分空气跑到瓶外，瓶中空气稀薄，对鸡蛋的托力变小， 鸡蛋是在重力作用下进入瓶中的；而小乐认为是瓶内外的气压差将鸡蛋压入瓶中。请你用小欢的实验器材 设计实验，探究他们的观点是否正确，写出实验过程及结论。 7.如图所示,一冰块漂浮在水面上,当冰块完全熔化后,请你有关知识证明冰块熔化后水面不升不降.(不考虑水 的蒸发) 8.物理老师给每个学生发了一段相同的金属丝，要求同学们课下用涂蜡的圆柱形松木棍一端缠绕上金属丝， 自制一支能够测量盐水密度的“密度计”。第二节物理课，同学们纷纷拿出了自己的作品。小芳的“密度计” 如图甲所示，小丽的如图乙所示。假如两支“密度计”的质量相等，请你判断用哪支“密度计”测量时会更精确? 并简述理由。 9.老师准备了这样一些实验材料：一把刻度尺、烧杯和适量的水,请你设计一个实验,估测一块橡皮泥的密度 (正常情况下,橡皮泥沉在水中).要求： (1)写出实验步骤及所需测量的量。 (2)导出用所测量的量表示的橡皮泥密度的数学表达式。 10.学了浮力的知识后，老师提出一个问题：底部很平滑的圆柱体铁块沉到装水的烧杯底部时，还受到浮力 吗?王同学认为铁块下表面一定还有水，所以受到浮力；李同学认为铁的密度很大，铁块下沉后会与烧杯底 部紧密接触，铁块下表面不受到水的压力，所以不受到浮力。请你设计一个实验证明他俩的想法是否正确。 11.小刚认为：“浸没在水中的两个物体,所受浮力较大的物体会上浮”。实验桌上有装适量水的大水槽一个, 还有：①大铝块、②小铝块、③体积与小铝块相同的小蜡块各一个。请你从①②③种器材中选用两个,设计 一个简单实验,说明小刚的观点不正确.(已知：ρ铝>ρ水>ρ蜡).要求： (1)写出所选用的实验器材； (2)简述实验步骤和实验现象。 12.在菜市场卖菜的李阿姨硬塑料袋装好豌豆后，李阿姨认为塑料袋里空气也有重力，因此把塑料袋里的空 气排净后才给售货员秤，而售货员认为里面有无空气在秤上秤结果是一样的，你认为谁的观点准确？说明 理由。 13.方案 （1）一根均匀的直硬棒,用细线系在 O点吊起,硬棒在水平位置平衡; （2）将金属块 B挂在硬棒左端 C处,另外找一个重物 A挂在硬棒右端,调节重物 A的位置,使硬棒在水平位 置平衡,此时重物 A挂在硬棒上的位置为 E,如图所示。已知金属块的密度为ρB，下面是测出液体密度的部分 实验步骤，请你将实验步骤补充完整。 (1)用刻度尺测出 OE的长度 L0. (2)把金属块 B浸没在液体中，把重物 A从 E处移动到 D处时，硬棒再次在水平位置平衡。 (3) . (4)利用上述测量出的物理量和题中的已知量,计算液体的密度的表达式是：ρ液= . 14..叶子姐姐买了一瓶饮料，她想知道饮料的密度．但身边只有一根弹簧、一个小桶、一把刻度尺、水．已 知：弹簧所受的拉力与伸长成正比，请你帮她测出这种饮料的密度．要求： （1）推导出测量饮料密度的数学表达式； （2）说明测量的步骤．（以上配图说明，请将图画在方框内） 15.请你用浮力产生原因证明阿基米德原理。（必要时结合图形说明） 16.小明希望通过平面镜看到自己的全貌。如图所示 AC相当于小明的身高，B点相当于小明眼睛的位置， FD为平面镜。 （1）作出小明在平面镜中的像 A´C´和小明看到自己头顶 C点和脚底 A点的光路图； （2）试推导小明要看到自己的全貌，平面镜的最小高度 h和小明身高关系为 h= 。 17.如图所示，电阻 R1和电阻 R2并联，通过干路的电流为 I，请推证通过电阻 R2的电流为 I2= 21 1 RR R  ·I． 18.两个电阻 R1和 R2并联在同一电路中，已知 R1和 R2的电功率分别为 P1和 P2、电路的总功率为 P，请你 运用所学的电学知识证明：P=P1+P2. 19.两个电阻并联起来接在电压不变的电源上，它们的功率分别为 P1和 P2，如果把它们串联起来仍接在同一 电源上，试推证：它们的总功率是 P 总= 21 21 p+p pp 。 20.电动机工作时主要将电能转化为机械能，同时产生一定的热量而造成能量损失，某电动机的额定电压为 U，额定电流为 I，线圈电阻为 R，请推证电动机工作时将电能转化为机械能的效率为η=1− U IR 。 21.某同学用一电源（不知电压）、两个开关、一个电流表、一个滑动变阻器 R（ 20Ω， 2A）和若干导线来 测一个小灯泡的额定功率，小灯泡上仅有“ 0.2A ”字样，额定电压已看不清楚，他经过思考后，设计并连接 了电路，在进行实验时，他发现当滑动变阻器的滑片处于中点时，小灯泡能正常发光，最后，该同学测出 了小灯泡的额定功率。 （1）这个小灯泡的额定电流是多大？ （2）请你画出该同学设计的实验电路图。 （3）请你说明这个同学测这个小灯泡额定功率的步骤、所测的物理量，并写出有关的计算过程和这个小灯 泡额定功率 P的数学表达式。 22.从商店买来一个电热毯，使用时有时感觉温度太高，想用一个开关和一个电阻把它改装为两档，使电热 毯的单位时间发热量为原来的数值或为原来的一半，厂家说明书上只写着额定电压为 220V，没有其他指标。 请你设计一个方案完成这项改装，要求： (1)画出电路图。 (2)导出所用电阻大小的表达式。 (3)指明安装时必须注意的问题。 23.铅笔芯是由粘土和具有导电性的石墨按一定比例混合而成。现有粗细与长度均相同的 2H、HB和 2B三 种铅笔芯，三者石墨含量依次增大。小乐猜想：铅笔芯中的石墨含量越大，导电能力越强。现有下列器材： 一个电压表、一个滑动变阻器，若干带鳄鱼夹的导线 (可夹住铅笔芯)、两节干电池和一个开关。请你设计一个实验验证小乐的猜想是否正确。 (不考虑温度对导体导电能力的影响) (1)画出实验电路图。 (2)说明试验的步骤以及需要测量的物理量。 (3)根据上述测量的物理量，写出如何判断小乐的猜想是否正确。 24.在做“测定滑轮组机械效率”实验时,滑轮组所提钩码重记为 G,动滑轮重记为 G 动, 不计摩擦： （1）试证明此时滑轮组的机械效率为 ; （2）并利用此公式说明当不计摩擦时,同一个滑轮组所提重物越重,机械效率越高. 25. 如图所示，一轻质杠杆 OB可绕 O点自由转动，重为 G的重物 O悬挂在杠杆的中点 A处，拉力 F与杠 杆夹角为θ，杠杆在水平位置保持平衡。 （1）请在图中画出拉力 F的力臂； （2）推导：当杠杆在水平位置平衡时，拉力的大小为 F= 。 （3）试分析说明：当 G大小一定，夹角θ大小发生变化时，拉力 F有没有最小值？若有，求出 F最小值的 大小。若无，说明理由。 26.如图甲,有一轻质杆,左右各挂由同种金属制成、质量分别为 m1和 m2(m1>m2)的实心物块后恰好水平平衡。 （1）求左右悬挂点到支点 O的距离 L1与 L2之比。 （2）将两物分别浸没在水中（如图乙），杆将会 （选填“左端下降”“右端下降”或“仍然平衡”），试通 过推导说明。 27.小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的钩码缓 缓上升。（支点和杠杆的摩擦不计）问： （1）重为 5N的钩码挂在 A点时，人的拉力 F 为 4N，钩码上升 0.3m 时，动力作用点 C上升 0.5m，此时 机械效率η1为多大？ （2）小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到 B点，再次缓慢 提升杠杆使动力作用点 C仍然上升 0.5m。问：人的拉力 F 与第一次相比____________（选填“变大”“变小” 或“不变”）。比较此时的机械效率η1与η2的大小并用学过的知识给以推导。 28.斜面是一种常见的简单机械，在生产和生活中利用斜面提升物体可以省力．图示为倾角θ=30°的固定斜面， 用平行于斜面的拉力 F=4N，将一物体从斜面底端匀速拉上斜面，已知物体上升的高度 h=1m； （1）求拉力 F做的功； （2）若斜面的高度 H一定，倾角θ可以改变，试推导：在不考虑摩擦时，用平行于斜面的拉力 F将重为 G 的物体匀速拉上斜面顶端．θ越小，F越小． 29.天津在支援四川德阳地区抗震救灾活动中,一辆满载物资的总重为 G牛顿的运输车,将物资沿 ABCD路线 运至 D处,AB段海拔高度为 h1米,CD段海拔高度为 h2米,如图甲所示。在整个运输过程中,汽车以恒定速度 v米/秒运动,汽车 t=0时经过 A处,tl时经过 B处,t2时经过 C处,在此过程中汽车牵引力功率 P随时间,变化的 图象可简化为图乙所示(P1、P2、tl和 t2也为已知量). 用已知量求汽车沿斜坡 BC段运动时所受总阻力的表达式(总阻力包括摩擦力和空气阻力).