专题34 力学实验专题（三）（原卷版）

专题32 力学实验专题（三）（原卷版） 【内容播报】 特别说明：典例主要是2023 年的中考真题，即时检测是最新的全国各地的模拟题，好题冲关 中的基础过关主要是2022 年的期末考试题，能力提升主要是2023 年的模拟考试题，真题感 悟主要2023 年的中考真题中，所有题型经过多次筛选。知识点以挖空的形式设计，便于学生 提前预习，实验通过方法总结，知识加工，便于学生理解和记忆，好题冲关分层设计，针对 于不同的学生。 实验 好题冲关 实验12：探究动能的大小与那些因素有关（1 典例+2 即时检测） 基础过关（21） 实验13：探究重力势能的大小与那些因素有关（1 典例+2 即时检测） 能力提升（21） 实验14：探究杠杆的平衡条件（1 典例+2 即时检测） 真题感悟（15 题） 实验15：测滑轮组的机械效率（1 典例+2 即时检测） 实验16：探究斜面的机械效率（1 典例+2 即时检测） 1 . 掌握影响动能的因素，并能利用实验探究动能的大小与那些因素有关； 2 . 掌握影响重力势能大小的因素，并能利用实验探究重力势能的大小与那些因素有关； 3 . 掌握杠杆的平衡条件，并能利用实验探究杠杆的平衡条件； 4 . 掌握机械效率的算法，并利用滑轮组探究其机械效率； 5 . 掌握利用实验探究斜面的机械效率； 实验十二 探究动能的大小与那些因素有关 1 提出问题 运动的物体具有动能，能对物体做功。动能的大小与什么因素有关? 2 猜想与假设 物体动能的大小与物体的质量和物体运动的速度有关 3 设计并进行实验 （1）如图1 甲所示，让钢球从斜面上滚下，打到小木块上推动小木块做功，记下木块移动的距离。让同一 个钢球从不同高度滚下，看哪次木块被推得远，说明了什么问题? (2)换用质量不同的钢球，如图所示，让它们从同-个高度滚下，看哪个钢球把木块推得远，进而得出结论。 4 分析与论证 运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大。 5 交流与评估 （1）控制变量法的应用:探究动能大小与质量的关系时，保持物体的速度不变;探究动能大小与速度的关 系时保持物体的质量不变。 （2）转换法的应用:用木块移动的距离表示小球动能的大小。 （3）通过改变小球在斜面上的高度来改变小球运动的速度。 【典例1】（2023·湖南郴州·统考中考真题）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 ）。 “ ” “ ” （1）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。 （2）实验2 将小球从斜面中间自由滚下（图甲乙），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。 （3）实验3 将小球从一光滑斜槽轨道（B）点自由滚下（图丙），依次经过、B 两点到达点（忽略空气阻 力），设、B 两点的机械能分别为 和 ，则 （选填“>”、“=”或“<”）。当小球从B 点做 斜抛运动到达最高点时，假设小球所受的外力全部消失，则小球将 。 ．沿轨迹运动 B．沿b 轨迹运动 ．沿轨迹运动 D．保持静止 【即时检测1】（2021·辽宁大连·统考一模）某同学猜想 动能大小与质量和速度有关 ，在探究物体动能 “ ” 与这两者的关系时，该同学先进行如图所示操作：三辆小车分别从同一斜面的相同高度由静止释放，撞击 水平面上同一木块。 （1）甲、乙、丙三图探究的是小车的动能与 的关系，实验中是通过观察 来比较动能的大小； （2）小明设计实验中，用小车释放高度影响小车到达水平面的速度，所以小车的释放高度要 适当 。 “ ” 那么释放高度过小有什么不足？ （3）若要探究动能与另一个因素的关系时，让同一辆小车从 （选填 相同 或 不同 ）的高度静 “ ” “ ” 止释放，推动木块在水平面上移动； （4）该小组同学某次记录的部分实验数据如表： 实验次数 1 2 3 小车质量m/g 10 2 0 30 小车释放的高度/m 5 5 5 木块移动距离s/m 10 1 8 29 分析表中数据可以得出的探究结论是 。 【即时检测2】（2022·山东威海·统考一模）如图是某同学探究 物体动能大小与哪些因素有关 的实验装 “ ” 置示意图。 （1）实验中，他通过比较木块移动距离的远近来判断小球动能的大小，这里运用的科学方法是 ，运 用的物理知识（或物理原理）是：小球移动的距离越远，克服 越多， 能转化为内能就越多； （2）实验时，他将同一小球从斜面的不同高度由静止释放，发现高度越高，木块被推得越远，则可得到 的结论是 ； （3）若要探究动能大小与质量的关系，实验时要改变小球的质量，并控制 （填物理量名称）保持不 变。 实验十三 探究重力势能的大小与那些因素有关 1 提出问题 被举高的物体具有重力势能，能对物体做功。重力势能的大小与什么因素有关? 2 猜想与假设 物体重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关。 3 设计并进行实验 （1）让同一重物从不同高度自由下落，冲击小方桌(小方桌的桌腿是四根钉，并放置在沙箱的沙面上)。 如图 1 所示比较小方桌下陷的深度，进而推断重物具有的重力势能与重物所在高度的关系。 （2）让不同质量的重物从同一高度自由落下，冲击小方桌，如图2 所示，比较小方桌下陷的深度，进而 推断重物具有的重力势能与重物质量的关系。 4 分析与论证 物体所处的高度越高，质量越大，重力势能越大。 5 交流与评估 （1）控制变量法的应用:探究重力势能大小与质量的关系时，保持物体的竖直高度不变:探究重力势能大 小与竖直高度关系时，保持物体的质量不变。 （2）转换法的应用:用桌腿陷入沙中的深度表示重力势能的大小。 （3）所选择的沙子要松软，便于使桌腿陷人沙中，方便比较重力势能的大小 【典例2】（2015·湖南衡阳·中考真题）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、B、、D 四个铅球，其中、、D 三球的质量为m，B 球质量为2m，让、B 两球从距沙表面高静止 下落，球从距沙表面高2 静止下落，D 球从距沙表面高2 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、B 两球陷入沙深度分别为1和2，、D 两 球陷入沙深度均为3，且1＜2＜3． （1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 来反映的． （2）比较、B 两球，发现B 球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时， ． （3）比较 两球，发现球陷入沙中深度更大，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、D 两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能 与物体运动的路径 （选填： 有关 或 无关 ）． “ ” “ ” （5）小球在下列过程陷入沙面前，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． 【即时检测1】（2023·江苏常州·校考模拟预测）在探究 重力势能的大小与哪些因素有关 的实验中，已 “ ” 知重物、B、的底面积相同，质量关系为m＝mB＜m，三个完全相同的木桩和三个从不同高度处释放时的重 物位置如图甲所示，木桩被打击后陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、将木桩打入沙中的深度相同； （1）让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 （选填 重物 木桩 ）的 “ ”“ ” 重力势能大小，这种研究方法是 （选填 控制变量法 或 转换法 ）； “ ” “ ” （2）比较 两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和高度的关系，得出的结论是：在 一定时，物体的高度越 ，重力势能越大； （3）结合（2）中的实验结论，通过比较B 和两个重物将木桩打入沙中的深度，我们 （选填 能 或 “ ” 不能 ）得出物体的重力势能与其质量有关的结论。 “ ” 【即时检测2】（2022·安徽合肥·合肥38 中统考一模）小明探究 重力势能与重物质量和下落高度的关 “ 系 ，如图所示，重物质量 ” m＜M，让重物自由下落到平放在细沙表面的小桌上，通过观察桌腿下陷的深 度判断重物的重力势能大小； （1）由实验步骤 ，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系； （2）小明认为由实验步骤B 和，可判断重力势能的大小和重物质量的关系，该观点错误，理由是 。 实验步 骤 B 具体操 作 实验现 象 实验十四 探究杠杆的平衡条件 1 专项点拨 （1）杠杆平衡条件为F1L1=F2L2，实验结论为定量关系，因此在实验设计中应合理设计实验步骤，对动力、 阻力、动力臂、阻力臂进行测量。 （2）测量动力阻力时常采用固定质量的钩码，通过悬挂钩码的个数表示动力、阻力的大小。也可选用弹 簧测力计等工具进行直接测量，但要注意力与力臂垂直。 （3）在测量力臂时，为方便测量，应调节杠杆在水平位置平衡，此时悬挂钩码的动力阻力竖直向下，水 平杠杆与力臂重合，可通过杠杆刻度直接得出力臂大小。 2 注意事项 （1）在设置杠杆时，将支点设置在杠杆中心位置，可平衡掉杠杆自重影响，方便得出结论。 （2）使用弹簧测力计时，若力与力臂不垂直，则力臂较小测得的力较大。 （2）在实验过程中要多次改变动力、阻力、动力臂、阻力臂，让实验结论具有普遍性。 【典例3】（2023·辽宁阜新·统考中考真题）小新利用如图所示实验装置进行 探究杠杆的平衡条件 实验 “ ” 。 （1）如图甲所示已静止的杠杆，将平衡螺母向 调节，使其在水平位置平衡； （2）多次改变钩码的个数和位置，并使杠杆在水平位置平衡（如图乙所示），得到如下实验数据。分析 数据可总结出杠杆的平衡条件是 ； 次 数 动力F1/ 动力臂l1/m 阻力F2/ 阻力臂l2/m 1 10 10 05 20 2 15 10 10 15 3 20 15 15 20 （3）实验中多次改变力和力臂的大小，目的是 ； （4）如图丙所示的剪刀属于 杠杆，工人师傅用该剪刀修剪树枝时，应把树枝放在剪刀的 位置， 树枝最容易被剪断（选填“”“B”或 ）。 “” 【即时检测1】（2023·云南昭通·统考二模）如图所示，探究小组利用铁架台、带有刻度的杠杆，细线、若 干相同钩码、弹簧测力计等实验器材探究杠杆的平衡条件。 （1）在挂钩码前，小组发现杠杆左端高右端低（如图甲），应将杠杆两端的平衡螺母向 （选填 左 “ ” 或 右 ）端调节，使杠杆在水平位置平衡，实验中将杠杆调节到水平位置平衡，这样做的目的是 “ ” ； （2）接着小组在杠杆的两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡（如图 乙）。若在、B 下方再增挂一个相同的钩码，则杠杆 （选填 仍在水平位置平衡 、 沿顺时针方向转 “ ” “ 动 或 逆时针方向转动 ）； ” “ ” （3）如图丙是已经调节平衡的杠杆，用弹簧测力计在杠杆处竖直向上拉，在处挂上适当的钩码，使杠杆 在水平位置平衡，则处挂的钩码为 个；（每个钩码质量50g） （4）该小组同学根据图乙实验结果，马上总结结论：杠杆平衡条件是：F1L1=F2L2，你认为这样的探究方 法 （选填 合理 或 不合理 ）； “ ” “ ” （5）如图丁，工人在使用扳手时，在扳手手柄上加了一个长套筒，通过实验，小华明白这是通过 的办 法省力，图中工人沿不同方向施力均能把螺丝拧起，则F （选填 大于 、 小于 或 等于 ） “ ” “ ” “ ” Fb， 原因是 。 【即时检测2】（2023·吉林·校联考二模）在 探究杠杆平衡条件 的实验中所用钩码的重力相同： “ ” （1）杠杆没挂钩码时需要向右调节杠杆两端的螺母，才能使杠杆在水平位置平衡，说明调节前杠杆的 （选填 左 或 右 ）端高； “ ” “ ” （2）小雨通过改变钩码数量并移动钩码位置，使杠杆在水平位置平衡，多做几次实验，将得到的数据填 入表中。分析表中数据，得到杠杆的平衡条件是 （写表达式）； 次 数 F1/ l1/m F2/ l2/m 1 05 20 20 5 2 10 10 05 20 3 15 10 30 5 （3）如图甲所示，先在杠杆左侧挂4 个钩码，后在右侧处挂3 个钩码，根据得到的杠杆平衡条件可以判断 出杠杆的 端会下沉； （4）小雨想用撬棒撬动地面上的石头，是撬棒的支点，如图乙所示，为了撬动石头，请在图乙中画出在B 点施加的最小动力F1的示意图 。 实验十五 测滑轮组的机械效率 1 . 专项点拨 利用滑轮组测定有用功和总功，根据 测定滑轮组的机械效率 2 . 注意事项 （1）实验前，将弹簧测力计指针调零，看清刻度尺的零刻线、量程、分度值。 （2）实验时，要看准最下面的钩码起点及弹簧测力计与绳自由端连接处对准刻度尺的位置。 （3）要沿着竖直方向匀速拉动弹簧测力计。 （4）绳端移动的距离和钩码上升的高度，只测量其中的一个量也可以，另一个量可以利用公式 s=进行计 算 【典例4】（2022·江苏南通·统考中考真题）用图甲滑轮组做 探究动滑轮的重对滑轮组机械效率的影响 “ ” 实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变滑轮的重，每次实验都匀速拉动绳端使物体上升 10m。不计绳重，实验数据如表。 次数 G 物/ G 动/ F/ η/% 1 60 03 22 909 2 60 10 3 60 19 29 690 4 60 32 34 588 （1）每次实验绳端移动距离为 m； （2）第2 次实验中拉力F 的示数如图乙，读数为 ，第2 次实验滑轮组的机械效率为 %。分析数据可 知：在物重不变的情况下，动滑轮越重滑轮组的机械效率越 ； （3）实验中若仅增大绳端移动的距离，则滑轮组的机械效率将 ； （4）本实验中，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦引起的额外功占总额外功的比例 （选填 变大 变小 或 不变 ）。 “ ”“ ” “ ” 【即时检测1】（2023·四川成都·校考模拟预测）如图所示，在 测量滑轮组机械效率 的实验中，小明利 “ ” 用同一滑轮组进行了多次实验，每个钩码质量为200g，相同质量的钩码数量足够多。他的实验规范操作正 确，测得的实验数据如表： 次 数 钩码质量/g 钩码上升距离/m 弹簧测力计示数/ 绳端移动距离/m 机械效率 1 200 10 08 30 2 800 10 30 3 （1）第2 次实验时，弹簧测力计示数如图乙所示，则滑轮组的机械效率约为 （保留1 位小数）； （2）分析数据可得结论：使用同一滑轮组，滑轮组的机械效率与物重的关系可能比较符合的图是 ； ． B． ． D． （3）如果继续增加挂在该滑轮组下钩码的个数，仍利用原有的实验器材进行实验（已知实验中所用细绳 能够承担的最大拉力是20，绳重和滑轮的摩擦可忽略不计）以测得该滑轮组的机械效率最大值约为 （保留1 位小数）； （4）与小明同组的小白同学利用相同的实验器材，测得提升一个200g 钩码的机械效率为70%，你认为造 成他与小明测得的机械效率（η=833%）不同的原因是 。 【即时检测2】（2023·黑龙江·模拟预测）提高滑轮组的机械效率，能够更充分地发挥滑轮组的作用。于是 物理小组成员打算通过测量滑轮组的机械效率，来探索提高滑轮组机械效率的方法。实验装置如图。（每 个动滑轮重相同，忽略摩擦及绳重） 滑轮 组 钩码重/ 钩码上升高 度/m 弹簧测力计示数/ 绳子自由端移动距 离/m 总功/ 机械效率 η 1 01 01 04 03 012 833% b 2 01 02 075 03 0225 889% 2 01 02 06 （1）实验中应 拉动弹簧测力计； （2）请你将小组成员设计的实验记录表及收集和处理的数据补充完整； （3）比较、b 两组的机械效率，可知在使用同一滑轮组提升不同重物时，提升的重物越重，滑轮组的机械 效率越 ； （4）通过比较b、两组的机械效率，同学们知道了：若提升相同的重物，可采用 的方法来提高滑轮组 的机械效率。 实验十六 探究斜面的机械效率 1 . 专项点拨 斜面的机校率 ，在实验中需要测得物块的质量或重力，斜面竖直高度，沿斜面 拉力的大小F，以及沿斜面移动的距离s。 1 探究斜面机械效率的大小与斜面倾斜程度的关系，(控制斜面的粗糙程度与物体的重力相同，改变斜面的 倾斜程度) 2 探究斜面机械效率的大小与物体重力的关系(控制斜面的粗糙程度与倾斜程度相同，改变物体重力的大 小) 3 探究斜面机械效率的大小与斜面粗糙程度的关系(控制斜面的倾斜程度与物体的重力相同，改变斜面的粗 糙程度) 2 . 注意事项 （1）弹簧测力计使用时应沿斜面向上匀速拉动物体。 （2）需要绘制实验表格，计算功和机械效率，分析实验数据，总结影响斜面机械效率的因素。 （3）增大斜面倾角的操作：将木板下的木块向较窄边移动。 3 同类变式 部分实验探究斜面是否省功，其操作过程与探究斜面的机械效率类似，同样测量并计算有用功与总功， 比较二者数值大小即可。 【典例5】（2022·广东广州·校考二模）如图甲所示，小明用沿斜面方向的拉力F，拉着物块在斜面B 上做 匀速直线运动，忽略空气阻力。 （1）在图乙处画出物体在斜面上匀速运动时受力的示意图； （2）以下能反映物块的某些物理量随时间变化的关系正确的有 ； （3）用受力图中的字母及图甲中的相关距离来表示输入、输出的能量，填入图丙能流图。 （4）判断物块所受重力和支持力大小是否相等？ 。判断拉力F 与木块受到的摩擦力f 谁大？ （选填 “F 大 、 ” “f 大 或 相等 ） ” “ ” 【即时检测1】（2022·江苏无锡·统考一模）如图甲所示，小明乘坐汽车沿盘山公路上山，发现车子爬坡的 困难程度受坡度大小影响；如图乙所示，小明看到工人利用