专题6 力学探究实验（原卷版）.docx

1、专题6力学探究实验【例题精析】类型1弹簧的长度跟外力的变化关系【热点搜寻】弹簧的长度与外力的变化关系以及其应用,也是考试中常出现的题。要注意的是,与外力大小成正比的是弹簧的伸长量而非总长。【例1】某实验小组的同学对A、B两根长度相同粗细不同的橡皮筋进行研究，将橡皮筋的一端固定，另一端悬挂钩码（图甲所示），记录橡皮筋受到的拉力大小F和橡皮筋的长度L，根据多组测量数据做出的图线如图乙所示。（1）分析图乙中B图象可知：在拉力不超过 N，橡皮筋伸长的长度与它所受的拉力成 。（2）当在两根橡皮筋上悬挂重力为8N的物体时，橡皮筋A的伸长量为 cm，分别用这两根橡皮筋制成的弹簧测力计，用橡皮筋 制成的测力计

2、测量的精确程度高（选填“A”或“B”）；（3）根据力的作用是相互的，所以钩码对橡皮筋的拉力 （大于/等于/小于）橡皮筋对钩码的拉力（即橡皮筋形变而产生的弹力）。其实英国物理学家胡克于1678年就提出（胡克定律）：弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力F与弹簧的伸长量（或压缩量）x成正比，其大小表示为：FKx，其中K为劲度系数，其大小等于弹力与弹簧的伸长量（或压缩量）的比值。则根据上述信息：在弹性限度以内，若将本实验中两根细橡皮筋并联起来后使用，其劲度系数K为 N/m。【变式1】为研究弹簧的性质，我们在竖直悬挂的轻质弹簧下加挂钩码（如图a），同时记录弹簧总长度L与钩码质量m，所得数据记录在表中。已知弹

3、簧原长L06.0cm。实验过程中，弹簧形变在弹性限度内，不计弹簧所受的重力。（g取10N/kg）实验次数123456钩码质量m/g0306090120150弹力F/N00.30.60.9 1.5弹簧总长度L/cm6.07.28.49.610.812.0弹簧伸长量x/cm 1.22.43.64.86.0（1）实验中弹簧弹力的大小等于所挂钩码的重力，请将表格中弹力的数据补充完整；（2）分析表格中对的数据，请将表格中弹簧伸长量数据补充完整；（3）请在图b坐标系中描点作出弹力F跟弹簧伸长量x的关系图象；（4）分析表格中数据或图象可以定量得出：在弹性限度内， 。类型2浮力大小与什么因素有关【热点搜寻】浮

4、力的测量法、阿基米德定律的探究与验证也是考试的热点之一。【例2】某中学两支物理小组的同学，在实验室中验证阿基米德原理（1）方案一，小刚用石块按如图甲实验步骤依次进行实验。由甲图可知，石块浸没在水中受到的浮力F浮 N，排开水的重力G排 N，发现F浮G排，造成这种结果的原因不可能是 。A、整个实验过程中，弹簧测力计都没有校零B、最初溢水杯中的水未装至溢水口C、步骤C中，石块浸没后，碰触到溢水杯底部（2）方案二，如图乙，小明将装满水的溢水杯放在升降台C上，用升降台来调节溢水杯的高度。当小明逐渐调高升降台，发现随着重物浸入水中的体积越来越大，弹簧测力计A的示数 （选填“增大”、“减小”或“不变”），且

5、弹簧测力计A的示数变化量 （选填“大于”、“小于”或“等于”）B的示数变化量，从而证明了F浮G排。（3）为了多次实验得到普遍规律，方案 （选填“一”或“二”）的操作更加简便。然后小明利用阿基米德原理测量某实心金属块的密度，实验步骤如下：让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中，如图甲；将金属块浸没在水中，测得溢出水的体积为18mL，如图乙；将烧杯中18mL水倒掉，从水中取出金属块，如图丙；将金属块放入小空筒，小空筒仍漂浮在水面，测得此时溢出水的体积为36mL，如图丁。请回答下列问题： 被测金属块的密度是 kg/m3。在实验步骤和中，将沾有水的金属块放入小空筒，测出的金属块密度将 （选填“偏大”、“不变”

6、或“偏小”）。【变式2】如图所示是小明自制的用来探究影响浮力大小因素的装置：将弹簧和标尺固定在支架上，用细线将一个金属块悬挂在弹簧下端，弹簧静止时指针正对标尺上的A位置（本装置使用时，弹簧未超过弹性限度）。（1）向杯中缓慢注水，从金属块底部接触水面，到金属块刚好浸没水中的过程中，指针由标尺上的A位置缓慢上移至C位置，说明物体所受浮力的大小跟 有关，此过程中支架上O点所受拉力的最大变化量为F1；继续向杯中注水，指针 （选填“上移”、“不动”或“下移”）：当注满水时，金属块底部受到的压强为p1。（2）将水倒尽，向杯中缓慢注入某种液体（液水），当指针指在C位置时，金属块底部受到的压强为p2，则p1

7、p2（选填“”、“”或“”），分析推理可知：金属块所受浮力的大小还与 有关。（3）将液体倒尽，用等体积塑料块（水塑料金属）替换金属块进行实验。向杯中缓慢注水，从塑料块底部接触水面，到塑料块浸没水中的过程中，支架上O点所受拉力的最大变化量为F2，则F1 F2（选填“”、“”或“”）。类型3动能、势能大小与什么因素有关【热点搜寻】探究动能、势能大小与什么因素有关,用到了控制变量法和转换法,在写结论的时候要注意变量的表述,不能用转换后的量代替控制变量。【例3】小明猜想同一根弹簧具有的弹性势能大小可能与其形变量（x）或者形变量的平方（x2）成正比。于是进行了如下实验：如图所示，把弹簧套在光滑竖直杆上，

8、且底端固定在水平面上，用刻度尺读出并记录处于自由状态时弹簧上端距水平面的高度h0；将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出并记录此时弹簧上端到水平面的高度h1；释放小铁块，读出并记录铁块上升到最大高度时，弹簧上端到水平面的高度h2；改变弹簧的压缩长度h1，重复以上步骤并根据表格中记录的数据计算出x、x2和小铁块上升的距离h。请你解答：实验次数h0/mh1/mh2/mx/mx2/m2h/m10.500.400.550.100.010.1520.500.300.900.200.040.6030.500.201.550.300.091.3540.500.152.000.35

9、0.121.85（1）弹簧每次被压缩时的形变量的表达式为x （用所测物理量的符号表示）；（2）弹簧弹性势能的大小是通过 来间接反映的；（3）根据表中数据得到的结论是同一根弹簧弹性势能的大小与 成正比。【变式3】某同学猜想物体动能的大小可能与物体的质量和物体的速度有关，在探究“物体动能的大小与物体质量是否有关”的实验中，所用的实验器材有：带滑槽的轨道、正方体塑料块、质量不等的金属球A、B、C（mAmBmC）各一个，实验装置如图甲所示。（1）实验中，分别将三个小球从同一斜轨道顶端由静止释放，目的是： 。（2）本实验中，利用塑料块在水平轨道上被推动的远近，来比较三个小球的动能的大小，这种物理学研究方

10、法是 。（3）该同学用金属球A和B实验时，塑料块在水平轨道上移动了不等的距离。在用金属球C实验时，塑料块几乎没有移动。则小明的实验 。（下面两个选项正确，将正确选项字母填写在横线上）A不能得出结论，因为C球没有推动塑料块。B可以得出结论，因为可以判断出C球的动能最小。（4）该实验的结论为： 一定时，物体的质量越大，动能越 。（5）如果将水平轨道上的塑料块换为一个固定在水平轨道某点的弹簧，则小球从斜面顶端由静止释放后，在水平轨道上会压缩弹簧，弹簧被压缩的过程是小球的 能转化为 能。类型4杠杆平衡条件【热点搜寻】杠杆平衡条件实验探究考试出现的频率比较高,要求会判断杠杆是否平衡,会调节杠杆平衡,会设

11、计表格记录数据并处理数据,知道每一步操作的要求与原因,会处理实验中遇到的非常情况。【例4】在“探究杠杆平衡条件”的实验中：（1）小华同学先把杠杆的中点支在支架上，杠杆静止在如图甲所示的位置，此时杠杆处于 （选填“平衡”或“不平衡”）状态。为了使杠杆在水平位置平衡，此时应向 调节平衡螺母，这样做的好处是 。（2）某同学进行正确的实验操作后，得到的数据为F16N、l120cm、F24N和l230cm该同学根据这些数据能否得出探究结论？ ，理由是： 。（3）如果利用如图乙所示装置进行实验，每个钩码重0.5N，杠杆平衡时弹簧测力计的读数应为 N如果保持弹簧测力计拉力作用点的位置不变，把弹簧测力计沿虚线

12、方向拉，为了保证杠杆在水平位置平衡，其示数 （选填“变大”“不变”或“变小”）。（4）某次实验中，用如图丙所示的方式悬挂钩码，杠杆也能水平平衡（杠杆上每格等距），但老师却往往提醒大家不要采用这种方式。这主要是以下哪种原因 （选填字母）A一个人无法独立操作 B需要使用太多的钩码C力臂与杠杆不重合 D力和力臂数目过多（5）在探究实验中部分同学们还得出这样的结论：只要满足“动力动力作用点到支点的距离阻力阻力作用点到支点的距离”，杠杆就平衡。a、你认为这个结论是 的。（选填“正确”或“错误”）b、如何用图丁的装置来验证你的观点？答： 。（6）某同学想利用杠杆的平衡条件来测量刻度尺的质量。将刻度尺平放在

13、支座上，左右移动刻度尺，找出能够使刻度尺在水平位置保持平衡的支点位置，记下这个位置，它就是刻度尺的重心；如图戊所示，将质量为M1的物体挂在刻度尺左边某一位置，向 （选填“左”或“右”）移动刻度尺，直到刻度尺能够在支座上重新保持水平平衡。记录物体悬挂点到支座的距离L1和刻度尺的 到支座的距离L2；根据杠杆的平衡条件，可以计算出刻度尺的质量m （用题目中所给物理量表示）。【变式4】小明利用一根木筷、物体M、托盘和烧杯自制简易密度秤，主要制作步骤如下：如图所示，将烧杯放入A端的托盘中，改变物体M悬挂点的位置至B，使木筷在水平位置静止；在A端的烧杯内注入体积为V0的水，改变物体M悬挂点的位置至C，使木

14、筷在水平位置再次静止，在C点标注水的密度值为1.0g/cm3；在A端的烧杯内注入体积为V0的其它液体，重复步骤，在密度秤上标注刻度。（1）从制作的步骤上分析，小明制作密度秤的原理是 ；（2）B点所标密度值为 ；要在该密度秤上标出密度为0.5g/cm3的刻度线，则所标刻度线 （选填“在”或“不在”）BC的中间位置；（3）小明发现他所制成的密度秤相邻两刻度线之间的距离太小，导致用此密度秤测量液体密度时误差较大。为此同学们提出了如下改进方案，其中可行的是 ；A增大物体M的质量 B换长些的木筷制作密度秤C换更轻的木筷制作密度秤 D标密度秤的刻度线时，适当增大装入烧杯的液体的体积V0（4）小明最终所制成

15、的密度秤，OA的长度为4cm，OB的长度为2cm，OD的长度为10cm，物体M的质量为100g，每次测量时，在A端烧杯内均倒入体积为100cm3的液体，则该密度秤所能测量的液体的最大密度为多少？【针对训练】1小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。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的下落高度有关猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失

16、不计）。实验数据如下表：实验序号铅球代号铅球质量/g下落高度/m陷入沙中的深度/mA2000.50.1B4000.50.25C20010.2D20010.2（1）本实验中，采用的研究问题的方法是 和 法。（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 来反映的。（3）为验证猜想二，应比较 和 （填实验序号），得到的结论是：当物质量相同时，高度越高，重力势能越 （选填“大”或“小”）。（4）比较，可以验证猜想 （选填“一”、“二”或“三”）（5）比较，得到的结论是 。（6）经进一步实验和分析，小夏大胆给出重力势能（Ep）的表达式“Epmgh”，并去办公室询问了老师，得以证实，小夏高兴不已，回到教室后，

17、根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面的动能，其中B球的动能为 J（忽略空气阻力，g10N/kg）2小明在老师的指导下用小球和弹簧等器材进行了如下实验与探究（不考虑空气阻力，g取10N/kg）：（1）让小球从某高度处由静止开始下落到竖直放置的轻弹簧上（如图甲），在刚接触轻弹簧的瞬间（如图乙），小球速度为5m/s。从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短（如图丙）的整个过程中，得到小球的速度v和弹簧缩短的长度x之间的关系如图丁所示，其中A为典线的最高点，已知该轻弹簧每受到0.1N的压力就缩短1cm，并且轻弹簧在全过程中始终发生弹性形变。 从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，小球速度的变化情况是 。

18、 实验中所用小球的质量为 kg，全过程中，弹簧中弹力的最大值为 N。 由图可知，当弹簧的压缩量最大时，小球的速度为0，此时，小球处于 状态（选填“平衡”或“非平衡”）。3如图所示，小球在不同场景做不同物理运动。请你根据所给条件回答以下问题。（1）如图甲，质量为m的小球从高度为h的光滑斜面顶端由静止自由滑下，到达斜面底端的速度为v0，此过程 能转化成 能，关系式mgh=12mv2成立，则一个物体从高0.2m的光滑斜面顶端自由下滑到斜面底端时的速度为 m/s。（g10m/s2）（2）如图乙，将物体以一定的初速度v0沿水平方向抛出（不计阻力），物体做平抛运动，在水平方向做匀速直线运动，则水平方向的距

19、离公式为 （用图中字母符号表示），在竖直方向下落得高度y=12gt2，则y与t2的关系可用丙图中的图线 表示。4小明利用刻度均匀的轻质杠杆进行探究“杠杆的平衡条件”实验，已知每个钩码重0.5N。（1）实验前，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉，这时应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节。（2）图甲中的A点悬挂4个钩码，需在B点悬挂 个钩码才能杠杆仍保持水平位置平衡，你认为实验中让杠杆在水平位置平衡的好处是 。（3）如图乙所示，取走悬挂在B点的钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉，仍使杠杆水平位置平衡，测力计的拉力为 N；若在C点改变弹簧测力计拉力的方向，使之斜向右上方，

20、杠杆仍然水平位置平衡，则测力计的读数将 （选填“变大”，“变小”或“不变”），这是因为 。（4）小明继续研究杠杆的机械效率，他们用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点，在B点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在A点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，装置如图丁所示，将杠杆缓慢抬升，测得弹簧测力计的拉力为F，用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2；（不计摩擦）则：杠杆机械效率的表达式为 。（用所测的物理量符号表示）若只将测力计的悬挂点由A移至C点，O、B位置不变，仍将钩码缓慢提升相同的高度，则杠杆的机械效率将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。5小明同学在“探究杠杆平衡条件的实验”中：（1）实验前，杠

21、杆左端下沉，则应将左端的平衡螺母向 调节，直到杠杆在水平位置平衡，这样做的目的是 。（2）如图甲所示，在A点挂4个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在B点挂 个相同的钩码；（3）如图乙所示，改用弹簧测力计向下拉杠杆，使杠杆仍在水平位置平衡，当测力计从a位置转动到b位置时其示数将 ，原因是 。（4）小明查阅资料发现：当杠杆平衡时，所有动力与其力臂乘积之和等于所有阻力与其力臂乘积之和相等。于是他做了如图丙所示的实验，在杠杆左端挂了一个重为G1的物体，在杠杆右端不同位置分别挂了重为G2和G3的物体，并测出相对应的力臂，杠杆仍然在水平位置平衡。请写出此状态下杠杆平衡时的表达式： 。（答案必须利用丙图给的

22、物理量表示）（5）学习了机械效率后，如图丁小明使用同一杠杆（质地均匀）采用两种方法将物体A提升相同的高度，在工作过程中方法一和方法二的机械效率分别为1和2，则1 2（“”、“”或“”）。6某小组同学在用杠杆测定机械效率的实验中。小敏用如图1所示的实验装置测定杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。（1）实验中，测力计的示数F为 N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m时，C点上升了30cm，则杠杆的机械效率为 %。（2）实验中若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是 。（3）若只将钩码的悬挂点由A移至B，仍将钩码提升相同的高度，则杠

23、杆的机械效率将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。小王用如图2所示的另一实验装置测量杠杆的机械效率。O为杠杆的转轴，不计摩擦。实验时，给B端施加竖直向下的力，使挂在杠杆A端的钩码缓缓上升。（图中杠杆为质量分布均匀的直棒）下表是提升物体时采集到的数据：实验序号物重G（N）拉力（N）A端上升的高度h/mB端下降的竖直距离s/m杠杆的效率250.040.02490.040.0289%250.060.0380%6130.040.0292%（1）第组实验中，杠杆的机械效率为 。（2）由 三组实验，可以初步得出的结论：相同的杠杆，提升的物体越重效率越高。（3）该实验中杠杆的效率总小于100%的原因是杠

24、杆有自重，分析实验数据可知道杠杆的自重为 N。7小明制作了一个可测量物体质量的装置，如图甲所示小筒与大筒均为圆柱形容器。小筒和托盘的总质量为200g，小筒底面积50cm2，高12cm，大筒中装有适量的水，托盘上不放物体时，在大筒上与水面相平的位置对应刻度为“0”，将小筒竖直压入水中，水面距小筒底10cm时，在大筒上与水面相平位置标为最大测量值。把被测物体放入托盘中，读出大筒上与水面相平位置对应的刻度值，即为被测物体的质量（1）当水面距小筒底10cm时，小筒所受浮力为 N；（2）该装置所能测量物体的最大质量为 g；（3）他想利用此装置测算出石块的密度，操作如下，如图乙所示，将石块放入托盘中，读出

25、大筒上的示数为250g；如图丙所示，将此石块沉入水中，读出大筒上的示数为100g，该石块密度为石 kg/m3。8如图甲水平升降台上有一足够深的圆柱形容器，容器中有一定量的水，现将一实心圆柱体M（不吸水）悬挂在不可伸缩的细绳下端（细绳体积忽略不计），使M浸没水中并刚好与容器底接触但不产生压力，现使升降台匀速下降，图乙是绳的拉力F随时间t的变化图象。（1）在t1和t2时刻，M所受的浮力分别为F浮1、F浮2，则F浮1 F浮2（选填“”、“”或“”）（2）物体M的密度为M （用图乙中所给的字母和水的密度水表示）。结合题中的操作，思考所测得的M的密度与真实密度相比将 （选填“偏大”、偏小”或“不变”）。

26、（3）现用细线将另一实心圆柱体N（不吸水）悬挂浸没于图丙容器的水中（未接触底部），发现细绳对N的拉力与t1时刻图甲中细绳对M的拉力相等，已知MN水，则M的质量 N的质量。（选填“大于”、“小于”或“等于“）9某中学的物理实验小组利用课余时间进一步验证阿基米德原理。下面是验证实验的操作过程。（1）实验小组依次进行图的实验操作，由图可知，铁块浸没在水中受到的浮力为 N排开水的重力为 N他们发现F浮G排，造成这种情况可能原因是 。A实验时，溢水杯中的水没有加满B实验前，空桶中残留有少量水（2）实验小组通过讨论对实验进行了改进，其实验装置如图甲，他们将装满水的圆柱形溢水杯放在升降台C上，用升降台来调节

27、溢水杯的高度。当逐渐调高升降台，发现随着铁块浸入水中的体积增大，弹簧测力计A的示数减小量始终等于弹簧测力计B的示数增加量，这说明了 。（3）已知铁块重力为2N，溢水杯重力为1N，底面积为25cm2，当溢水杯加满水时，水的深度为10cm，将铁块浸没在溢水杯水中时，此时溢水杯对水平升降台面压强为 Pa。（4）实验小组又将铁块换成图乙的蜡块继续探究。如图丙，发现随着溢水杯升高，弹簧测力计的示数变成零，最终蜡块漂浮在水面上，实验小组若要得到物体漂浮时阿基米德原理依然成立，将获得的实验结论是图丙中弹簧测力B的示数应该为 N。10实验室准备了如下实验器材：橡皮筋、铁架台、钩码一盒（50个，每个10g）、细

28、线，小东同学想通过实验证明：“当橡皮筋所受弹力（F）越大时，橡皮筋的伸长量（x）也越大”。（1）为完成实验，需要添加的实验器材是： 。（2）请把实验步骤补充完整：橡皮筋的一端系好细线做成的绳套，另一端通过细线固定在铁架台的试管夹上，记录橡皮筋自由时的长度L0。将一个钩码挂在细线上， ，并记录。改变 ，仿照再做两次实验。用公式x 计算出x，并记录；用公式Fmg计算出F，并记录。（3）画出实验数据记录表格；（4）小东同学进行了充分的实验数据收集，并画出了xF图象，如图所示。由图可知，在x15cm范围内该橡皮筋每伸长1cm所需施加的弹力是 N，图中当F1.5N后xF图象变成了曲线，图象弯曲的原因是：

29、 。11在研究弹簧的伸长与弹力的关系时，张智同学选取了规格不同，竖直放置时原长均为10cm的甲乙两根弹簧如图1测得弹簧伸长量与拉力的大小关系如图4所示。（1）在弹性限度内，每增加1N的拉力，甲弹簧多伸长 cm。（2）在不损坏弹簧的条件下，如图2组合甲乙弹簧，所能挂的物体最重可达 N，此时两根弹簧的总长度是 cm。（3）在不损坏弹簧的条件下，如图3组合甲乙弹簧，所能挂的物体最重可达 N12为了研究弹簧受到拉力时，弹簧长度的增加量与哪些因素有关，小明同学用测力计及一些不同的弹簧进行实验。如图所示，在实验中小明分别用力通过测力计拉伸不同的弹簧，测量并记录每根弹簧的原长、弹簧圈直径、所受拉力的大小、长

30、度增加量。记录数据如下列各表格所示，已知在同一表格中，实验所用弹簧的材料和粗细相同。表一：材料甲序号原长（厘米）弹簧圈直径（厘米）拉力大小（牛）长度增加量（厘米）1101522101104310254420154表二：材料乙序号原长（厘米）弹簧圈直径（厘米）拉力大小（牛）长度增加量（厘米）515352.26153104.4715654.4830354.4（1）分析比较实验序号1与2（或5与6）中的数据得到的初步结论是：材料、粗细、原长、弹簧圈直径相同的弹簧， ，长度增加量越大。（2）分析比较实验序号 中的数据得到的初步结论是：材料、粗细、原长相同的弹簧，受到相同的拉力，弹簧圈直径越大，长度增加量越大。（3）小明同学想通过更换弹簧使弹簧测力计的量程更大，则下列哪两种方案可行 。A增加弹簧原长 B减小弹簧原长 C增加弹簧圈直径 D减小弹簧圈直径（4）如图中甲、乙、丙、丁四根弹簧完全相同，甲、乙左端固定在墙上，图中所示的力F均为水平方向，大小相等，丙、丁所受的力均在一条直线上，四根弹簧在力的作用下均处于静止状态，其长度分别是L甲、L乙、L丙、L丁，下列选项正确的是 。AL甲L丙，L乙L丁BL甲L丙，L乙L丁CL甲L丙，L乙L丁DL甲L丙，L乙L丁