专题08 物理探究实验（3）——运动和力中的4个探究实验（精选练习）-初中物理核心素养提升

这是一份专题08 物理探究实验（3）——运动和力中的4个探究实验（精选练习）-初中物理核心素养提升，文件包含专题08物理探究实验3运动和力中的4个探究实验精选练习-初中物理核心素养提升原卷版docx、专题08物理探究实验3运动和力中的4个探究实验精选练习-初中物理核心素养提升解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共35页， 欢迎下载使用。
【提出问题】物体所受重力的大小跟质量有什么关系？
【设计实验】
1. 实验器材：弹簧测力计、钩码多个（质量已知）。
2. 实验过程：
①用弹簧测力计分别测量不同质量的钩码所受的重力；分析比较质量不同的钩码受到的重力大小，得出重力与质量之间的关系。
②测量钩码重力的大小的方法：将弹簧测力计竖直放置，把钩码挂在弹簧测力计上，静止时弹簧测力计的示数等于钩码所受的重力大小。
实验序号
1
2
3
4
5
6
钩码的质量 m/kg
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
钩码的重力 G/N
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0

③设计实验记录表格。
【进行实验与收集证据】
1. 观察弹簧秤的量程、最小刻度值，并沿竖直方向调零。
2. 用弹簧测力计测量100g钩码所受的重力，并填在相应表格内。
3. 用弹簧测力计分别测量50g、100g……钩码所受的重力，并填在相应表格内。
【分析与论证】
1. 数据处理
以质量为横坐标、重力为纵坐标建立坐标系。描点连线，画出重力与质量关系图象（G-m）。
2. 分析表格中数据，观察画出的G-m图像，归纳结论：
①由实验数据可知，当质量成倍增加时，重力也成倍增加，图像是一条过原点的直线，即正比例函数图像。表明物体所受的重力跟它的质量成正比。

②对实验数据进一步分析，计算出每一次实验中重力与质量的比值。发现重力与质量的比值是一个不变的值，比值大约是10.0N/kg。
3. 实验结论：物体所受的重力跟它的质量成正比。
【交流与讨论】
数据的处理上采用图像的方法，能够准确的体现物理量之间的关系。图像法是物理学中处理数据的一种重要方法，应该作为重点内容学习。
【真题汇编】
1．（2023·湖南长沙·中考真题）小明用家里的器材探究重力的大小与质量的关系。如图甲、乙所示，小明用布袋装着质量不同的米，用电子秤测其质量，用液晶屏拉力器测其重力，实验数据记录如下表：

（1）在图乙中，当米袋静止时，拉力器的示数与这袋米所受重力的大小 ；
（2）分析上表数据可得：物体所受重力的大小与它的质量成 ，下列数据处理方法可以得到此结论的是 。
A．计算每一次实验中重力的大小与质量的比值
B．计算每一次实验中重力的大小与质量的乘积
探究实验二：探究阻力对物体运动的影响
【设计实验】
1.实验器材：小车、斜面、长木板、毛巾、棉布等。
2.实验方法：
让小车从同一斜面上的同一高度由静止自由滑下，如图所示，改变水平面表面的粗糙程度，使其对小车运动的阻力不相同。第一次在水平面上铺毛巾，第二次铺棉布，第三次将棉布去掉，只剩下木板，比较小车每次在水平面上滑行的距离。

【进行实验与收集证据】
小车从斜面某一高度由静止开始自由滚下，在铺有毛巾的水平面上滑行的距离最近，在木板上滑行的距离最远。
【分析与论证】
对物体运动的阻碍程度反映物体所受阻力的大小。
1. 运动物体受到的阻力越小，速度减小得越慢，运动得越远。
2. 若运动的物体不受阻力，物体的运动速度将不会减小，将保持做匀速直线运动。
【交流与讨论】
1. 实验方法
①控制变量法：控制小车从斜面上同一高度处由静止释放，使小车到斜面底端时具有相同的初速度；
②转换法：通过小车在水平面上滑行距离的长短来间接判断小车所受阻力大小；
③科学推理法：若小车不受阻力时，小车的速度将不会减小，将永远做匀速直线运动。
2. 对小车受力情况的分析：小车在水平面上运动时，在竖直方向受重力和支持力，这两个力相互平衡，对物体的运动没有影响；在水平方向上受到阻力的作用，是非平衡力，所以做减速直线运动。
3. 本实验选用小车而不选用木块的原因是：相同条件下，小车受到的阻力较小，实验现象较明显。
【真题汇编】
1．（2023·内蒙古呼和浩特·中考真题）自古以来，就有很多人认为，力是维持物体运动的原因。后来，伽利略提出，物体的运动不需要力来维持。我们通过实验来研究：如图所示，让同一小车从同一斜面的相同位置由静止滑下，保证小车到达水平面的速度相同，结果发现，随着小车受到的阻力减小，小车在水平面上滑行的距离变大。分析，思考，推理，得出正确结论：（1）如果小车静止，不受力，小车将保持静止状态；（2）如果小车运动，不受力，小车将保持匀速直线运动状态。进而思考得出：

（1）如果一个物体不受力，这个物体将保持 ；
（2）力 （选择“是”或“不是”）改变物体运动状态的原因；
（3）牛顿第一定律 （选填“能”或“不能”）由实验直接验证。
2．（2023·湖北鄂州·中考真题）在学习牛顿第一定律时，同学们分组进行了“探究阻力对物体运动的影响”实验，如图所示。

（1）实验中每次都使同一小车从同一斜面的同一高度由静止自由滑下，目的是使小车到达水平面时具有相同的 ；
（2）按照图甲、乙、丙的顺序实验时记录的内容见下表：
同学们分析表中内容，得到的实验结论是：在其他条件相同时，小车受到的阻力越小，运动的距离越远；进一步推理得出的结论是：不受阻力作用时，运动的小车将 ；
（3）上述实验除了用到实验推理的方法外，还用到了控制变量法和 法。
3．（2023·山东日照·中考真题）小明“五一”假期到游乐场体验了一项惊险刺激的游戏项目“过山车”，满载游客的“过山车”从轨道的最高端飞驰而下，到达大回环的顶端，再疾驰而下、体验了“过山车”的惊险刺激后，小明做了以下的实验探究。

（1）小明设计了如图甲所示的装置，右侧斜面上可以铺设不同材质的面料，右侧的斜面倾角可以调节：
①保持右侧斜面倾角不变，在斜面铺上毛巾，让小球从左端等高线A处自由下滑，小球 （选填“能”或“不能”）到达右侧等高线处；
②更换较光滑的棉布面，重复刚才的操作，发现滑到右侧斜面最高点比第一次距离等高线 （选填“远”或“近”）；
③继续更换成更光滑的面料，重复上述操作……；
通过以上实验现象，小明进一步推理得出：当右侧斜面 时，小球将到达右侧等高线处；
（2）小明在上述第①次实验中，取下毛巾，其他条件不变，只减小了右侧斜面的倾角。他发现倾角越小，小球在右侧斜面上运行的距离越大；

进一步推理得出：当倾角为0°时，如图乙，如果小球在水平面运动时受到的阻力为0，则小球将做 运动。英国科学家牛顿在此类研究成果上，概括总结出一条重要的物理规律“牛顿第一定律”；
（3）通过以上实验，小明发现物体接触表面的粗糙程度是影响滑动摩擦力大小的因素之一，为了验证是否还有其他影响因素，小明进一步设计了以下实验进行探究。如图丙、丁、戊所示，A、B是完全相同的两个物块，与木板的接触面的粗糙程度不变：

①实验要求拉动物块时均需要保持物块做 运动，此时物块受力平衡，拉力大小等于物块受到的滑动摩擦力大小；
②由图丙、图丁两次实验测得（物块AB一起运动），可得出结论：当接触面的粗糙程度相同时，接触面受到的 越大，滑动摩擦力越大；
③由图丁和图戊两次实验可以探究滑动摩擦力大小与接触面积大小的关系（物块AB一起运动），实验测得。可得出结论： 。
探究实验三：探究二力平衡的条件
方案一、用小车探究二力平衡的条件
【设计实验】
1. 实验器材：小桌、小车、托盘、砝码。

2. 实验装置如图所示。
3. 明确研究对象——小车，并对小车进行受力分析，小车水平方向所受的拉力大小与托盘中砝码质量的多少有关。换句话说，拉力的大小可以通过质量的多少来改变。
【进行实验与收集证据】
甲 乙
操作1：用手按住小车不动，两边分别加质量不同的砝码和质量相同的砝码，放手后观察两次小车运动状态的变化（图甲与乙）。
操作2. 用手按住小车不动，把两个托盘放在小车的同侧，加入相等的砝码，放手后观察小车运动状态的变化。
操作3. 在两托盘中加相等的砝码，使小车静止，用手旋转小车至某一角度，使两个力不作用在同一直线上，放手后观察小车运动状态的变化（图丙）。
操作4. 用两个相同的小车分别系住一个托盘，用手按住，保证二力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，放手后观察小车运动状态的变化（图丁）。
丙 丁

【分析与论证】
1. 操作1中，法码质量不同时，小车两边受到的拉力大小不同、方向相反、在一条直线上，小车由静止变为运动；砝码质量相同时，小车不动，其运动状态没有改变。
2. 操作2中，静止的小车虽然受到两个大小相等的力的作用，但是由于方向相同，小车不是保持静止状态，而是由静止变为运动。
3. 操作3中，小车发生转动，运动状态发生改变。
4. 操作4中，放手后两个小车的运动状态都发生了改变，由静止变为运动。
5. 实验结论：
二力平衡的条件：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且作用在同一直线上，这两个力就彼此平衡。
【评估】
1. 本实验中选用了小车而不选用木块，是为了减小摩擦给实验带来的误差。
2. 本实验设计的优点是：可以不考虑物体的重力对实验的影响。
3. 实验中，桌面必须水平，否则小车的重力会影响实验。
4. 实验中，如果两侧的砝码个数不相等但小车仍然处于静止状态，则原因是小车受到桌面的静摩擦力比较大.
方案二、用小卡片探究二力平衡的条件
【进行实验】
1. 该方案以小卡片为研究对象，钩码通过定滑轮对卡片施加力的作用。

2. 当两线端所挂钩码质量相等时，小卡片静止；当两线端所挂钩码质量不等时，小卡片运动；把小卡片转过一个角度，再松手时，小卡片转动；用剪刀把小卡片从中间剪开，再松手时，小卡片运动。
【实验结论】
二力平衡的条件：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且作用在同一直线上，这两个力就彼此平衡。
【评估】
1. 本方案选用硬纸片的原因是减小摩擦对实验的影响，但是还受重力，因此对实验结论也有影响。
2. 定滑轮的作用是改变力的方向。
【真题汇编】
1．（2020·湖南张家界·中考真题）在“探究二力平衡条件”的活动中，学习小组设计了图甲和图乙两种实验方案。
(1)当物体处于静止状态或 状态时，它受到的力是相互平衡的；
(2)从实验效果的角度分析，你认为 方案更好，理由是 ；
(3)乙实验中向两端的小盘里加砝码，当两盘砝码质量 时，小卡片静止；
(4)把小卡片转过一个角度，然后松手，观察到小卡片转动，最后恢复到静止状态，说明两个力必须作用在 才能平衡；
(5)在小卡片平衡时，用剪刀将卡片从中间剪开，再松手时，小卡片运动，由此说明两个力必须作用在 才能平衡。
2．（2023·黑龙江绥化·中考真题）如图是“探究二力平衡条件”的实验装置。

（1）把小车放在比较光滑的水平桌面上，用手按住小车不动，在两托盘中放入质量相等的砝码，放手后小车静止；在两托盘中放入质量不相等的砝码，放手后小车运动，这说明相互平衡的两个力 。用手按住小车不动，把两个托盘放在小车的同一侧，放入质量相等的砝码，放手后小车运动，这说明相互平衡的两个力 ；
（2）把小车放在水平桌面上，保持两托盘砝码质量相等，使小车静止，将小车扭转一个角度后释放，观察到小车 ，这说明相互平衡的两个力作用在 ；
（3）实验中为了减小摩擦力对实验的影响，应选择质量较 的砝码进行实验。（选填“大”或“小”）
3．（2021·湖南衡阳·中考真题）小华同学用下面的装置探究二力平衡的条件，具体操作如下：
（1）如图甲所示，用直径略小于滑轮孔径的铁钉把三个滑轮、、分别钉在木板上，木板竖直挂起待用，用大号缝衣针把细线沿轻质塑料块的中心轴线穿过，并在紧靠塑料块的两侧各打一线结，使塑料块与细线固定在一起，且塑料块不与木板接触。将塑料块由静止开始运动，实验表明，作用在同一个物体上的两个力，方向相反，但 不相等，则这两个力不平衡。
（2）按住塑料块，把跨过轮的细线移到轮上，在两线端挂上相同质量的钩码，松手后塑料块由静止开始转动，如图乙所示。按住塑料块，把跨过轮的细线移到轮上，把塑料块转过，松手后塑料块由静止开始转动，如图丙所示。由此表明，作用在同物体上的两个力，如果仅仅大小相等，方向成某一角度或方向相反但 ，这两个力不平衡。
（3）在探究同一问题时，另一同学将木块放在水平桌面上，设计了如图丁所示的实验，同学们认为小华的实验优于此实验，其主要原因是 。
A．塑料块容易扭转
B．塑料块是比较容易获取的材料
C． 减少了摩擦力对实验结果的影响
探究实验四：探究影响滑动摩擦力大小的因素
【提出问题】滑动摩擦力的大小与什么因素有关?
【猜想和假设】由生活经验进行猜想与假设：当你推箱子时，箱子越重，推起来越费力；地面越粗糙，推起来越费力。
①滑动摩擦力的大小可能跟压力大小有关？②滑动摩擦力的大小可能跟接触面的粗糙程度有关？③滑动摩擦力的大小可能跟接触面积有关？
【设计实验】
1. 实验器材：弹簧测力计、木块、木板3块（粗糙程度不同）、砝码等。
2. 实验过程：
①用弹簧测力计拉木块在水平木板上做匀速直线运动，则此时弹簧测力计示数就是摩擦力的大小。
②控制接触面的粗糙程度不变，通过加减砝码改变木块对木板的压力，测出摩擦力。
③控制压力不变，改变木板的粗糙程度，测出摩擦力。
④分析数据，归纳结论。
3. 实验原理：匀速拉动木块时，木块在水平方向所受到的力有拉力F、滑动摩擦力f。因为木块匀速直线运动，所以拉力与滑动摩擦力是平衡力，滑动摩擦力的大小等于拉力的大小，即f =F。
4. 实验数据表格（见下）。
【进行实验与收集证据】

1. 用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿水平长木板滑动，读出弹簧测力计的示数，从而测出木块与长木板之间的滑动摩擦力；
2. 在木块上放上砝码，用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿水平长木板滑动，读出弹簧测力计的示数，测出此时滑动摩擦力；
3. 换用材料相同但表面粗糙的长木板，保持放在木块上的砝码不变，用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿水平长木板滑动，读出弹簧测力计的示数，测出此时的滑动摩擦力大小。
4. 实验数据表格。
次数
压力的大小程度
接触面粗糙程度
摩擦力（N）
1
小
光滑
2
2
大
光滑
3
3
大
粗糙
4

【分析与论证】
分析上表记录，得出影响滑动摩擦力大小的因素。
1. 在第1与2次实验中，接触面的粗糙程度不变，改变压力，得到的结论是：接触面的粗糙程度一定时，压力越大，滑动摩擦力越大。
2. 在2与3次实验中，压力保持不变，接触面的粗糙程度不同，得到的结论是：在压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
实验结论：
滑动摩擦力的大小跟接触面所受的压力大小和接触面的粗糙程度有关，接触面受到的压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
【交流与讨论】
1.探究方法
①控制变量法：探究滑动摩擦力的大小与压力的关系时，控制接触面的粗糙程度不变，改变物块对接触面的压力；探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系时，控制压力不变，改变接触面的粗糙程度。
②转换法：通过读取弹簧测力计的示数来间接测量滑动摩擦力的大小。
2.实验中要水平匀速拉动木块，做匀速直线运动，才能保证滑动摩擦力等于的大小拉力大小。
【实验评估】
实验中很难控制水平匀速拉动弹簧测力计，所以会导致弹簧测力计的示数不稳定。因此，将实验方案改进如下，木块位于长木板上，用弹簧测力计拉住一端，弹簧测力计的另一端固定。
改进后，水平向左拉动长木板，当木块保持静止时，木块处于平衡状态，此时无论长木板是否做匀速直线运动，都可以保证拉力的大小始终等于滑动摩擦力的大小。

【真题汇编】
1．（2023·山东泰安·中考真题）在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中：

（1）某同学用如图甲所示的方式匀速拉动木块，测量滑动摩擦力，这样操作是 （选填“正确”或“错误”）的；
（2）小明提出如下猜想：A．滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关；B．滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。小明以的速度匀速拉动木块，进行了正确的实验操作，实验探究过程如图所示。比较图 两次实验，可验证猜想；比较图 两次实验，可验证猜想B；
（3）如图戊所示，小明以的速度匀速拉动木块再次进行实验。已知，木块重4N，砝码共重2N，弹簧测力计的示数为2.4N，此时，毛巾对木块的摩擦力为 N。
2．（2023·青海西宁·中考真题）小宁和同学们在“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中，水平桌面上的器材有弹簧测力计、长方体木块、砝码、长木板和毛巾，实验过程如图所示。
（1）实验中，用弹簧测力计水平拉动长方体木块，沿长木板做匀速直线运动，根据 知识可知，弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力的大小 ；
（2）第一次测量过程中弹簧测力计的示数如图甲所示，F1＝ N；
（3）比较甲、乙两次实验可研究滑动摩擦力大小与 的关系；
（4）比较 两次实验所得的结论，可以解释鞋底做得凹凸不平的原因；
（5）从本实验的器材中，选取长方体木块和 ，再添加 还可以做“探究影响压力作用效果的因素”的实验。
3．（2023·湖北宜昌·中考真题）小勇利用如图所示的实验装置探究影响滑动摩擦力大小的因素，在水平桌面边缘固定一个定滑轮，将弹簧测力计在竖直方向调零后如图固定。在桌面放置一块长木板，将一个长方体木块平放在长木板上，通过细线绕过定滑轮与测力计相连，并保持细线的AB段竖直、BC段水平。水平向左拉动长木板，木块相对于桌面保持静止，不计细线的重力和滑轮处的摩擦力。

（1）图中木块受到滑动摩擦力的方向为 ，根据 可知弹簧测力计的示数即为木块受到滑动摩擦力的大小；
（2）拉动长木板向左运动时 （选填“需要”或“不需要”）做匀速直线运动；
（3）在探究滑动摩擦力的大小与压力大小的关系时，小勇换用一块质量更大的木块重复上述实验，发现测力计的示数变大了。由此得出压力越大，滑动摩擦力越大的结论，请你对他的实验做法进行评估： 。
4．（2023·江苏泰州·中考真题）小明用不同的力将手掌压在各种不同物体表面上向前推，发现感受不同，猜想滑动摩擦力的大小可能与下列因素有关：①压力的大小、②接触面的粗糙程度、③接触面的材料种类，为了验证猜想是否正确，他进行了以下探究：

（1）为了测量滑动摩擦力的大小，小明将木块放在水平木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，使其做 ，此时滑动摩擦力大小 弹簧测力计的示数；
（2）比较甲、乙两图的实验可知：滑动摩擦力的大小与 有关；
（3）如图甲、丙所示，小明将同一木块分别放在粗糙程度不同的木板一、木板二上测量滑动摩擦力的大小，此过程控制不变的影响因素是：压力的大小和 ；
（4）实验中发现弹簧测力计示数不易稳定，改用如图丁所示的装置水平拉动长木板，发现弹簧测力计的示数仍不稳定，可能的原因是： 。
5．（2023·四川雅安·中考真题）小雨在做“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验时，结合生活中的现象，猜想影响滑动摩擦力大小的因素可能有：
猜想一：接触面所受的压力大小
猜想二：接触面的粗糙程度
……
（1）如图甲所示，将一个木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向 拉动，根据 可知滑动摩擦力的大小等于拉力的大小；
（2）如图乙所示，在木块上放一个重物，重复上面的操作。比较甲、乙两图中弹簧测力计的示数，可探究滑动摩擦力大小与 的关系；

（3）如图丙所示，将木块放在毛巾上，重复上面的操作。比较甲、丙两图可得出：压力大小相同时， ，滑动摩擦力越大；
（4）小雨猜想滑动摩擦力大小还与速度大小有关。她设计了如图a所示的实验装置，传送带速度可以自由调节，物块始终相对地面静止，拉力传感器可以显示拉力大小。改变传送带速度，根据实验数据分别绘制出传送带的速度与时间（）和拉力与时间（）的关系图象。分析图b、c两图可知，滑动摩擦力的大小与物体相对传送带运动速度的大小 （选填“有关”或“无关”），理由是： 。

6．（2023·山东济南·中考真题）小刚注意到很多公共场所都有类似图甲所示的提示牌。他想：摩擦力的大小与接触面的潮湿程度有什么关系呢？

为了探究这一问题，他找来长条形地板砖、运动鞋、弹簧测力计和喷雾器，设计了图乙所示的实验装置。
（1）为了测出鞋子与地板砖间滑动摩擦力的大小，小刚把长条形地板砖放在水平桌面上，用弹簧测力计水平拉着鞋子在地板砖上做 运动。根据 可知，此时弹簧测力计的示数就等于滑动摩擦力的大小；
（2）小刚用喷雾器向地板砖表面均匀喷雾改变地板砖的潮湿程度，通过实验得到下表中的数据。
请在答题卡相应位置的坐标纸上描点，并用平滑曲线画出摩擦力f与喷雾次数的关系图像 ；
（3）小刚分析数据得出结论：摩擦力的大小随接触面潮湿程度的增大 ；
（4）小强了解了小刚的实验结论后说：“我知道超市里的收银员清点钞票时为什么手边总放一块湿海绵了。”小刚说：“你上次数作业本的页数时，还往手上沾唾液呢！”在这两个实例中，都是通过改变接触面的潮湿程度来 的；
（5）驾车行驶在高速公路上，雨天因为摩擦减小容易造成交通事故。请针对这一现象为公路旁的警示牌设计一条警示语以提醒驾驶员谨慎驾驶 。实验次数
1
2
3
4
5
电子秤的示数/g
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
拉力器的示数/N
0.98
1.96
2.94
3.92
4.90
表面材料
阻力大小
小车运动的距离（m）
小车速度减小情况
毛巾
大
3.45
比较快
棉布
中
18.72
比较慢
木板
小
37.52
最慢
接触面材料
小车受阻力情况
小车在水平面运动的距离s/cm
毛巾
大
23.2
棉布
较大
45.3
木板
小
97.5
喷雾次数
0
2
4
6
8
10
12
摩擦力f/N
3.2
3.6
4.0
3.0
2.8
2.6
2.6