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20201210520

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【实验探究】
将长度为l m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：
(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-F
【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
或者
3.（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
【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
4.（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。
（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；
（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。
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：
（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3
②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。
【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。
（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：
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：
(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。
实验次数
1
2
3
4
斜面高度h/m
0.15
0.20
0.25
0.30
拉力F/N
2.7
3.2
3.6
4.1
机械效率η
0.56
0.63
0.69
0.73
实验次数
钩码下落的高度h/cm
泡沫塑料块下移的距离s/cm
1
2
3
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/cm
1
2
3
次数
金属球释放高度h/cm
木块移动距离s/cm
结论
1
2
3
次数
压力/N
测力计示数/N
滑动摩擦力/N
1
6
1.8
2
11
3.3
3
16
4.8
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/cm
1
0.1
10
8
2
0.1
25
19
3
0.2
20
26
4
0.2
10
15
5
0.3
10
22
6
0.3
15
30
次数
钢球小落高度h/cm
钢球质量m/kg
木块移动距离s/cm
1
10
0.1
8
2
10
0.2
15
3
10
0.3
22
实验序号
铁块质量
铁块距桌面高度
桌腿进入沙子的深度
①
20
20
1.9
②
20
30
2.9
③
20
40
3.8
④
30
20
2.9
⑤
40
20
4.1
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
1
2.0
0.1
1.0
0.3
66.7%
2
4.0
0.1
1.8
0.3
74.1%
3
6.0
0.1
2.5
0.3