專題08 力學(xué)實(shí)驗(yàn)探究（解析版）

專題08力學(xué)實(shí)驗(yàn)探究【解題技巧】一、研究物理量影響因素類滑動摩擦力、壓強(qiáng)、液體的壓強(qiáng)、動能、重力勢能等影響因素二、研究物理原理類彈簧測力計(jì)的原理、杠桿的原理、阿基米德原理、二力平衡原理三、測量物理量類測物體密度、測大氣壓的值、測杠桿、滑輪組和斜面的機(jī)械效率、測功率四、誤差分析1、測量誤差主要分為兩大類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差（1）系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因：①測量儀器靈敏度和分辨能力較低；②實(shí)驗(yàn)原理和方法不完善等。（2）隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因：①環(huán)境因素的影響；②實(shí)驗(yàn)者自身?xiàng)l件等。2、減小誤差的方法（1）選用精密的測量儀器；（2）完善實(shí)驗(yàn)原理和方法；（3）多次測量取平均值?！纠}精析】一．控制變量法與探究性實(shí)驗(yàn)方案1．2013年6月20日，神州十號航天員王亞平在太空授課時提了一個思考題：在太空中，人們常用的桿秤、天平等測量質(zhì)量的儀器都會失效。那么可否利用彈簧的振動快慢來測量物體的質(zhì)量？為了研究彈簧振動快慢與所掛重物質(zhì)量的關(guān)系，某中學(xué)科技小組設(shè)計(jì)了一個探究實(shí)驗(yàn)，其步驟如下：步驟1：測出一個鉤碼的質(zhì)量，在某一輕質(zhì)彈簧a下端掛一個鉤碼，上端固定；步驟2：把彈簧拉伸到適當(dāng)距離后放手，讓鉤碼上下振動（如圖1所示）；步驟3：測出振動30次所需的時間t，算出每振動一次所需的時間t30步驟4：增加所掛鉤碼的個數(shù)，重復(fù)步驟2、步驟3；步驟5：將數(shù)據(jù)采用描點(diǎn)法繪制出輕質(zhì)彈簧a每振動一次所需的時間（即振動快慢）與所掛鉤碼質(zhì)量的關(guān)系圖象（見圖2中輕質(zhì)彈簧a曲線）；步驟6：換用一條輕質(zhì)彈簧b，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，同理繪制出每振動1次所需的時間（即振動快慢）與所掛鉤碼質(zhì)量的關(guān)系圖象（見圖2中輕質(zhì)彈簧b曲線）。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)過程回答如下問題：（1）在該實(shí)驗(yàn)中，主要用到的測量儀器有。（2）忽略空氣阻力，圖1A、O、B三個位置中，位置時鉤碼具有的動能最大。（3）分析圖2，可以得到的初步結(jié)論是?！窘獯稹拷猓海?）根據(jù)需要測量的物理量質(zhì)量和時間，故需要的測量工具是天平、秒表；（2）則機(jī)械能守恒，AB處彈簧被壓強(qiáng)和拉伸，有彈性勢能，而動能為0，在O處，沒有沒有形變，彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能，故，圖1A、O、B三個位置中，位置Q時鉤碼具有的動能最大；（3）根據(jù)圖象可知：對于同一條輕質(zhì)彈簧，所掛重物的質(zhì)量越大，振動一次的時間越長，即振動越慢；故答案為：（1）天平、秒表；（2）O；（3）對于同一條輕質(zhì)彈簧，所掛重物的質(zhì)量越大，振動一次的時間越長，即振動越慢。二．探究摩擦力的大小與什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)2．如圖1所示，小明在“研究影響滑動摩擦力大小的因素”的實(shí)驗(yàn)中，用彈簧測力計(jì)拉著木塊分別在粗糙程度不同的甲、乙水平木板上勻速直線運(yùn)動，通過改變放在木塊上的砝碼改變壓力，分別測出木塊在甲、乙木板上滑動時的摩擦力，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)畫出了滑動摩擦力f摩與對應(yīng)壓力f壓關(guān)系的圖象。（1）分析圖象甲或乙可知，木塊對木板的越大，木塊所受的滑動摩擦力也就越大；比較圖象可知，（選填“甲”或“乙：）木板更粗糙。（2）小明在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，拉著木塊運(yùn)動時很難控制“勻速”，于是他設(shè)計(jì)了如圖2所示的裝置，將彈簧測力計(jì)固定，改為拉動平板小車，當(dāng)他水平向左拉動平板小車時，木塊所受到的摩擦力的方向?yàn)?。這樣改進(jìn)后的裝置的優(yōu)點(diǎn)是。【解答】解：（1）滑動摩擦力f摩與對應(yīng)壓力f壓關(guān)系的圖象可知，此圖象為正比例圖象，摩擦力隨壓力的增大而增大，所以木塊對木板的壓力越大，木塊所受的滑動摩擦力也就越大；比較甲、乙圖象可知，在壓力相同時，甲的摩擦力大于乙的摩擦力，所以甲木板更粗糙；（2）在如圖所示的裝置中，水平向左拉動平板小車時，木塊相對于小車向右運(yùn)動，所以受到的摩擦力的方向?yàn)樗较蜃螅挥蓤D2所示可知，木塊與彈簧測力計(jì)固定不動，拉動平板小車運(yùn)動，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：一方面，不需要木板做勻速直線運(yùn)動，便于實(shí)驗(yàn)操作，另一方面，由于測力計(jì)靜止便于讀數(shù)。故答案為：（1）壓力；甲；（2）水平向左；不需要小車做勻速直線運(yùn)動，便于實(shí)驗(yàn)操作；由于測力計(jì)靜止便于讀數(shù)。3．小明要探究“滑動摩擦力的大小與什么因素有關(guān)”，他猜想影響滑動摩擦力大小的因素可能有：①接觸面所受的壓力大小②接觸面的粗糙程度③物體運(yùn)動的速度。接下來，小明通過如圖甲的實(shí)驗(yàn)操作來驗(yàn)證他的猜想。（1）如圖甲所示，讓物體沿者木板和毛巾表面做勻速直線運(yùn)動，記下物體在木板和毛巾上運(yùn)動時所受的摩擦力大小，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成如圖乙的圖象。根據(jù)圖甲和圖乙可知，物體在木板表面運(yùn)動時受到的滑動摩擦力為N。該實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：。（2）小明又以較快的速度水平勻速直線拉動彈簧測力計(jì)，發(fā)現(xiàn)和原來較緩慢勻速直線拉動彈簧測力計(jì)的示數(shù)一樣，這說明滑動摩擦力的大小與物體運(yùn)動的快慢。（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）（3）在實(shí)驗(yàn)過程中，如果沿豎直方向?qū)⑽矬w截去一半后，測得物體所受的滑動摩擦力大小變?yōu)樵瓉淼囊话搿?jù)此小明得出：滑動摩擦力的大小隨接觸面積減小而減小。你認(rèn)為小明在實(shí)驗(yàn)探究的過程中存在的主要問題是：。【解答】解：（1）彈簧測力計(jì)每一個大格代表1N，每一個小格代表0.1N，圖甲中彈簧測力計(jì)的示數(shù)是2.2N。由圖乙可知，在毛巾表面滑動時，拉力等于滑動摩擦力，二力平衡，拉力大小F＝4.6N，滑動摩擦力f＝F＝4.6N；由圖可知，壓力相同，毛巾表面時彈簧測力計(jì)大于木板表面時的示數(shù)，根據(jù)影響滑動摩擦力大小的因素，可得滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系，壓力一定時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大；（2）小明又以較快的速度水平勻速直線拉動彈簧測力計(jì)，發(fā)現(xiàn)和原來較緩慢勻速直線拉動彈簧測力計(jì)的示數(shù)一樣，由實(shí)驗(yàn)可知，物體間的壓力相等，接觸面的粗糙程度相同，木塊的速度不同，木塊受到的拉力相同，由此可知，在壓力大小和接觸面的粗糙程度相同時，摩擦力大小與運(yùn)動的快慢無關(guān)；（3）探究滑動摩擦力跟接觸面積大小的關(guān)系，要控制壓力大小和接觸面粗糙程度不變，實(shí)驗(yàn)時沒有控制好壓力大小不變，得出的結(jié)論是不可靠的。故答案為：（1）2.2；壓力一定時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大；（2）無關(guān)；（3）沒有控制壓力大小不變。4．如圖甲所示，小華同學(xué)用彈簧測力計(jì)拉著運(yùn)動鞋在橡膠墊上沿水平方向運(yùn)動，測量滑動摩擦力的大小，并探究影響滑動摩擦力大小的因素。（1）她必須拉著運(yùn)動鞋在水平方向做運(yùn)動，才能準(zhǔn)確地測量出滑動摩擦力的大小，若此時的測量結(jié)果如圖甲所示，則運(yùn)動鞋所受的滑動摩擦力為N。（2）小華采用向鞋里放置重物、更換桌面上墊片的材料、改變鞋的運(yùn)動速度等方法，進(jìn)一步探究影響滑動摩擦力大小的因素，并收集有關(guān)數(shù)據(jù)如下：實(shí)驗(yàn)次數(shù)墊片材料放置重物的個數(shù)運(yùn)動速度/m?s﹣1彈簧測力計(jì)的示數(shù)/N1橡膠墊00.12橡膠墊10.13.03毛巾20.23.24毛巾30.33.4①分析以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在接觸面的粗糙程度相同時，越大，滑動摩擦力越大。②小華發(fā)現(xiàn)第3、4兩次的實(shí)驗(yàn)測得的滑動摩擦力都比第1、2兩次的大，她認(rèn)為這是因?yàn)槊肀砻姹认鹉z墊粗糙導(dǎo)致的，你認(rèn)為這個結(jié)論是的（選填“可靠”或“不可靠”），理由是。③根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（選填“能”或“不能”）得出滑動摩擦力的大小與物體的運(yùn)動速度有關(guān)的結(jié)論。（3）小華在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)很難保持好運(yùn)動鞋運(yùn)動的速度，于是她又設(shè)計(jì)了如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)，只需緩慢抽出墊片，當(dāng)運(yùn)動鞋相對彈簧測力計(jì)（選填“運(yùn)動”或“靜止”）時，讀取彈簧測力計(jì)的示數(shù)，測得滑動摩擦力的大小是（選填“不變”或“變化”）的。（4）小華查詢了相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)了一種改進(jìn)測量摩擦力的設(shè)計(jì)方案，如圖丙所示，請你對此方案進(jìn)行評價，寫出一點(diǎn)即可。（提示：C為彈簧測力計(jì)，D為小型電動機(jī)，E為定滑輪。）。【解答】解：（1）只有沿水平方向拉著物體做勻速直線運(yùn)動，物體在水平方向上受到平衡力的作用，拉力大?。y力計(jì)示數(shù)）才等于摩擦力的大?。粡椈蓽y力計(jì)的示數(shù)如圖甲所示，測力計(jì)分度值為0.1N，示數(shù)為2.8N；（2）①分析以上3、4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在接觸面的粗糙程度相同時，壓力越大，滑動摩擦力越大。②研究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系，要控制壓力相同，比較3、4與1、2實(shí)驗(yàn)就得出結(jié)論，這個結(jié)論不可靠，理由是：這兩次實(shí)驗(yàn)中壓力不相同；③根據(jù)控制變量法要得出滑動摩擦力的大小與物體的運(yùn)動速度有關(guān)的結(jié)論，必須控制接觸面粗糙程度相同、壓力相同，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能得出滑動摩擦力的大小與物體的運(yùn)動速度有關(guān)的結(jié)論。（3）由于在拖動運(yùn)動鞋時，很難讓運(yùn)動鞋保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，才導(dǎo)致了彈簧測力計(jì)的示數(shù)不穩(wěn)定；當(dāng)拉動墊片運(yùn)動的過程中，運(yùn)動鞋保持靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)二力平衡的條件知：此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)等于摩擦力的大小。無論墊片是否做勻速直線運(yùn)動，運(yùn)動鞋都處于靜止?fàn)顟B(tài)（即平衡狀態(tài)），這樣拉力等于摩擦力，而且無論拉墊片速度多少，摩擦力都一樣，不改變摩擦力大小。所以容易讀數(shù)。（4）由圖可知拉動長木板的力是由小型電動機(jī)提供的，電動機(jī)轉(zhuǎn)動時的速度不變，彈簧測力計(jì)靜止，便于讀數(shù)。故答案為：（1）勻速直線；2.8；（2）①壓力；②不可靠；這兩次實(shí)驗(yàn)中壓力不相同；③不能；（3）靜止；不變；（4）電動機(jī)轉(zhuǎn)動時的速度不變，彈簧測力計(jì)靜止，便于讀數(shù)。三．杠桿的平衡分析法及其應(yīng)用5．桿秤是中國古代沿用至今的常用測量工具，某次綜合實(shí)踐活動中，小明所在活動小組用木桿、鐵塊、秤鉤、細(xì)線等制作了一把“桿秤”如圖甲所示。他們在制作過程中學(xué)習(xí)了大量關(guān)于桿秤的知識，并提出了一系列問題。問題一：如何標(biāo)注桿秤的刻度？問題二：桿秤的刻度是均勻的嗎？問題三：如何增大桿秤的量程？…（1）關(guān)于刻度，他們查閱到了如下資料：如圖乙所示為桿秤的示意圖，點(diǎn)O為提紐（相當(dāng)于杠桿的），C為定星點(diǎn)，G0為秤桿、秤鉤的自重，重心在點(diǎn)B處，秤砣重為G1．不掛重物，且秤砣在定星點(diǎn)時，桿秤在水平位置平衡：G1?OC＝G0?OB．當(dāng)在秤鉤上掛一重物Gx，秤砣移到距定星點(diǎn)x處時，桿秤剛好在水平位置平衡：G1（x+OC）＝Gx?OA+G0OB可得；x=GxG1?OA．由上述推導(dǎo)可得，x與Gx成正比，因此桿秤的刻度是（選填“均勻的”或“不均勻的”）；在上述資料中，桿秤每次都需調(diào)節(jié)到水平位置平衡，這樣操作的好處是（2）操作過程中，小明在右側(cè)掛鉤上掛一重物，測得OA為5cm，x為50cm，又已知秤砣質(zhì)量為50g；請通過計(jì)算幫助小明標(biāo)注此位置所代表的物體質(zhì)量。（3）小明在調(diào)查過程中還發(fā)現(xiàn)，市場上的桿秤往往有A、B是兩個不同量程的提紐（如圖丙所示），秤鉤C處懸掛被測物，提起提紐A或B，在秤桿E上移動秤砣D，達(dá)到平衡后，根據(jù)秤砣的位置可以在秤桿上讀出被測物的質(zhì)量。有關(guān)該桿秤下列判斷中正確的是A．它只能測量比秤砣質(zhì)量大的物體B．用提紐A時比用提紐B時的量程更大C．將秤砣質(zhì)量減少，則該秤的讀數(shù)將偏小D．只有當(dāng)秤桿的粗細(xì)均勻時，桿秤的刻度才是均勻的?！窘獯稹拷猓海?）①如圖乙所示為桿秤的示意圖，在稱量物體質(zhì)量時，杠桿圍繞點(diǎn)O轉(zhuǎn)動，故點(diǎn)O提紐相當(dāng)于杠桿的支點(diǎn)；②由上述推導(dǎo)x=GxG③力臂等于支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離，當(dāng)杠桿在水平位置平衡時，力的方向與杠桿垂直，力臂可以從杠桿標(biāo)尺刻度上直接讀出來，便于測量力臂。（2）不掛重物，且秤砣在定星點(diǎn)時，桿秤在水平位置平衡：G1?OC＝G0?OB。當(dāng)在秤鉤上掛一重物Gx，秤砣移到距定星點(diǎn)x處時，桿秤剛好在水平位置平衡：G1（x+OC）＝Gx?OA+G0OB，則有：G1x＝Gx?OA，即m1g?x＝mxg?OA，所以，mx=m（3）A、因秤砣的力臂在小于所測量物體的力臂時，就可測量比秤砣質(zhì)量大的物體。故A錯誤；B、提紐A時比用提紐B時，所測量的物體的力臂小，則其量程大。故B正確；C、將秤砣質(zhì)量減少，則要增加力臂，示數(shù)偏大。故C錯誤；D、秤較準(zhǔn)時已平衡掉秤桿的重力的影響，精細(xì)均可。故D錯誤。故選B。故答案為：（1）支點(diǎn)；均勻的；便于測量力臂；（2）500g；（3）B。6．如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以探究杠桿受兩個阻力（F2、F3）時的平衡條件。在已調(diào)節(jié)好的杠桿兩端掛上不同數(shù)量的鉤碼，并適當(dāng)移動鉤碼的位置，使杠桿水平平衡，記下鉤碼的數(shù)量和位置。通過改變鉤碼的數(shù)量和位置，按照同樣的方法再做兩次，將實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)填在表中。表中數(shù)據(jù)是以一個鉤碼的重力為力的單位，以杠桿的每小格為長度的單位。實(shí)驗(yàn)次數(shù)動力F1動力臂L1動力F2動力臂L2動力F3動力臂L3115112222612253371544（1）分析表中的數(shù)據(jù)，可得杠桿的平衡條件是（填寫關(guān)系式）（2）在農(nóng)村還廣泛使用的桿秤就利用了上述原理。圖2是一根桿秤的示意圖。小云設(shè)計(jì)了如下測量秤砣質(zhì)量M的實(shí)驗(yàn)方案，請你將②、④兩步補(bǔ)充完整。①用刻度尺測量桿秤上的主要刻度的示數(shù)m到提紐O的距離x，并作出m﹣x關(guān)系圖象，如圖3所示。②用刻度尺測量掛鉤到的距離l；③在m﹣x關(guān)系圖象中任意讀取兩組數(shù)據(jù)x1、m1和x2、m2；④設(shè)桿秤自重G0，重心到提紐的距離l0，據(jù)杠桿平衡條件Mgx1＝m1gl+G0l0以及Mgx2＝m2gl+G0l0兩式相減得M＝（要求用l、x1、x2、m1、m2表示）?！窘獯稹拷猓海?）將數(shù)據(jù)中的各自的力與力臂相乘，結(jié)果如下表格：實(shí)驗(yàn)次數(shù)動力F1動力臂L1F1L1動力F2動力臂L2F2L2動力F3動力臂L3F3L31155111224226121222510337211554416分析可知：F1l1≠F2l2，F(xiàn)1l1≠F3l3，而是F1l1＝F2l2+F3l3。（2）小云設(shè)計(jì)的測量秤砣質(zhì)量M的實(shí)驗(yàn)方案中，①用刻度尺測量桿秤上的主要刻度的示數(shù)m到提紐O的距離x，表明測出重物的質(zhì)量和秤砣產(chǎn)生的力臂；②用刻度尺重物產(chǎn)生的力臂，即測量掛鉤到提紐的距離l；③在m﹣x關(guān)系圖象中任意讀取兩組數(shù)據(jù)x1、m1和x2、m2；④處理數(shù)據(jù)：設(shè)桿秤自重G0，重心到提紐的距離l0，由m﹣x關(guān)系圖象中可知，當(dāng)桿秤不掛重物時，秤砣右側(cè)在5cm處，能使桿秤平衡，可知桿秤自重G0的重心在支點(diǎn)的左側(cè)，據(jù)杠桿平衡條件得：Mgx1＝m1gl+G0l0；Mgx2＝m2gl+G0l0；兩式相減得M=(故答案為：（1）F1l1＝F2l2+F3l3；（2）②提紐；④m1gl，Mgx2，(m四．探究影響浮力大小因素的實(shí)驗(yàn)7．探究浮力大小及影響浮力的因素葉子姐姐在“驗(yàn)證阿基米德原理”的實(shí)驗(yàn)中，用圖（a）所示的溢水杯和小桶收集被石塊排開的水，她的實(shí)驗(yàn)過程分別如圖（b）、（c）、（d）、（e）所示。①圖（b）所示，是葉子姐姐用彈簧測力計(jì)測量石塊的。②上述實(shí)驗(yàn)不重復(fù)操作的合理順序是（選填b、c、d、e）。③若圖中四個測量值F1、F2、F3、F4滿足關(guān)系式，該原理將得到驗(yàn)證。④以下關(guān)于實(shí)驗(yàn)過程中的操作，會影響驗(yàn)證結(jié)果的是。A．圖（a）中溢水杯內(nèi)未盛滿水B．圖（d）中小桶內(nèi)有少量水C．圖（c）中石塊未全部浸沒水中⑤石塊從剛接觸水面到全部浸沒水中，水對溢水杯底的壓強(qiáng)（選填“逐漸增大”、“逐漸減小”、“保持不變”）。⑥葉子姐姐還想驗(yàn)證“浮力的大小與哪些因素”有關(guān)，于是她找來鹽水和酒精，她將測力計(jì)下的石塊先后浸沒在鹽水、水和酒精中，發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)示數(shù)在中最小，圖中能反映石塊在酒精中所受的浮力F浮與V排關(guān)系的圖線是?！窘獯稹拷猓孩賵D（b）所示，是葉子姐姐用彈簧測力計(jì)測量石塊的重力；②為了使小桶在接水之后可直接計(jì)算溢出水的重力，應(yīng)先測量空桶的重，然后再測出石塊的重力，并直接浸入水中觀察測力計(jì)的示數(shù)，最后測排出的水和小桶的總重，求排出水的重力，因此，合理的順序應(yīng)為：dbce；③bc兩次的結(jié)果之差符合稱重法求浮力，de兩次的結(jié)果之差則可求出物體排出的水受到的重力，若二者的結(jié)果是相等的，則可驗(yàn)證阿基米德原理，故得：F1﹣F2＝F4﹣F3，進(jìn)一步得出結(jié)論：F?。紾排。④A．圖（a）中溢杯內(nèi)未盛滿水，則測得排開水的重力會偏小，會影響驗(yàn)證結(jié)果。B．圖（b）中小桶內(nèi)有少量水，石塊排開水后，測力計(jì)兩次示數(shù)之差仍為排開水的重力，不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。C．圖（d）中石塊未浸沒水中，此時浮力小，排開水的重力也小，不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。故選A；⑤溢水杯中的水應(yīng)該滿的，圓柱體從剛接觸水面到全部浸沒水中的過程，溢水杯中水的深度不變，由p＝ρgh可知，水對溢水杯底的壓強(qiáng)保持不變。⑥把掛在測力計(jì)下的圓柱形鐵塊先后浸沒在鹽水、水和酒精中，V排相同，已知（ρ鹽水＞ρ水＞ρ酒精），由F?。溅裧V排可知，鐵塊浸在鹽水中時浮力最大，由F?。紾﹣F示可知，鐵塊浸在鹽水中時測力計(jì)的示數(shù)最小。分析圖象可知，當(dāng)V排相同，物體在a中所受的浮力最大，物體在c中所受的浮力最小，故反映鐵塊在酒精中所受的浮力F浮與排開的液體體積V排之間關(guān)系的圖線是c；故答案為：①重力；②dbce；③F1﹣F2＝F4﹣F3；④A；⑤保持不變；⑥鹽水；c。8．如圖甲是研究彈簧測力計(jì)的示數(shù)F與物體A下表面離水面的距離h的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置。用彈簧測力計(jì)提著物體A，使其緩慢浸入水中（水未溢出），根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了彈簧測力計(jì)的示數(shù)F與物體A的下表面浸入水中的深度h的關(guān)系圖象（如圖乙）。（1）物體A浸沒在水中之前，彈簧測力計(jì)的示數(shù)隨A向下運(yùn)動距離的增加而減小，說明浮力與（選填“物體體積”或“排開液體體積”）有關(guān)。（2）物體A浸沒在水中后，所受的浮力為N，且保持不變，說明浸沒在水中的物體所受的浮力與它浸沒在水中的深度（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）。若某同學(xué)在使用彈簧測力計(jì)時，指針在零刻度線以上，該同學(xué)沒有調(diào)零而直接進(jìn)行測量，這樣計(jì)算出的浮力值（選填“偏大”、“不變”或“偏小”）（3）結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，物體A的密度為kg/m3．本實(shí)驗(yàn)中先測金屬圓柱體的重力，再放入水中測浮力。若改變操作先后順序，物體A的密度的測量結(jié)果（選填“偏大”、“不變”或“偏小”或“無法判斷”）（4）圓柱體A的底面積為cm2。（5）如果將盛水的柱形容器換成梯形容器，如圖丁，再將A物體按上述操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則物體放入水的過程中水對容器底部的壓強(qiáng)增加量△p隨h的變化圖象是圖丙中的。（選填“A”“B”“C”）。【解答】解：（1）物體A浸沒在水中之前，浸入水中深度越大排開水的體積越大，根據(jù)稱重法測浮力，F(xiàn)?。紾﹣F示，因彈簧測力計(jì)的示數(shù)減小，可知受到的浮力增大，說明浮力與排開液體體積有關(guān)；（2）由圖乙可知，h＝0時彈簧測力計(jì)的示數(shù)即為物體A的重力：GA＝1.2N，h＝5cm時物體剛好浸沒在液體中，彈簧測力計(jì)的示數(shù)F示＝0.2N，則物體A浸沒在水中后所受的浮力：F?。紾A﹣F示＝1.2N﹣0.2N＝1N；由圖乙知，物體A浸沒在水中后，測力計(jì)示數(shù)不變，根據(jù)稱重法，受到的浮力不變，說明浸沒在水中的物體所受的浮力與它浸沒在水中的深度無關(guān)；若某同學(xué)在使用彈簧測力計(jì)時，指針在零刻度線以上，則相當(dāng)于提前少加了示數(shù)，沒有調(diào)零而直接進(jìn)行測量，這樣每次測量的結(jié)果偏小，都少加了示數(shù)，但浮力F?。紾A﹣F示是兩次測量結(jié)果之差，所以計(jì)算出的浮力值不變；（3）因物體A完全浸沒在水中，由F浮＝ρgV排可得，物體A的體積：VA＝V排=F則由G＝mg得物體A的密度：ρA=m由①②得：ρA=GAg×G將已知量代入③得：ρA=1.2N1.2N?0.2N×103kg/m3＝1.2×103由③，分子分母同除以GA得：ρA=11?F示若先測浮力再測重力時，由于物體上面沾有水，所測重力值偏大，而F示不變，由④式知，物體A的密度的測量結(jié)果偏??；（4）由①知：VA＝V排=F浮ρ水g因h＝5cm時物體剛好浸沒在液體中，故有：圓柱體A的底面積：SA=VAh=1.0×10?4（5）將圓柱形A放到柱形容器中，水面升高的高度：△h=V排S容，因S梯形容器與柱形容器相比較，故圖丁縮口的梯形容器液面上升的高度比柱形更高一些，根據(jù)△p＝ρgh，則水對容器底部的壓強(qiáng)增加量△p會相應(yīng)的變大；則p與h不成正比，故B符合。故答案為：（1）排開液體的體積；（2）1；無關(guān)；不變；（3）1.2×103；偏??；（4）20；（5）B。9．為探究“浮在液面上的實(shí)心球體露出液面的體積與哪些因素有關(guān)”，某小組同學(xué)提出可能與實(shí)心球的密度、實(shí)心球的球體體積等因素有關(guān)，于是他們用甲、乙兩種不同物質(zhì)制成了若干個實(shí)心球體，放入盛有適量水的量筒中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將測量及計(jì)算得到的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表一中。表一：（ρ乙＜ρ甲＜ρ水）實(shí)驗(yàn)序號12345678物質(zhì)甲乙球體的體積（cm3）1015203010122030球體浸入水中的體積（cm3）8121624561015球體露出水面的體積（cm3）2346561015（1）分析比較實(shí)驗(yàn)序號中的數(shù)據(jù)及相關(guān)條件，可初步得出：浮在水面上實(shí)心球體的體積相同時，球體的越大，露出水面的體積越小。（2）分析比較表中數(shù)據(jù)還可以初步得出的結(jié)論是浮在水面上實(shí)心球體的密度相同時，。（3）若用乙物質(zhì)制成體積為15cm3的實(shí)心球體，當(dāng)它浮在水面上時露出水面的體積應(yīng)為

cm3，實(shí)心球體所受到的浮力為N（g＝10N/kg）。（4）如圖所示為一種自動貯水器的示意圖，若圖中的浮子是用甲物質(zhì)制成的，如果換用乙物質(zhì)制成相同體積的實(shí)心球體為浮子，貯水器中的最高水位（選填“升高”或“降低”）。（5）在上述活動的基礎(chǔ)上，小組同學(xué)認(rèn)為還須進(jìn)一步探究所得結(jié)論是否適用其它液體，表二所列三個方案中，符合探究要求的是（選填序號）。表二（ρ酒精＜ρ水＜ρ鹽水）序號方案A仍用上述球體換在鹽水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)B換用柱形物體并在酒精中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)C換用其它物質(zhì)的球體仍在水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)【解答】解：（1）由表一知，序號1～4的球體密度相同，5～8的球體密度相同（ρ乙＜ρ甲），并且1與5、3與7、4與8的球體體積相同，所以比較實(shí)驗(yàn)序號1與5（或3與7、4與8）中的數(shù)據(jù)及相關(guān)條件，可初步得出：浮在水面上實(shí)心球體的體積相同時，球體的密度越大，露出水面的體積越小。（2）在序號1～4中，球體密度一定，體積之比為10cm3：15cm3：20cm3：30cm3＝2：3：4：6，露出水面的體積之比為2cm3：3cm3：4cm3：6cm3＝2：3：4：6；在序號5～8中，球體密度一定，體積之比與露出水面體積之比也是相同的。所以，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：浮在水面上實(shí)心球體的密度相同時，露出液面的體積與球體的體積成正比；（3）在序號5～8中，每個球體露出水面的體積都是總體積的5cm所以，體積是15cm3的球體露出水面的體積為12×15cm3＝7.5cm由阿基米德原理可知實(shí)心球體所受到的浮力為：F浮＝ρ水gv排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×7.5×10﹣6m3＝0.075N；（4）已知兩個球的體積相同，并且ρ乙＜ρ甲，所以乙材料的浮子露出水面的體積更大一些，即排開水的體積小一些，因此液面會下降；（5）要研究此規(guī)律是否適用與其它液體，必須使用同一個實(shí)心球放在不同液體中，觀察露出液面體積與液體密度是否有關(guān)。所以選擇A。故答案為：（1）1與5（或3與7，或4與8）；密度；（2）露出水面的體積與球體的體積成正比；（3）7.5；0.075；（4）降低；（5）A。10．在“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)時，小麗提出如下猜想：猜想一：浮力的大小跟物體排開液體的體積有關(guān)；猜想二：浮力的大小跟液體的密度有關(guān)；猜想三：浮力的大小跟物體的密度有關(guān)。（1）小麗用重為3.2N的物體A做了如圖1、2、3所示實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了猜想是正確的，可得出：在同種液體中，物體，受到的浮力越大。實(shí)驗(yàn)中，物體浸沒時受到的浮力為N，方向。（2）小麗在驗(yàn)證猜想二時，根據(jù)測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出浮力與液體密度的關(guān)系圖象，如圖4中甲所示。他分析后發(fā)現(xiàn)，由于誤將物體受到的拉力當(dāng)作了浮力，導(dǎo)致圖象甲未經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)。由此可以推斷：物體受到的浮力大小與液體密度的關(guān)系圖象應(yīng)是圖4中的

（選填“乙”、“丙”或“丁”）。（3）為驗(yàn)證猜想三，小麗選用了與物體A密度不同的物體B進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。她將物體B逐漸浸入水中，容器中的水面上升至圖示O位置時，彈簧測力計(jì)示數(shù)恰好變?yōu)?，如圖所示。取出物體B后，小麗又將物體A緩慢浸入水中，她在水面上升到（選填“O點(diǎn)之上”、“O點(diǎn)”或“O點(diǎn)之下”）位置時，讀取彈簧測力計(jì)的示數(shù)，這樣做是為了控制相同，以便判斷浮力的大小與物體密度是否有關(guān)?！窘獯稹拷猓海?）由圖1知，物體浸在水中的體積不同，所受浮力不同，可知物體所受浮力與物體排開液體的體積有關(guān)，可驗(yàn)證猜想一；且浸在水中的體積越大，測力計(jì)的示數(shù)越小，即所受的浮力越大，可得在同種液體中，物體排開液體的體積越大，受到的浮力越大；由圖丙知，物體浸沒時測力計(jì)的示數(shù)為1N，可知此時受到的浮力F浮＝G﹣F＝3.2N﹣1N＝2.2N，浮力方向豎直向上；（2）物體受到的浮力大小與液體密度有關(guān)，密度越大，浮力越大，則拉力越小，故物體受到的浮力大小與液體密度的圖象與拉力與密度圖象是相反的，故選丙；（3）要探究浮力與物體密度的關(guān)系，需使物體排開液體的體積相同，則應(yīng)將物體A緩慢浸入水中，使水面上升到O點(diǎn)處，讀取測力計(jì)的示數(shù)。故答案為：（1）一；排開液體的體積越大；2.2；豎直向上；（2）丙；（3）O點(diǎn)；物體排開水的體積。五．物體的浮沉條件及其應(yīng)用11．小明按照教材中“綜合實(shí)踐活動”的要求制作簡易密度計(jì)。（1）取一根粗細(xì)均勻的飲料吸管，在其下端塞入適量金屬絲并用石蠟封口。塞入金屬絲的目的是使吸管能在液體中，此時吸管受到的浮力重力（選填“等于”“大于”或“小于”）。（2）將吸管放到水中的情景如圖1所示，測得浸入的長度為H；放到另一液體中的情景如圖2所示，浸入的長度為h。用ρ液、ρ水分別表示液體和水的密度，則ρ液ρ水（選填“＝”“＞”或“＜”），h與ρ水、ρ液及H的關(guān)系式是h＝。（3）小明根據(jù)圖如圖1在吸管上標(biāo)出1.0刻度線（單位g/cm3，下同），再利用上述關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，標(biāo)出了0.8、0.9、1.1、1.2的刻度線（圖中未畫出）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1.1刻線是在1.0刻線的（選填“上”或“下”）方。（4）為檢驗(yàn)刻度誤差，小明取來食油，先用天平和量筒測量其密度，然后再用這個密度計(jì)測量。但操作時卻出現(xiàn)了如圖3所示的情形，這讓他很掃興。難道實(shí)驗(yàn)就此終止了嗎，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或思考，在不更換食油的情況下，你認(rèn)為可以進(jìn)行怎樣的嘗試：?！窘獯稹拷猓海?）為了讓飲料吸管能豎直的漂浮在液體中，吸管下端塞入一些金屬絲作為配重，這樣做目的是為了降低重心，讓密度計(jì)豎直漂浮在液體中；飲料吸管豎直的漂浮在液體中，根據(jù)漂浮條件可知；吸管所受浮力與重力相等；（2）由于吸管在圖1、2圖中均漂浮，所以F?。紾，則在水和另一種液體中受到的浮力相等，所以F?。溅裧V排，V排a＞V排b，所以ρ水＜ρ液。設(shè)吸管的底面積為S，根據(jù)物體浮沉條件可知，F(xiàn)浮水＝F浮夜，即ρ水gSH＝ρ液gSh，h=ρ（3）根據(jù)（2）可知，將上端刻度與下端刻度進(jìn)行比較，得到刻度線的兩個特點(diǎn)是：上端刻度小、下端刻度大和上端刻度疏、下端刻度密；即1.1刻線是在1.0刻線的下方。（4）圖3所示的情形，說明密度計(jì)的重力過大，應(yīng)該使密度計(jì)漂浮在液體中，不能沉底，因此不再用這個密度計(jì)測量，再向容器中加油或者將容器換成直徑細(xì)些的，以提高油的深度。故答案為：（1）豎直的漂?。坏扔?；（2）＞；ρ水六．杠桿機(jī)械效率的測量實(shí)驗(yàn)12．小明用如圖所示的裝置探究杠桿的機(jī)械效率，O為支點(diǎn)?？傊貫镚的鉤碼懸掛在杠桿上的A點(diǎn)，豎直向上緩慢拉動彈簧測力計(jì)，測得鉤碼上升的高度為h，彈簧測力計(jì)示數(shù)為F，其移動距離為s。（1）該實(shí)驗(yàn)中做額外功的主要原因是，該杠桿的機(jī)械效率為η＝（用題目中物理量的符號表示）；（2）鉤碼懸掛在A點(diǎn)時，彈簧測力計(jì)拉力為F1，杠桿機(jī)械效率為η1，若同樣的將鉤碼懸掛在B點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，仍將鉤碼緩慢提升高度h，彈簧測力計(jì)拉力為F2，杠桿的機(jī)械效率為η2，忽略摩擦，則F2F1、η2η1（選填“大于”、“小于”或“等于”）；（3）若保持鉤碼懸掛在A點(diǎn)不變，而將彈簧測力計(jì)作用點(diǎn)從杠桿最右端移到B點(diǎn)，仍然豎直向上緩慢拉動彈簧測力計(jì)，將鉤碼仍提升高度h，忽略摩擦，此時杠桿的機(jī)械效率為η3，則η3η1（選填“大于”、“小于”或“等于”）?！窘獯稹拷猓海?）在提升鉤碼的過程中，要克服杠桿的自重做額定功，該實(shí)驗(yàn)中做額外功的主要原因是：克服杠桿自身重力做功；總重為G的鉤碼懸掛在杠桿上的A點(diǎn)，豎直向上緩慢拉動彈簧測力計(jì)，測得鉤碼上升的高度為h，做的有用功：W有用＝Gh，彈簧測力計(jì)示數(shù)為F，其移動距離為s，總功：W總＝Fs，該杠桿的機(jī)械效率為η=W有用W（2）在水平位置時，設(shè)杠桿自身重力的力臂為L′，拉力的力臂為杠桿的長度L，鉤碼的懸掛點(diǎn)在A點(diǎn)時，鉤碼重力的力臂為OA，由杠桿的平衡條件：F1?L＝G?OA+G杠桿L′懸掛點(diǎn)移至B點(diǎn)時，由杠桿的平衡條件：F2?L＝G?OB+G杠桿L′；從圖中可以看出，由OA到OB力臂變大，G?OB+G杠桿L′＞G?OA+G杠桿L′即F2?L＞F1?L，所以F2＞F1，即彈簧測力計(jì)的示數(shù)變大；杠桿提升鉤碼時，對鉤碼做有用功，克服杠桿重做額外功，并且W有用+W額＝W總；設(shè)杠桿重心升高的距離為h′，則有：Gh+G杠桿h′＝Fh1，而G不變，h不變，G杠桿不變，鉤碼懸掛從A點(diǎn)到B點(diǎn)，鉤碼還升高相同的高度h，但杠桿上旋的角度減小，如下圖所示：杠桿升高的距離h′變小，所以Gh+G杠桿h′變小，所以Fh1也變??；由η=W（3）保持鉤碼懸掛在A點(diǎn)不變，只是將將彈簧測力計(jì)作用點(diǎn)從杠桿最右端移到B點(diǎn)，仍然豎直向上緩慢拉動彈簧測力計(jì)，將鉤碼仍提升高度h，忽略摩擦，由（2）知，Gh+G杠桿h′保持不變，故Fh1不變，即總功不變，因有用功W有用＝Gh不變，根據(jù)η=W有用W總，此時杠桿的機(jī)械效率為η3故答案為：（1）克服杠桿自身重力做功；GhFs（2）大于；大于（3）等于。七．探究機(jī)械能13．閱讀短文，回答問題：飛輪飛輪是安裝在機(jī)器回轉(zhuǎn)軸上的具有較大轉(zhuǎn)動慣性的輪狀蓄能器。圖甲是熱機(jī)飛輪的實(shí)物圖，當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速增高時，飛輪的動能增加，把能量貯蓄起來；當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速降低時，飛輪動能減少，把能量釋放出來。飛輪可以用來減少機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程的速度波動。在制造飛輪過程中，開始時，飛輪的重心（重力的作用點(diǎn)）與軸心總不會重合，重心位置與軸心位置有微小的偏差，這樣的飛輪如果高速轉(zhuǎn)動，運(yùn)行將不穩(wěn)定，而且軸受到很大的作用力，加速軸的磨損。在機(jī)械制