专题 12　力学实验 类型一　　弹簧的长度跟外力的变化关系 1.小华在课外探究弹簧的长度跟外力的变化关系,利用如图甲所示实验装置记录了相应实验数据,如下表所示。 钩码质量/g 0 指针位置/cm 2 50 100 150 200 250 300 400 3 4 5 6 7 7.5 7.5 (1)这项探究在实际中的应用是　　　　　　。 (2)分析实验数据你可以得到的结论是 。 (3)小华作出了如图乙所示三个图像,其中能正确表示外力 F 与弹簧长度 x 的关系的是图　　　　。 类型二　　力对物体运动的影响 2.[2020·湖州]力能使物体的运动状态发生改变,运动状态的改变包括运动速度的改变和运动方向的改变。某 科学兴趣小组为探究物体运动速度改变的快慢(单位时间内运动速度的改变量)与物体受力大小的关系,在创新 实验室做了如下的实验: 如图甲所示,水平桌面上固定了一个导轨。导轨上的小车用细绳跨过定滑轮(摩擦不计)与重物相连,小车上固 定一个宽为 d=1 cm 的挡光片。在导轨上 A、B 两个位置各固定一个光电门,如图乙所示。光电门内有一束 光从 N 射向 M,M 处装有光传感器,当有物体经过 NM 之间把光挡住时,传感器能记录光被挡住的时间 t,这样就 可求得挡光片经过光电门时的速度 vA 和 vB,两个光电门配合使用还能测出挡光片从 A 运动到 B 的时间 tAB。 实验步骤: ① 保持重物 P 质量不变,让小车从 OA 间任意点释放,分别测出挡光片经过 A、B 两位置的挡光时间 tA 和 tB,以 及挡光片从 A 运动到 B 的时间 tAB,计算出单位时间运动速度的改变量(用 a1 表示),即 a1= vB - v A 。重复实 t AB 验,a1 近似相等。 ② 增大重物质量且保持不变,让小车从 OA 间任意点释放,按照①的操作,计算出单位时间运动速度的改变量 (用 a2 表示)。重复实验,a2 近似相等,且 a2>a1。 (1)在实验①时,某次挡光片经过 A 位置的挡光时间 tA 为 0.025 s,则挡光片穿过光束的速度 vA 为　　　　。 (2)该实验中为什么用重物 P 来提供拉力?　　　　　　　　　　　　　。 (3)由实验可得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)上述结论可以解释汽车在行驶过程中　　　　(选填字母)的现象。 A.制动力(阻力)越大,汽车越容易停下来 B.质量越大,汽车越难停下来 C.速度越大,汽车越难停下来 类型三　　探究二力平衡的条件 3.[2020·台州]为探究作用在物体上的两个力满足什么条件时,才能使物体处于平衡状态,进行如下实验。 (1)选用轻薄塑料片作为如图甲所示实验的研究对象的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)将图甲中静止的探究对象转到虚线位置,松手后发现探究对象发生转动。据此可以得出结论:作用在物体上 的两个力需要满足的条件是　　　　　　　　　　　,物体才处于静止状态。 (3)如图乙所示,若启动电动机继续进行探究:当弹簧测力计示数与物体重力大小相等时,观察物体的运动状态; 当弹簧测力计示数与物体重力大小不相等时,再观察物体的运动状态。继续这项探究的目的是 　。 类型四　　探究摩擦力大小与哪些因素有关 4.[2018·温州乐清模拟]影响摩擦力大小的因素除了压力大小和接触面的粗糙程度之外,还有哪些呢?某同学 作出了如下猜想: 猜想一:摩擦力的大小可能与接触面面积大小有关。 猜想二:摩擦力的大小可能与物体所受重力大小有关。 为了验证猜想一,该同学用如图甲所示的实验装置进行如下操作: 甲　　 乙 丙 ① 把长、宽、高分别为 15 cm、10 cm、5 cm 且各表面粗糙程度相同的金属块平放在质量不计的白纸上, 读出压力传感器的示数,拉动白纸的过程中读出拉力传感器的示数。 ② 把金属块侧放在质量不计的白纸上,读出压力传感器的示数,拉动白纸的过程中读出拉力传感器的示数。 ③ 把金属块竖放在质量不计的白纸上,读出压力传感器的示数,拉动白纸的过程中读出拉力传感器的示数。 实验相关数据如下表所示: 实验 压力传感器 序号 示数 F1/N ① 20 ② 20 ③ 20 接触面面 积 S/cm2 150 75 50 拉力传感器 示数 F2/N 8 8 8 (1)分析表中数据,你可得出的结论是: 　　　　　　　　　　　　。 (2)为了验证猜想二,现提供水、沙子、氢气充气机(氢气球可充气)等器材。请你任选上述器材,参照图乙或图 丙装置(任选其中一个)设计一个实验方案。 类型五　　探究液体压强大小与哪些因素有关 5.[2020·咸宁]同学们利用压强计等装置“探究液体内部压强的规律”,进行了如下的操作。 (1)在使用压强计前,发现 U 形管中两侧液面已有高度差(如图甲所示),接下来的操作是　　 A.直接从 U 形管右侧中倒出适量液体 B.拆除胶管重新安装 (选填字母)。 (2)正确操作后,分析乙、丙两图的实验现象,初步得出的结论是:同种液体中,液体压强随液体深度的增加而　 ,因此拦河大坝要做成　　　　　(选填“上窄下宽”或“上宽下窄”)的形状。 (3)玲玲保持图丙中探头的位置不变,并向容器内加入适量的浓盐水,她发现 U 形管两侧液面的高度差又变大了, 于是得出了“在同一深度,液体的密度越大,其内部的压强越大”的结论。她的操作不可靠,原因是加入浓盐水后 液面位置改变了,正确操作是应将探头适当　　　　(选填“上移”或“下移”)。 (4)红红用图丁所示的装置测量未知液体的密度:在左侧加入适量的水,在右侧缓慢倒入待测液体,直到观察到 橡皮膜相平,需要测量的物理量有　　　　。(多选) A.右侧待测液体到容器底的深度 h1 B.右侧待测液体到橡皮膜中心的深度 h2 C.左侧水到容器底的深度 h3 D.左侧水到橡皮膜中心的深度 h4 根据你选用的物理量推导出待测液体密度的表达式为 ρ=　　　　(用题中字母和 ρ 水表示)。 6.小桐用自制的 “液体重力对容器底部压力测试仪”(如图甲所示)来探究液体对容器底部压力与液体重力之间 的关系。调节好电子秤的零刻度,将一定量的水倒入装在两侧板之间定制的塑料袋内,分别调节侧板的位置如 图乙所示,测得有关的实验数据如表所示。 组别 1 2 3 4 液体重力/N 33 33 33 35 侧壁朝向 向外 竖直 向内 向内 深度/cm 12 15 17 17 电子秤示数/kg 2.434 3.328 3.698 3.698 压力大小/N 23.65 32.61 36.24 36.24 压强大小 1 060 1 450 1 611 1 611 (1)实验中小桐将侧板分别向里或向外调节的目的是　　　　　　　　。 (2)分析 1、2、3 三组实验,判断并说明能否得出液体对容器底部的压强随液体深度增加而增大的结论?并说 明理由。 (3)分析实验数据,你能初步得出的实验结论是　 。 类型六　　探究浮力大小与什么因素有关 7.[2021·杭州模拟]为了直观验证阿基米德原理,小明利用如图所示实验装置,把弹簧测力计上端固定在铁架台 上,用粗铁丝做一个框,挂在弹簧测力计挂钩上,在粗铁丝框上端悬吊一个金属块,下面放一小杯。铁架台的支 架上放置一只溢水杯,溢水杯跟金属块、粗铁丝框、小杯都不接触。 (1)首先平稳缓慢地抬高放有溢水杯的支架,使金属块完全浸没入水中,但不与溢水杯底部接触,(如图甲→乙→ 丙所示),在此过程中,弹簧测力计示数 F 甲　　　　(选填“>”“=”或“<”)F 丙。 (2)然后再平稳缓慢地降低溢水杯支架,使金属块完全离开水面(如图丁所示),可以计算出图丙中金属块所受到 的浮力约为　　　　N,此时浮力的测量数值将比真实数值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 类型七　　利用浮力知识测密度 一、利用浮力知识测固体密度 1.双提法(如图所示) 仪器:弹簧测力计+水+容器。 ρ 物>ρ 水。 ρ 物= G ρ 水。 F浮 2.漂浮法(如图所示) 仪器:刻度尺+水。 ρ 物<ρ 水且形状规则。 F 浮=G 物, ρ 水 V 排 g=ρ 物 V 物 g, ρ 水 S(h1-h2)g=ρ 物 Sh1g, ρ 物= ℎ1 - ℎ2 ρ 水。 ℎ1 3.一漂一压法(如图 0 所示) 仪器:量筒+水+大头针。 G=F 浮, mg=ρ 水 g(V2-V1), m=ρ 水(V2-V1), V=V3-V1, ρ 物= V 2- V 1 ρ 水。 V 3 -V 1 如果物体是可以变形的,则图乙中可将其做成船形使其漂浮,然后使其下沉。 如果是不能变形又不能漂浮的,可以借助一个容器,方法如图 1 所示,表达式同上。 二、利用浮力知识测液体密度 1.双漂法(如图 2 所示) 仪器:均匀的木棒(一端缠细铁丝)+刻度尺+水+烧杯。 F 浮=G, 两次浮力相等,则 F 浮=F'浮, ρ 水 gV 排水=ρ 液 gV 排液, ρ 水 gS 木 h1=ρ 液 gS 木 h2, ρ 液= ℎ1 ρ 水。 ℎ2 2.三提法(如图 3 所示) 仪器:弹簧测力计+烧杯+水。 物体密度应大于水和待测液体的密度。 A 在水中所受的浮力 F 浮=G-F1=ρ 水 gVA①, A 在液体中所受的浮力 F'浮=G-F2=ρ 液 gVA②, G - F2 ρ液 ② 得, = , ① G - F1 ρ水 G - F2 ρ 液= ρ 水。 G - F1 8.[2016·台州]小晨设计了一个实验,用排水法测某实心金属块的密度。实验器材有小空筒、溢水杯、烧杯、 量筒和水。实验步骤如下: ① 让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中,如图 4 甲所示; ② 将金属块浸没在水中,测得溢出水的体积为 20 mL,如图乙所示; ③ 将烧杯中 20 mL 水倒掉,从水中取出金属块,如图丙所示; ④ 将金属块放入小空筒中,小空筒仍漂浮在水面上,测得此时溢出水的体积为 44 mL,如图丁所示。 请回答下列问题: (1)被测金属块的密度是　　　　g/cm3。 (2)在实验步骤③和④中,若将沾有水的金属块放入小空筒中,则测出的金属块密度将　　　　(选填“偏大”“不 变”或“偏小”)。 9.[2019·金华]归纳与演绎是科学学习中非常重要的科学方法,下表是兴趣小组归纳“根据 ρ= m ,运用浮力 V 知识间接测量固体密度”的方法,请完成下表: 方法 实验器材 操作过程 思维过程 ∵m 物= 一 弹簧测力计, 烧杯,水 V 物=V 排= ∴ρ 物= = 水 二 量筒,细铁丝, 水 G gF 数据处理 适用范围 ρ 物=　　 kg/m3 ρ 物>ρ 液 …… ρ 物<ρ 液 , 浮 ρ水 g m物 G = F V物 浮