初中物理运动和力实验题

在“探究二力平衡的条件”活动中。

（1）如果物体只受到两个力的作用，且处于　　状态，说明这两个力是相互平衡的。由此，小明提出，能否利用如图甲所示的实验装置来探究二力平衡的条件？

（2）小华认为，若采用小明的方案，必须测出物体所受的　　和　　的大小来进行比较。研究发现，在小明的方案中，只能根据相互作用的关系直接测出　　的大小，在未知二力平衡条件的前提下，另一个力无法直接测量，所以这一方案无法实施下去。

（3）为此，两位同学不断改进并先后设计了三个实验方案，如图乙所示，请你判断出他们改进的先后顺序：　　（用字母表示），这样的改进是为了减小　　对实验的影响。

（4）如图丙，是最终确认的实验方案。此方案中，由于　　，故卡片的重力可忽略不计。

为研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图甲实验研究对象的原因是　　。

（2）将图甲中静止的研究对象转到虚线位置，松手后发现研究对象发生转动。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，若启动电动机继续进行研究：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。继续这项研究的目的是　　。

小科骑自行车时发现，在不同的路面上，停止踩脚踏板，车都能继续运动一段距离。于是小科作出了以下猜想。

猜想一：车运动的距离可能与路面的粗糙程度有关；

猜想二：车运动的距离可能与车速有关。

为验证猜想，他用丝绸、棉布、小球、斜面和长木板进行模拟实验，如图所示。

（1）验证猜想一，应分别将丝绸、棉布铺在　　（选填“斜面”“长木板”或“斜面和长木板” $)$上，并完成实验。

（2）请用所给的器材，设计一个验证猜想二的实验方案（要求简要叙述实验步骤和预期实验结果） $:$　　。

（3）小科实验结束后反思，若探究“阻力对物体运动的影响”，那么可以通过比较起始速度相同的同一小球，在不同水平面上运动的距离或　　来判断阻力对物体运动的影响。

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 $d=1$厘米的挡光片。在导轨上 $A$、 $B$两个位置各固定一个光电门。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 $\mathit{NM}$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 $v_A$以和 $v_B$．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 $t_{\mathit{AB}}$。

实验步骤：

①保持重物 $P$质量不变，让小车从 $\mathit{OA}$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 $t_A$和 $t_B$，以及挡光片从 $A$运动到 $B$的时间 $t_{\mathit{AB}}$，计算出单位时间运动速度的改变量（用 $a_1$表示），即 $a_1=\frac{v_B-v_A}{t_{\mathit{AB}}}$．重复实验。 $a_1$近似相等。

②增大重物质量且保持不变，让小车从 $\mathit{OA}$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 $a_2$表示）。重复实验。 $a_2$近似相等，且 $a_2>a_1$。

（1）在实验①时，某次挡光片经过 $A$位置的挡光时间 $t_A$为0.025秒，则挡光片穿过光束的速度 $v_A$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　　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

某同学利用如图所示装置研究阻力对物体运动的影响，甲、乙木板上分别铺有毛巾和棉布，丙木板上不铺任何材料，让小车从相同斜面的顶端由静止开始滑下，观察现象。

试回答下列问题：

（1）科学实验需要控制变量，本实验中，影响小车在水平面上运动距离的因素，除了阻力外，还有　　，该因素可以采用小车从相同斜面的顶端由静止开始滑下的方法来控制。

（2）实验可得出“阻力越小，运动速度减小得越慢”的结论，支持该结论的证据是　　。

斜面在生活生产中常见，在物理实验中也常用，以下物理实验都用到了斜面。

（1）利用斜面测平均速度，如图甲所示。若让质量不同的小车从斜面顶端由静止开始滑下，则它们撞击金属片时的速度　　（填“相同”或“不同” $)$；若增大斜面坡度，小车从斜面顶端由静止开始滑下，则撞击金属片时的速度　　（填“变大”、“变小”或“不变” $)$。

（2）利用斜面研究阻力对物体运动的影响，如图乙所示。小车从同一斜面的同一高度由静止开始滑下，在毛巾、木板、平板玻璃等不同的表面上前进不同的距离后停止，此过程中小车克服阻力做功。假设在毛巾、木板、平板玻璃面上小车克服阻力做的功分别为 $W_1$、 $W_2$、 $W_3$，请，比较它们的大小： $W_1$　　 $W_2$　　 $W_3$．假设小车滑到绝对光滑的表面上，那么小车克服阻力做的功为　　，此时小车做　　运动。

（3）利用斜面探究动能的大小与哪些因素有关，如图丙所示。让小车 $A$从斜面的某一高度由静止开始滑下，在水平面上碰到物体 $B$后，将 $B$推出一段距离。若 $B$被推得越远，说明小车 $A$具有的动能越　　，小车 $A$下滑时的高度越　　、重力势能越　　。

某兴趣小组的同学用斜面、小车、长刻度尺、录像机等，研究“斜面上运动的物体，运动路程和通过这段路程所用时间的关系”，如图甲所示。在斜面一侧沿斜面方向固定一长刻度尺，刻度为0的位置在上方，并将该位置作为释放小车的位置。打开录像机的录像功能，并面向刻度尺录像。通过播放视频可以确定小车在不同时刻的位置。

（1）视频显示，小车从0刻度处运动到 $0.20m$刻度处，用时 $1s$，该过程小车的平均速度是　　 $m/s$。

（2）通过视频查找出小车5次的位置，小车从开始运动到各个位置的路程 $s$和对应时间 $t$如下表所示，表中第三行数据作为对应时间的平方。

$s/m$	0	0.05	0.20	0.45	0.80
$t/s$	0	0.50	1.00	1.50	2.00
$t^2/s^2$	0	0.25	1.00	2.25	4.00

①根据表中数据，在坐标纸上做出小车运动的 $s-t^2$图象。

②经分析可得，小车在斜面上从静止开始运动时，小车运动的路程 $s$与时间的平方 $t^2$的关系式是　　。

如图中描述的是迷糊教授用仪器做实验的情景，请指出实验操作中的错误。（每项只指出一处错误即可）

①　　；②　　；③　　；④　　。

小华和小丽在观摩一次自行车比赛中，看到运动员在转弯时，身体和自行车都是向弯道内侧倾斜的，如图甲所示。

（1）骑自行车转弯时，身体为什么要向弯道内侧倾斜呢？小华提出了疑问，一旁的小丽说：“要想转弯，必须受力，身体倾斜是为了给自行车一个向内侧转弯的力，”小华觉得小丽“要想转弯，必须受力”的观点很有道理，因为　       　。

（2）我们平时骑自行车转弯时，身体的倾斜没有这么明显，可为什么比赛时选手倾斜得这么明显呢？且靠近内道的选手转弯时比外道选手倾斜得更明显，使骑行的自行车转弯的力的大小，可能与哪些因素有关呢？小华和小提出了两种猜想。

猜想一：可能与骑行的速度有关；

猜想二：可能与圆弧形跑道的半径有关。

（3）接着，小华和小丽一起设计实验，并在实验室里通过实验验证猜想一。

把半径为0.5米的半圆轨道（左端连着横杆）通过横杆在 $O$点与墙壁活动连接（能绕 $O$点在竖直方向自由转动），轨道置于压力传感器上时，传感器示数为1牛，让质量为30克的同一小钢球分别从距离传感器表面不同高度的弧面 $A$、 $B$、 $C$三处自由滚下，如图乙所示，观察、记录每次压力传感器达到的最大示数（注 $:$小钢球到达最低点时的示数最大），记录如下表。

小钢球初始位置	$A$	$B$	$C$
距压力传感器 高度 $/$米	0.5	0.4	0.3
压力传感器 达到的最大示数 $/$牛	1.90	1.78	1.66

该实验可以得出的结论是　　。

若要验证猜想二，从控制变量角度考虑，需对上述实验进行哪两项改变？（不考虑小钢球与轨道之间的摩擦）①　　；②　　。

（4）实验后，他俩在与同学们的交流中，有了新的猜想：让骑行的自行车转弯需要的力还可能与人和车的总质量有关。于是，他俩又展开了后续实验探究 $\dots \dots$

【资料】1583年，伽利略经测量发现悬挂的油灯摆动时具有等时性。如图所示，将密度较大的小球作为摆球，用质量不计、不可伸缩的细线悬挂于 $O$点，组装成一个摆，在 $\theta <5°$时，让摆球从 $A$点静止释放后摆动，摆的周期（摆球往返一次的时间）只与摆长（摆球重心到悬挂点 $O$的距离）有关。

【质疑1】小科认为：摆球质量越大，惯性也越大，所以相同条件下摆动会越慢，周期会越长。

【探究1】选择不同的小球作为摆球进行实验：①测摆球的直径 $D$和质量 $m$，计算出摆球的密度 $\rho$；②组装摆；③调节摆长 $l$，使摆长为 $800.0\mathit{mm}$；④在 $0<5°$时，让摆球从 $A$点静止释放后摆动，测出摆动30次的时间 $T_{30}$；⑤计算周期 $T$；⑥用不同的摆球重复上述实验。

【数据】摆长 $l=800.0\mathit{mm}$

次数 摆球 物理量	1	2	3	4
	铅球	铁球 $A$	铁球 $B$	铜球
$D/\mathit{mm}$	22.22	22.24	22.20	22.20
$m/g$	15.5	25.3	44.7	51.0
$\rho /g·c{m}^{-3}$	2.7	4.4	7.8	8.9
$T_{30}/s$	53.88	53.94	53.85	53.87
$T/s$	1.796	1.798	1.795	1.796

【思考1】（1）测摆周期是通过测 $T_{30}$后求出 $T$，而不是直接测 $T$，这是为了　。

（2）实验数据说明，摆长一定时，摆的周期与物体的质量　　（填“有关”或“无关” $)$。这一结论，得到了老师的肯定。

【质疑2】为什么资料中要求用密度较大的小球做摆球呢？

【探究2】小科用 $D=39.86\mathit{mm}$、 $\rho =0.08g/c{m}^3$的乒乓球按上述实验方法测出 $T=2.023s$。

【思考2】摆长一定时，用乒乓球做实验测得的 $T$明显变大。其实，当摆球密度很小时，空气对摆周期的影响不可以忽略，因为摆球受到的外力 $--$　　不可忽略了。

红红用质量相等的木块和小车进行了以下力学实验。

（1）红红在探究“滑动摩擦力大小与什么因素有关”的实验中，每次她都应用弹簧测力计沿水平方向拉物体做　      　运动，测力计的示数分别如图甲所示，分析 $A$、 $B$两次实验数据可知，　       　（填“木块”或“小车”）的表面更粗糙。根据 $A$、 $C$两次实验得出：接触面粗糙程度一定时，压力越　       　，滑动摩擦力越大。

（2）在 $C$实验中，若红红将拉力增加到 $3N$（小车仍随木块一起运动），此时木块受到地面的摩擦力为　     　 $N$，小车　       　（填“不受”或“受”）摩擦力的作用。

（3）如图乙所示，红红又进行了 $D$、 $E$、 $F$三次实验。将小车在同一斜面同一高度由静止释放，分别在毛巾、棉布和木板三个表面水平运动，发现小车在木板表面运动的最远，说明阻力越　     　，速度减小的越慢。由此推论出：如果运动的物体不受力，它将　     　。

如图所示，在探究阻力对物体运动的影响的实验中：

（1）同一小车每次从同一斜面的　       　由静止滑下，使小车到达水平面的速度相同。

（2）分析实验现象可知，小车在水平面上运动速度的减小是因为受到　      　（填“平衡力”或“非平衡力”）的作用。通过对实验现象的分析，推理可知：如果运动的物体不受力时，将做　         　。

（3）实验后分析得出：如果让同一个小车在三种表面上运动的距离相等，　        　表面克服摩擦阻力做功最少，　         　表面上的小车从斜面上由静止下滑前的位置最高。

在探究“阻力对物体运动的影响”实验中。

（1）小悦用如图所示的实验装置进行实验时，让小车从斜面的同一位置由静止滑下，目的是使小车到达水平面时的　     　相同。

（2）小车在粗糙程度不同的平面上静止时的位置如图甲、乙、丙所示。可以得出，物体受到的阻力越　      　（填“大”或“小”），速度减小得越慢。由此推理得出：如果运动的物体不受力时，将保持　      　运动状态。

（3）小悦还想探究“动能的大小与速度的关系”，并进行了如图丁所示实验。

①让小车从斜面上的　      　（填“相同”或“不同”）高度由静止滑下，撞击木块。观察木块移动的距离，并得出结论。

②实验中发现两次木块移动距离都较近，于是用木板代替毛巾进行实验。这样就可以在　      　相同时，通过减小接触面的　　     来减小木块与平面的滑动摩擦力，使木块移动距离较远，实验现象更明显。

如图所示，物体 $A$ 的长度为 　 　 $\mathit{cm}$ ，弹簧测力计的读数为 　　 $N$ 。

如图所示，物体 $A$的长度为　　 $\mathit{cm}$，弹簧测力计的读数为　　 $N$。