初中物理运动和力实验题

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。

如图甲所示，用钢丝绳将一个实心圆柱形混凝土构件从河里以 $0.05m/s$的速度竖直向上匀速提起，图乙是钢丝绳的拉力 $F$随时间 $t$变化的图象，整个提起过程用时 $100s$，已知河水密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，混凝土的密度为 $2.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，钢铁的密度为 $7.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$，不计河水的阻力，求：

（1） $0-60s$内混凝土构件在河水里上升的高度；

（2）开始提起 $(t=0)$时混凝土构件上表面受到水的压强（不计大气压）；

（3） $0-60s$内钢丝绳拉力所做的功；

（4）通过计算说明，此构件的组成是纯混凝土，还是混凝土中带有钢铁骨架？

实验探究

（1）探究重力与质量的关系

①某同学用质量已知的钩码进行实验，根据测得的数据作出的 $G-m$关系图象是一条过原点的直线 $a$由此得出结论：物体受到的重力与它的质量成　     　比。

②他又正确测量了一个木块的质量和重力，并在同一坐标系中正确描点得到点 $A$，如图所示。点 $A$不在直线 $a$上的主要原因是　      　。

（2）探究阻力对物体运动的影响

如图所示，将棉布铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，小车在水平面上由于受到阻力，滑行一段距离后停止；去掉木板上的棉布，再次让小车从斜面顶端由静止滑下，运动的小车所受到的阻力减小，滑行的距离增大。

进一步推理：如果运动的小车受到的阻力为零，它将　      　。通过上述实验和推理可得：力不是维持物体运动状态的原因，而是　       　物体运动状态的原因。

（3）测量滑轮组的机械效率

实验装置和数据记录表如下：

次数	钩码重力 $G/N$	钩码上升的高度 $h/m$	绳端拉力 $F/N$	绳端移动的距离 $s/m$	机械效率 $\eta$
1	2.0	0.10	0.9	0.30	$74.1\%$
2	2.0	0.15	0.9	0.45	$74.1\%$
3	2.0	0.20	0.9	0.60	$74.1\%$
4	4.0	0.20	1.6	0.60

①第4次实验测得的机械效率为　     　。

②分析表中数据可得：利用相同的滑轮组提升同一物体，物体上升的高度不同，滑轮组的机械效率　    　；提升不同的物体，物体的重力越大，滑轮组的机械效率越　     　。

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。

小明探究“物体运动与其所受阻力的关系”实验时。让小车从斜面顶端由静止自由下滑到底端，然后在三种水平表面上滑行，如图所示。小明发现小车在水平木板表面上滑行的距离量最长，这个现象说明：　                               　；实验中让小车从同一高度滑下的目的是　                      　。

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 　　 $N$ 。

简单机械为我们解决问题带来很多方便，下面我们就利用它探究我们学习中的疑惑。

（1）小华小组测小车的平均速度如图甲所示；

①请根据图中所给的信息回答：s _AB＝ 　     　cm，t _BC＝ 　    　s。

②让小车从A点自由滑下，经B点到C点，则v _AB 　 　v _AC（选填"＝"、"＜"或"＞"）。

（2）课外实验小组林琳同学安装了如图乙装置想探究阻力对物体运动的影响，做了三次实验。通过三次实验林琳小组总结出小车在毛巾、棉布、木板表面受到的阻力不同，速度减小得快慢不同，分析出如果物体受到的阻力为零，速度就不会改变。从而理解了牛顿第一定律是经过 　     　（A．实验 B．实验加推理概括）得出的定律。

（3）林琳小组完成上述实验后添加了一个木块和两个质量不同的小球，又利用装置丙探究影响动能大小的因素，在此实验中是通过观察 　                 　判断动能大小的。试想如果实验所用的木板绝对光滑，她的实验 　    　（选填"能"或"不能"）成功。

（4）上述三个力学实验中均用到了物理学中的同一种简单机械是 　     　；举出一个日常生活中利用此机械的实例： 　       　。

（1）如图1甲中木块的长度为 　     　cm；在调节天平平衡时，将游码归零后，指针如图1乙所示，此时应向 　     　调节平衡螺母，使横梁平衡；天平平衡时，放在天平右盘中的砝码和游码的位置如图1丙所示，所测物体的质量为 　     　g。

（2）蹄形磁体附近的导体与灵敏电流计组成闭合电路，如图2所示，现将该导体竖直向上快速移动（沿图示箭头方向），电路中 　     　（选填“有”或“无”）感应电流产生。

（3）小明家的电能表月初示数如图3所示，月底示数为941.4kW•h，若用电价格为0.7元/度，则小明家该月电费为 　     　元。

（4）在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，如图4所示，其中图 　     　是水沸腾前的情况，沸腾前气泡大小变化的原因是：气泡上升过程中 　     　（多选，选填字母）。

A.气泡遇冷收缩

B.气泡遇热膨胀

C.气泡所受水的压强变小

D.气泡内水蒸气遇冷液化

在探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中：

（1）此实验是根据　       　原理测出摩擦力大小的。

（2）小明刚开始拉木块时，他的水平拉力逐渐增大，但木块仍静止，木块所受的摩擦力　      　（选填“变大”、“变小”或“不变”）；木块被拉动，且越来越快，小明读出某一时刻弹簧测力计的示数为 $3N$，他认为这时摩擦力的大小为 $3N$，他操作中的错误是　        　。

（3）改正错误后，小明完成了探究过程，比较乙、丙两次实验可得出的结论是　         　。

（4）在图甲、图乙实验中，假如把木板换成海绵，拿掉弹簧测力计，会发现　         　（选填“甲”或“乙”）图中海绵凹陷得更深。说明在受力面积一定时，压力作用效果与　     　有关。

关于“阻力对物体运动的影响”问题，某学习小组进行了如下探究实验：依次将毛巾、棉布分别铺在水平木板上，让小车分别从斜面顶端由静止自由下滑，观察小车在水平面上滑行的最大距离，三种情况下的运动如图所示。

（1）实验中每次均让小车从斜面顶端由静止自由下滑，目的是使小车在水平面上开始滑行时获得的速度大小　　（选填“相等”或“不相等” $)$，本实验中的“阻力”是指小车受到的　　；

（2）分析图运动情况可知：小车在毛巾表面上滑行的距离最短，说明小车受到的阻力越大，速度减小得越　　（选填“快”或“慢” $)$；

（3）牛顿在伽利略等人的研究基础上，概括出牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时，总保持　　状态或　　状态；

（4）牛顿第一定律　　（选填“是”或“不是” $)$直接由实验得出的，其符合逻辑的科学推理为科学研究提供了一个重要方法。

运用知识解决问题：

（1）如图1，轮船由下游经过船闸驶往上游。船进入闸室后，先关闭阀门 $B$和阀门 $D$，再打开阀门　　，当闸室中水位与上游水位　　时，打开阀门 $C$，船驶入上游。

（2）如图2， $A$、 $B$两物体叠放在水平地面上静止。请画出物体 $A$的受力示意图。

（3）如图3，轻质杠杆的 $\mathit{OA}:\mathit{OB}=4:1$．放在水平地面上的物体甲的重力 $G_{甲}=125N$，底面积 $S_{甲}=1\times {10}^{-2}{m}^2$．当杠杆水平平衡时，物体甲对地面的压强 $p_{甲}=1\times {10}^4\mathit{Pa}$，则物体乙的重力 $G_{乙}=$　　。（请写出解题思路）

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