初中物理力和机械实验题

某实验小组为了研究影响滑动摩擦力大小的因素，设计了如图甲所示的实验方案，实验操作如下：

①用弹簧测力计测出滑块的重力，滑块和钩码的总重记作 $G$；

②将放有钩码的滑块放到平板小车的水平接触面上，通过水平细线和弹簧测力计相连，向左拉动平板小车，待弹簧测力计示数稳定后读出示数 $F$；

③多次改变滑块上的钩码的个数并重复步骤②，记录相应的数据如下表所示；

④仅更换表面不同的平板小车，重复上述实验步骤。

接触面	钩码个数	滑块和钩码总重量 $G/N$	弹簧测力计示数 $F/N$
接触面一	1	1.5	0.6
	2	2.0	0.8
	3	2.5	1.0
接触面二	1	1.5	0.9
	2	2.0	1.2
	3	2.5	1.5

（1）此实验是根据　       　原理测出了滑动摩擦力的大小。

（2）根据表中的数据在图乙中画出该滑块分别在两个接触面上受到的滑动摩擦力 $f$与对应压力 $F_N$关系的图象。

（3）由图象可知，滑块对接触面的压力变大，滑块受到的滑动摩擦力将　     　（选填“变大”、“不变”或“变小”）；接触面　　       （选填“一”或“二”）的表面更粗糙。

（4）此实验中是否必须匀速拉动小车？　        　（选填“是”或“否”）

小明利用杠杆做了以下实验，实验时使用的每个钩码的质量均相等，杠杆上相邻刻线间的距离相等，请回答下列问题：

（1）如图甲所示，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆的左端下沉，若想使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆的平衡螺母向　     　调节。杠杆在水平位置平衡后，在 $A$点悬挂2个钩码，要使杠杆在水平位置再次平衡，需在 $B$点悬挂　　     个钩码；之后在 $A$、 $B$两点再各增加1个钩码，杠杆将　      　（选填“不动”、“顺时针旋转”或“逆时针旋转”）。

（2）如图乙所示，小明在 $A$、 $C$两点分别悬挂等重的载物盘，制作了一个天平，左盘盛放物体，右盘加减砝码，此天平是利用了哪一类杠杆制作而成的？　       　。

（3）小明正确使用自制天平称量物体质量时：

①假如支点 $O$因某种原因向右偏移，则测量值　       　真实值（选填“大于”“等于”或“小于”）；

②假如砝码因生锈等原因质量增大，则测量值　      　真实值（选填“大于”“等于”或“小于”）。

某同学准备用弹簧测力计、烧杯、水、吸盘、滑轮、细线来测量木块（不吸水）的密度。

（1）在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越　      　。

（2）如图甲所示，木块所受的重力为　     　 $N$。

（3）如图乙所示，将滑轮的轴固定在吸盘的挂钧上，挤出吸盘内部的空气，吸盘在　 　的作用下被紧紧压在烧杯底部。如图丙所示，在烧杯中倒入适量的水，用细线将木块栓住，通过弹簧测力计将木块全部拉入水中，此时弹簧测力计示数为 $0.4N$，如果不计摩擦和细线重，木块受到的浮力为　    　 $N$，木块的密度为　　   $\mathit{kg}/m^3$． $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（4）如果将图丙烧杯中的水换成另一种液体，重复上述实验，此时弹簧测力计示数为 $0.2N$，则该液体的密度为　     　 $\mathit{kg}/m^3$。

在学习影响滑动摩擦力大小的因素后，小柯还是认为：重力越大，滑动摩擦力越大。于是张老师用如图装置与他一起实验。

步骤一：将铁块放在木板上，往砂桶中加入一定量细沙，使压力传感器的示数为5.00牛，水平向左拉动木板，读出拉力传感器的示数并记录。

步骤二：换用质量不同、粗糙程度和底面积都相同的铁块，重复步骤一，记录结果如下表：

实验次数	质量不同的铁块	压力传感器示数（牛 $)$	拉力传感器示数（牛 $)$
1	小	5.00	2.10
2	中	5.00	2.11
3	大	5.00	2.11

请回答下列问题：

（1）第1次实验中铁块受到的摩擦力为　　牛；

（2）实验中能否用钩码代替细沙？并说明理由；

（3）通过实验得出的结论是　　；

（4）小柯认为：该实验中压力传感器的上表面要尽量光滑，否则会使拉力传感器的读数偏大，你认为他的说法是否合理，为什么？　　。

在不打破鸡蛋的前提下，如何有效判断自然状态下保存的未知产出日期的鸡蛋新鲜度？小科进行了探究。

【查阅资料】

刚产出的鸡蛋密度相近，冷却后里面内容物收缩，会在蛋的一端形成气室。一般的鸡蛋一端大（称为钝端）、一端小（称为尖端）。蛋壳主要成分是碳酸钙，其表面有很多微小气孔，以便于蛋内外的气体交换，同时蛋内水分可通过气孔排出。

【实验过程】

任选自然状态下保存的、大小相近的同一批适龄健康的母鸡于不同日期产出的鸡蛋20枚，将它们轻放在水中，观察静止后状态。

【实验现象】

（1）4枚鸡蛋漂浮在水面上，其余16枚鸡蛋沉于水底。

（2）沉于水底鸡蛋的钝端与尖端的连线与水平底面之间有一个夹角，记为 $\theta$．16枚鸡蛋的大小不一，但尖端基本上比钝端更靠近底面，如图所示是其中3枚鸡蛋在水中静止时的状态。

【思考与分析】

鸡蛋的新鲜度会影响它的气室大小、密度大小和 $\theta$大小。

（1）从实验现象可知：鸡蛋的气室位置在鸡蛋的　　（填“钝端”或“尖端” $)$附近。

（2） $\theta$大小与气室占整个鸡蛋的体积比有关，图中3枚鸡蛋气室占整个鸡蛋的体积比从高到低排序为　　。由此可以从 $\theta$大小初步判断鸡蛋的新鲜度。

（3）自然状态下，随着鸡蛋存放时间变长，鸡蛋的　　会变小，从而使鸡蛋的密度变小。可以判断，实验中漂浮在水面上的鸡蛋存放时间较久。

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　     　。

杆秤是一种用来测量物体质量的工具。小金尝试做了如图所示的杆秤。在秤盘上不放重物时，将秤砣移至 $O$点提纽处，杆秤恰好水平平衡，于是小金将此处标为0刻度。当秤盘上放一个质量为 $2\mathit{kg}$的物体时，秤砣移到 $B$处，恰好能使杆秤水平平衡，测得 $\mathit{OA}=5\mathit{cm}$， $\mathit{OB}=10\mathit{cm}$。

（1）计算秤砣的质量。

（2）小金在 $B$处标的刻度应为　　 $\mathit{kg}$．若图中 $\mathit{OC}=2\mathit{OB}$，则 $C$处的刻度应为　　 $\mathit{kg}$。

（3）当秤盘上放一个质量为 $2\mathit{kg}$的物体时，若换用一个质量更大的秤砣，移动秤砣使杆秤再次水平平衡时，其读数　　（选填“ $<$”或“ $>$” $)2\mathit{kg}$，由此可知一杆杆秤不能随意更换秤砣。

如图所示，根据杠杆的平衡条件测量某种液体的密度，所用器材：轻质杠杆（自身重力忽略不计）、容积为100mL的空桶、重为0.5N的物体M、刻度尺、细线。

（1）如图甲所示，为了使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向 　 　调节；调节杠杆在水平位置平衡的目的是 　 　。

（2）把空桶悬挂在A点，物体M悬挂在B点时，杠杆再次在水平位置平衡，测得OA的长度为10cm，OB的长度为20cm，则空桶重为 　 　N。

（3）若此时，往A点的空桶内注满某种液体，调节物体M到C点时，杠杆在水平位置重新平衡，测得OC的长度为42cm，则桶内液体的密度为 　 　kg/m ³。

在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中，图甲所示是一些同学根据日常生活经验所作的猜想与假设，图乙是实验用到的弹簧测力计。

（1）图乙所示的弹簧测力计的测量范围（量程）是　       　 $~$　     　 $N$。

（2）请你写出一个支持小刚猜想的日常生活事例：　                            　。

（3）小刚为了验证自己的猜想，用如图丙所示的装置进行实验，还要在木块下面的水平长木板上分别铺上棉布、毛巾等进行实验，这是为了改变　              　。

（4）小刚和部分同学通过实验收集到了表中的实验数据。

实验序号	接触面面积	压力 $/N$	摩擦力 $/N$
1	木块与木板	4	0.8
2	木块与木板	5	1.0
3	木块与木板	6	1.2
4	木块与棉布	6	2.0
5	木块与毛巾	6	2.5

其中，小刚通过他的上述实验收集到的是序号为　     　、　    　、　    　的三组数。

（5）通过对这三组数据的分析，小刚得到的实验结论是：　                      　。

下列是某科学研究小组探究杠杆平衡条件的实验过程：（本实验均使用轻质杠杆）

实验1：在直杠杆水平平衡时（如图甲所示）进行实验，记录多组数据。得出： $F_1\times s_1=F_2\times s_2$ （注 $:s_1$ 和 $s_2$ 分别表示支点 $O$ 到 $F_1$ 和 $F_2$ 的作用点的距离）。在直杠杆倾斜平衡时（如图乙所示）进行实验，也得到了同样的结论。

该结论适用于所有平衡时的杠杆吗？

实验2：科学研究小组用一侧弯曲的杠杆进行如图丙所示的实验，移动钩码，改变钩码数量，记录数据如表，分析表格数据发现上述结论并不成立，但发现一个新的等量关系，即： 　　。

实验次数	$F_1/N$	$s_1/\mathit{cm}$	$F_2/N$	$s_2/\mathit{cm}$	$l_2/\mathit{cm}$
1	1.0	10.0	0.5	21.3	20.1
2	1.5	20.0	1.0	31.7	29.8
3	2.0	30.0	2.5	25.5	24.0

$s$ 和 $l$ （支点到力的作用线的距离）这两个量在研究杠杆平衡条件时，哪个量才是有价值的呢？研究小组的同学观察到：支点到 $F_1$ 的作用点的距离 $\left(s_1\right)$ 与支点到 $F_1$ 的作用线的距离 $\left(l_1\right)$ 是相等的。研究小组的同学又进行了实验。

实验 $3:$

①移动钩码，使杠杆 　　，并使杠杆处于平衡状态。

②记录 $F_1$ 、 $s_1$ 、 $l_1$ 和 $F_2$ 、 $s_2$ 、 $l_2$ 。

③改变钩码数量，移动钩码，记录杠杆处于平衡时的多组 $F_1$ 、 $s_1$ 、 $l_1$ 和 $F_2$ 、 $s_2$ 、 $l_2$ 。

④分析实验数据，得出弯杠杆的平衡条件。

最后，通过科学思维，得出所有杠杆的平衡条件都是： $F_1\times l_1=F_2\times l_2$ 。杠杆的平衡条件可用于解释许多杠杆应用，如用图1方式提升物体比用图2方式省力，就可用杠杆的平衡条件作出合理解释。

请回答：

（1）在研究一侧弯曲的杠杆时，发现的一个新的等量关系是 　　。

（2）将实验3中的①填写完整。

（3）"支点到力的作用线的距离"在科学上被称为 　　。通过探究杠杆平衡条件的实验，使我们深深认识到建立这一科学量的价值。

（4）用图1方式提升物体比用图2方式省力的原因是 　　。

在"探究杠杆平衡条件"的实验中：

（1）实验前，若使如图1所示的杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向 　　（选填"左"或"右" $)$ 调节。

（2）实验时，在已调平衡的杠杆两侧分别挂上不同数量的钩码，移动钩码位置，使杠杆重新在水平位置平衡，三次实验获得的数据如表所示。分析可得杠杆的平衡条件是 　　。

次数	动力     $F_1/N$	动力臂     $l_1/\mathit{cm}$	阻力     $F_2/N$	阻力臂     $l_2/\mathit{cm}$
1	1.0	15.0	1.5	10.0
2	1.0	20.0	2.0	10.0
3	2.0	15.0	3.0	10.0

（3）为了进一步验证实验结论，又做了如图2所示的实验，在杠杆水平平衡时：

①已知每个钩码的质量均为 $50g$ ，则此次实验中阻力 $F_2$ 大小为 　　 $N$ ，阻力臂 $l_2$ 为 　　 $\mathit{cm}$ ； $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

②请你在图中画出动力 $F_1$ 的力臂。

小红和小华在做"探究杠杆平衡条件"实验中：

（1）实验前，把杠杆中心支在支架上，杠杆静止在图甲所示位置，小红将右端的平衡螺母向右调，小华认为也可以将左端的平衡螺母向 　 　调（选填"左"或"右"），使杠杆在水平位置平衡；

（2）实验中，他多次在杠杆两端加挂钩码，并调节钩码位置，使杠杆保持水平平衡，记录多组数据，这样做的目的是 　 　；

（3）如图乙所示，始终保持杠杆在水平位置平衡，小红将弹簧测力计从①位置移动到②位置时，测力计的示数将 　 　（选填"变大"、"变小"或"不变"）。

某实验小组在"研究杠杆平衡条件"的实验中：

（1）实验时应先调节杠杆在 　    　位置平衡，若出现如图甲所示情况，应将杠杆的平衡螺母向 　    　（选填"左"或"右"）调节。

（2）杠杆平衡后，他们在图乙所示的A位置挂上3个钩码，为了使杠杆在水平位置平衡，这时应在B位置挂上 　    　个相同的钩码。

次数	F 1/N	L 1/m	F 2/N	L 2/m
1	2.0	0.05	△	0.10
2	3.0	0.10	2.0	0.15
3	2.0	0.30	3.0	☆

（3）上表是该小组在实验中记录杠杆平衡的部分数据，空格处所缺的数据：△＝ 　    　，☆＝ 　    　。

小东同学用弹簧测力计测量水平运动的物体所受的滑动摩擦力。

（1）测量前观察弹簧测力计，发现指针指在图1所示的位置，他应先　　后再测量；此弹簧测力计的分度值是　　 $N$。

（2）如图2所示，测量时长木板应　　放置，用弹簧测力计平行于长木板拉着木板做　　运动，根据　　知识，弹簧测力计的示数就等于木块受到的滑动摩擦力的大小。

（3）小东在实验中还发现，用此装置按照（2）中的方式快拉或慢拉木块，弹簧测力计的示数都相同，说明滑动摩擦力的大小与　　无关。测量时，如果不小心使弹簧测力计向右上方倾斜，则木块受到的滑动摩擦力会　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$

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）