初中物理力和机械实验题

斜面是人们生产和生活中经常使用的一种可以省力的简单机械。下面是某同学针对斜面问题进行的理论研究的过程。请你帮他完成“理论论证”。
提出问题：使用斜面为什么可以省力？
建立模型：如图所示，斜面的长为L，高为h，沿光滑斜面匀速向上拉动重为G的物体，所用拉力为F。
理论论证：运用功的原理证明:F<G。

如图甲所示，小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。

（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉。此时，应把杠杆两端的平衡螺母向　　　(选填“左”或“右”)调节，使杠杆在不挂钩码时，达到水平平衡状态。
（2）杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为：　　　　　　　　　。他这样得出的结论是否合理？　　　　；为什么？　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是：　　　　　。
（4）实验时只有8个相同的钩码，杠杆上每格等距，如图甲，当在A点挂4个钩码时，则怎样挂钩码可以使杠杆在水平位置平衡？(请设计两种方案)
①._______________________ ；②________________________    。
（5）杠杆不处于水平位置能否平衡？甲乙意见不同。甲认为能平衡。于是他让每次杠杆倾斜时静止，做这个实验也得出了杠杆平衡条件。甲认为杠杆平衡不一定是水平的，这种说法对吗？               （选填对或错），甲这种方案与乙让杠杆在水平位置做实验的方案相比较，你认为哪个实验方案好，并说明理由：   实验方案好；理由是                   。

小明在做“探究杠杆平衡”的实验中，所用的器材有规格相同的钩码6只，弹簧测力计一只，杠杆及支架，细线，杠杆上每小格距离相等．

（1）小明将杠杆挂在支架上，发现杠杆左端下倾，若他调节杠杆右端的平衡螺母，应将该平衡螺母向　  　端调节，直到杠杆在水平位置平衡．
（2）如图甲所示，小明在已调好的杠杆左端2格处挂了3只钩码，要使杠杆平衡，除可在杠杆右端第“2”格挂“3”只钩码外，也可以在右端第　   　只钩码来完成．（按“×格挂×”填写）
（3）若杠杆右端不挂钩码，改用弹簧测力计在左端第3格处拉杠杆使其平衡．则最小拉力的方向为　   　．
（4）如图乙，将弹簧测力计挂在杠杆右端第4格处向下方拉使杠杆平衡，当拉杠杆的力由向左下方逐渐变为向右下方拉的过程中，拉力的变化情况是以下选项中的　 　．（填选项符号）

A．逐渐变大	B．逐渐变小
C．先变大后变小	D．先变小后变大．

如下左图所示，用尺子猛力将下面的棋子击出时，上面的棋子不会飞出而是落到正下方，是由于它们具有            ；如右图所示，如果用尺子缓慢击打下面的棋子，紧挨被击打棋子上面的棋子会前移，是因为它受到            的作用。

读出下图中各实验仪器的示数：

（1）金属条的长度  cm；（2）电压表示数   V；（3）弹簧测力计示数  N。

（1）如图1所示，木块的长度是      cm，弹簧测力计的示数是      N．
（2）如图2所示是奥斯特实验的示意图，该实验结论是：通电导线周围存在      ；如果移走小磁针，该实验结论      （选填“成立”或“不成立”）．

小明在课外想进一步探究弹簧伸长的长度L跟所受拉力F的关系，他实验记录的数据如下表所示。

拉力F/N	0	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5
伸长的长度L/cm	0	1	2	3	4	5	5.4	5. 6

(1)请你定量比较实验数据，把你的结论写在下边：                                       。
(2)这一结论在实际中的应用是：                         。

如图甲是小明设计的“空气浮力演示器”：将一空心金属球与配重通过细线悬挂在定滑轮上，调节配重质量使二者保持静止，用气泵往玻璃容器内缓慢压入空气，可根据现象证明空气浮力的存在。已知金属球重5牛，体积为 $5\times {10}^{-3}$米 ${}^3$．（滑轮和细线的重力、配重的体积及各种摩擦均忽略不计）

（1）用气泵向甲装置玻璃容器内压入空气，观察到什么现象可以说明金属球受到空气浮力的作用？　　。

（2）制作该演示器中的空心金属球，用了体积为 $5\times {10}^{-5}$米 ${}^3$的金属材料求该金属材料的密度。

（3）小明想通过最小刻度为0.1牛的弹簧测力计反映空气浮力大小的变化，他设想将该演示器改进成如图乙所示装置。压入空气前，容器内原有的空气密度为1.2千克 $/$米 ${}^3$，现通过气泵向玻璃容器内压入空气，使容器内空气密度增大到3.0千克 $/$米 ${}^3$，能否使演示器中的弹簧测力计示数变化值大于0.1牛，请通过计算说明。

为了探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，小明选用以下能满足实验要求的器材做了一系列的实验：形状相同的木块和铁块、表面平整的长木板、弹簧测力计等。小明做的部分实验如表所示（实验时，长木板固定在水平桌面上） $:$

序号	实验方法	图示
1	把木块平放在长木板上，用弹簧测力计水平拉动木块，使木块做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数 $F_1$；
2	把铁块侧放在长木板上，用弹簧测力计水平拉动铁块，使铁块做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数 $F_2$；
3	木块在下，铁块在上叠放在一起后放到长木板上，用弹簧测力计水平拉动木块，使它们做匀速直线运动，记下弹簧测力计的示数 $F_3$．

小明发现，三次实验中弹簧测力计的示数均不相同，即 $F_1\ne F_2\ne F_3$，且 $F_1<F_3$。

（1）比较1、3两次实验，由 $F_1<F_3$得出的结论是　　；

（2）比较1、2两次实验，根据 $F_1\ne F_2$，小明认为：滑动摩擦力的大小与接触面积有关。小明得出这个错误结论的原因是　　。

（3）实验中运用了转换法，把摩擦力的大小转换为　　。为了保证转换的正确性，实验中采取的措施是　　。

（4）小明想：木块表面粗糙还是铁块表面粗糙？请你利用现有器材增加一次实验，解决小明的问题。写出实验方法和结论：方法　　；结论　　。

小华在建筑工地上看到，工程车的车斗慢慢倾斜到一定程度时，车斗中的石料就沿车斗斜面滑落下来（如图所示）。小华想，车斗中的石料如果减少些，要滑落下来，车斗的倾斜程度是否可以减小些？

于是小华到实验室进行探究，先把长木板放在水平桌面上，将质量为100克带有钩码槽的木块放在长木板的 $A$ 处，如图所示，然后进行如下操作：

①在木块的钩码槽中放入三个50克的钩码，将木板的右端慢慢抬高到一定高度时，木块开始下滑，记录右端被抬升的高度 $h=20$ 厘米。

②第二次在木块的钩码槽中放入两个50克的钩码，第三次在木块的钩码槽中放入一个50克的钩码，分别重复上述实验。

（1）请你帮小华同学设计记录数据的表格。 　　

小华发现三次实验中，木块开始下滑时木板的倾斜程度是一样的。那么车斗中的石料能刚好滑落下来，车斗的倾斜程度与什么因素有关呢？小明认为可能与石料和车斗间接触面的粗糙程度有关，于是他进行如下探究：

将一块棉布、一块毛巾分别铺在长木板上，把放有一个50克钩码的木块放在长木板的 $A$ 处，慢慢抬高木板的右端直到木块开始下滑；测量并记录右端被抬升的高度分别为24厘米和30厘米。

（2）根据小华和小明的实验，可以得出的结论是 　　。

（3）根据以上探究，可以帮助我们解答其他类似的疑惑，比如"为什么道路桥梁的引桥要做到一定长度？""为什么 　　？"等。

在探究“杠杆的平衡条件”实验中：

（1）实验前调节杠杆在水平位置平衡，目的是　                                　。

（2）通过多次实验得出如下数据：

次数	$F_1/N$	$l_1/\mathit{cm}$	$F_2/N$	$l_2/\mathit{cm}$
1	2	2	1	4
2	2	4	1	8
3	2	6	1	12
4	1	16	2	8
5	2	10	1	20
6	3	8	2	12

分析1、2、3次实验数据，可以发现实验中存在的问题是：没有改变　       　的大小。

（3）分析4、5、6次实验数据，得出杠杆的平衡条件是　         　（用字母表示）。

（4）如图所示是某次实验中的情形，把图中杠杆两侧的钩码各取下一个，为使杠杆再次在水平位置平衡，应将左侧钩码向　          　移动一个格，同时右侧钩码向　     　移动一个格。（均填“左”或“右”）

某兴趣小组在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”时，用如图所示的装置进行实验。

实验一：将长方体木块平放在长木板上，用力 $F$拉长木板，当长木板与木块发生相对滑动后，记录弹簧秤的示数于表一。再将木块分别侧放、竖放，重复实验。

实验二：将长方体木块平放在长木板上，用力 $F$拉长木板，当长木板与木块发生相对滑动后，记录弹簧秤的示数于表二。再分别将一个砝码、二个砝码放在木块上，重复实验。

表一

实验次数	压力大小	木块放置情况	弹簧秤示数 $/$牛
1	木块的重	平放	1.0
2	木块的重	侧放	1.0
3	木块的重	竖放	1.0

表二

实验次数	压力大小	木块放置情况	弹簧秤示数 $/$牛
1	木块的重	平放	1.0
2	木块和一个砝码的总重	平放	1.5
3	木块和二个砝码的总重	平放	2.0

（1）实验一的第3次实验时，木块与长木板之间的滑动摩擦力为　　牛；

（2）实验一探究的问题是　　；

（3）表二中的实验数据可得出的结论是　　。

斜面是一种简单机械，在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力，如：　    　。那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢？（使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力 $F$与物体重力 $G$的比值大小来判定，比值越小，越省力）

小明做了如下猜想：

猜想1：与斜面的表面材料有关；

猜想2：与斜面的倾斜程度有关；

猜想3：与物体受到的重力大小有关。

小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验。实验中所用的物块材料及其表面粗糙程度相同，在沿斜面拉力的作用下，在斜面上做匀速直线运动。实验中相关的记录如表。

实验序号	1	2	3	4	5	6
斜面倾角	$\theta$	$\theta$	$\theta$	$\theta$	${\theta }_1({\theta }_1>\theta )$	${\theta }_2({\theta }_2>{\theta }_1)$
斜面的表面材料	木板	毛巾	木板	木板	木板	木板
物块重 $G/N$	2.0	2.0	4.0	6.0	2.0	2.0
沿斜面拉力 $F/N$	1.35	1.52	2.70	4.05	1.52	1.70

回答下列问题：

（1）通过对比实验　　中的数据可知，使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关；

（2）通过对比实验1、5、6中的数据，得出的结论是：在其他条件相同时，　　；

（3）为验证猜想3，小明做了实验　　（填写实验序号），分析实验数据后，小明认为这几次实验省力情况相同，依据是　　。

【拓展】完成实验后，小明沿斜面用 $1.8N$的拉力，将重为 $4.5N$的物体从斜面底端匀速拉到了顶端。已知斜面长 $1.2m$、高 $0.3m$，则斜面的机械效率是　　 $\%$．（把重物直接提升 $0.3m$所做的功作为有用功）

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　     　。

在探究“杠杆的平衡条件”的实验时

（1）首先，调节杠杆上的　       　，使杠杆在不挂钩码时，处于水平平衡状态，这样做是为了在实验时便于测量　        　。

（2）杠杆调节水平平衡后，在杠杆上的 $A$处挂两个钩码， $B$处挂三个同样的钩码杠杆再次平衡。若在杠杆两侧的钩码下方各增挂一个相同的小金属球，如图所示，则杠杆会　 　（填“向左倾”、“向右倾”或“仍保持水平”）

（3）完成上述实验后，同学们对小金属球的密度是多少，产生了浓厚的探究兴趣。于是他们取来天平和量筒进行了如下操作：

①把天平放在水平桌面上，将　       　拨至标尺左端零刻度处，再调节天平平衡。

②用天平测小金属球的质量，天平平衡时右盘中的砝码的克数及游码的位置如图乙所示，则小金属球的质量为　     　 $g$。

③用量筒测得小金属球的体积，如图丙所示，小金属球的体积为　     　 $c{m}^3$。

④小金属球的密度是　    　 $g/c{m}^3$。