初中物理力和机械实验题

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

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。

如图为小柯在科技节中制作的“杠杆力臂演示仪”和“流体压强与流速关系演示仪”。

（1）如图甲（杠杆自身质量和摩擦忽略不计，固定装置未画出）， $O$为支点， $\mathit{OA}=\mathit{OD}=3\mathit{OB}=0.6$米， $\mathit{CD}=0.2$米。在做背景的白纸上作有以 $O$为圆心半径为0.2米的圆。在 $A$点挂5牛顿的重物 $G$，要使杠杆水平平衡，则作用在 $B$点竖直向下的力 $F_B$应为　　牛，撤去 $F_B$后，按图示方向分别施加 $F_C$、 $F_D$两个力，且每次都使杠杆在水平位置平衡，则 $F_C$、 $F_D$大小关系为　　。

（2）如图乙，在注射器 $A$、 $B$处分别扎一个等大的小孔，插入两根相同规格的硬质塑料管（连接处密封），并 在管上分别系一个未充气的同规格气球（连接处不漏气）。先慢慢往外拉活塞，使注射器中充满空气，接着快速向内推动活塞，在此过程中可观察到 $A$、 $B$两孔处气球的鼓起情况是　　（填序号）。

① $A$孔处气球大 ② $B$孔处气球大 ③两个气球一样大

小明用弹簧测力计、粗糙程度均匀的水平桌面、砝码和木块等实验器材来探究滑动摩擦力大小与压力大小的关系。

（1）小明用图甲所示的实验装置进行实验，要想知道滑动摩擦力的大小，应该使木块在水平桌面上做　　运动。此时滑动摩擦力大小为　　 $N$。

（2）分析本实验误差产生的原因，请写出其中1条：　　。

（3）根据图乙给出的数据点画出 $f{F}_{压}$关系图像。依据 $f{F}_{压}$关系图像，思考当 $F_{压}=6N$时如何确定滑动摩擦力的 $f$大小，在图乙中纵坐标轴上用字母 $A$标记 $f$大小的位置并留下作图痕迹。

（4）自行车刹车时，捏手刹用的力越大，车子停的越快的原因是　　。

综合问答 $--$运动场上的物理：

小雨在运动场上经历的几个场景如下，请你从中挑选一个，用所学的物理知识进行解释：

①同学们在不同位置都能看清主席台上的标语；

②为了防止打滑，小雨穿了一双鞋底花纹更明显的运动鞋；

③小雨买了一盒冰镇饮料，用吸管的尖端刺破封口，喝完饮料后他感到很凉快。

解释场景　　 $:$

　　，所以会有这个现象。

在探究“杠杆平衡条件”的实验中，采用了如图甲所示的实验装置：

（1）实验前，小明同学发现实验装置处于如图甲所示的状态，使用时，首先应将杠杆两端的平衡螺母向　　（选填“左”或“右” $)$调节，使杠杆在水平位置平衡，这样做的好处是　　；

动力 $F_1/N$	动力臂 $l_1/\mathit{cm}$	阻力 $F_2/N$	阻力臂 $l_2/\mathit{cm}$
2	5	5	2
3	6	6	3
4	2	2	4
3	4	2	6
3	6	9	2
4	4	2	8

（2）一实验小组在正确操作过程中，得出的实验数据如上表。小明同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是：动力 $+$动力臂 $=$阻力 $+$阻力臂；小华同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是：动力 $\times$动力臂 $=$阻力 $\times$阻力臂。两个同学都认为自己是对的，对方是错误的。那么你认为他们中正确的应该是　　同学。原因是　　；

（3）把图乙中 $A$点的钩码取下，在 $A$点用弹簧测力计施加一个竖直向下的拉力 $F$时，杠杆仍能在水平位置平衡，如图丙所示。当拉力 $F$向左倾斜时，要保持杠杆仍在水平位置平衡，则拉力 $F$将　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$；

（4）小红同学采用了图丁所示的装置进行探究，发现当杠杆水平平衡时，与其他同学得出的正确的杠杆平衡条件不相符，其可能的原因是　　。

小梅在物理老师的指导下，利用一个重物、细线、若干钩码及杠杆来探究“杠杆平衡的条件”。

（1）实验前，为便于力臂的测量，她应通过调节杠杆两端的　　使杠杆在　　位置平衡。

（2）实验时，小梅决定先保持阻力 $F_2$和阻力臂 $l_2$不变，探究“杠杆平衡时，动力臂和动力之间的关系”。

于是，她用细线将重物固定到杠杆左侧某一位置处；然后在杠杆右侧用细线悬挂一个钩码，移动其悬挂的位置，使杠杆重新在水平位置平衡，如图所示，将动力 $F_1$和动力臂 $l_1$记录下来。

接下来，她要改变　　并移动其悬挂的位置，多次重复前面的实验，并把相应的数据记录下来。

（3）小梅通过实验得到的实验数据如表1所示。

表一 保持阻力 $F_2$和阻力臂 $l_2$不变，探究杠杆平衡时动力臂和动力之间的关系

实验序号	动力 $F_1/N$	动力臂 $l_1/m$
1	0.5	0.20
2	1.0	0.10
3	1.5	0.07
4	2.0	0.05
5	2.5	0.04

分析表1中的数据，小梅得出的结论是：保持阻力和阻力臂不变，杠杆平衡时，动力臂 $l_1$跟动力 $F_1$成　　关系。

（4）在前面实验的基础上，小梅进一步猜想：在更普遍的情况下，杠杆平衡时可能满足“动力 $F_1\times$动力臂 $l_1=$阻力臂 $F_2\times$阻力臂 $l_2$”

为了验证小梅的这个猜想，小丽通过实验得到的实验数据如表2所示

表2 探究杠杆平衡时，动力 $F_1$、动力臂 $l_1$和阻力 $F_2$、阻力臂 $l_2$之间的关系

实验次数	动力 $F_1/N$	动力臂 $l_1/m$	阻力 $F_2/N$	阻力臂 $l_2/m$
1	1.0	0.10	1.0	0.10
2	1.5	0.08	1.5	0.08
3	2.0	0.07	2.0	0.07

小梅认为，表2中小丽的实验数据缺乏普遍性，用来验证她的猜想不够充分，于是对小丽的实验和收集数据提出了具体的建议。

小梅的建议是：小丽还要在　　的情况下进行实验和收集数据。

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。

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”）

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　    　 $g/c{m}^3$。

在“探究杠杆平衡条件”的实验中：

（1）如图甲，把质量分布均匀的杠杆中点 $O$作为支点，其目的是消除　       　对实验的影响。为了方便直接测出力臂，实验前应先调节杠杆在水平位置平衡，当在 $A$处挂上钩码后杠杆转动，说明力能改变物体的　        　。

（2）图乙中杠杆恰好处于水平位置平衡，若在 $A$处下方再挂一个相同的钩码，为使杠杆保持水平平衡，需将挂在 $B$处的钩码向右移动　      　格。当杠杆平衡、钩码静止时，挂在 $A$处的钩码所受重力和钩码所受拉力是一对　       　力。

（3）如图丙，小明取下 $B$处钩码，改用弹簧测力计钩在 $C$处，使杠杆再次在水平位置平衡，弹簧测力计示数　       　（选填“大于”、“小于”或“等于”） $1N$，如果竖直向上拉动弹簧测力计，它是　     　杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）（每个钩码重 $0.5N$）。

（4）小明经过多次实验，分析实验数据后得出了杠杆平衡条件　        　。

在探究“滑动摩擦力大小与压力的关系”实验中，小明选取了如下实验器材：长木板、木块、砝码、棉布、毛巾、弹簧测力计。

（1）在此实验中，运用的研究方法是　      　。

（2）开始拉木块时，水平拉力逐渐增大，但木块仍然静止，木块所受的摩擦力　    　（填“变大”、“变小”或“不变”）

（3）匀速直线拉动木块，弹簧测力计的示数如图甲所示，为　     　 $N$。

（4）在木块上放上一个砝码，然后匀速直线拉动木块，弹簧测力计示数如图乙所示。通过甲、乙两次实验得出的初步结论是　                               　。

（5）根据所提供的实验器材还可探究下列哪个实验　       　

$A$．探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系

$B$．探究二力平衡的条件

在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验中，实验过程如图所示。

（1）在实验中应水平匀速直线拉动物体 $A$，根据　     　原理测出滑动摩擦力的大小。

（2）比较甲、丙两次实验可以得出结论：在　    　相同时，接触面越　    　，滑动摩擦力越大。

（3）在甲、乙两次匀速直线拉动物体的过程中，如果速度相同，甲、乙两次的拉力功率 $P_{甲}$　    　（填“ $>$”、“ $=$”或“ $<$” $\mathrm{）}{P}_{乙}$，乙图中物体 $B$　    　（填“受”或“不受”）摩擦力。

（4）将实验进行了如图丁所示的改进：水平向左拉木板，木板相对于地面向左运动，物体 $A$相对于地面保持静止，此时弹簧测力计的示数为 $0.8N$，则物体 $A$受到的滑动摩擦力是　　 $N$，方向　     　（填“向左”或“向右”），此过程中木板　     　（填“必须”或“不必”）匀速运动。