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力学实验题是中考物理的必考题型,主要考查同学们的实验知识和技能,其基本题型可分两大类:测量型实验题和探究型实验题,考查的内容主要涉及物理仪器的使用与选择、实验的方法与步骤、实验数据与处理以及实验的现象与结论等方面.下面以近年中考题为例,对力学实验进行分类解析,供同学们参考.
一、物理仪器的识读与使用
正确使用物理仪器是做好物理实验的前提条件.初中物理力学实验中的识读仪器有刻度尺、天平、量筒、弹簧测力计等.平时认真做过实验,会正确使用这些仪器的同学,做好这些题是很容易的一件事.
例1 如图1,物体A的长度是 cm.
解析 使用刻度尺时,应注意:①使零刻度线对准被测物体的一端;②使刻度尺的刻度线紧靠被测物体且尺位放正;③读数时,视线要正对刻度线,不可斜视;④记录时,应有准确值、估计值和单位.当然刻度尺可不从零刻度线量起,可从物体两端读数,其差值为物体的长度.本题刻度尺的最小分度值是1cm,应该估读到mm.根据刻度尺的读数方法,由图可以读出物体A的长度为3.6cm.不少同学认为:“物体A的长度为3.60cm.”这是错误的.因此,解此类题的关键是根据最小分度值来估读.
例2 用托盘天平和量筒测定小石块的密度.
(1)调节天平时,天平置于水平桌面上,游码移到标尺的零刻度线后,天平指针静止时的位置如图2甲所示,若使天平平衡,则应将 向 (选填“左”或“右”)移动.
(2)调节天平平衡后,测量小石块质量的情景如图乙所示(天平下方为标尺的放大图),由此可知,被测小石块的质量为 g.
(3)量筒中倒入适量的水,使小石块浸没在水中,量筒示数如图丙所示.该小石块的体积为 cm3,密度为 g/cm3.
解析 本实验考查的是固体密度的测量.使用天平和量筒时应注意:①在使用天平之前,先要调节天平使横梁平衡,平衡螺母的调节规律是“哪边高往哪边调”;②使用天平测量物体质量,被测物体质量等于砝码的总质量与游码指示的刻度之和;③读取标尺上的刻度时,要明确分度值,读出游码左边的示数;④用量筒测量液体体积时,要明确量筒的分度值,视线与量筒内的中心线处相平;已知石块的质量和体积,利用密度公式算出石块的密度.故以上各小题的答案分别为:(1)平衡螺母;右;(2)22.4;(3)10;2.24.本题涉及的知识点有:天平的调节、使用、读数;量筒的读数;利用密度公式进行计算;这些都是我们在测量密度的实验中必须掌握的.
二、实验操作的步骤与排序
此类题通常是考查对某个实验步骤进行正确排序、纠错等.要求是:在动手做过有关实验的基础上,要能完整地掌握实验的全过程,理解实验正确顺序的必要性,经过自己的整理,在理解的基础上记忆,才能正确地作答.
例3 用天平和量筒测定盐水的密度,有如下操作:
A.用天平称出烧杯和盐水的总质量M
B.用天平称出烧杯和剩下盐水的总质量m
C.调节天平使天平平衡
D.将烧杯中的盐水倒入量筒中一部分,记下量筒中盐水体积V
E.用公式ρ=■计算出盐水的密度
那么,正确操作步骤的序号应是 .
解析 一个实验大致可分为三个过程:实验准备、实验操作与记录及实验分析.步骤C属于实验准备阶段;实验操作中,先测出烧杯和盐水的总质量,倒出部分盐水后,再测出剩余盐水和烧杯的质量,这样的排序可以避免因液体残留在烧杯壁上,给测量带来较大的误差.本题正确的实验顺序是:CADBE.对于实验排序这类题,首先把给出的实验步骤按上述三个过程进行排列,然后再按序排列.
例4 在测定木块(浮于水面)密度的实验中,主要的实验步骤有:
A.用天平测出木块的质量,记下它的质量为m(g)
B.用细线拴好木块,再在木块下面拴上一小铁块
C.往量筒内倒入一定量的水,记下水面达到的刻度为V1(cm3)
D.把木块和铁块都浸入量筒的水中,记下水面达到的刻度V2(cm3)
E.从两次水面刻度差算出木块的体积为V=V2-V1(cm3)
F.根据实验数据求出木块的密度为ρ
=■=■g/cm3
请指出上述实验步骤有哪些是错误的?并予以纠正.
解析 错误的步骤是C、D和E.纠正如下:C.往量筒中倒入一定量的水,将铁块缓慢且全部浸入量筒的水中,记下水面达到的刻度为V1cm3;D.将铁块系在木块的下端,把木块和铁块全部浸没在水中,记下水面达到的刻度V2cm3;E.根据修改后的C步骤,不必修改木块的体积.本题中,先将铁块放在量筒的适量水中,可以使问题简单化,再借助于铁块,使得木块能浸没在水中;题中给出的V为木块和铁块的体积和,当然不能用它去计算木块的密度.在做纠错这类题时,应根据实验步骤所提供的方案来寻找错误,再来纠错或补充完整的实验步骤.
三、实验数据的记录和处理
这类实验题主要考查同学们能否正确记录实验数据,并利用数据进行相关计算,进而作出合理的分析,得出正确的实验结论.
例5 在“测定滑轮组的机械效率”的实验中,进行了两次实验,得到的数据记录在下表中;计算数据,填写在表中相应的空栏内;两次实验机械效率不同的主要原因:是 .
解析 W有用1=G1h1=1.0N×0.10m=0.10J,
W总1=F1s1=0.5N×0.30m=0.15J,
η1=■×100%=■×100%=67%,
W有用2=G2h2=2.0N×0.10m=0.20J,
W总2=F2s2=0.9N×0.30m=0.27J,
η2=■×100%=■×100%=74%. 将以上计算的数据填入上表中,两次实验机械效率不同的原因是:提起钩码的重不同,使有用功在总功中所占的比例不同.此题主要考查机械效率的测定,分析影响滑轮组机械效率不同的原因.因此,应注意数据的处理及原因分析.
四、实验结论的归纳与探究
这类题是探究某个物理量的大小与哪些因素有关,通过多个实验的对比,归纳总结出这个物理量与各个影响因素的关系.
例6 为了研究影响滑动摩擦力大小的因素,某同学做了如图3所示的实验.
(1)实验中要使弹簧测力计的示数等于木块所受滑动摩擦力的大小,应使木块在弹簧拉力的作用下做 运动.
(2)比较图乙和图甲中弹簧测力计的示数可知: 滑动摩擦力越大.
(3)比较图丙和图甲中弹簧测力计的示数可知: 滑动摩擦力越大.
(4)上述实验表明:滑动摩擦力的大小与 有关.
解析 本题是探究摩擦力的大小与哪些因素有关,在这个实验中,将摩擦力转换成可以直接测量的拉力的大小,为此,必须让木块做匀速直线运动,水平方向上二力平衡,使得摩擦力跟拉力的大小相等.在实验过程中,用到了控制变量法,甲、乙两图比较,压力大小不同,其他条件都相同,由此可知,摩擦力的大小与压力大小有关.甲、丙两图比较,改变的是接触面的粗糙程度,可知,摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关.综合上述两个因素可知,摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度有关.故本题答案为:匀速直线;压力越大;接触面越粗糙;压力大小和接触面的粗糙程度.此题考查了同学们在实验过程中运用了哪些物理方法,是否具有将各个方面的结论进行归纳总结的能力.
例7 在“探究物体动能大小与物体的速度、质量关系”的实验中,让小车从斜面的不同高度由静止开始下滑,撞击水平木板上的木块.如图4所示.
(1)本实验的研究对象是 .
(2)小车放置的位置越高,木块被撞击得越远.研究表明:当 一定时,物体动能的大小与物体的 有关.
(3)甲、乙两次实验木块移动过程中,受到的摩擦力分别为f甲、f乙,则 (填序号).
①f甲>f乙 ②f甲 解析 此题探究影响物体动能大小的因素、影响摩擦力大小的因素.实验过程中用到了控制变量法、转换法等方法.此实验把动能的大小转换为木块被撞击后运动的距离,距离越远,表明小球的动能越大;该实验利用了控制变量法,同一小车保证了质量相同,从斜面的不同高度滑下,到达水平面时的速度不同,木块被撞后移动的距离越远,推力做功越多,就可以说明木块的动能越大,从而得出质量相同时,速度越大的物体动能越大.摩擦力的大小取决于压力和接触面的粗糙程度,如果压力和接触面的粗糙程度没有改变,则物体受到的摩擦力就没有改变.故本题答案为:小车;质量;速度;③.本实验中研究动能大小的决定因素时,运用了控制变量法;反映动能多少时运用了转换法等方法.
五、实验结论的检验与应用
初中物理实验中,有的实验就是一个检验性的实验,实验结论已经知道,要求同学们用已有的知识来检验结论的正确性,并能将实验结论应用于其他情况中.
例8 小军同学在探究“浮力的大小等于什么”时,用弹簧测力计、塑料块、烧杯、小桶等进行实验操作测量,如图5中a、b、c是其中的三个步骤示意图,还差一个步骤图d,才能完成探究任务,则d是测量
的.在本实验中,这四个步骤图的合理顺序应为 .
设四个图中弹簧测力计的读数分别是F1、F2、F3、F4.由四个图中 两个图的弹簧测力计的读数可以求出塑料块受到的浮力;被排开液体的重力为 ;如果关系式 成立,就可以得到著名的阿基米德原理.
解析 阿基米德原理是通过实验得到的一个结论,浮力的大小等于被物体排开的液体重力大小.a、b两图的比较,是用弹簧测力计来称出物体所受的浮力,既称重法测浮力;c图是测出小桶和排开液体的总重力,排开液体的重力还需要减去小桶的重力,则缺少的步骤是用弹簧测力计测出小桶的重力.合理的实验顺序应该是:先测出小桶的重力,再测出塑料块的重力,将塑料块放入水中,测出此时弹簧测力计的拉力,最后测出水和小桶的总重力;故本题的答案为:小桶重力;dabc;ab;F3-F4;F2-F1
=F3-F4.本实验中,还需要注意的一个细节是:倾斜的烧杯相当于溢水杯,所以烧杯中必须装满水,这样小桶中所接的水才是被物体所排开的水.
例9 小明同学利用如图6所示的装置,在杠杆支点的两边分别挂上钩码来探究杠杆的平衡条件.
(1)如图甲所示,为使杠杆在水平位置平衡,应将右端的平衡螺母向
(选填“左”或“右”)移动,将杠杆调在水平位置的目的是为了方便测量 .
(2)实验中测得的数据如表所示,表格中漏填的数据为 N.
(3)小明得出了结论:“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”,他实验时主要是因为( ).
A.没有改变力的大小
B.没有改变力的方向
C.没有改变力的作用点
D.实验次数较少,结论具有偶然性
解析 由图知,杠杆左端下倾,说明杠杆的重心在支点左侧,调节平衡螺母应使杠杆重心右移到支点,这一调节过程的目的是为了直接从杠杆上读出力臂;由前两组可以得到杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂.第三组已知动力和动力臂、阻力臂,所以可以得到阻力;从支点到动力作用线的垂直距离叫动力臂;从支点到阻力作用线的垂直距离叫阻力臂,而不是从支点到动力作用点的距离.“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”,是杠杆在水平位置平衡且动力和阻力的方向都是竖直向下的条件下得出的,也就是实验过程中没有改变动力或阻力的方向.故选项A、C、D错误,选项B正确.故本题的答案为:(1)右;力臂;(2)1;(3)B.探究杠杆平衡条件时,使杠杆在水平位置平衡,此时力与杠杆垂直,力臂的长度可以直接从杠杆上读出来,这是探究杠杆平衡条件最简单的一种情况,所以我们都采取这种情况下的平衡.
一、物理仪器的识读与使用
正确使用物理仪器是做好物理实验的前提条件.初中物理力学实验中的识读仪器有刻度尺、天平、量筒、弹簧测力计等.平时认真做过实验,会正确使用这些仪器的同学,做好这些题是很容易的一件事.
例1 如图1,物体A的长度是 cm.
解析 使用刻度尺时,应注意:①使零刻度线对准被测物体的一端;②使刻度尺的刻度线紧靠被测物体且尺位放正;③读数时,视线要正对刻度线,不可斜视;④记录时,应有准确值、估计值和单位.当然刻度尺可不从零刻度线量起,可从物体两端读数,其差值为物体的长度.本题刻度尺的最小分度值是1cm,应该估读到mm.根据刻度尺的读数方法,由图可以读出物体A的长度为3.6cm.不少同学认为:“物体A的长度为3.60cm.”这是错误的.因此,解此类题的关键是根据最小分度值来估读.
例2 用托盘天平和量筒测定小石块的密度.
(1)调节天平时,天平置于水平桌面上,游码移到标尺的零刻度线后,天平指针静止时的位置如图2甲所示,若使天平平衡,则应将 向 (选填“左”或“右”)移动.
(2)调节天平平衡后,测量小石块质量的情景如图乙所示(天平下方为标尺的放大图),由此可知,被测小石块的质量为 g.
(3)量筒中倒入适量的水,使小石块浸没在水中,量筒示数如图丙所示.该小石块的体积为 cm3,密度为 g/cm3.
解析 本实验考查的是固体密度的测量.使用天平和量筒时应注意:①在使用天平之前,先要调节天平使横梁平衡,平衡螺母的调节规律是“哪边高往哪边调”;②使用天平测量物体质量,被测物体质量等于砝码的总质量与游码指示的刻度之和;③读取标尺上的刻度时,要明确分度值,读出游码左边的示数;④用量筒测量液体体积时,要明确量筒的分度值,视线与量筒内的中心线处相平;已知石块的质量和体积,利用密度公式算出石块的密度.故以上各小题的答案分别为:(1)平衡螺母;右;(2)22.4;(3)10;2.24.本题涉及的知识点有:天平的调节、使用、读数;量筒的读数;利用密度公式进行计算;这些都是我们在测量密度的实验中必须掌握的.
二、实验操作的步骤与排序
此类题通常是考查对某个实验步骤进行正确排序、纠错等.要求是:在动手做过有关实验的基础上,要能完整地掌握实验的全过程,理解实验正确顺序的必要性,经过自己的整理,在理解的基础上记忆,才能正确地作答.
例3 用天平和量筒测定盐水的密度,有如下操作:
A.用天平称出烧杯和盐水的总质量M
B.用天平称出烧杯和剩下盐水的总质量m
C.调节天平使天平平衡
D.将烧杯中的盐水倒入量筒中一部分,记下量筒中盐水体积V
E.用公式ρ=■计算出盐水的密度
那么,正确操作步骤的序号应是 .
解析 一个实验大致可分为三个过程:实验准备、实验操作与记录及实验分析.步骤C属于实验准备阶段;实验操作中,先测出烧杯和盐水的总质量,倒出部分盐水后,再测出剩余盐水和烧杯的质量,这样的排序可以避免因液体残留在烧杯壁上,给测量带来较大的误差.本题正确的实验顺序是:CADBE.对于实验排序这类题,首先把给出的实验步骤按上述三个过程进行排列,然后再按序排列.
例4 在测定木块(浮于水面)密度的实验中,主要的实验步骤有:
A.用天平测出木块的质量,记下它的质量为m(g)
B.用细线拴好木块,再在木块下面拴上一小铁块
C.往量筒内倒入一定量的水,记下水面达到的刻度为V1(cm3)
D.把木块和铁块都浸入量筒的水中,记下水面达到的刻度V2(cm3)
E.从两次水面刻度差算出木块的体积为V=V2-V1(cm3)
F.根据实验数据求出木块的密度为ρ
=■=■g/cm3
请指出上述实验步骤有哪些是错误的?并予以纠正.
解析 错误的步骤是C、D和E.纠正如下:C.往量筒中倒入一定量的水,将铁块缓慢且全部浸入量筒的水中,记下水面达到的刻度为V1cm3;D.将铁块系在木块的下端,把木块和铁块全部浸没在水中,记下水面达到的刻度V2cm3;E.根据修改后的C步骤,不必修改木块的体积.本题中,先将铁块放在量筒的适量水中,可以使问题简单化,再借助于铁块,使得木块能浸没在水中;题中给出的V为木块和铁块的体积和,当然不能用它去计算木块的密度.在做纠错这类题时,应根据实验步骤所提供的方案来寻找错误,再来纠错或补充完整的实验步骤.
三、实验数据的记录和处理
这类实验题主要考查同学们能否正确记录实验数据,并利用数据进行相关计算,进而作出合理的分析,得出正确的实验结论.
例5 在“测定滑轮组的机械效率”的实验中,进行了两次实验,得到的数据记录在下表中;计算数据,填写在表中相应的空栏内;两次实验机械效率不同的主要原因:是 .
解析 W有用1=G1h1=1.0N×0.10m=0.10J,
W总1=F1s1=0.5N×0.30m=0.15J,
η1=■×100%=■×100%=67%,
W有用2=G2h2=2.0N×0.10m=0.20J,
W总2=F2s2=0.9N×0.30m=0.27J,
η2=■×100%=■×100%=74%. 将以上计算的数据填入上表中,两次实验机械效率不同的原因是:提起钩码的重不同,使有用功在总功中所占的比例不同.此题主要考查机械效率的测定,分析影响滑轮组机械效率不同的原因.因此,应注意数据的处理及原因分析.
四、实验结论的归纳与探究
这类题是探究某个物理量的大小与哪些因素有关,通过多个实验的对比,归纳总结出这个物理量与各个影响因素的关系.
例6 为了研究影响滑动摩擦力大小的因素,某同学做了如图3所示的实验.
(1)实验中要使弹簧测力计的示数等于木块所受滑动摩擦力的大小,应使木块在弹簧拉力的作用下做 运动.
(2)比较图乙和图甲中弹簧测力计的示数可知: 滑动摩擦力越大.
(3)比较图丙和图甲中弹簧测力计的示数可知: 滑动摩擦力越大.
(4)上述实验表明:滑动摩擦力的大小与 有关.
解析 本题是探究摩擦力的大小与哪些因素有关,在这个实验中,将摩擦力转换成可以直接测量的拉力的大小,为此,必须让木块做匀速直线运动,水平方向上二力平衡,使得摩擦力跟拉力的大小相等.在实验过程中,用到了控制变量法,甲、乙两图比较,压力大小不同,其他条件都相同,由此可知,摩擦力的大小与压力大小有关.甲、丙两图比较,改变的是接触面的粗糙程度,可知,摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关.综合上述两个因素可知,摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度有关.故本题答案为:匀速直线;压力越大;接触面越粗糙;压力大小和接触面的粗糙程度.此题考查了同学们在实验过程中运用了哪些物理方法,是否具有将各个方面的结论进行归纳总结的能力.
例7 在“探究物体动能大小与物体的速度、质量关系”的实验中,让小车从斜面的不同高度由静止开始下滑,撞击水平木板上的木块.如图4所示.
(1)本实验的研究对象是 .
(2)小车放置的位置越高,木块被撞击得越远.研究表明:当 一定时,物体动能的大小与物体的 有关.
(3)甲、乙两次实验木块移动过程中,受到的摩擦力分别为f甲、f乙,则 (填序号).
①f甲>f乙 ②f甲
五、实验结论的检验与应用
初中物理实验中,有的实验就是一个检验性的实验,实验结论已经知道,要求同学们用已有的知识来检验结论的正确性,并能将实验结论应用于其他情况中.
例8 小军同学在探究“浮力的大小等于什么”时,用弹簧测力计、塑料块、烧杯、小桶等进行实验操作测量,如图5中a、b、c是其中的三个步骤示意图,还差一个步骤图d,才能完成探究任务,则d是测量
的.在本实验中,这四个步骤图的合理顺序应为 .
设四个图中弹簧测力计的读数分别是F1、F2、F3、F4.由四个图中 两个图的弹簧测力计的读数可以求出塑料块受到的浮力;被排开液体的重力为 ;如果关系式 成立,就可以得到著名的阿基米德原理.
解析 阿基米德原理是通过实验得到的一个结论,浮力的大小等于被物体排开的液体重力大小.a、b两图的比较,是用弹簧测力计来称出物体所受的浮力,既称重法测浮力;c图是测出小桶和排开液体的总重力,排开液体的重力还需要减去小桶的重力,则缺少的步骤是用弹簧测力计测出小桶的重力.合理的实验顺序应该是:先测出小桶的重力,再测出塑料块的重力,将塑料块放入水中,测出此时弹簧测力计的拉力,最后测出水和小桶的总重力;故本题的答案为:小桶重力;dabc;ab;F3-F4;F2-F1
=F3-F4.本实验中,还需要注意的一个细节是:倾斜的烧杯相当于溢水杯,所以烧杯中必须装满水,这样小桶中所接的水才是被物体所排开的水.
例9 小明同学利用如图6所示的装置,在杠杆支点的两边分别挂上钩码来探究杠杆的平衡条件.
(1)如图甲所示,为使杠杆在水平位置平衡,应将右端的平衡螺母向
(选填“左”或“右”)移动,将杠杆调在水平位置的目的是为了方便测量 .
(2)实验中测得的数据如表所示,表格中漏填的数据为 N.
(3)小明得出了结论:“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”,他实验时主要是因为( ).
A.没有改变力的大小
B.没有改变力的方向
C.没有改变力的作用点
D.实验次数较少,结论具有偶然性
解析 由图知,杠杆左端下倾,说明杠杆的重心在支点左侧,调节平衡螺母应使杠杆重心右移到支点,这一调节过程的目的是为了直接从杠杆上读出力臂;由前两组可以得到杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂.第三组已知动力和动力臂、阻力臂,所以可以得到阻力;从支点到动力作用线的垂直距离叫动力臂;从支点到阻力作用线的垂直距离叫阻力臂,而不是从支点到动力作用点的距离.“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”,是杠杆在水平位置平衡且动力和阻力的方向都是竖直向下的条件下得出的,也就是实验过程中没有改变动力或阻力的方向.故选项A、C、D错误,选项B正确.故本题的答案为:(1)右;力臂;(2)1;(3)B.探究杠杆平衡条件时,使杠杆在水平位置平衡,此时力与杠杆垂直,力臂的长度可以直接从杠杆上读出来,这是探究杠杆平衡条件最简单的一种情况,所以我们都采取这种情况下的平衡.