专题24 中考物理力学设计与探究型实验一初中物理各知识点各题型总结与专题训练Word下载.docx
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【名师点睛】
此题给出了器材和要求验证的问题,要求:
组装仪器,并写出操作方法,根据现象并写出对应现象的原因。
此题必须根据题目要求验证要求验证的问题,根据所给的器材和要求,只需把所给的器材连接即可,然后根据力的效果,要使玻璃瓶发生微小的形变,用力挤压连接后的玻璃瓶,并通过观察细管内液面的变化即可。
例2:
(2016河北中考)用直角三角尺、重垂线来判断桌面是否水平。
(也可以用图描述操作方法)。
实验现象:
①若桌面水平:
______________________.②若桌面不水平:
________________.
实验中利用的物理知识:
重力的方向总是________________________.
①重垂线始终与另一直角边平行,②重垂线与另一直角边不平行。
竖直向下的。
此实验考查的是重力的方向(竖直向下),利用重垂线的工作原理和三角板的特点,即可验证桌面的水平性,但应注意不能通过一次实验判断桌面是否水平,应改变三角尺在桌面上的位置,重复多次操作,才可得结论,此步骤通常被丢弃,也是失分的关键步骤。
@网
例3:
(2017北京中考)实验台上有满足实验要求的器材:
弹簧测力计1个,重力为1N的钩码2个,带支架的杠杆1个,杠杆上相临刻度间距离均为0.15m,刻线上下靠近杠杆边缘处均有圆形小孔,可用来挂钩码或弹簧测力计,如图23所示,请利用上述实验器材,设计一个实验证明:
“杠杆在水平位置平衡时,如果动力臂L1保持不变,则F1=kF2L2”,式中F1表示动力,k是常量,F2表示阻力,L2表示阻力臂。
请写出实验步骤,画出实验数据记录表格。
(3)弹簧测力计挂钩的位置保持不变,将重力为1N的钩码依次挂在支点右侧0.1m、0.5m、0.2m、0.25m处,仿照步骤
(2)再做4次实验,将F2、L2、F1的数据记录在表格中;
(4)弹簧测力计的挂钩位置保持不变,将两个重力为1N的钩码挂在支点右侧0.05m处,竖直向上拉弹簧测力计,使杠杆在水平位置平衡,读出弹簧测力计的示数;
将F2、L2、F1的数据记录在表格中。
(5)根据实验数据记录表格如下表所示。
F2/N
L2/m
F1/N
k/m-1
此实验在杠杆平衡条件的基础上,通过变式得出了F1=kF2L2要求通过实验验证此式的正确性。
在验证此实验的过程中,利用了力的平衡,以及单一变量原则,通过多次实验、并记录多组实验数据,通过对实验数据的分析从而验证了此式子的正确性。
例4:
(2017河北沧州中考模拟试题)在研究影响动能的两个因素时,小明对于两个质量不同的小球从同一斜面的同一高度滑下,当到达斜面底端时,速度相等产生了质疑?
请你利用下图中所给的实验器材,设计一个实验来验证小明的质疑是否正确,写出实验步骤及对应的实验现象和结论。
(1)实验步骤:
。
(2)A:
如果则说明两个小球到达斜面底端时,速度相等。
B:
如果则说明两个小球到达斜面底端时,速度不相等。
(1)将质量不相等的两个钢球放于同一个斜面的同一高度,同时松手让它们自由下滑。
(2)如果两个钢球同时到达斜面的底端,则说明两个小球速度相同。
如果两个钢球不同时到达斜面的底端,则说明两个小球速度不相同。
此实验要求区分:
“动能”与“速度”知道这是不同的两个物理量,速度只是影响动能的其中一个因素,因此不能通过两个质量不同的小球最终撞击木块后,通过观察木块滑动的距离来验证两个小球到达斜面底端时速度是否相等;
但可以让两个小球通过相同的路程,通过比较时间的长短,来确定速度是否相同。
例5:
(2016天津中考)小红想测量一个小金属块的密度,她在实验室里找到了一架天平,但没有砝码,除此之外还有如下器材:
两个质量相近的烧杯、量筒、细线、滴管和足量的水(已知水的密度为ρ水)。
请利用上述器材帮助她设计一个实验方案,比较精确的测量金属块的密度。
要求:
(1)写出主要实验步骤及所需测量的物理量;
(2)写出金属块密度的数学表达式(用已知量和测量量表示)。
①调节天平平衡,将两烧杯分别放在天平的两个盘上,并用滴管向质量较小的烧杯中加水,使天平再次平衡;
②用细线系住金属块,放入原来质量较大的烧杯中,向量筒内加入适量的水,记下体积V1;
再将量筒中的水加入质量较小烧杯中,直到天平平衡,记下此时量筒中剩余水的体积V2,③再向量筒中加入适量的水,记下体积V3,将金属块完全浸没在量筒的水中,记下体积V4。
(2)由公式ρ=m/V得m=ρV,金属块与水的质量相等;
则ρ金(V4-V3)=ρ水(V1-V2)则ρ金=ρ水(V1-V2)/(V4-V3)
此实验采用了“等质法”,即利用了天平等臂的特点,当第二次平衡后,分别在一个烧杯中放入金属块,另一个烧杯中加水至再次平衡,此时利用量筒和水的密度已知,可知道第二次加入小烧杯的水的质量,即为金属块的质量;
利用量筒再测出物体的体积即可求解金属块的密度。
例6:
(2018盐山第二中学一模试题)如图所示是一个量筒和一个玻璃制成的小试管,另有适量的水,请你设计一个实验测出这个小试管的玻璃密度。
①写出简要实验步骤:
②由实验中测得的物理量写出试管玻璃的表达式。
此实验解决物体的质量时,利用了物体漂浮原理,即当物体漂浮时,F浮=G且可得出ρ水gV排=mg,且当小试管漂浮时,量筒内两次水面对应的刻度值之差即为小试管排开水的体积即V排=(V2-V1),根据上面的式子即可得出物体的质量,再将小试管完全浸没在水中时,V3-V1即为物体的体积,根据ρ=m/v,即可求解物体的密度。
另外当物体密度比水的密度大但可以改变形状时,可以通过增大排开水的体积的方法使物体漂于水面上,再用上面的方法测出物体的质量,然后再通过改变其形状,使之沉于水中再测出其体积,即可利用密度的公式,测出其密度。
例:
用一量筒、水如何测出一块橡皮泥密度。
解答:
⑴先在量筒内倒入适量水记下V1,并把橡皮泥制成小船形使之漂浮于量筒内水面上记下水面对应刻度V2⑵将橡皮泥制成团形使之完全浸没于量筒内水中,并记下此时水面对应刻度V3,则ρ=ρ水(V2-V1)/(V3-V1)
例7:
(2017石家庄一模试题)明天小明的班级要参加拔河比赛,小明利用物理知识,分析了拔河比赛获胜的关键因素是获胜方的(选填“拉力或摩擦力”)比对方大,请你写出两种能够帮助本班获胜的方案。
方案1:
方案2:
摩擦力,方案1:
增大接触面的粗糙程度,增大摩擦方案2:
增大压力,增大摩擦汽车的防滑链等(答案合理即可)
此题关键是要弄清:
拔河比赛获胜的双方作用在绳子上的力是作用力与反作用力的关系,两队人对绳子的拉力相等,获胜的关键因素是摩擦力而不是拉力,然后从而影响摩擦力的两个因素,即接触面的粗糙程度和压力大小入手即可解答此题。
例8:
(2016-2017河北盐山二中八年级第二学期竞赛试题)给你一只量筒,一只烧杯,一足够长的细线,一个水槽及足量的水利用上述全部器材测出新土豆的密度,(土豆样品己取好,大小合适,其密度比水大且不再吸水)写出主要实验步骤及要测量的物理量最终推导公式。
⑴将土豆放入烧杯,再使烧杯漂浮于水槽中水面上,静止后在烧杯外壁与水面相平处用细线做标记。
⑵取出土豆,向烧杯中缓慢加水,待水面重新到达标记处。
⑶将杯中水倒入量筒,测出其体积V1,再在量筒内适当加水记下对应的体积值V2,将土豆用细线拴好放入量筒中记下此时总体积V3,则ρ=ρ水V1/(V3-V2)学@
当题中没有给出量筒和溢水杯但给出了水槽或大烧杯时,测量密度比水大的物体的“质量”可采用“标记法”也称“曹冲称象法”即通过直接测量水的体积并根据m=ρ水V从而推知待测物体的质量,进而解决物体的密度。
例9:
(2017石家庄九中一模试题)用两根长约30cm的饮料吸管A、B,设计一个实验,使盛在杯子中的水能从A管中喷出(如图7所示),写出操作方法(也可以用图描述操作方法)。
把吸管A插入盛水的杯子里,吸管B的管口贴靠在吸管A的上端,如图8所示,向吸管B中用力吹气。
①流体流速大的地方压强小②改变物体的运动状态③喷雾器
根据此实验的要求可看出是要求验证流速大的地方压强小这一物理规律,因此只要一根管子插入水中,另一根管子在上面吹气,如上图所示,只要A管上方空气流速增大,压强即可减小,在外界大气压作用下,水即可以从A管上方喷出,从而完成此实验探究。
例10:
(2018河北盐山中考模拟试题)如图是一个金属柱,横截面是一个多边形,现有一把刻度尺,但无法直接测量横截面积,为了测量其横截面积小明在柱体的侧面画了A、B两条横线并用细线把柱体悬挂在测力计上,当柱体浸入水面到达B横线时记下此时测力计的示数FB,此时柱体保持竖直,接着又完成了两个实验步骤,测出柱体的横截面积,请把这两个步骤写在下面的横线上(用字母表示测出的物理量)步骤1:
_______,步骤2:
______.
横截面积的表达式为______。
此实验根据实验要求及所给的实验器材和金属柱的特殊形状,要测量此物体的横截面积,只能借用浮力知识;
即两次用弹簧测力计悬挂着物体浸入水中,但每次浸入的深度不同分别对应金属柱的A与B;
则根据F浮=ρ水gV排可知:
两次浮力之差即对应两次的V排之差,且V排=Sh,根据FA=G-ρ水gV排,同理可得FB=G-ρ水gV排,两式相减,并代入V排=Sh可得S=(FA-FB)/ρ水gh
2:
给出实验要求,要么要求验证某个物理规律的正误,要么完成某个物理量的测量;
但没有给出实验器村,或要求自选器材,或者所给的实验器材不全要求自己添加合适的器材,设计实验步骤对某些物理量或物理规律进行验证。
此类题通常是根据题目要求,先构思实验方案,或者根据所给的实验方案,选择或添加合适的实验器村来完成实验要求。
例11:
(2017北京中考)浸在液体中的物体所受的浮力为F,物体排开液体的体积为V,小明认为:
任何情况下,F都与V成正比,请自选器材,设计实验证明小明的观点是错误的。
将挂在弹簧测力计挂钩上的铝块,浸没在A容器的酒精中,铝块排开酒精的体积即为铝块的体积V1,记录此时弹簧测力计的示数为F1;
将铝块从酒精中取出并擦干,再缓缓浸入B容器的水中,当弹簧测力计的示数等于F1时,发现铝块排开水的体积V2小于V1,这个实验说明铝块受到的浮力与铝块排开液体的体积不成正比,所以小明的观点是错误的。
根据阿基米德原理可知,F浮=G排=ρ液gV排,如果说浮力与排开液体的体积成正比,必须限定液体的密度相同,否则这个结论是不正确的,所以此题应从改变液体的密度着手来设计实验。
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例12:
(2017广州中考)小明看到滑雪运动员从越陡的坡滑下时,越快滑到底端。
对此他猜想:
“物体离地高度一定时,斜面坡度越大,物体从静止开始滑到底端的平均速度也越大。
”请你设计实验验证其猜想。
(1)实验所需的公式。
(2)实验器材:
除了下图26所示的器材,你还需要的测量工具有。
(3)实验步骤(可用画图或文字表达)。
(1)V=s/t
(2)停表、刻度尺
(3)①长木板的一端用木块垫起,使它保持很小的坡度,用刻度尺测出滑块在一定高度时,滑块到长木板底端的距离s1,由静止开始释放滑块,用停表测出滑块滑到底端的时间t1.
②增大斜面的坡度,保持滑块在斜面同一高度,用刻度尺测量出滑块到长木板底端的距离s2,由静止开始释放滑块用停表测出滑块滑到底端的时间t2.
③重复步骤②,得出数据s3、t3.
④根据公式v=s/t分别算出三次实验中滑块的平均速度v1、v2、v3.
此实验要探究的问题是:
斜面坡度越大,物体从静止开始滑到底端的平均速度也越大,因此本实验必须在控制其它变量的前提条件下(每次均使用一滑块,且在同一斜面的同一高度滑下),多次改变斜面的坡度,最终通过测定每次实验的路程及对应的时间根据v=s/t计算出三次实验中滑块的平均速度v1、v2、v3.,并根据实验计算出的平均速度得出:
斜面坡度越大,物体从静止开始滑到底端的平均速度也越大的结论
例13:
(2017邯郸二模)有人猜想“浸没在液体中的固体所受的浮力可能跟固体的形状有关”,请你为检验这个猜想设计一个实验。
已提供的器材有:
橡皮泥、烧杯、细线。
(1)若要完成实验还需要添加的实验器材或物品有:
(2)实验方法:
(用文字表达或作图描述均可)
(3)结论:
①若,则浸没在液体中的固体所受浮力跟固体的形状无关
②若,则浸没在液体中的固体所受浮力跟固体的形状有关。
此题要验证浸没在液体中的固体所受的浮力可能跟固体的形状有关,必须将橡皮泥分别制成不同的形状,且浮力的大小应根据测力计的示数大小来确定,在设计实验步骤时,应注意:
在改变了橡皮泥的形状后,必须用测力计悬挂着橡皮泥使之完全浸没,再根据两次弹簧测力计的示数大小得出:
浸没在液体中的固体所受的浮力可能跟固体的形状无关的结论。
例14:
(2018河北中考模拟试题)某实验室有一架托盘天平,(带有一盒砝码)横梁上的调节螺母已无法旋动,其它部件均完好,天平的等臂性没有改变,将它放在水平桌面上观察横梁的平衡时,指针总是偏向分度盘的左端,调换左右的两个盘的位置,也无法改变这种状况,请你使用这架天平,测出一个小金属块的质量?
写出简要的测量过程,(可选用生活中常见的材料)
(1)向右盘中适当加入轻小物体(如橡皮泥等)(或适当向右移动游码)使指针指在分度盘的中央。
(2)然后将小金属块放入天平的左盘,向右盘适当加、减砝码并适当移动游码,直到平衡再次平衡,砝码的总质量加上游码所对应的刻度值即为金属块的质量。
此天平等臂只时无法调节平衡,既然指针偏向左,可在右盘中适当加入轻小物体(如橡皮泥等)(或适当向右移动游码),使指针指在分度盘的中央;
然后再进行正确的称量即可(注:
若是通过移动游码使天平平衡时最后天平再次平衡时应用砝码的总质量加游码两次刻度之差)。
当天平可以调节平衡但不等臂时可采用“复称法”即首先把天平调平后,先把物体放于天平的左盘上测出物体此时的质量记为M,然后再把物体放入右盘中在左盘中放入砝码测出此时物体的质量记为m,则物体的实际质量为M=
.
例15:
(2017唐山路南区一模试题)图5是模拟马德堡半球实验,估测大气压的值。
现有材料是两个带吸盘的挂钩、量程为100N的测力计。
(1)还需要的测量工具是。
(2)写出操作方法及需要测量的物理量:
①。
②。
P气=。
此题的实验原理是:
P气=F/s,因此有了弹簧测计当将挤出空气的吸盘拉动时的拉力即为大气压力;
还需要添加测量吸盘直径的工具,即刻度尺,根据S=π(D/2)2.可计算出吸盘的面积代入上述计算公式即可估测出大气压值。
应注意此实验方案应尽可能将吸盘中的空气挤压干净,否则测量的大气压值误差较大,还应注意选择量程合适的测力计否则此实验无法完成。
例16:
(2018中考模拟试题)有一根圆柱形长白蜡烛,一个空啤酒瓶,一把刻度尺,细线,测力计,一有刻度的容器、水、牙签,
(1)请选择合适的器材
(2)测出此蜡烛的密度(已知ρ蜡=0.9×
103kg/m3)写出实验步骤①
②。
(3)最终的计算公式ρ=。
②用牙签把漂于水面上的小蜡烛轻轻顶入容器内的水中使之全部浸没,并记下此时容器内水面对应的刻度值记为V3,
(3)白蜡烛的密度ρ=ρ水(V2-V1)/(V3-V1)
当蜡烛漂浮于水面时此时F浮=G可得出蜡烛的质量m=ρ水(V2-V1),由于蜡烛的密度小于水,所以应用牙签将其顶入水中,此时蜡烛的体积V=V3-V1;
知道了蜡烛的质量和体积后根据ρ=m/V即可解决蜡烛的密度。
当有量筒时对于在水中下沉的物体可以直接测出物体的体积,而对于密度小于水在量筒的水中不下沉的物体可采用“顶入法”使之下沉从而测出物体的体积,进而测出物体的密度。
例17:
(2017长安区质检一)如图所示是小梦从市场上买来的磁铁魔术玩具,它呈橄榄球形,两个橄榄球形磁铁抛起来后,在空中就会相互吸引、碰撞,发出类似叫的清脆响声,故又名“响尾蛇蛋”。
小梦想知道这个磁铁的磁极在哪儿?
请你设计实验帮助小梦解决问题:
(1)写出你选用的实验器材:
。
(2)简述实验过程及现象:
(1)橄榄球形磁铁,一盒大头针。
(2)把橄榄球形磁铁放在大头针盒中翻转几下,拿出来观察,吸引大头针个数最多的两个部位就是橄榄球形磁铁的磁极。
磁铁具有吸引铁、钴、镍等轻小磁性物体的性质,因此可通过观察橄榄球形磁铁是否吸引大头针等轻小的磁性物体来验证它的磁性,且磁体的磁极部分磁性较强,因此可通过观察吸引大头针的个数来确定橄榄球形磁铁的磁极。
例18:
(2018中考模拟试题)有一段金属丝,请你用科学的方法鉴别出它是由哪种金属制成的?
⑴写出实验器材。
⑵实验的主要步骤及测量的物理量
⑶用所测的物理量写出计算式。
⑴一支圆柱形铅笔、刻度尺、天平及砝码。
⑵①用天平测出金属丝的质量;
②用刻度尺测出金属丝的长度L;
③把金属丝在细铅笔上紧密绕若干圈,用刻度尺测出这个线圈的长度L2,数出圈数n,则金属丝的直径D=L2/n.⑶ρ=4n2m/πL22L2
此实验中要确定是哪种金属丝,应该解决金属丝的密度值,从而确定金属丝的种类,但是金属丝太丝无法直接测量直径,因此应采用“缠绕法”,从而利用“取多求少”的方法,求解金属丝的直径,然后再根据面积和密度公式求解密度值,即可确定金属丝的种类。
例19:
(2017河北中考模拟试题)实验桌上有一个标有刻度的杠杆,请你设计一个实验证明“当作用在杠杆上的阻力和阻力臂保持不变时,为了使杠杆平衡,作用在该杠杆上的动力和动力臂成反比”。
(1)实验中还需要的器材是:
(2)实验步骤是:
(1)弹簧测力计,铁架台,细线,钩码。
此实验为了验证作用在该杠杆上的动力和动力臂成反比,应每次实验保持作用于杠杆上的阻力及阻力臂不变,即钩码挂在杠杆的一端且整个实验过程中,钩码的个数及位置始终保持不变,然后通过改变动力,及动力臂,并记录多组实验数据进行分析,验证结论的正确性;
多次实验的目的是:
排除偶然性使实验结论更加准确可靠。
例20:
(2018中考模拟试题)学习了密度的测量后,小明提出了这样一个问题:
水和牛奶的密度哪个更大些?
请你和小明一起设计这个探究实验,
可供选择的器材有:
足够的牛奶和水,两只完全相同的烧杯,天平和砝码(天平已调平衡)、量筒、弹簧测力计、刻度尺、正方体铁块、细线,
⑴所选择的实验器材是__________________
⑵实验步骤是:
________________________________________-
(3)结论分析:
_______________________________。
(1)实验器材:
烧杯、天平及砝码、量筒、牛奶。
(2)①用天平测出空烧杯的质量m1;
②在烧杯内倒入适量的牛奶,用天平测烧杯和牛奶的总质量m2;
计算出牛奶的质量m;
③将烧杯中的牛奶倒入量筒中,读出量筒内牛奶的体积V;
④利用密度公式计算出牛奶的密度ρ牛奶。
学@
(3)比较ρ水与ρ牛奶即可得出谁的密度更大。
比较水与牛奶的密度大小有多种方法,上述所给的方法是最常见的方法,还可以用“比例法”即不用进行密度计算,借助于等体积的水(水的密度已知)和牛奶,二者的密度不同,在体积相同时,质量大的液体密度大,在质量相同时,体积小的液体密度大。
另外还可以利用“浮力”的方法,即将正方体铁块用测力计悬挂着分别浸没在水和牛奶中通过比较测力计的示数比较铁块在水和牛奶中浮力的大小间接比较水与牛奶的密度大小。
力学“设计”型实验典型题专题训练:
手边有小刀、细线、刻度尺、测力计如何利用这些器材测出一个不规则土豆的密度?
(1)写出实验步骤:
①②
(2)用所测的物理量写出土豆密度的表达式ρ=。
2:
(2017河北中考模拟试题)滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关,还与接触面的粗糙程度有关,请你设计一个实验,验证滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关,实验器材除了有长木板,还有质量相同的铁块,铝块与木块各一块,每个物块上都固定有一个可用于牵引的金属小钩。
要求设计的实验具有可行性,要符合安全规则。
(1)实验还需要的器材是(只能再写一个)。
(2)实验步骤:
①②③。
(3)实验分析与结论:
3:
(2017哈尔滨中考)实验小组要探究二力平衡条件,实验中每个钩码重力相等,摩擦力忽略不计。
(1)如图甲装置,当左右两端同时各挂两个钩码时,小车静止,此时F1、F2的方向大小;
当左右两端同时取下一个钩码时,如图乙,小车仍静止,此时F3F4;
当右端再挂一个钩码时,如图丙,小车将变速运动,此时F5F6。
(2)在图甲实验的基础上,将小车扭转一定角度,松手后,观察小车的情况,这样做可以探究什么问题?
(3)对比甲、乙、丙三次实验,当小车静止时,水平方向上受到两个力的大小关系如何?
还能看出小车受非平衡力的作用时,运动状态将怎样?
4:
(2017烟台中考)下面是小明和小红“测量滑轮组的机械效率”有实验报告:
实验名称:
测量滑轮组的机械效率。
实验步骤:
(1)用弹簧测力计测量钩码的重力G并填入表格。
(2)按下图安装滑轮组,分别记下钩码和弹簧测力计的位置。
(3)拉动弹簧测力计并读出拉力F的值,用刻度尺测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s,将这三个量填入表格。
(4)计算出有用功W有、总功
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