初中物理机械能实验题

某小组同学在探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关时，提出了一些猜想并对猜想进行验证。

（1）如果影响机械效率的因素有 $A$、 $B$、 $C$多个，要研究其与 $B$因素的关系，需要先控制其他几个因素不变，而改变　　因素，从而进行研究。

（2）下列 $A$、 $B$是同学提出的两个猜想：

猜想一：两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组细线的绕法有关；

猜想二：两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组提升的物重有关。

为了验证上述猜想是否正确，同学们准备分别按图1、图2、图3和图4的滑轮组进行实验。

验证猜想一的小组应按图　　所示的两个滑轮组进行实验，若实验测得两滑轮组的机械效率大小　　（相等 $/$不相等），则可初步判断猜想一是错误的；

验证猜想二的小组应按图　　所示的两个滑轮组进行实验，若实验测得两滑轮组的机械效率大小不相等，则可初步判断猜想二是　　（正确 $/$错误）的。

（3）请你为该班同学提出一种提高滑轮组机械效率的方法：　　。

如图所示是“探究物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置。实验中，让同一个钢球从斜面上的不用高度由静止滚下，碰到同一木块。

（1）实验中，通过观察　　来判断钢球动能的大小。

（2）实验中，让同一个钢球从斜面上的不同高度由静止滚下，是为了探究钢球动能的大小与其　　的关系。

（3）如果水平面是光滑的，木块收到钢球撞击后将做　　。

（4）本实验的科学研究方法用到了控制变量法，在你所学的物理探究实验中，哪些实验也用到了这个研究方法，请举一例：　　。

如图所示，钢球从高 $h$处的斜槽上由静止滚下，在水平面上运动，运动的钢球 $A$碰上木块 $B$后，能将 $B$撞出一段距离 $S$．再让同一钢球从高 $1.5h$处由静止滚下，重复第一次实验。实验表明：质量相同时，钢球的速度越　　，木块 $B$被撞得越远。在两次实验中木块移动时受到的摩擦力分别为 $f_h$、 $f_{1.5h}$，则 $f_h$　　 $f_{1.5h}$（选填“ $>$”、“ $=$”或“ $<$” $)$。

物体由于　　而具有的能，叫做动能。在“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验中，小明提出如下猜想：

$A$．物体的动能可能与物体的质量有关；

$B$．物体的动能可能与物体的速度有关。

设计以下探究实验：让质量为 $m$的小球从高为 $h$的斜槽上滚下，在水平面上运动。运动的小球碰上水平面上静止的木块后，能将木块撞出一段距离 $s$。实验过程如图甲、乙、丙所示。图中 $m_1<m_2$、 $s_1<s_2$、 $s_1<s_3$、 $h_1<h_2$，水平面上所用的木块是同一木块。

（1）通过观察比较　　就可以反映小球动能的大小，这里用到的物理学研究问题的方法是　　法（选填“放大”、“控制变量法”或“转换” $)$

（2）通过比较甲、乙，可初步验证　　（填猜想序号）是正确的；

（3）通过比较　　两次实验，初步验证猜想 $A$是正确的。

（4）实验表明：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越　　；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越　　。

实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。请回答下列问题：

试验次数	1	2
钩码重 $G/N$	4	4
钩码上升高度 $h/m$	0.1	0.1
绳端拉力 $F/N$	1.8	1.6
绳端移动的距离 $s/m$	0.3	0.4
机械效率 $\eta$	$74.1\%$

（1）通过分析表中数据可知第2次实验使用的是　　（选填“甲”或“乙” $)$图所示的装置。

（2）根据表中数据，可以计算出第2次实验中的机械效率应为 $\eta =$　　。

（3）通过对第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（或动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率　　（选填“越高”、“不变”或“越低” $)$。

在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。

（1）为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。

实验 次数	滑轮 材质	钩码重 $G/N$	提升的高 度 $h/m$	有用功 $W_{\mathit{有用}}/J$	拉力 $F/N$	绳端移动 的距离 $s/m$	总功 $W_{总}/J$	机械效率。 $\eta$
1	铝	1	0.1	0.1	0.6	0.3	0.18	$56\%$
2	铝	2	0.1	0.2	1.0	0.3	0.3	$67\%$
3	铝	2	0.2	0.4	1.0	0.6	0.6	$67\%$
4	塑料	2	0.2	0.4	0.8	0.6	0.48	$83\%$
5	塑料	2	0.2	0.4	2.1	0.2	0.42	$95\%$

①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码　         　，机械效率越高。

②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与　        　有关。

③比较　       　两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。

④第5次实验室利用了图　         　的装置完成的，判断依据是　          　。

⑤利用图甲的装置，把重 $6N$的物体用 $2.5N$的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为　      　。可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。

（2）小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用　      　的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。

（3）实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都　　       。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是　　        。

$A$、焦耳定律

$B$、牛顿第一定律

$C$、阿基米德原理

$D$、欧姆定律

基础问答、作图和计算

（1）射箭运动员用力拉满弓，从能量转化的角度分析，这是为了让弓具有更大的　       　，可以更多地转化为箭的　          　，将箭射得更远。

（2）如图，物体 $A$、 $B$在力 $F$作用下，以相同的速度在水平面上向右做匀速直线运动。请画出物体 $B$在水平方向上的受力示意图。

（3）我国“蛟龙号”载人潜水器下潜至 $7\mathit{km}$深的海水中，若海水的密度取 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，潜水器受到水的压强大小约是　　。

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　     　。

为了探究“弹簧的弹性势能跟哪些因素有关”，小明同学设计了如图所示的装置，并进行了如下实验。

①将弹簧放在水平面上，一端固定。

②在弹性限度内，用物块（物块与弹簧不连结）将弹簧压缩，测量并记录弹簧的形变量△ $L$

③由静止释放物块，测量并记录物块在水平面上滑行的距离 $S$。

④多次改变弹簧的形变量，重量步骤②③。

⑤分析实验数据得出结论。

请回答以下问题：

（1）本实验中，探究了弹簧弹性势能大小跟　　的关系。

（2）本实验中，弹簧弹性势能大小是通过　　来间接反映的。

（3）本实验中，从物块离开弹簧到静止，物块将　　能转化为　　能。

在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小丽用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法，分别做了甲、乙、丙三次实验，实验数据记录如表：

实验次数	钩码所受的重力 $G/N$	提升高度 $h/m$	拉力 $F/N$	绳端移动的距离 $s/m$	机械效率 $\eta$
1	2	0.05	1.0	0.15	$66.7\%$
2	4	0.05	1.7	0.15	$78.4\%$
3	6	0.05	①	0.15	②

（1）实验中要竖直向上　　拉动弹簧测力计，使钩码升高。

（2）表格中编号①处数据应为　　，编号②处数据应为　　。

（3）分析以上实验数据可以得出如下结论：同一滑轮组的机械效率主要与　　有关。

（4）若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率　　（选填“变大”“变小”或“不变” $)$

小希用如图1所示的实验装置探究影响物体动能大小的因素。

一些物体的动能
行走的牛	约 $60J$
跑百米的运动员	约 $3\times {10}^{2}J$
飞行的步枪子弹	约 $5\times {10}^{8}J$

（1）本实验运用了物理研究方法中的转换法：用　　来表示小球动能的大小。

（2）小希通过实验探究。发现质量和速度都是影响动能大小的因素，得出实验结论后，又提出了新的问题：物体的质量和速度对物体动能的影响一样大吗？小希查阅了相关资料，收集了一些物体的动能（如表所示），结合生活经验分析表中数据，你认为在“质量”和“速度”这两个因素中，对物体动能影响较大的是　　。

（3）如图2为某段道路的标志牌，请结合所学知识解释：

①对机动车限定最高行驶速度：　　。

②对不同车型限定不一样的最高行驶速度：　　。

（4）用如图1中的使用装置和器材探究阻力对物体运动的影响，必须增加的器材是　　（请从以下三个选项中选择）。

$A$．倾斜程度不同的斜面

$B$．粗糙程度不同的水平面

$C$．质量不同的钢球。

如图所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置示意图，让小球 $A$从斜面上某点滚下，撞击在水平面上的木块 $B$，木块 $B$移动一段距离。

（1）该实验中所探究物体的动能是指　       　（选填“小球 $A$”或“木块 $B$”）的动能。

（2）实验表明，让小球 $A$分别从斜槽不同高度由静止滚下，高度越大，速度越　       　，木块 $B$被撞得越远。可得结论：质量相同时，小球的速度越　        　，动能越大。

（3）若要研究物体动能与质量的关系，应让不同质量的小球 $A$从斜面　      　高度由静止滚下，观察比较木块 $B$被撞移动的距离。

探究与斜面相关的实验。

（1）如图甲所示，在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，将棉布铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车滑行的距离；去掉棉布，重复上述实验。小车在水平面上所受的阻力减小，小车向前滑行的距离　       　。在水平面上两次滑行的全过程，小车速度的减小量　        　。

伽利略对类似实验进行了分析，认识到：运动的物体受到的阻力越小，它运动的时间就越长，它的速度减小得就越　         　。他进一步推测：在理想情况下，如果水平表面绝对光滑，物体受到的阻力为零，这时物体将　         　。

（2）如图乙所示，在探究“物体的动能跟哪些因素有关”实验中，斜面上安装斜槽，水平面上的 $A$处放置一个小木块。让质量不同的钢球从斜槽上的同一高度滚下，发现质量较大的钢球将小木块推得较远，表明它对小木块做的功较　　     。由此可知：　       　相同的物体，质量越大，它的动能越大。

小军同学为了探究“使用动滑轮的省力情况及滑轮组的机械效率”，使用了如图所示的实验装置。实验前，小军用轻质弹簧测力计测得动滑轮的重力为 $1.0N$，每个钩码的重力为 $0.5N$，实验过程中，小军多次改变动滑轮所挂钩码的数量，分别记下了每次所挂钩码的重力及对应的轻质弹簧测力计示数（见下表）

序号	1	2	3	4	5	6	7	8
动滑轮重 $G_0/N$	1.0	1.0	1.3	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
所挂钩码的重力 $G/N$	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0
弹簧测力计示数 $F/N$	0.8	1.2	1.3	1.6	1.8	2.2	2.3	2.7

（1）分析实验数据可以得到：在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下，使用该滑轮组　   　（选填“省力”或“不省力” $)$

（2）在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数 $F$与被提升钩码重力 $G$以及动滑轮重力 $G_0$的关系为　　

（3）小军同学又研究了滑轮组水平拉动物体的情况，用另一组滑轮组将重为 $50N$的物块从位置 $A$匀速直线拉到位置 $B$，请在图中画出最省力的绕线方法：物块移动的距离为　　 $\mathit{cm}$；若此时绳自由端所用拉力为 $10N$，物块受到的摩擦力为 $18N$，该滑轮组的机械效率为　　。

如图所示，结合图中的实验情景，按要求回答下列问题：

（1）图甲：空易拉罐浸入水中越深，排开的水越多，手施加的压力越大，这表明：易拉罐所受浮力的大小与　         　有关。

（2）图乙：滚摆在上、下运动的过程中，其　       　能与　       　能相互转化。

（3）图丙：向一杯清水中滴入一滴蓝墨水，很快会把整杯清水染成蓝色，这一现象表明　        　。

（4）图丁：用此实验装置可研究电阻与导体　      　的关系。