专题五　实验探究题（一）（力学实验）

【实验1】测量固体的密度

1. 小明用托盘天平和量筒测某金属块的密度：

第1题图

(1)该实验的原理为________(用物理量公式表示)．

(2)测量金属块质量前，将天平游码归零，发现指针在分度盘上的位置如图甲所示，此时应将平衡螺母向________(选填“左”或“右”)调.

(3)用天平测量金属块的质量，把金属块放在天平的左盘，天平平衡时，放在右盘中的砝码和游码在标尺上的位置如图乙所示，可知金属块的质量是________ g.

(4)将金属块用细线系住并放入盛有40 mL水的量筒中，液面上升后如图丙所示，则金属块的体积是________cm³，金属块的密度是________g/cm³.

(5)若在此实验中先测体积，再测质量，测得金属块的密度值与真实值相比______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．

【举一反三】

【变式】整理实验器材时发现，其中有50 g的砝码有磨损，则测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“仍然准确”).

(6)小明利用弹簧测力计尝试用另一种方法测量该金属块的密度，如图丁所示，请将小明的实验步骤补充完整：

A：用弹簧测力计测出金属块的重力为G；

B：________________________________________，读出弹簧测力计的示数F；

C：金属块的密度表达式为ρ_金＝________(用G、F、ρ_水表示)．

2. (2019广东省卷)学校创新实验小组欲测量某矿石的密度，而该矿石形状不规则，无法放入量筒，故选用水、烧杯、天平(带砝码和镊子)、细线、铁架台等器材进行实验，主要过程如下：

第2题图

(1)将天平放置在水平桌面上，把游码拨至标尺的________处，并调节平衡螺母，使天平平衡．

(2)将装有适量水的烧杯放入天平的左盘，先估计烧杯和水的质量，然后用______往天平的右盘________(选填“从小到大”或“从大到小”)试加砝码，并移动游码，直至天平平衡，这时右盘中的砝码和游码所在的位置如图甲所示，则烧杯和水的总质量为________g.

(3)如图乙所示，用细线系住矿石，悬挂在铁架台上，让矿石浸没在水中，细线和矿石都没有与烧杯接触，天平重新平衡时，右盘中砝码的总质量及游码指示的质量值总和为144 g，则矿石的体积为________m³.(ρ_水＝ 1.0×10³ kg/m³)

(4)如图丙所示，矿石下沉到烧杯底部，天平再次平衡时，右盘中砝码的总质量及游码指示的质量值总和为174 g，则矿石的密度为________kg/m³.

【举一反三】

【变式】实验小组又设计出一种不用量筒的测量方案，先用天平测出矿石的质量为m；但在用量筒测量体积时不小心将量筒打碎了，于是小华找来了一个溢水杯和一个小烧杯，按照以下步骤继续进行测量.

①用天平测出小烧杯的质量 m₁；

②在溢水杯中装满水，将矿石块放入溢水杯中，使溢出的水流入小烧杯中，然后用天平测出水和小烧杯的总质量 m₂；

③则矿石的密度ρ＝________________(用测量量表示，水的密度已知为ρ_水).

3. 某实验小组想测出一金属螺母的密度，发现桌面上只有一架托盘天平(但没有砝码)，两个相同的烧杯，一个量筒，细绳和水．该组同学经讨论，设计如下步骤进行测量.

第3题图

(1)将天平放置于水平台面上，游码归“0”后，发现指针左偏，如图甲所示，则应把平衡螺母向________移动，直到天平平衡.

(2)如图乙所示，将两个相同的空烧杯放在天平上，调平，先把金属螺母轻轻放置于左边烧杯中，再向右边烧杯慢慢加水，直到天平再次平衡；此时金属螺母与烧杯中水的______(选填“质量”或“体积”)相等.

(3)先把图乙中右烧杯的水全部倒入量筒，如图丙所示，水的体积是________cm³，再按图丁所示，用细绳绑住金属螺母并放入量筒内，记下量筒中水和金属螺母的总体积，则金属螺母的体积为________cm³.则金属螺母的密度为________kg/m³.

(4)实验小组用如图戊的方法也测出了螺母的密度：

第3题图戊

①细线两端各系一个完全相同的空塑料瓶，细线的右端再系上螺母，向左瓶中逐渐加水至V₁时装置恰好平衡.

②接着用排水法测螺母的体积V₂.

③螺母的密度是________(用测量量表示，水的密度已知为ρ_水)．

【举一反三】

【变式】该小组另一同学不用天平但增加一个能放入量筒的小玻璃杯，也测量出该螺母的密度．实验步骤设计如下：

变式题图

①如图a所示，把小玻璃杯轻轻放入装有水的量筒中使之漂浮在水面上，待水面静止后，水面对应的刻度线为V₁.

②如图b所示，把螺母放入小玻璃杯中漂浮，待水面静止后，水面对应的刻度值为V₂.

③如图c所示，取出螺母，用一根细线(不吸水)将螺母绑好慢慢放入量筒使其沉底，待水面静止后，水面对应的刻度值为V₃，则螺母的体积为________，螺母的密度为________．(用V₁、V₂、V₃和ρ_水表示)

【实验2】测量液体的密度

4. (2019凉山州)在做测量液体密度的实验中，小明想知道食用油的密度，于是他用天平和量筒做了如图所示的实验．

第4题图

(1)将托盘天平放在水平桌面上，把游码移到标尺左端的“零”刻度线处．发现指针静止时，位置如图甲所示，则应将平衡螺母向________(选填“左”或“右”)调节使横梁平衡．

(2)天平调节平衡后，测出空烧杯的质量为28 g，在烧杯中倒入适量的食用油，测出烧杯和食用油的总质量如图乙所示，将烧杯中的食用油全部倒入量筒中，食用油的体积如图丙所示，则烧杯中食用油的质量为________g，食用油的密度为________kg/m³.

(3)小明用这种方法测出的食用油密度与真实值相比________(选填“偏大”或“偏小”)．

(4)小华认为不用量筒也能测量出食用油的密度，他进行了如下实验操作：

①调好天平，用天平测出空烧杯质量为m₀；

②在烧杯中装满水，用天平测出烧杯和水的总质量为m₁；

③把烧杯中的水倒尽，再装满食用油，用天平测出烧杯和食用油的总质量为m₂.则食用油的密度表达式ρ＝________(已知水的密度为ρ_水)．

【举一反三】

【变式】小明回到家看到妈妈正在炒菜，于是想测量家中的食用油的密度，他找来了家中的电子秤和干净的铁块，用如下的方法也测出了食用油的密度.

①用电子秤测出铁块的质量m₁；

②在烧杯中倒入适量的食用油，用电子秤测出食用油和烧杯的总质量m₂；

③用细线拴住铁块使其浸没在食用油中，铁块不接触烧杯，没有食用油从烧杯中溢出，再次测量，如图所示，电子秤的示数为m₃，

④则食用油的密度为______________. (已知铁的密度为ρ_铁，且大于食用油的密度)

变式题图

 

5. 小华学完密度的知识后，想知道所喝饮料的密度，于是进行了如下实验：

第5题图

(1)小华利用天平(含砝码)、量筒、烧杯测量饮料的密度过程如下：

先将天平放在水平桌面上，游码拨到______处，在调节天平平衡时出现了如图甲所示的现象，他需向______调节平衡螺母，使天平平衡．接着进行了以下操作：

①用天平测出空烧杯的质量，该操作情景如图乙所示，请指出其中的错误是哪些：__________________、__________________，纠正错误后，天平平衡时，烧杯的质量如图丙所示：

②往烧杯中倒入适量饮料，用天平测出烧杯和饮料的总质量为78.2 g；

③将烧杯中的饮料全部倒入量筒中，测出饮料的体积如图丁所示，为________cm³；经过计算可知，该饮料的密度ρ_液＝________g/cm³；

④实验过程中，小华发现烧杯内壁沾有少量液体，这会导致测量出的密度值比真实值偏________．经过仔细分析，只是改变了操作顺序就解决了这一问题，他将操作顺序调整为________.

(2)一旁的小刚想，小华是分别测出饮料质量和体积，然后利用密度计算公式算出饮料的密度，测量饮料的密度，有没有其它思路呢？经过认真思考，小刚设计了如下操作步骤：

①将一铁块用细线拴住挂在弹簧测力计下，测出其所受重力为G；

②将该铁块挂在弹簧测力计下浸没在水中，但不要接触容器底和侧壁，读出弹簧测力计的示数为F₁；

③将该铁块挂在弹簧测力计下浸没在饮料中，但不要接触容器底和侧壁，读出弹簧测力计的示数为F₂；

则饮料的密度ρ_饮＝__________(请用字母表示，且水的密度为ρ_水)．

【举一反三】

【变式】小亮也想进行测量，但是小华测量结束后不小心将天平损坏了，于是小亮找来了一个试管和记号笔，利用原来的量筒和水测出了饮料的密度，实验步骤如下：

①在量筒内倒入适量的水，将试管放入量筒的水中竖直漂浮，读出量筒内水面所对的刻度V₁；

②在试管内倒入适量的水，先在试管的水面处做好标记，然后将试管放入量筒内水中竖直漂浮，读出量筒内水面所对的刻度V₂；

③将试管内的水倒净，再向试管中倒入饮料至标记处，然后再将试管放入量筒内水中竖直漂浮，读出量筒内水面所对的刻度V₃；

④则饮料的体积为________，饮料的密度表达式为 ________(用已知量和测量量表示，水的密度用ρ_水表示).

6. 科技小组在实验室测量酸奶的密度．小明准备了量筒和天平.

第6题图

(1)他将托盘天平放在水平桌面上，把游码移到标尺左端的“0”刻度线处，观察指针的指示情况如图甲所示，小明未调零就测量牛奶的质量，则测量值会偏______(选填“大”或“小”)；

(2)天平横梁调平衡后，在称物体的质量时，他在天平右盘中加、减砝码后，指针的指示情况如图乙所示，这时他应进行的操作是____________________.

(3)他先用天平测出空烧杯的质量为30 g，接着他将酸奶倒入烧杯，用天平测量烧杯和液体的总质量，天平平衡时的情景如图丙所示，则烧杯和酸奶的总质量m₁＝________ g．然后他打算将烧杯中的酸奶倒入量筒中，由于酸奶容易粘在筒壁上，会造成密度测量值误差太大；于是他找到了5 mL针筒(如图丁所示)，用针筒抽取5 mL酸奶，测量烧杯和剩余酸奶的总质量m₂＝57.6 g；则酸奶的密度为________kg/m³.同组的小红观察发现，用针筒测量酸奶体积，还有一个优点是：____________________________.

(4)同组的小华同学在实验中发现了一个“问题”，他发现5 mL针筒的刻度线前的尖端还是有一点小“空隙”，这会导致测得的酸奶密度比实际值________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)；于是，小华和小明重新设计实验方案：将此时抽满酸奶的针筒中的一部分酸奶返回烧杯，测量烧杯和剩余酸奶的总质量m₃，记下此时剩下酸奶的体积为V，则酸奶密度表达式：__________________.

【实验3】浮力相关实验

7. (2019河北)小明用如图所示的装置探究“影响浮力大小的因素”．(已知ρ_水＝1.0×10³ kg/m³，取g＝10 N/kg)

丁

第7题图

(1)小明利用图甲所示的实验装置，将圆柱体合金块慢慢浸入水中时，根据测得的实验数据，作出了弹簧测力计示数F_示与合金块下表面所处深度h的关系图像(如图丁中①所示)．实验过程中合金块所受浮力的变化情况是____________．请在图丁中画出F_浮随h变化的关系图像．分析图像可知，浸在水中的物体所受浮力的大小跟它排开水的体积成________．

(2)将合金块分别浸没在水和某液体中(如图乙、丙所示)，比较图甲、乙、丙可知：______________________________________________________________．

(3)合金块的密度为ρ_合金＝________g/cm³.

(4)若用此合金块制成一空心合金球，当合金球恰好能悬浮于图丙所示液体中时，空心部分的体积是________cm³.

8. 某中学的物理实验小组利用课余时间进一步验证阿基米德原理．下面是验证实验的操作过程.

第8题图甲

(1)实验小组依次进行如图甲的实验操作，由图甲可知，铁块浸没在水中受到的浮力为________ N．排开水的重力为________ N．他们发现F_浮＞ G_排，造成这种情况可能原因是________.

A. 实验时，溢水杯中的水没有加满

B. 实验前，空桶中残留有少量水

(2)实验小组通过讨论对实验进行了改进，其实验装置如图乙，他们将装满水的圆柱形溢水杯放在升降台C上，用升降台来调节溢水杯的高度．当逐渐调高升降台，发现随着铁块浸入水中的体积增大，弹簧测力计A的示数减小量始终等于弹簧测力计B的示数增加量，这说明了______________________________________________________________________.

第8题图

(3)已知铁块重力为2 N，溢水杯重力为1 N，底面积为25 cm²，当溢水杯加满水时，水的深度为10 cm，将铁块浸没在溢水杯水中时，此时溢水杯对水平升降台面压强为________Pa.

(4)实验小组又将铁块换成图丙的蜡块继续探究．如图丁所示，发现随着溢水杯升高，弹簧测力计的示数变成零，最终蜡块漂浮在水面上，实验小组若要得到物体漂浮时阿基米德原理依然成立，将获得的实验结论是图丙中弹簧测力B的示数应该为________ N.

9. 小林学习了浮力的知识后，想要验证“浮力大小的有关因素”，设计了如下实验：

第9题图

(1)在一个盖有橡皮塞的小玻璃瓶下拴一块小石块，将它放在一圆桶内的水面上，静止时处于如图(a)所示的状态. 根据________知识可知，玻璃瓶和小石块的总重G与它们受到的浮力F_浮之间的关系是F_浮________G，在玻璃瓶上记下水面所在的位置M.

(2)用针筒往小玻璃瓶中注入一些水，再将它放入水中，它仍然浮在水面上，此时水面所在的位置在M点的________(选填“上”或“下”)方，玻璃瓶与小石块受到的浮力与原先相比________(选填“增大”或“减小”)了. 这说明了，其它条件不变时，物体排开液体的体积V_排________，物体受到的浮力越大.

(3)继续往玻璃瓶内注入适量的水，将它放在水中如图(b)所示的位置，它静止在图中的位置，然后将它移至图中更深的位置(石块未接触容器底)，发现它也会处于静止状态，这一过程是探究物体受到的浮力与________________的关系，接着，往圆筒内倒入些浓盐水，发现玻璃瓶与小石块在盐水中向上运动，最终露出液面后，静止在液面上，这个现象说明了，其它条件不变时，液体的__________，物体受到的浮力越大.

(4)再往玻璃瓶内注入水，将它放入盐水中，让它沉在盐水中，如图(c)所示. 现将圆筒向右倾斜些，则细线________(选填“仍会”或“不会“)处于竖直位置.

【实验4】探究影响滑动摩擦力大小的因素

10. (2019达州)小明按如下步骤完成探究“影响滑动摩擦力大小的因素”的实验．

a. 如甲图所示，将木块A平放在长木板B上，缓缓地匀速拉动木块A，保持弹簧测力计示数稳定，并记录了其示数．

b. 如图乙所示，将毛巾固定在长木板B上，木块A平放在毛巾上，缓缓地匀速拉动木块A，保持弹簧测力计示数稳定，并记录了其示数．

c. 如图丙所示，将木块A平放在长木板B上，并在木块A上放一钩码，缓缓地匀速拉动木块A，保持弹簧测力计示数稳定，并记录了其示数．

第10题图

(1)该实验主要采用的探究方法是____________．

(2)由________两图可知：当接触面粗糙程度一定时，接触面受到的压力越大，滑动摩擦力越大．

(3)由甲乙两图可知：当接触面受到的压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越______(选填“大”或“小”)．

【举一反三】

【变式一】小丽同学认为滑动摩擦力的大小可能跟接触面的面积有关，于是他在图甲的基础上，将木块沿竖直方向切成两部分并用其中一部分继续进行实验，测得的滑动摩擦力变小，由此验证自己的猜想正确. 你认为这种做法是________(选填“正确”或“错误”)的，理由是________________________________________________．

【变式二】小明猜想滑动摩擦力的大小是否与物体运动的速度有关呢？他用甲图装置进行实验：先水平拉动物块做匀速运动，紧接着增大拉力使物块加速滑动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5 N．小明得到了“在压力和接触面粗糙程度一定时，物体运动的速度越大，滑动摩擦力越大”的结论. 分析操作过程，你认为小明的结论正确吗？______，原因是___________________________________________________________．

(4)实验后小组交流讨论时发现：在实验中很难使木块做匀速直线运动．于是小丽设计了如图丁所示的实验装置，该装置的优点是________长木板做匀速直线运动(选填“需要”或“不需要”)．实验中小丽发现：当F为3 N时，木块A相对于地面静止且长木板B刚好做匀速直线运动，则长木板B受到地面的摩擦力大小为________N.

【实验5】探究杠杆的平衡条件

11. (2019百色改编)在探究“杠杆平衡的条件”实验中，所用的实验器材有：杠杆(每小格均等长)、铁架台、刻度尺、细线和若干个重为1 N的钩码．

(1)为了便于测量力臂要将如图甲所示杠杆调节在水平位置平衡，应将平衡螺母适当往________(选填“左”或“右”)调．

第11题图

(2)杠杆调节好后，进行了三次实验，实验情景如图乙、丙、丁所示，以两边钩码的重力分别为动力F₁和阻力F₂，对应的力臂为L₁和L₂，由此可得杠杆的平衡条件为：________________________．实验中进行多次实验的目的是________(选填“A”或“B”)．

A. 取平均值减少误差

B. 使实验结论具有普遍性

(3)将如图丁所示杠杆两边的钩码各撤掉1个，则杠杆________(选填“保持平衡”“左端下沉”或“右端下沉”)．

【举一反三】

【变式】如图丙所示，将右侧钩码向右移动两小格，将左边钩码向左移动两小格，杠杆________(选填“左端翘起”“右端翘起”或“水平平衡”).

(4)如图戊所示，用细绳竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，则拉力F为________N；保持杠杆平衡，将细绳转到虚线位置时，拉力F大小将______(选填“变大”“不变”或“变小”)．

第11题图戊

12. (2019江西改编)如图所示，是小鹰和小华同学用于探究杠杆平衡条件的实验装置．

(1)实验前，小鹰和小华同学发现实验装置如图甲所示，为了使杠杆在水平位置平衡，他们应将左端的螺母向左调或将右端的螺母向________调．

(2)实验中，两位同学在杠杆的左右两侧加挂钩码，如图乙所示，如果两人决定只改变左侧钩码的位置，则向________移动，才能使杠杆在水平位置重新平衡．

(3)改变钩码的个数及位置，并进行多次实验．实验后，两位同学将所得的数据分析处理，最终得到杠杆的平衡条件为______________．

(4)如图乙所示，若小华在P点改用弹簧测力计拉动杠杆，待杠杆水平平衡后，小华将弹簧测力计向左倾斜拉动，并保持杠杆在水平位置平衡，这样做的好处是________．(选项选择，填合适的选填符号)

第12题图

A. 便于直接读出拉力的大小

B. 便于提供不同方向的拉力

C. 便于正确认识力臂

D. 便于测量力臂的大小

【实验6】探究液体内部压强的规律

13. (2019湘潭)如图甲所示，用微小压强计探究液体内部压强的特点．(ρ_盐水>ρ_水)

                

甲                        乙

第13题图

(1)实验中，将液体内部的压强大小转换为用U形管两侧液面的________来表示．

(2)为了使实验现象更明显，U形管中的液体最好用________(选填“有色”或“无色”)的．

(3)将探头放在图乙所示液体内部的A、B位置，观察到U形管两侧液面的高度差h_B>h_A，经过多次实验观察到同样的现象，这说明同种液体内部的压强随________的增加而增大．

(4)将探头放在图乙所示液体内部等深的B、C位置，观察到U形管两侧液面的高度差h_C____h_B(选填“<”“＝”或“>”)，这是为了研究液体压强与液体________的关系．

(5)由以上实验可知图乙所示液体内部A、B、C、D四个位置压强最大的是________位置．

14. 为研究液体内部压强特点，如图甲所示，小华将透明塑料瓶底部剪去，蒙上橡皮膜并扎紧．

第14题图

(1)将瓶压入水中，橡皮膜向内凹，如乙图所示，说明水对橡皮膜有压强；将瓶向下压，橡皮膜内凹的程度变大，说明液体内部压强与液体的________有关；

(2)接着将某液体缓慢倒入瓶中，当内外液面相平时，橡皮膜仍向内凹，如丙图所示，说明倒入液体的密度________(选填“大于”“等于”或“小于”) 水的密度；

(3)将甲图中装置倒置，然后在瓶口紧密连接一根无色透明胶管，并灌注红墨水，如丁图所示．使胶管内液面高于橡皮膜，将塑料瓶蒙橡皮膜的一端朝各个方向放置，橡皮膜都向外凸，说明液体内部向各个方向都有________；

(4)使装置保持丁图所示位置不变，在橡皮膜上戳个洞，会有部分液体从洞口流出，最后稳定时，塑料瓶和胶管里的液面相平，此时塑料瓶与胶管构成一个________．

 

【参考答案】

1. (1)ρ＝　(2)左　(3)71.4　(4)20　3.57　(5)偏大

(6)将金属块挂在弹簧测力计下，使它浸没在水中并保持静止　 ρ_水

【重难设问举一反三】变式　偏大

2. (1)零刻度线　(2)镊子　 从大到小　124　(3)2×10^－5　(4)2.5×10³

【重难设问举一反三】变式　ρ_水

3. (1)右　 (2)质量　(3)60　 20　 3×10³　(4) ρ_水

【重难设问举一反三】变式　V₃－V₁　ρ_水

4. (1)左　(2)33.2　0.83×10³　(3)偏大　(4)ρ_水

【重难设问举一反三】变式　ρ_铁

5. (1)零刻度线　左　①砝码与物体放颠倒了　 用手拿取砝码　③40　1.1　④大　②③①　 (2)ρ_水

【重难设问举一反三】变式　V₂－V₁　ρ_水

6. (1)小　 (2)向右移动标尺上的游码　(3)63　 1.08×10³　针筒的分度值比量筒小，测量体积更精确　 (4)偏小　ρ_酸奶＝ 或ρ_酸奶＝.

7. (1)先增大后不变　如答图所示　正比　(2)物体排开液体的体积相同时，液体密度越大，浮力越大　(3)4　(4)400

第7题答图

8. (1)0.5　 0.4　 A　 (2)物体所受浮力的大小和排开液体的重力相等　(3)1 400

(4)0.8

9. (1)二力平衡　＝　 (2)上　 增大　 越大　 (3)物体浸没的深度　 密度越大　(4)仍会

10. (1)控制变量法　 (2)甲丙　 (3)大　(4)不需要　1.8

【重难设问举一反三】

变式一　错误　 没有控制压力大小不变(没有控制压力不变，应将截掉的部分叠放在物块上)

变式二　不正确　物块没有做匀速直线运动，弹簧测力计示数不等于滑动摩擦力的大小

11. (1)右　(2)F₁L₁＝F₂L₂　B　(3)左端下沉　(4)1　变大

【重难设问举一反三】变式　左端翘起

12. (1)左　(2)右　(3)动力×动力臂＝阻力×阻力臂　(4)ABC

13. (1)高度差　 (2)有色　(3)深度　 (4)>　 密度　 (5)D

14. (1)深度　(2)小于　(3)压强　(4)连通器