1、力学“设计”与“探究”型实验专题突破（二）考点 分析纵观近 20 年来，全国各地的中考试题中力学“设计”与“探究”型实验，是学生和老师最头疼的题型之一；大体有两种考查方法，一：“设计型”：主要考查点是对力学中某些重要的“概念”如：物体的“ 质量”、“体积”，及物体的“ 密度”进行测量与探究；或者对某些物理规律进行验证或提出某种猜想，通过实验进行验证。二：“探究 ”型实验题，此类题型通常是给出某个实验的主要的实验操作步骤，要求补充没有完成的实验步骤，并指出实验中的错误，或导致的偏差。主要是对一些测量物体“密度”的方法进行探究。考点 突破此类题型，主要是对物体（包括固体、液体）的“密度”或一些重要
2、的物体知识或规律，如影响“滑动摩擦力”的因素，影响“ 动能大小 ”的因素， “杠杆平衡条件”的实验，影响“浮力的因素”等相关力学实验，进行猜想并进行探究或验证。通常在题目中给出了某些实验步骤，要求按照题意，补全实验所缺少的步骤，并完成相应问题的探究。解答此类实验题，必须弄清此实验的目的，或要探究的内容，并且要按编者的意图，补充所需要的实验步骤，而不能“另辟蹊径”与原题的设计思略“背道而驰”。学，科网考点 典例例 1：（2018 河北中考试题）探究杠杆的平衡条件（1)杠杆两端的螺母作用是_（2)小明用如图 15 所示装置 ,进行实验并收集了下表中的数据,分析数据可知,杠杆的平衡条件是_（3)小明
3、又用如图 16 所示装置进行实验 ,请在图中画出拉力 F 的力臂,弹簧测力计的读数应是_N。(一个钩码重 0.5N) 实验次数 动力/N 动力臂/m 阻力/N 阻力臂/m1 0.5 0.2 1.0 0.12 1.0 0.15 1.5 0.13 3.0 0.1 2.0 0.15(4)如图 17 所示,小红实验时在一平衡杠杆的两端放上不同数量的相同硬币 ,杠杆仍在水平位置平衡。她用刻度尺测出 L1 和 L2,则 2L1_3L2选填”“hB.(1)实验中，探究的动能是指 （填选项字母）A：小球在斜面上时的动能 B：小球撞击木块时的动能 C：小球撞击木块后的动能 D：木块的动能（2）使质量相同的小球从
4、斜面上不同的高度处自由滚下，是为了研究动能大小与 的关系。（3）小华同学通过比较图 8 中乙、丙两图，得出“质量大的物体动能大”，小丽认为小华这一比较过程存在错误，你知道是什么吗？ 。学科-网（4）在做了探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验后，有些同学对“质量不同的小球从同一光滑斜面，同一高度由静止开始沿斜面滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑，小华设计了如图 9 所示的实验：让质量不同的小球 A、C 同时从一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若 C球相对于 A 球 就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。【拓展】完成实验后，同学们还联想到以前探究牛顿第一定律时，
5、也用到了斜面：让小车从同一斜面同一高度下滑，在不同的表面看滑行距离的远近（如下表） ，最终停下来后，小车在三个表面克服摩擦力做功 （选填“相等”或“ 不相等”）理由是 表面 毛巾 棉布 木板摩擦力 最大 较大 最小小车运动距离 最近 较远 最远【答案】 （1）B （2）速度 （3）没有控制速度相同 （4 ）保持相对静止 （5）相等，最初小车的重力势能相等，刚下滑到水平面时动能相同，在不同的材料表面上运动时，最终停下来后，动能全部转化为内能在三个表面克服摩擦力做功相同。【解析】（1）根据题意可知，实验中探究小球动能，即小球撞击木块时的动能的大小；（2）小球速度的大小是通过改变小球在斜面上的高度实
6、现的，小球动能的大小是通过物体被推动移动的距例 6：在测量动滑轮机械效率的实验中，小明用如图所示的动滑轮提升钩码，改变钩码的数量，正确操作所得实验数据如下：（1）实验时，用手 匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮上的钩码缓缓上升。（2）第次实验测得的动滑轮的机械效率为 %（计算结果的位数与表中机械效率位数一致） 。 （3）由表中数据分析可知，同一动滑轮的机械效率由 决定的。（4）不计绳重及摩擦阻力，则该动滑轮的自重为 N 。实验序号钩码重G/N钩码上升高度 h/cm拉力F/N绳端移动的距离s/cm机械效率 1.0 20.0 0.7 40.0 71.4% 2.0 20.0 1.2 40.0 3.0
7、20.0 1.7 40.0 88.2%【答案】 （1）竖直向上；（2）83.3；（3）物重；（4）0.4。【分析】 （1）在实验中，为了正确测出拉力的大小，应拉动弹簧测力计匀速上升；（2）根据表中实验数据，应用效率公式求出动滑轮的效率；（3）根据表格中的数据分析；（4）利用 F= （G+G 动 ）的变形式计算动滑轮重力。【点评】此题是测量滑轮组的机械效率，首先要熟练掌握机械效率的公式，会利用公式进行计算。例 7： (2016 北京市海淀区中考一模试题）小莉利用轻质杠杆、刻度尺、金属块甲、小石块乙、圆柱形塑料容器、细线和适量的水，测量未知液体的密度，实验装置如图所示。以下是小莉设计的实验步骤，请
8、你按照她的实验思路，将实验步骤补充完整。（1）将金属块甲和小石块乙用细绳分别悬挂在杠杆的 A 和 D 端，用细线做好的绳套系住杠杆某处后，移动绳套到 O 点时，杠杆恰好在水平位置平衡。（2）将小石块乙完全浸没在水中，且不与塑料容器相接触，金属块甲移至 B 点，杠杆再次在水平位置平衡，用刻度尺测出 AB 间的距离为 L1.（3）将小石块乙完全浸没在待测液体中，且不与塑料容器相接触，金属块甲移至 C 点，杠杆再次在水平位置平衡 。（4）用水的密度 水 及测量出的物理量写出待测液体的密度 液 的表达式 液 = 。【答案】（3）用刻度尺测出 AC 间的距离为 L2 （4）L 2 水 /L1【解析】 将
9、小石块乙完全浸没在水中，且不与塑料容器相接触，金属块甲移至 B 点，杠杆在水平位置平衡，用刻度尺测出 AB 间的距离为 L1，根据杠杆平衡条件可知：G 甲 （L OAL 1）= （G 石 水 gV）L OD;同理，小石块乙完全浸没在待测液体中，且不与塑料容器相接触，金属块甲移至 C 点，杠杆再次在水平位置平衡，用刻度尺测出 AC 间的距离为 L2，则有 G 甲 （L OAL 2）=（G 石 液 gV）L OD；初始平衡时，G 甲 LOA=G 石LOD，联立上面的式子可得： 液 =L2 水 /L1.学科=网例 8：（2016 河北中考）探究水对容器底的压强。将一由 A 和 B 构成、两端开口的玻
10、璃制品的底部 扎上薄橡皮膜，做成容器。A、B 的横截面积分别为 SA 和 SB，且 SA=2SB=40cm2。(容器壁的厚度忽略不计， 水=1.0103 kgm 3，g 取 l 0 N kg).实验过程如下：将容器固定在放有电子秤的铁架台上，使橡皮膜刚好与电子秤完全接触，且电子秤的示数为零，如图 13 所示。往容器内分三次缓慢倒入适量的水，将收集的数据填入下表中.继续往容器内缓慢倒入 60 g 水后，水进入了容器 B 部分，且在 B 内的高度为 1 cm。然后容容器内再分三次缓慢倒入适量的水，再将收集的数据填入下表中。来.计算水对容器底的压强同答下列问题：(1) 将表格中的空白处补充完整。(2
11、)分析表中数据可知：水对容器底的压强与水的深度_。若在一底面积为 40 cm2 的圆柱形容器中装入 300g 水，水对容器底的压强为_Pa，与表格中第 5 组数据对比可知水对容器底的压强与受到的重力大小(选填“有关”或“无关 ”)。(3) 容器 A 部分的高度为_cm。【拓展】完成实验后，小明将一小合金块浸没在容器中，B 内水面上升了 1 cm，电子秤的读数增加了 80 g，则合金块的密度为_g/cm 3. 【答案】（1）520， （2）成正比，750，无关， （3）5 拓展 3.【解析】（3）：由第三次实验数据可知，当加入的水为 220g 时，水进入了容器 B 部分，且在 B 内的高度为 1
12、 cm，则进入 B 容器的水的质量为 mB= 水 V 水 = 水 SBhB 代入题中数据可得 mB=20g，则在 A 容器中的水的质量为 mA=220g 20g=200g ，且 A 容器中已满；又根据 V=m/ 可知：在 A 容器中水的体积为 200cm3，因为h=V/S 所以 A 容器高度 hA=VA/SA=200cm3/40cm2=5cm。【拓展】完成实验后，小明将一小合金块浸没在容器中，B 内水面上升了 1 cm，电子秤的读数增加了80 g，因为注入水后 B 内水面上升了 1 cm，且合金的密度大于水，所以 B 沉于容器 A 底部，则电子秤增加的压力 0.8N，即有水对容器 A 底部增加
13、的压力，又有金属块沉于 A 容器底固体对容器底增加的压力所以 0.8N=P 水 SA+（G 合 F 浮 ）= 水 ghBSA+（ 合金 gSBhB+ 水 gSBhB）代入上述各个量的已知数据可得 合金 =3g/cm3.（其中 SBhB 为合金块的体积）例 9：（2018宁波）据报道，高空坠物伤人事件时有发生。某专业研究小组对物体从高空落到地面的破坏力进行如下实验研究 实验器材：1cm 厚的石膏板若干、质量为 50g 的鸡蛋数枚实验过程：无风环境下，将鸡蛋从楼上静止释放，砸中铺在草坪上的石膏板，记录实验现象实验序号 楼层 实验现象1 5 鸡蛋破碎，石膏板凹陷且出现一圈圈螺旋状的裂纹2 15 鸡蛋
14、破碎，石膏板被砸中的地方出现小坑且破裂3 25 鸡蛋破碎，发出巨响，石膏板被击穿（1）实验中，鸡蛋从高空坠落的破坏力可以通过 反映出来。（2）根据实验现象，可以得出：同一物体从高空落到地面的破坏力与 有关。（3）实验后，小科对“高空落下的雨滴不会对人造成伤害”感到好奇。他通过查阅资料知道：雨滴从高空落下的过程中，受到的空气阻力与雨滴速度的平方成正比，达到最大速度后，雨滴匀速落向地面。雨滴下落过程中机械能 （填“增大”、 “不变”或”减小”） 。对于下落的雨滴不伤人的现象，小科将进一步探究。【答案】（1）石膏板的形变程度；（2）下落高度；（3）减小。【点睛】本题考查了学生根据题中信息分析解答能力
15、，掌握控制变量法是解题的关键。 （1）鸡蛋从高空坠落的破坏力可以通过石膏板形变程度反映出来，这种方法是转换法；（2）根据表格数据和控制变量法得出结论；（3）克服摩擦力做功，机械能转化为内能，机械能减小。例 10：（2015 河北中考试题）小明利用弹簧测力计测量石块的密度， （ 水 =1.0g/m3,g=10N/kg）(1)用细线将石块挂在弹簧测力计上，弹簧测力计的示数如右图 15 所示，则石块的重 G= N。 （2）将石块浸没在水中，弹簧力计的示数如图 16 所示石块受到的浮力为 F 浮 = N。 （3）石块的体积 V= cm3.(4)石块的密度 石 = g/cm3【拓展】完成上述实验后，小明
16、又将挂在弹簧测力计下的石块浸没在不同液体中，收集了下表中的数据。弹簧测力计的示数 N 3.2 2.6 1.9 1.2液体的密度 g/cm3 0.8 1.1 1.8（1）将表格补充完整。 （2）分析上表小明得出此装置可用做“密度计”，此“密度计”的分度值是。【答案】 （1）4.8 （2）2 （3）200 （4）2.4 【拓展】 （1）1.45， （2）0.05g/cm 3.【解析】【拓展】(1)当弹簧测力计的示数为 1.9N 时，石块受到的浮力 F 浮 2=4.8N1.9N=2.9N.则液体的密度 液 =F 浮 2/gV 石=1.45103kg/m3（2）由题图可知：弹簧测力计的分度值为 0.1
17、N，弹簧测力计上从 2.6N 到 3.2N 共 6 个小格，则此密度计的分度值为 1.1g/cm30.8g/cm 3/6=0.05g/cm3.例 11：（2017 苏州中考）在“测量物质的密度”实验中:（1）用调节好的天平测金属块质量，天平平衡时砝码及游码在标尺上的位置如图甲所示，金属块质量 m为 g;（2）用细线系住金属块放入装有 20ml 水的量筒中，水面如图乙所示，则金属块体积 V 为 cm3.(3)计算出金属块的密度 = g/cm3.(4)实验中所用细线会对测量结果造成一定误差，导致所测密度值 （选填“偏大” 或“偏小”）（5）在上面实验基础上，利用弹簧测力计和此金属块，只需要增加一个
18、操作步骤就能测出图丙烧杯中盐水的密度，增加的步骤是： 。盐水的密度表达式为 盐水 = （选用所测物理量符号表示）【答案】 （1）27（2）10 （3）2.7（4）偏小 （5）将金属块挂在弹簧测力计下方浸没在盐水中，读出测力计示数 F。 (mgF)/mg【解析】例 12：（2017 张家口二模拟）小明找到甲、乙两个圆柱体，利用如图 15 所示装置研究圆柱体浸入水中的过程中，水对水槽底部的压强 P 的变化情况（水槽底部有压强传感器直接测量水对水槽底部的压强）水槽的底面积为 1.5dm3,且 甲 水 =1.0g/cm3 乙 ，V 甲 =4V 乙 /5=1.2dm3. 学科；网实验一：将甲用细线系好逐
19、步浸入水中。实验二：先将乙放入水槽中，然后向乙圆柱体逐个放上与圆柱体底面积相同的圆板（圆板的厚度与材质相同） ，乙逐步浸入水槽中，记录每一次圆柱体底部到水面的距离，以及水槽底部所受到的水的压强。实验数据如下表所示：实验一 实验序号 h/cm P/Pa 实验二 实验序号 h/cm P/Pa1 0 7000 6 0 70002 10 7100 7 30 74003 20 7200 8 37.5 75004 40 7400 9 45 7600圆柱体甲5 50 7400圆柱体乙10 52.5 7700(1)由两组实验数据中 P 与 h 的关系，可得出初步结论：同一圆柱体在逐渐浸入水中的过程中， P 的
20、变化量与 h 的变化量成 （选填“正比”或“ 反比”） 。（2）圆柱体的高度为 cm。（3）由实验序号 6、7、8、9、10 几组数据，可知圆柱体乙的质量为 kg，圆柱体乙的质量与所加的圆板的质量之比为 。【拓展】计算圆柱体乙的密度为 kg/cm3,在圆柱体乙上面至少放 块圆板，才能使圆柱体乙完全浸入水中。【答案】（1）正比 （2）40 (3) 0.6kg，4:1 【拓展】0.410 3kg/m3，6.【解析】【拓展】圆柱体乙的密度 乙 =0.6kg/1.510-3m3=.0.4103kg/m3； 当圆柱体乙全部浸入水中时 F 浮乙 =G 乙 +G金属板 ，则 水 gV 水 =（0.6+m 金
21、属板总 ）g，代入题中数据可得 m 板总 =0.9kg，又因为一块金属板的质量 m 板 =m乙 /4=0.15kg 所以金属哀板应放 6 块才能使圆柱体乙全部浸入水中。例 13：（2018 重庆中考 B 卷） 小丽同学在“ 测量鸡蛋的密度”实验中，进行了以下操作：（1）将天平放在 桌面上，在天平托盘中分别放入不吸水的纸，把游码移到零刻度线处，指针静止后的情形如图（甲）所示。要使横梁平衡，应将横梁上的平横螺母向 （选填”左”或”右”）调，直至天平平衡。接着将鸡放在天平的左盘，在右盘加减砝码、移动游码直到天平重新复平衡，所加砝码的质量和游码的位置如图（乙）所示，则被测鸡蛋的质量为 g。（2）因可供
22、选择的量筒口径较小，鸡蛋无法放入，小丽自制了一个溢水杯，采用如图（丙）所示的方法测量鸡蛋的体积，其具体做法是：先在溢水杯中加水，直到水面恰好与溢水口相平，把量筒放在水溢水口下方，将鸡蛋慢慢放入水杯中，鸡蛋最终沉入水底，量筒收集完从溢水杯溢出的水后，示数如图（丙）所示。他所使用量筒的分度值为 cm 3，在读取量筒中水的体积时，视线与液面 （选填”相平”或“不相平”） ，鸡蛋的体积为 cm 3。（3）被测鸡蛋的密度为 g/cm 3。（4）若小丽用上述方法先测出鸡量的体积 V，再取出溢水杯中的鸡蛋，放在天平的左盘，称出它的质量为 m，然后利用 = 计算出鸡蛋的密度。用种方法测得鸡蛋的密度与真实值相比
23、会 。 （选填“偏大”“偏小”或”一样 “） 。【答案】 （1）水平；右；42；（2）2；相平；40；（3）1.05；（4）偏大。【分析】 （1）将天平放在水平台面上，把游码移到标尺的零刻线处。当指针恰好指在分度盘的中央或左右摆动幅度相同时，表示横梁平衡；指针向左偏，平衡螺母向右调；指针向右偏，平衡螺母向左调；观察标尺上的分度值，物体的质量=砝码的质量+游码的读数；（2）用量筒量取液体时，量筒要放平，读数时视线应与凹液面的最低处相平；因为鸡蛋沉底，所以鸡蛋的体积等于鸡蛋排水水的体积；学科；网（3）利用密度公式可求得鸡蛋的密度；（2）如图丙所示的量筒分度值为 2cm3，量筒读数，视线应该与量筒内
24、凹液面的底部相平，由图丙所示量筒可知，鸡蛋排开水的体积 V 排 =40cm3，因为鸡蛋沉底，所以鸡蛋的体积 V=V 排 =40cm3，（3）鸡蛋的密度 = = =1.05g/cm3，（4）若先测出鸡量的体积 V，再用天平测其质量，这样鸡蛋上会沾有水，使得鸡蛋质量的测量值偏大，由密度公式 = 可知，密度的测量值偏大。【点评】此题主要考查的是学生对天平和量筒的读数、密度计算公式、误差分析和实验步骤的设计等知识的理解和掌握，难易程度适中。例 14:（2017 南充中考）如图所示是小南 “探究滑动摩擦力与什么因素有关”的实验过程：（1）该探究要用弹簧测力计拉着木块在水平方向做匀速直线运动，根据 原理，
25、可知此时摩擦力与拉力大小相等。（2）小南分析甲、乙，发现 F1h1) 通过分析表格中的数据，可以得出结论：浮力的大小_(选填“大于” 、 “小于”或“等于”)物体对液体压力的大小 (3)小红在野外考察拾到一块漂亮的小石块，她想知道石块的密度，但只带了一架托盘天平、一个烧杯、适量的水和细线，忘记带量筒。她灵机一动，利用以上探究得到的结论，设计实验测出了石块的密度，以下是她设计的部分实验步骤，请你将实验步骤补充完整。用调节好的天平称出小石块的质量 m1；在烧杯中注入适量的水，用天平称出烧杯和水的总质量 m2；_，在天平右盘添加适量的砝码，移动游码，天平平衡后，砝码与游码的总示数为 m3；(4)已知
26、水的密度为 水 ，则小石块密度的表达式为： 石 _12：（2017 河北中考试题）小明在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验中，提出了以下猜想：猜想一：滑动摩擦力的大小与物体的运动速度有关；学科；网猜想二：滑动摩擦力的大小与你接触面所受的压力大小有关；猜想三：滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。小明通过如图 15 所示的实验验证猜想。验证猜想二和猜想三的实验数据如下表。次数 1 2 3 4 5接触面 木板 木板 木板 棉布 毛巾压力/N 1.0 1.5 2.0 1.0 1.0弹簧测力计示数/N 0.4 0.4 0.8 0.5 0.6回答下列问题：（1）实验中，小明用弹簧测力计水平拉
27、着木块在水平方向做匀速直线运动，其目的是使滑动摩擦力的大小_（选填“大于” 、“ 小于 ”或“等于”）弹簧测力计的示数。（2）为验证猜想一，小明用弹簧测力计水平拉着木块沿水平方向以不同的速度在木板上做匀速直线运动时，弹簧测力计示数相同。说明滑动摩擦力的大小与速度_。（3）分析_次实验可验证猜想二，在接触面不变的条件下，滑动摩擦力大小与接触面所受的压力大小_。（4）分析 1、4、5 次实验，小明得出：在压力相同的条件下，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。老师提出小明的实验设计应加以改进，应控制在_相同的条件下粗糙程度不同。【拓展】小明完成实验后，将长木板一端支起，用弹簧测力计沿平行斜面方向向上拉着木
28、块做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 0.92N。则木块对木板的压力为_N 。已知木板长 0.5m，支起的高度为0.3m，木块重 1N。13：（山东济南章丘 20162017 学年下学期期末试题）小敏同学利用如图装置探究“液体内部压强的特点”（乙和丙容器中装的是同种液体） 。实验中，首先必须检查压强计能否正常使用，若用手指不论轻压还是重压探头的橡皮膜时，发 现 U 形 管两 边 液 柱 的 高 度 差 变 化 都 很 小 ， 则 说 明 该 压 强 计 的 气 密 性 （ 选填“好”或“差”） ； 调节好压强计后，U 形管两边液面相平。小敏把探头分别浸入到图甲、乙图中的两种液体（分别是水或者酒
29、精）中，发现图甲中 U 形管两边液柱的高度差比图乙的小，由此可以得出结论液体内部的压强跟液体的密度有关，他的结论是 的（ 选填“正确”或“错误 ”） ；_ （如果他的结论正确，此空填写“甲”中溶液是水还是酒精；如果他的结论错误，请填写错误原因） 接着他改变图乙中探头的深度，其探究情况如图丙所示。比较图 ，得出探头浸入液体中的深度越深，U 形管两边液柱的高度差就越大，表示液体在此处的压强就越大。小敏还发现在同种液体中，探头所处深度相同时，只改变探头的方向，U 形管两边液柱的高度差不变，表明 。14：（2016 沈阳中考）进行“浮力大小跟排开液体所受重力的关系”的实验中，小明和小红分别用不同的器材和方案进行研究：