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三、实验探究题
10. 小明为探究“阻力对物体运动的影响”，设计了如图9所示的斜面实验，让同一小车滑到接触面分别为毛巾、棉布和木板的水平面上，观察小车在水平面上运动的距离。
（1）先后三次将小车放在斜面上同一高度，这样操作的目的是：
（2）分析图中运动情况可知：小车在毛巾表面上滑行的距离最短，说明小车受到的阻力最大，速度减小得
（3）伽利略对类似的实验进行了分析，并进一步推测：如果水平面光滑，小车在运动时不受阻力，则小车将在水平面上
（4）完成上述实验后，小明又取来一个木块放在水平木板表面上的A点位置，让小车从
10. 小明为探究“阻力对物体运动的影响”，设计了如图9所示的斜面实验，让同一小车滑到接触面分别为毛巾、棉布和木板的水平面上，观察小车在水平面上运动的距离。
（1）先后三次将小车放在斜面上同一高度，这样操作的目的是：
使小车到达水平面时的速度相同
，实验中的“阻力”主要是指小车受到的摩擦力
。（2）分析图中运动情况可知：小车在毛巾表面上滑行的距离最短，说明小车受到的阻力最大，速度减小得
快
（选填“快”或“慢”）。（3）伽利略对类似的实验进行了分析，并进一步推测：如果水平面光滑，小车在运动时不受阻力，则小车将在水平面上
一直做匀速直线运动
，这说明物体的运动不需要
（选填“需要”或“不需要”）力来维持。（4）完成上述实验后，小明又取来一个木块放在水平木板表面上的A点位置，让小车从
斜面顶端
由静止滑下，木块被撞击到B点位置；将木块重新放在A点位置，在小车上放置钩码（未画出），让小车从斜面顶端由静止滑下，木块被撞击到C点位置，则实验表明动能的大小与质量有关
。答案
10.（1）使小车到达水平面时的速度相同 摩擦力 （2）快 （3）一直做匀速直线运动 不需要 （4）斜面顶端 动能的大小与质量有关
解析
【分析】
本题围绕“阻力对物体运动的影响”和“动能的影响因素”两个实验展开，解题需运用控制变量法分析实验设计与结论。第（1）问，同一高度释放小车是为了控制初速度相同，实验阻力主要是接触面的摩擦力；第（2）问，毛巾表面最粗糙，阻力最大，小车速度减小更快；第（3）问，通过实验推理，不受阻力时小车将匀速直线运动，说明运动不需要力维持；第（4）问，探究动能与质量的关系需控制速度相同，因此小车从同一斜面顶端滑下，通过撞击木块的距离得出动能与质量的关系。
【解析】
（1）将小车放在斜面上同一高度由静止滑下，小车到达水平面时的速度相同，这是控制变量法的要求；实验中，水平面对小车的阻力主要是接触面的摩擦力。
（2）毛巾表面最粗糙，小车受到的阻力最大，因此速度减小得最快，滑行距离最短。
（3）若水平面光滑，小车不受阻力，运动状态不会改变，将一直做匀速直线运动，说明物体的运动不需要力来维持。
（4）探究动能与质量的关系时，需控制小车到达水平面的速度相同，因此让小车从斜面顶端由静止滑下；放置钩码后，小车质量变大，撞击木块的距离更远，说明动能的大小与质量有关。
【答案】
10.（1）使小车到达水平面时的速度相同 摩擦力 （2）快 （3）一直做匀速直线运动 不需要 （4）斜面顶端 动能的大小与质量有关
【知识点】
阻力对物体运动的影响、动能的影响因素、控制变量法
【点评】
本题是力学基础实验的典型题，重点考查控制变量法的应用，要求学生理解实验设计原理与推理过程，是初中物理的核心考点之一。
【难度系数】
0.7
本题围绕“阻力对物体运动的影响”和“动能的影响因素”两个实验展开，解题需运用控制变量法分析实验设计与结论。第（1）问，同一高度释放小车是为了控制初速度相同，实验阻力主要是接触面的摩擦力；第（2）问，毛巾表面最粗糙，阻力最大，小车速度减小更快；第（3）问，通过实验推理，不受阻力时小车将匀速直线运动，说明运动不需要力维持；第（4）问，探究动能与质量的关系需控制速度相同，因此小车从同一斜面顶端滑下，通过撞击木块的距离得出动能与质量的关系。
【解析】
（1）将小车放在斜面上同一高度由静止滑下，小车到达水平面时的速度相同，这是控制变量法的要求；实验中，水平面对小车的阻力主要是接触面的摩擦力。
（2）毛巾表面最粗糙，小车受到的阻力最大，因此速度减小得最快，滑行距离最短。
（3）若水平面光滑，小车不受阻力，运动状态不会改变，将一直做匀速直线运动，说明物体的运动不需要力来维持。
（4）探究动能与质量的关系时，需控制小车到达水平面的速度相同，因此让小车从斜面顶端由静止滑下；放置钩码后，小车质量变大，撞击木块的距离更远，说明动能的大小与质量有关。
【答案】
10.（1）使小车到达水平面时的速度相同 摩擦力 （2）快 （3）一直做匀速直线运动 不需要 （4）斜面顶端 动能的大小与质量有关
【知识点】
阻力对物体运动的影响、动能的影响因素、控制变量法
【点评】
本题是力学基础实验的典型题，重点考查控制变量法的应用，要求学生理解实验设计原理与推理过程，是初中物理的核心考点之一。
【难度系数】
0.7
11. 如图10所示,利用滑轮把重为300 N的物体从斜面底端沿斜面往上匀速拉动10 m,物体升高了6 m,所用时间为10 s,该装置的机械效率为75%,绳子自由端拉力为F,其方向始终与斜面平行。求在此过程中:
(1) 拉力做的有用功;
(2) 拉力的大小;
(3) 拉力的功率。
(1) 拉力做的有用功;
(2) 拉力的大小;
(3) 拉力的功率。
答案
11.（1）1 800 J （2）120 N （3）240 W
解析
【分析】
要解决这道题，需分步骤理清：①有用功是克服物体重力做的功，直接用公式$W_{有}=Gh$计算；②该装置的滑轮为动滑轮，拉力移动的距离是物体移动距离的2倍，结合机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$求出总功，再通过$W_{总}=Fs$计算拉力$F$；③拉力的功率用总功除以时间，或拉力乘以拉力的速度计算。
【解析】
(1) 拉力做的有用功是克服物体重力所做的功，根据公式：
$W_{有}=Gh=300\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1800\ \mathrm{J}$；
(2) 由机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$，可得总功：
$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}=\frac{1800\ \mathrm{J}}{75\%}=2400\ \mathrm{J}$；
该滑轮为动滑轮，物体沿斜面移动距离$s_{物}=10\ \mathrm{m}$，所以拉力移动的距离：
$s=2s_{物}=2×10\ \mathrm{m}=20\ \mathrm{m}$；
根据$W_{总}=Fs$，可得拉力：
$F=\frac{W_{总}}{s}=\frac{2400\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{m}}=120\ \mathrm{N}$；
(3) 拉力的功率公式为$P=\frac{W_{总}}{t}$，代入数据：
$P=\frac{2400\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}}=240\ \mathrm{W}$；
【答案】
(1) $1800\ \mathrm{J}$；(2) $120\ \mathrm{N}$；(3) $240\ \mathrm{W}$
【知识点】
有用功计算、机械效率、功率计算、动滑轮特点
【点评】
本题结合斜面与动滑轮的力学综合题，需明确有用功与总功的区别，掌握动滑轮的距离关系，熟练运用相关公式，考查学生的公式应用和综合分析能力，属于中等难度的力学计算题。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分步骤理清：①有用功是克服物体重力做的功，直接用公式$W_{有}=Gh$计算；②该装置的滑轮为动滑轮，拉力移动的距离是物体移动距离的2倍，结合机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$求出总功，再通过$W_{总}=Fs$计算拉力$F$；③拉力的功率用总功除以时间，或拉力乘以拉力的速度计算。
【解析】
(1) 拉力做的有用功是克服物体重力所做的功，根据公式：
$W_{有}=Gh=300\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1800\ \mathrm{J}$；
(2) 由机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$，可得总功：
$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}=\frac{1800\ \mathrm{J}}{75\%}=2400\ \mathrm{J}$；
该滑轮为动滑轮，物体沿斜面移动距离$s_{物}=10\ \mathrm{m}$，所以拉力移动的距离：
$s=2s_{物}=2×10\ \mathrm{m}=20\ \mathrm{m}$；
根据$W_{总}=Fs$，可得拉力：
$F=\frac{W_{总}}{s}=\frac{2400\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{m}}=120\ \mathrm{N}$；
(3) 拉力的功率公式为$P=\frac{W_{总}}{t}$，代入数据：
$P=\frac{2400\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}}=240\ \mathrm{W}$；
【答案】
(1) $1800\ \mathrm{J}$；(2) $120\ \mathrm{N}$；(3) $240\ \mathrm{W}$
【知识点】
有用功计算、机械效率、功率计算、动滑轮特点
【点评】
本题结合斜面与动滑轮的力学综合题，需明确有用功与总功的区别，掌握动滑轮的距离关系，熟练运用相关公式，考查学生的公式应用和综合分析能力，属于中等难度的力学计算题。
【难度系数】
0.6
