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三、探究实践题(共5小题,共21分)
17.(2分)如图甲所示为艺术体操运动员进行球操表演的情景,健身球球皮质量分布均匀,抓球方式如图乙所示(不考虑球的形变)。请在图乙中画出健身球所受重力的示意图。
17.(2分)如图甲所示为艺术体操运动员进行球操表演的情景,健身球球皮质量分布均匀,抓球方式如图乙所示(不考虑球的形变)。请在图乙中画出健身球所受重力的示意图。
答案
17.【点拨】本题考查力的示意图,关键是根据抓球方式判断手对健身球的作用力的方向。
【解析】健身球受到竖直向下的重力,竖直向下作带箭头的有向线段,用G表示,如图所示:
解析
【分析】
要绘制健身球所受重力的示意图，需先明确重力的三要素：作用点、方向、符号。质量均匀的物体，重心在其几何中心（健身球的球心）；重力的方向总是竖直向下，与物体的抓握方式无关。解题时先确定重心，再沿竖直向下方向画带箭头的线段并标注符号即可。
【解析】
1. 确定作用点：健身球质量分布均匀，重心位于球心处；
2. 确定方向：重力方向为竖直向下，不受抓球方式影响；
3. 绘制示意图：从球心开始，沿竖直向下方向画一条带箭头的线段，在线段末端标注重力的符号G，即为所求的重力示意图。
【答案】
【知识点】
重力的方向、力的示意图、重心
【点评】
本题考查重力示意图的规范作图，核心是掌握重力的方向和重心的确定，属于初中物理基础作图题，难度较低。
【难度系数】
0.7
要绘制健身球所受重力的示意图，需先明确重力的三要素：作用点、方向、符号。质量均匀的物体，重心在其几何中心（健身球的球心）；重力的方向总是竖直向下，与物体的抓握方式无关。解题时先确定重心，再沿竖直向下方向画带箭头的线段并标注符号即可。
【解析】
1. 确定作用点：健身球质量分布均匀，重心位于球心处；
2. 确定方向：重力方向为竖直向下，不受抓球方式影响；
3. 绘制示意图：从球心开始，沿竖直向下方向画一条带箭头的线段，在线段末端标注重力的符号G，即为所求的重力示意图。
【答案】
【知识点】
重力的方向、力的示意图、重心
【点评】
本题考查重力示意图的规范作图，核心是掌握重力的方向和重心的确定，属于初中物理基础作图题，难度较低。
【难度系数】
0.7
18.(2分)如图所示,一木块静止在斜面上,请在图中画出木块受到的重力$G$和木块对斜面的压力$F_{\mathrm{压}}$的示意图。
答案
18.【点拨】本题考查物体的受力分析和力的示意图,注意压力的作用点在接触面上,且是物体间接触面的中点。
【解析】从木块的中心作带箭头的竖直向下的有向线段,用G表示;在斜面上选取木块与接触面的中点为压力的作用点,过压力作用点画一条垂直于斜面、带箭头的线段,用$F_{压}$表示,如图所示:
解析
【分析】
要完成重力和压力的示意图绘制，需先明确两个力的三要素：重力的作用点在木块的重心（几何中心），方向始终竖直向下；压力是木块对斜面的作用力，作用点在木块与斜面的接触面中点，方向垂直于斜面向下。作图时需准确标注作用点、方向和对应符号，避免混淆两个力的作用点。
【解析】
1. 绘制重力：重力的作用点在木块的重心，从重心位置沿竖直向下方向画带箭头的线段，末端标注符号$G$；
2. 绘制压力：压力的作用点在木块与斜面接触面的中点，从该点沿垂直斜面向下的方向画带箭头的线段，末端标注符号$F_{\mathrm{压}}$。
【答案】
18. 作图如下：
【知识点】
力的示意图；重力；压力
【点评】
本题考查重力与压力的示意图绘制，核心是区分两个力的作用点（重力在重心，压力在接触面），属于基础作图题，需注意方向的准确性，避免出错。
【难度系数】
0.7
要完成重力和压力的示意图绘制，需先明确两个力的三要素：重力的作用点在木块的重心（几何中心），方向始终竖直向下；压力是木块对斜面的作用力，作用点在木块与斜面的接触面中点，方向垂直于斜面向下。作图时需准确标注作用点、方向和对应符号，避免混淆两个力的作用点。
【解析】
1. 绘制重力：重力的作用点在木块的重心，从重心位置沿竖直向下方向画带箭头的线段，末端标注符号$G$；
2. 绘制压力：压力的作用点在木块与斜面接触面的中点，从该点沿垂直斜面向下的方向画带箭头的线段，末端标注符号$F_{\mathrm{压}}$。
【答案】
18. 作图如下：
【知识点】
力的示意图；重力；压力
【点评】
本题考查重力与压力的示意图绘制，核心是区分两个力的作用点（重力在重心，压力在接触面），属于基础作图题，需注意方向的准确性，避免出错。
【难度系数】
0.7
19.(5分)通过学习,小明发现可以用斜面完成很多探究实验,他选用一个斜面开始进行探究:
(1)如图甲、乙所示,将质量相同的小球从斜面不同高度由静止滚下,观察小球撞击同一位置的木块后木块移动的距离,得出结论:
(2)如图丙所示,使小车在同一斜面
(3)小明将图丙中的小车换成木块,如图丁所示,用弹簧测力计拉动木块在粗糙程度不同的毛巾、棉布、木板表面做匀速直线运动,发现弹簧测力计示数不同,说明滑动摩擦力跟
(1)如图甲、乙所示,将质量相同的小球从斜面不同高度由静止滚下,观察小球撞击同一位置的木块后木块移动的距离,得出结论:
质量
相同时,物体速度越大,动能越大;木块两次克服摩擦力做功不同
(选填“相同”或“不同”)。(2)如图丙所示,使小车在同一斜面
相同
(选填“相同”或“不同”)高度由静止自由滑下,发现小车在木板表面运动的距离最远,说明小车在该表面所受阻力最小;如果水平面绝对光滑,小车到达水平面后将会做匀速直线
运动。(3)小明将图丙中的小车换成木块,如图丁所示,用弹簧测力计拉动木块在粗糙程度不同的毛巾、棉布、木板表面做匀速直线运动,发现弹簧测力计示数不同,说明滑动摩擦力跟
接触面的粗糙程度
有关。答案
19.(1)质量 不同 (2)相同 匀速直线 (3)接触面的粗糙程度
【点拨】本题考查影响动能大小的因素、探究阻力对物体运动的影响、影响滑动摩擦力大小的因素等,控制变量法在所有实验中都有运用,除了要探究的因素,其他条件都需保持不变。
【解析】(1)如图甲、乙所示,将质量相同的小球从斜面不同高度静止滚下,高度越高,小球到达水平面时的速度越大,小球撞击木块后木块移动的距离就越远,动能就越大;甲、乙实验中,木块被撞击后最终静止,木块对水平面的压力不变、接触面的粗糙程度不变,则受到的滑动摩擦力大小不变,木块移动的距离不同,根据W=fs可知,两次克服摩擦力做功不同;
(2)让小车从斜面的相同高度由静止自由滑下,使小车到达水平面时的速度相同;实验中发现小车在木板表面运动的距离最远,说明小车在该表面所受阻力最小,如果水平面绝对光滑,根据牛顿第一定律可知,小车到达水平面后会做匀速直线运动;
(3)用弹簧测力计拉动木块在粗糙程度不同的水平面做匀速直线运动,小车对接触面的压力相同,由力的平衡条件可得,弹簧测力计示数等于木块受到滑动摩擦力的大小,弹簧测力计的示数不同,说明滑动摩擦力跟接触面的粗糙程度有关。
【点拨】本题考查影响动能大小的因素、探究阻力对物体运动的影响、影响滑动摩擦力大小的因素等,控制变量法在所有实验中都有运用,除了要探究的因素,其他条件都需保持不变。
【解析】(1)如图甲、乙所示,将质量相同的小球从斜面不同高度静止滚下,高度越高,小球到达水平面时的速度越大,小球撞击木块后木块移动的距离就越远,动能就越大;甲、乙实验中,木块被撞击后最终静止,木块对水平面的压力不变、接触面的粗糙程度不变,则受到的滑动摩擦力大小不变,木块移动的距离不同,根据W=fs可知,两次克服摩擦力做功不同;
(2)让小车从斜面的相同高度由静止自由滑下,使小车到达水平面时的速度相同;实验中发现小车在木板表面运动的距离最远,说明小车在该表面所受阻力最小,如果水平面绝对光滑,根据牛顿第一定律可知,小车到达水平面后会做匀速直线运动;
(3)用弹簧测力计拉动木块在粗糙程度不同的水平面做匀速直线运动,小车对接触面的压力相同,由力的平衡条件可得,弹簧测力计示数等于木块受到滑动摩擦力的大小,弹簧测力计的示数不同,说明滑动摩擦力跟接触面的粗糙程度有关。
解析
【分析】
本题涉及三个力学探究实验，均运用控制变量法。第(1)问，甲、乙两图中小球质量相同，从不同高度滚下导致到达水平面速度不同，通过木块移动距离判断动能大小，进而得出动能与速度的关系；木块克服摩擦力做功需结合W=fs分析，摩擦力不变但移动距离不同，故做功不同。第(2)问，探究阻力对运动的影响时，需控制小车到达水平面的速度相同，因此从同一高度滑下；水平面光滑时，小车不受阻力，将做匀速直线运动。第(3)问，丁图中压力相同，接触面粗糙程度不同，弹簧测力计示数反映滑动摩擦力大小，据此得出滑动摩擦力的影响因素。
【解析】
(1) 甲、乙实验中，小球质量相同，从斜面不同高度滚下，到达水平面时速度不同，撞击木块后木块移动距离越远，说明动能越大，因此结论为：质量相同时，物体速度越大，动能越大。木块被撞击后，对水平面的压力不变、接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力大小不变，但两次木块移动的距离不同，根据W=fs可知，两次克服摩擦力做功不同。
(2) 探究阻力对物体运动的影响时，需使小车到达水平面时的速度相同，因此应让小车在同一斜面相同高度由静止自由滑下。实验中，木板表面最光滑，小车运动距离最远，说明阻力最小；若水平面绝对光滑，小车不受阻力，根据牛顿第一定律，小车将做匀速直线运动。
(3) 丁图中，木块对接触面的压力相同，水平面的粗糙程度不同，拉动木块做匀速直线运动时，弹簧测力计示数等于滑动摩擦力大小，示数不同说明滑动摩擦力跟接触面的粗糙程度有关。
【答案】
(1)质量；不同 (2)相同；匀速直线 (3)接触面的粗糙程度
【知识点】
影响动能大小的因素；探究阻力对物体运动的影响；影响滑动摩擦力大小的因素
【点评】
本题综合考查三个力学基础探究实验，核心是控制变量法的应用，要求学生掌握各实验的变量控制、实验结论及原理，属于基础实验题，能有效检验学生对力学实验的理解。
【难度系数】
0.8
本题涉及三个力学探究实验，均运用控制变量法。第(1)问，甲、乙两图中小球质量相同，从不同高度滚下导致到达水平面速度不同，通过木块移动距离判断动能大小，进而得出动能与速度的关系；木块克服摩擦力做功需结合W=fs分析，摩擦力不变但移动距离不同，故做功不同。第(2)问，探究阻力对运动的影响时，需控制小车到达水平面的速度相同，因此从同一高度滑下；水平面光滑时，小车不受阻力，将做匀速直线运动。第(3)问，丁图中压力相同，接触面粗糙程度不同，弹簧测力计示数反映滑动摩擦力大小，据此得出滑动摩擦力的影响因素。
【解析】
(1) 甲、乙实验中，小球质量相同，从斜面不同高度滚下，到达水平面时速度不同，撞击木块后木块移动距离越远，说明动能越大，因此结论为：质量相同时，物体速度越大，动能越大。木块被撞击后，对水平面的压力不变、接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力大小不变，但两次木块移动的距离不同，根据W=fs可知，两次克服摩擦力做功不同。
(2) 探究阻力对物体运动的影响时，需使小车到达水平面时的速度相同，因此应让小车在同一斜面相同高度由静止自由滑下。实验中，木板表面最光滑，小车运动距离最远，说明阻力最小；若水平面绝对光滑，小车不受阻力，根据牛顿第一定律，小车将做匀速直线运动。
(3) 丁图中，木块对接触面的压力相同，水平面的粗糙程度不同，拉动木块做匀速直线运动时，弹簧测力计示数等于滑动摩擦力大小，示数不同说明滑动摩擦力跟接触面的粗糙程度有关。
【答案】
(1)质量；不同 (2)相同；匀速直线 (3)接触面的粗糙程度
【知识点】
影响动能大小的因素；探究阻力对物体运动的影响；影响滑动摩擦力大小的因素
【点评】
本题综合考查三个力学基础探究实验，核心是控制变量法的应用，要求学生掌握各实验的变量控制、实验结论及原理，属于基础实验题，能有效检验学生对力学实验的理解。
【难度系数】
0.8
20.(5分)小红“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验时,提出如下几种猜想:
①浮力大小可能与物体的重力有关;②浮力大小可能与物体浸入液体体积有关;③浮力大小可能与物
体浸入液体深度有关;④浮力大小可能与液体密度有关。
(1)他在弹簧测力计下端挂一铁块,依次把铁块缓缓浸入水中不同位置,如图甲所示。由实验现象及数据可知:猜想
(2)图乙A、B、C、D中能正确表示铁块所受浮力与浸入液体深度关系的是
(3)小红将重3 N的石块挂在弹簧测力计下端,先后浸没在水和盐水中,石块静止时弹簧测力计的示数如图丙所示,是为了验证浮力大小与
①浮力大小可能与物体的重力有关;②浮力大小可能与物体浸入液体体积有关;③浮力大小可能与物
体浸入液体深度有关;④浮力大小可能与液体密度有关。
(1)他在弹簧测力计下端挂一铁块,依次把铁块缓缓浸入水中不同位置,如图甲所示。由实验现象及数据可知:猜想
②
是正确的,猜想①③
是错误的。(2)图乙A、B、C、D中能正确表示铁块所受浮力与浸入液体深度关系的是
D
。(3)小红将重3 N的石块挂在弹簧测力计下端,先后浸没在水和盐水中,石块静止时弹簧测力计的示数如图丙所示,是为了验证浮力大小与
液体密度
的关系。由测得数据可得盐水密度为$1.2×10^3$
$\mathrm{kg/m}^3$。(已知水的密度为$1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$)答案
20.(1)② ①③ (2)D (3)液体密度 $1.2×10^3$
【点拨】本题考查探究影响浮力大小的因素,关键在控制变量法的运用和阿基米德原理,根据不同的实验步骤改变的条件和对应的现象分析浮力大小的影响因素。
【解析】(1)依次把铁块缓缓浸入水中不同位置,由图可知,浸入液体的体积(排开液体的体积)越大,拉力越小,浮力就越大,当物体浸没时,排开液体的体积不变,拉力不变,浮力不变,说明影响浮力大小因素与物体浸入液体的体积有关,与浸入液体的深度无关,故猜想②正确,猜想③错误;重力不变,实验1~3浮力随排开液体体积的增大而变大,故猜想①错误;
(2)铁块未浸入液体中时浮力为0,铁块刚浸入液体中时,浸入的深度逐渐增大,排开液体的体积逐渐增大,浮力增大,当浸没时,排开液体的体积不变,浮力不变,所以只有D选项能正确表示铁块所受浮力大小与浸入液体深度关系;
(3)丙图中浸入液体的体积相同,但是液体密度不同,拉力大小不同,则浮力大小不同,说明浮力大小与液体密度有关,液体密度越大,所受浮力越大;石块在水中所受浮力为:$F_{浮1}=G-F_{1}=3\ \mathrm{N}-2\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$,则石块的体积为:$V=\frac{F_{浮1}}{\rho_{水}g}=\frac{1\ \mathrm{N}}{1×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\ \mathrm{m^3}$,石块在盐水中所受浮力为:$F_{浮2}=G-F_{2}=3\ \mathrm{N}-1.8\ \mathrm{N}=1.2\ \mathrm{N}$,则盐水的密度为:$\rho_{盐水}=\frac{F_{浮2}}{gV}=\frac{1.2\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}×1×10^{-4}\ \mathrm{m^3}}=1.2×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$。
【点拨】本题考查探究影响浮力大小的因素,关键在控制变量法的运用和阿基米德原理,根据不同的实验步骤改变的条件和对应的现象分析浮力大小的影响因素。
【解析】(1)依次把铁块缓缓浸入水中不同位置,由图可知,浸入液体的体积(排开液体的体积)越大,拉力越小,浮力就越大,当物体浸没时,排开液体的体积不变,拉力不变,浮力不变,说明影响浮力大小因素与物体浸入液体的体积有关,与浸入液体的深度无关,故猜想②正确,猜想③错误;重力不变,实验1~3浮力随排开液体体积的增大而变大,故猜想①错误;
(2)铁块未浸入液体中时浮力为0,铁块刚浸入液体中时,浸入的深度逐渐增大,排开液体的体积逐渐增大,浮力增大,当浸没时,排开液体的体积不变,浮力不变,所以只有D选项能正确表示铁块所受浮力大小与浸入液体深度关系;
(3)丙图中浸入液体的体积相同,但是液体密度不同,拉力大小不同,则浮力大小不同,说明浮力大小与液体密度有关,液体密度越大,所受浮力越大;石块在水中所受浮力为:$F_{浮1}=G-F_{1}=3\ \mathrm{N}-2\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$,则石块的体积为:$V=\frac{F_{浮1}}{\rho_{水}g}=\frac{1\ \mathrm{N}}{1×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\ \mathrm{m^3}$,石块在盐水中所受浮力为:$F_{浮2}=G-F_{2}=3\ \mathrm{N}-1.8\ \mathrm{N}=1.2\ \mathrm{N}$,则盐水的密度为:$\rho_{盐水}=\frac{F_{浮2}}{gV}=\frac{1.2\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}×1×10^{-4}\ \mathrm{m^3}}=1.2×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$。
解析
【分析】本题围绕“探究浮力大小的影响因素”展开，核心运用控制变量法分析实验现象，结合阿基米德原理进行计算。第(1)问通过甲图中铁块浸入水中的不同状态，对比排开液体体积、浸入深度、物体重力变化时的浮力变化，判断猜想的正误；第(2)问需明确浮力随浸入深度的变化规律，对应图像；第(3)问通过丙图中同一物体浸没在不同液体的实验，验证浮力与液体密度的关系，再利用阿基米德原理计算盐水密度。
【解析】
(1) 分析甲图：铁块重力不变，1→2过程中，排开液体体积增大，弹簧测力计示数减小，浮力增大；2→3过程中，浸入深度增加，但排开液体体积不变，弹簧测力计示数不变，浮力不变；4中完全浸没，与3的浮力相同。因此，浮力与物体浸入液体体积有关（猜想②正确），与浸入深度无关（猜想③错误），与物体重力无关（猜想①错误）。
(2) 铁块未浸入液体时，浮力为0；逐渐浸入液体时，排开体积增大，浮力随浸入深度增加而增大；完全浸没后，排开体积不变，浮力不再变化。对应图像应为先上升后水平，故选D。
(3) 丙图中，石块重力G=3N，分别浸没在水和盐水中，排开液体体积相同，液体密度不同，弹簧测力计示数不同，浮力不同，因此验证浮力与液体密度的关系。
计算：石块在水中的浮力$F_{浮水}=G-F_{水}=3\ \mathrm{N}-2\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$，由阿基米德原理得石块体积$V=\frac{F_{浮水}}{\rho_{水}g}=\frac{1\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\ \mathrm{m^3}$；
石块在盐水中的浮力$F_{浮盐}=G-F_{盐}=3\ \mathrm{N}-1.8\ \mathrm{N}=1.2\ \mathrm{N}$，盐水密度$\rho_{盐水}=\frac{F_{浮盐}}{gV}=\frac{1.2\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}×1×10^{-4}\ \mathrm{m^3}}=1.2×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$。
【答案】(1)②；①③ (2)D (3)液体密度；$1.2×10^3$
【知识点】探究浮力大小的影响因素、阿基米德原理、控制变量法
【点评】本题为浮力实验探究题，重点考查控制变量法的应用、浮力变化规律的分析及阿基米德原理的计算，是初中浮力部分的常规题型，需学生准确分析实验变量与现象的对应关系，难度适中。
【难度系数】0.6
【解析】
(1) 分析甲图：铁块重力不变，1→2过程中，排开液体体积增大，弹簧测力计示数减小，浮力增大；2→3过程中，浸入深度增加，但排开液体体积不变，弹簧测力计示数不变，浮力不变；4中完全浸没，与3的浮力相同。因此，浮力与物体浸入液体体积有关（猜想②正确），与浸入深度无关（猜想③错误），与物体重力无关（猜想①错误）。
(2) 铁块未浸入液体时，浮力为0；逐渐浸入液体时，排开体积增大，浮力随浸入深度增加而增大；完全浸没后，排开体积不变，浮力不再变化。对应图像应为先上升后水平，故选D。
(3) 丙图中，石块重力G=3N，分别浸没在水和盐水中，排开液体体积相同，液体密度不同，弹簧测力计示数不同，浮力不同，因此验证浮力与液体密度的关系。
计算：石块在水中的浮力$F_{浮水}=G-F_{水}=3\ \mathrm{N}-2\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$，由阿基米德原理得石块体积$V=\frac{F_{浮水}}{\rho_{水}g}=\frac{1\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\ \mathrm{m^3}$；
石块在盐水中的浮力$F_{浮盐}=G-F_{盐}=3\ \mathrm{N}-1.8\ \mathrm{N}=1.2\ \mathrm{N}$，盐水密度$\rho_{盐水}=\frac{F_{浮盐}}{gV}=\frac{1.2\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}×1×10^{-4}\ \mathrm{m^3}}=1.2×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$。
【答案】(1)②；①③ (2)D (3)液体密度；$1.2×10^3$
【知识点】探究浮力大小的影响因素、阿基米德原理、控制变量法
【点评】本题为浮力实验探究题，重点考查控制变量法的应用、浮力变化规律的分析及阿基米德原理的计算，是初中浮力部分的常规题型，需学生准确分析实验变量与现象的对应关系，难度适中。
【难度系数】0.6
