21.（6分）在探究阻力对物体运动的影响的实验中，实验装置如图所示。
（1）实验过程中，应将毛巾、棉布铺在（选填“水平木板”“斜面”或“水平木板和斜面”）上。
（2）实验中通过观察来反映阻力对物体运动的影响。
（3）实验中，让同一小车从同一斜面的滑下，其目的是使小车到达水平面时的相同。
（4）让小车分别在毛巾、棉布、木板表面运动，最终小车静止时的位置如图所示，可观察到小车在木板表面滑行的距离最远，由此可得出：小车受到的阻力越，速度减小越慢。进一步推理可得：如果小车运动时受到的阻力为零，速度就不会减小，小车将保持状态。

21. (1)水平木板 (2)小车在水平面上滑行的距离 (3)同一高度 速度 (4)小 匀速直线运动
【点拨】本题考查运动与力的关系,注意实验中采用了科学推理法和控制变量法,要掌握探究方法的过程。
【解析】(1)要探究运动与力的关系,实验时,应将毛巾和棉布铺在水平木板上;
(2)由于小车下滑到水平面的速度相同,当小车通过的距离越长时,说明阻力对运动的影响越小,故在本实验中“小车在水平面上滑行的距离”反映的是阻力对小车运动的影响情况,采用了转换法;
(3)小车在同一斜面上从同一高度滑下的过程中,受到的阻力相同,运动距离相同,则小车到达水平面时速度相同;
(4)在水平面上,小车初速度相等,实验中我们会观察到:在不同材料的表面上,小车滑行的距离是不同的,在表面光滑的木板上滑行的距离最长,在最粗糙的毛巾上滑行的距离最短,可见小车在毛巾上运动受到的摩擦力最大,在木板上运动受到的摩擦力最小,以上现象表明:小车受到的阻力越小,速度减小得越慢,运动的距离越远;进一步推理可得:如果小车运动时受到的阻力为零,速度就不会减小,小车将保持匀速直线运动状态。

【分析】
本题是探究阻力对物体运动影响的实验题，需结合实验原理、控制变量法和转换法分析各问题：（1）实验要改变水平面阻力，需将毛巾、棉布铺在水平木板上，避免影响小车下滑的初速度；（2）通过小车滑行距离间接反映阻力对运动的影响，用了转换法；（3）控制小车到达水平面的初速度，需让小车从斜面同一高度滑下；（4）根据实验现象和推理得出阻力与速度变化的关系及理想状态的运动形式。
【解析】
（1）实验目的是探究阻力对物体运动的影响，需改变水平面的粗糙程度来改变阻力，因此毛巾、棉布应铺在水平木板上，若铺在斜面会改变小车下滑时的阻力，导致到达水平面的初速度不同，无法控制变量，故填水平木板；
（2）阻力对小车运动的影响无法直接观察，通过小车在水平面上滑行的距离来间接体现，滑行距离越远，说明阻力对运动的影响越小，采用转换法，故填小车在水平面上滑行的距离；
（3）根据控制变量法，要使小车到达水平面时的速度相同，需让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，这样小车下滑时重力势能转化的动能一致，到达水平面的速度相同，故依次填同一高度、速度；
（4）实验中木板表面最光滑，小车滑行距离最远，说明小车受到的阻力越小，速度减小越慢；进一步推理，若阻力为零，小车速度不会减小，将保持匀速直线运动状态，故依次填小、匀速直线运动。
【答案】(1)水平木板 (2)小车在水平面上滑行的距离 (3)同一高度 速度 (4)小 匀速直线运动
【知识点】阻力对物体运动的影响、控制变量法、转换法
【点评】本题是力学经典实验题，考查探究阻力对物体运动影响的实验设计、操作及结论，需掌握控制变量法、转换法和科学推理法的应用，是基础且重要的实验考点。
【难度系数】0.7

22. (5分)在探究二力平衡的条件实验中,把小车放在水平桌面上,向挂在小车两端相同的托盘里加砝码,实验装置如图所示。
(1)为了减小摩擦力对实验的影响,应选择质量较(选填“大”或“小”)的砝码进行实验。
(2)两个托盘里的砝码质量相等,把小车扭转一个角度后释放,观察到小车的运动状态(选填“会”或“不会”)改变,说明相互平衡的两个力作用在。
(3)当左边和右边托盘里砝码的质量分别为200 g和300 g,不计摩擦力,此时小车受到的合力为N,合力的方向为。

22. (1)大 (2)会 同一直线上 (3)1 水平向右
【点拨】本题考查二力平衡条件的探究实验,掌握二力平衡条件是解答本题的关键。
【解析】(1)小车运动过程中会受到摩擦力,若实验中砝码质量越大,即拉力与摩擦力差值越大,实验中能减小摩擦力对实验的影响;
(2)将小车扭转一个角度,两个力就不在一条直线上了,松手后,小车将扭转回来,所以不能保持平衡状态,说明二力平衡需要两个力在同一直线上;
(3)当左边和右边托盘里砝码的质量分别为200 g和300 g,小车受到向左的拉力 $F_1=G_1=m_1g=0.2\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=2\ \mathrm{N}$, 小车受到向右的拉力 $F_2=G_2=m_2g=0.3\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=3\ \mathrm{N}$, 小车受到合力 $F=F_2-F_1=3\ \mathrm{N}-2\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$, 方向水平向右。

【分析】
本题是探究二力平衡条件的实验题，需结合实验设计原理、二力平衡规律及合力计算方法逐步分析：第(1)问，减小摩擦力影响需让拉力远大于摩擦力，砝码质量越大，托盘对小车的拉力越大，摩擦力的影响相对越小，据此选择砝码；第(2)问，扭转小车后两个拉力不在同一直线，二力不平衡，小车运动状态会改变，由此得出平衡条件；第(3)问，先计算两个拉力大小，再根据同一直线反方向力的合力规则计算合力及方向。
【解析】
(1) 实验中，小车会受到桌面的摩擦力作用，若选用质量较大的砝码，托盘对小车的拉力会更大，拉力与摩擦力的差值更大，能减小摩擦力对实验结果的影响，故应选质量较大的砝码。
(2) 将小车扭转一个角度后，两个拉力不再作用在同一直线上，此时二力无法平衡，释放后小车会转动，运动状态发生改变，说明相互平衡的两个力必须作用在同一直线上。
(3) 计算两个拉力：左边拉力$F_1=G_1=m_1g=0.2\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=2\ \mathrm{N}$，方向水平向左；右边拉力$F_2=G_2=m_2g=0.3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3\ \mathrm{N}$，方向水平向右；同一直线上方向相反的两个力的合力大小等于两力之差，即$F=F_2-F_1=3\ \mathrm{N}-2\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$，合力方向与较大的力（$F_2$）方向一致，即水平向右。
【答案】(1)大 (2)会 同一直线上 (3)1 水平向右
【知识点】二力平衡条件、合力计算
【点评】本题围绕二力平衡的探究实验展开，既考查了实验设计的逻辑，又考查了二力平衡条件的理解及同一直线二力的合力计算，是初中力学的基础题型，注重对实验过程和知识点的应用。
【难度系数】0.6

23. (6分)在探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验中,实验装置如图所示。
(1)用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿水平长木板做

匀速直线

运动,此时,弹簧测力计的拉力大小就等于木块受到的滑动摩擦力大小。
(2)比较图1甲和乙实验,可得出滑动摩擦力的大小与

压力

有关。
(3)实验时如果增大拉动木块的速度,木块所受的滑动摩擦力将

不变

(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)某同学对实验装置进行了改进,如图2所示,他

不需要

(选填“需要”或“不需要”)匀速拉动长木板。实验中当$F=15\ \mathrm{N}$时,弹簧测力计示数为5 N,长木板刚好向左做匀速直线运动,则此时地面受到长木板的摩擦力大小为

10

N,方向水平向

左

(选填“左”或“右”)。

23. (1)匀速直线 (2)压力 (3)不变 (4)不需要 10 左
【点拨】本题考查探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关,注意实验原理及控制变量法的运用以及实验改进方法,属于基础实验题。
【解析】(1)用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿水平长木板做匀速直线运动,木块处于平衡状态,利用二力平衡的知识可知,弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力大小相等;
(2)比较图1甲、乙两次实验可知,在接触面粗糙程度相同的情况下,压力越大,滑动摩擦力越大,得出滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关;
(3)影响滑动摩擦力的因素是压力和接触面的粗糙程度,实验时如果增大拉动木块的速度,由于压力大小和接触面的粗糙程度都不变,所以木块所受的滑动摩擦力不变;
(4)木块相对地面静止,弹簧测力计对木块的拉力水平向右,那么木块受到的摩擦力水平向左;改进实验后,实验具有的优点是:拉动长木板时不必保持匀速运动,更易于操作以及读出准确的数值;当 $F=15\ \mathrm{N}$ 时,弹簧测力计示数为 5 N,则木块受到的滑动摩擦力为 5 N,由于力的作用是相互的,则木块对木板的摩擦力也为 5 N,对木板受力分析可知,木板受到地面的摩擦力为 $15\ \mathrm{N}-5\ \mathrm{N}=10\ \mathrm{N}$, 方向水平向右, 由力的相互性可知, 地面受到长木板的摩擦力大小为 10 N,方向水平向左。

【分析】
本题围绕探究滑动摩擦力的实验展开，解题思路如下：①利用二力平衡原理，当物体做匀速直线运动时，拉力与滑动摩擦力大小相等，解决第(1)问；②运用控制变量法，对比甲、乙实验的变量，推导滑动摩擦力与压力的关系，解决第(2)问；③明确滑动摩擦力的影响因素仅为压力和接触面粗糙程度，与运动速度无关，解决第(3)问；④分析改进装置的受力情况，结合力的平衡与相互性，解决第(4)问。
【解析】
(1) 用弹簧测力计水平拉动木块，使木块沿水平长木板做匀速直线运动时，木块处于平衡状态，根据二力平衡条件，弹簧测力计的拉力与木块受到的滑动摩擦力大小相等，故此处填匀速直线；
(2) 图1甲、乙两次实验中，接触面粗糙程度相同，压力大小不同，弹簧测力计示数不同，说明滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关，故此处填压力；
(3) 滑动摩擦力的大小只与压力大小和接触面的粗糙程度有关，与物体运动速度无关，因此增大拉动木块的速度时，木块所受滑动摩擦力不变，故此处填不变；
(4) 改进装置中，木块相对地面静止，无论长木板是否匀速运动，木块均处于平衡状态，弹簧测力计示数等于滑动摩擦力，因此不需要匀速拉动长木板；对长木板受力分析：长木板向左匀速运动，受到向左的拉力F=15N，以及向右的两个力（木块对长木板的滑动摩擦力，大小等于弹簧测力计示数5N；地面对长木板的摩擦力），根据力的平衡，向左的力等于向右的力之和，即15N = 5N + f地，解得地面对长木板的摩擦力为10N，方向向右；根据力的相互性，地面受到长木板的摩擦力大小为10N，方向水平向左，故依次填不需要、10、左。
【答案】
(1)匀速直线 (2)压力 (3)不变 (4)不需要 10 左
【知识点】
滑动摩擦力、二力平衡、控制变量法
【点评】
本题是初中物理基础实验题，考查探究滑动摩擦力影响因素的实验原理、控制变量法的应用，以及改进装置的受力分析，注重对实验核心知识的掌握与灵活运用，难度适中。
【难度系数】
0.7