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28.（5分）星海物理兴趣小组在“探究影响物体重力大小的因素”的实验中，进行了如下实验探究，实验记录如表所示。
实测物体 | 物体质量$m/\mathrm{kg}$ | 重力$G/\mathrm{N}$ | $G$与$m$的比值$/(\mathrm{N/kg})$
--- | --- | --- | ---
物体1 | 0.1 | 0.98 | 9.8
物体2 | 0.2 | 1.96 | 9.8
物体3 | 0.3 | 2.94 | 9.8
(1)在探究过程中,测量工具除了天平(带砝码)还需要
(2)根据表中实验数据分析,可以得出结论
(3)该组同学又利用身边的器材,选取了质量不同的课本、文具盒、计算器、电话手表等,并分别测出它们的质量和重力,从而探究物体所受重力大小与质量的关系。对此,你的评价是
A. 不合理,因为他们没有用同种物质构成的物体做实验
B. 不合理,因为他们没有使物体的质量成倍变化
C. 合理,因为他们同样可以得到物体所受重力大小与质量的关系
D. 合理,因为他们的操作比上一个实验更简便
(4)课堂上老师通过实验探究了“重力的方向”,请小明上台和他配合完成。
步骤甲:如图甲是探究重力方向的实验装置,将小球用细线悬挂在支架上,并让其自由下垂。
步骤乙:如图乙,为进一步研究重力的方向,小明缓慢改变支架与桌面的夹角,观察到悬线的方向
步骤丙:如图丙,小明在烧杯内倒入适量的水,将小球浸入水中,待水面静止,缓慢改变支架与桌面的夹角,用量角器可测出悬线与水面的夹角始终为$90°$,证明了
实测物体 | 物体质量$m/\mathrm{kg}$ | 重力$G/\mathrm{N}$ | $G$与$m$的比值$/(\mathrm{N/kg})$
--- | --- | --- | ---
物体1 | 0.1 | 0.98 | 9.8
物体2 | 0.2 | 1.96 | 9.8
物体3 | 0.3 | 2.94 | 9.8
(1)在探究过程中,测量工具除了天平(带砝码)还需要
弹簧测力计
。(2)根据表中实验数据分析,可以得出结论
物体所受重力大小与它的质量成正比
。(3)该组同学又利用身边的器材,选取了质量不同的课本、文具盒、计算器、电话手表等,并分别测出它们的质量和重力,从而探究物体所受重力大小与质量的关系。对此,你的评价是
C
。A. 不合理,因为他们没有用同种物质构成的物体做实验
B. 不合理,因为他们没有使物体的质量成倍变化
C. 合理,因为他们同样可以得到物体所受重力大小与质量的关系
D. 合理,因为他们的操作比上一个实验更简便
(4)课堂上老师通过实验探究了“重力的方向”,请小明上台和他配合完成。
步骤甲:如图甲是探究重力方向的实验装置,将小球用细线悬挂在支架上,并让其自由下垂。
步骤乙:如图乙,为进一步研究重力的方向,小明缓慢改变支架与桌面的夹角,观察到悬线的方向
不变
(选填“改变”或“不变”)。步骤丙:如图丙,小明在烧杯内倒入适量的水,将小球浸入水中,待水面静止,缓慢改变支架与桌面的夹角,用量角器可测出悬线与水面的夹角始终为$90°$,证明了
重力的方向总是竖直向下的
。答案
28.(1)弹簧测力计 (2)物体所受重力大小与它的质量成正比 (3)C (4)不变 重力的方向总是竖直向下的
【点拨】本题考查“探究影响物体重力大小的因素”以及“探究重力的方向”两个实验。涉及测量工具的选择、实验数据分析、对实验方案的评价以及对重力方向实验现象的分析。
【解析】(1)实验要测量物体质量和重力,已有天平测质量,还需要弹簧测力计测重力。
(2)分析表格数据可知,物体质量增大几倍,重力也增大几倍,且$G$与$m$的比值相等,可得出结论物体所受重力大小与它的质量成正比。
(3)选取不同器材,虽然物质种类和质量变化方式不同,但都能探究重力与质量的关系,所以该方案合理,故选C。
(4)缓慢改变支架与桌面的夹角,悬线方向不变,因为重力方向始终竖直向下。水面静止时可看作水平面,悬线与水面夹角始终为$90°$,证明了重力的方向总是竖直向下的。
【点拨】本题考查“探究影响物体重力大小的因素”以及“探究重力的方向”两个实验。涉及测量工具的选择、实验数据分析、对实验方案的评价以及对重力方向实验现象的分析。
【解析】(1)实验要测量物体质量和重力,已有天平测质量,还需要弹簧测力计测重力。
(2)分析表格数据可知,物体质量增大几倍,重力也增大几倍,且$G$与$m$的比值相等,可得出结论物体所受重力大小与它的质量成正比。
(3)选取不同器材,虽然物质种类和质量变化方式不同,但都能探究重力与质量的关系,所以该方案合理,故选C。
(4)缓慢改变支架与桌面的夹角,悬线方向不变,因为重力方向始终竖直向下。水面静止时可看作水平面,悬线与水面夹角始终为$90°$,证明了重力的方向总是竖直向下的。
解析
【分析】
本题围绕“探究影响物体重力大小的因素”和“探究重力的方向”两个实验展开，需结合实验目的、数据规律、实验方案的合理性及重力方向的特点分析：
(1) 实验需测量质量和重力，已有天平测质量，测重力需对应工具，据此判断缺少的测量工具；
(2) 分析表格中质量与重力的变化倍数、比值关系，总结两者的规律；
(3) 探究重力与质量的关系时，只要能改变质量并测量重力，无需限制物体的物质种类，据此评价方案；
(4) 重力方向始终竖直向下，悬线方向受重力影响，水面静止时为水平面，结合这两个特点分析实验现象和结论。
【解析】
(1) 实验中需要测量物体的重力，测量力的工具是弹簧测力计，已有天平测质量，故还需要弹簧测力计；
(2) 由表格数据可知，物体质量从0.1kg到0.2kg再到0.3kg，增大为原来的2倍、3倍时，重力也从0.98N到1.96N再到2.94N，同样增大为原来的2倍、3倍，且重力与质量的比值始终为9.8N/kg，因此得出结论：物体所受重力大小与它的质量成正比；
(3) 探究物体所受重力与质量的关系时，只要改变物体的质量，测量对应的重力，无论物体由何种物质构成，都能得出重力与质量的关系，因此该方案合理，故选C；
(4) 重力的方向总是竖直向下，缓慢改变支架与桌面的夹角，悬线受重力作用，方向始终竖直，因此悬线方向不变；水面静止时可看作水平面，悬线与水面的夹角始终为90°，说明重力的方向总是竖直向下的。
【答案】
(1)弹簧测力计 (2)物体所受重力大小与它的质量成正比 (3)C (4)不变；重力的方向总是竖直向下的
【知识点】
探究重力与质量的关系、重力的方向
【点评】
本题为初中物理力学基础实验题，考查实验工具选择、数据分析、实验方案评价及重力方向的探究，注重对实验过程和原理的理解，难度适中，是学生需掌握的核心实验内容。
【难度系数】
0.6
本题围绕“探究影响物体重力大小的因素”和“探究重力的方向”两个实验展开，需结合实验目的、数据规律、实验方案的合理性及重力方向的特点分析：
(1) 实验需测量质量和重力，已有天平测质量，测重力需对应工具，据此判断缺少的测量工具；
(2) 分析表格中质量与重力的变化倍数、比值关系，总结两者的规律；
(3) 探究重力与质量的关系时，只要能改变质量并测量重力，无需限制物体的物质种类，据此评价方案；
(4) 重力方向始终竖直向下，悬线方向受重力影响，水面静止时为水平面，结合这两个特点分析实验现象和结论。
【解析】
(1) 实验中需要测量物体的重力，测量力的工具是弹簧测力计，已有天平测质量，故还需要弹簧测力计；
(2) 由表格数据可知，物体质量从0.1kg到0.2kg再到0.3kg，增大为原来的2倍、3倍时，重力也从0.98N到1.96N再到2.94N，同样增大为原来的2倍、3倍，且重力与质量的比值始终为9.8N/kg，因此得出结论：物体所受重力大小与它的质量成正比；
(3) 探究物体所受重力与质量的关系时，只要改变物体的质量，测量对应的重力，无论物体由何种物质构成，都能得出重力与质量的关系，因此该方案合理，故选C；
(4) 重力的方向总是竖直向下，缓慢改变支架与桌面的夹角，悬线受重力作用，方向始终竖直，因此悬线方向不变；水面静止时可看作水平面，悬线与水面的夹角始终为90°，说明重力的方向总是竖直向下的。
【答案】
(1)弹簧测力计 (2)物体所受重力大小与它的质量成正比 (3)C (4)不变；重力的方向总是竖直向下的
【知识点】
探究重力与质量的关系、重力的方向
【点评】
本题为初中物理力学基础实验题，考查实验工具选择、数据分析、实验方案评价及重力方向的探究，注重对实验过程和原理的理解，难度适中，是学生需掌握的核心实验内容。
【难度系数】
0.6
29. (8分)如图1所示,甲是小华同学探究二力平衡条件时的实验情景。
(1)当小卡片平衡时,小华将小卡片旋转一个角度,松手后小卡片
(2)同学们认为小华的实验甲优于小明的实验乙。其主要原因是
A. 能使影响二力平衡的第三个力小到可以忽略不计
B. 小卡片是比较容易获取的材料
C. 容易让小卡片在水平方向上保持平衡
(3)小华想到物体的平衡状态包括静止和匀速直线运动状态,那如何探究物体做匀速直线运动时的二力平衡条件呢?他提出了自己的实验方案:用弹簧测力计拉着钩码
(4)小明也自选器材继续研究二力平衡条件,设计如图2所示的3个实验方案(钩码质量均为50 g),其中,能验证二力平衡时两个力大小相等、方向相反的是
(5)物理老师用橡皮筋、定滑轮、钩码、小绳子和同学们探究同一直线上二力的合成,实验装置如图3所示,橡皮筋原长AE,在力$F_1$、$F_2$的共同作用下伸长到$AE'$。(钩码每个重0.5 N)
第29题图3
步骤一:通过比较图
步骤二:通过比较图乙和图丙两种情况,可知同一直线上方向相反的两个力的合力大小等于这两个力大小之差,方向跟较大的那个力的方向相同。如果在图乙中$F_1$那一侧拿走两个钩码的瞬间,橡皮筋在水平方向上受到的合外力为
A. 水平向左1 N
B. 水平向右1 N
C. 水平向左0.5 N
D. 水平向右0.5 N
(1)当小卡片平衡时,小华将小卡片旋转一个角度,松手后小卡片
不能
(选填“能”或“不能”)平衡。设计此实验步骤的目的是探究二力平衡中两个力是否在同一条直线上
这一条件。(2)同学们认为小华的实验甲优于小明的实验乙。其主要原因是
A
。A. 能使影响二力平衡的第三个力小到可以忽略不计
B. 小卡片是比较容易获取的材料
C. 容易让小卡片在水平方向上保持平衡
(3)小华想到物体的平衡状态包括静止和匀速直线运动状态,那如何探究物体做匀速直线运动时的二力平衡条件呢?他提出了自己的实验方案:用弹簧测力计拉着钩码
可以沿任意方向
(选填“必须沿水平方向”“必须沿竖直方向”或“可以沿任意方向”)做匀速直线运动。(4)小明也自选器材继续研究二力平衡条件,设计如图2所示的3个实验方案(钩码质量均为50 g),其中,能验证二力平衡时两个力大小相等、方向相反的是
(a)、(b)、(c)
。(不定项)(5)物理老师用橡皮筋、定滑轮、钩码、小绳子和同学们探究同一直线上二力的合成,实验装置如图3所示,橡皮筋原长AE,在力$F_1$、$F_2$的共同作用下伸长到$AE'$。(钩码每个重0.5 N)
第29题图3
步骤一:通过比较图
甲、丙
两种情况,可知同一直线上方向相同的两个力的合力大小等于这两个力大小之和
,方向跟这两个力的方向相同。步骤二:通过比较图乙和图丙两种情况,可知同一直线上方向相反的两个力的合力大小等于这两个力大小之差,方向跟较大的那个力的方向相同。如果在图乙中$F_1$那一侧拿走两个钩码的瞬间,橡皮筋在水平方向上受到的合外力为
A
。A. 水平向左1 N
B. 水平向右1 N
C. 水平向左0.5 N
D. 水平向右0.5 N
答案
29.(1)不能 两个力是否在同一条直线上 (2)A (3)可以沿任意方向 (4)(a)、(b)、(c) (5)甲、丙 和 A
【点拨】本题考查二力平衡条件的探究以及同一直线上二力合成的相关知识。具体包括二力平衡条件中力的大小、方向、作用线的探究。不同实验装置在探究二力平衡时的优劣比较。物体做匀速直线运动时二力平衡条件的探究思路。同一直线上方向相同和相反的二力合成规律及合力计算。
【解析】(1)将小卡片旋转一个角度,此时两个拉力不在同一直线上,不满足二力平衡条件中“两个力在同一直线上”这一条件,所以松手后小卡片不能平衡,设计此实验步骤的目的是探究该条件对二力平衡的影响。
(2)实验甲中小卡片重力较小,相比实验乙中木块与桌面间的摩擦力等干扰因素,可使影响二力平衡的第三个力小到可以忽略不计,更有利于探究二力平衡条件,故A正确。
(3)物体做匀速直线运动时处于平衡状态,所受合力为零,满足二力平衡条件,无论沿哪个方向做匀速直线运动都可以,所以用弹簧测力计拉着钩码可以沿任意方向做匀速直线运动来探究二力平衡条件。
(4)(a)、(b)中可通过改变两边钩码数量改变力的大小,且两个力方向相反,能验证二力平衡条件;(c)也能通过调整两边拉力大小,验证二力平衡时两个力大小相等、方向相反,所以(a)、(b)、(c)都能验证。
(5)图甲中两个力方向相同,图丙中一个力的作用效果与甲中两个力共同作用效果相同,通过比较甲、丙可知同一直线上方向相同的两个力的合力大小等于这两个力大小之和,方向跟这两个力的方向相同。图乙中橡皮筋处于静止状态,所受合外力为0,当在$F_1$那一侧拿走两个钩码的瞬间,橡皮筋在水平方向上受到的合外力$F_{\mathrm{合}}=2×0.5\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$,方向水平向左,故选A。
【点拨】本题考查二力平衡条件的探究以及同一直线上二力合成的相关知识。具体包括二力平衡条件中力的大小、方向、作用线的探究。不同实验装置在探究二力平衡时的优劣比较。物体做匀速直线运动时二力平衡条件的探究思路。同一直线上方向相同和相反的二力合成规律及合力计算。
【解析】(1)将小卡片旋转一个角度,此时两个拉力不在同一直线上,不满足二力平衡条件中“两个力在同一直线上”这一条件,所以松手后小卡片不能平衡,设计此实验步骤的目的是探究该条件对二力平衡的影响。
(2)实验甲中小卡片重力较小,相比实验乙中木块与桌面间的摩擦力等干扰因素,可使影响二力平衡的第三个力小到可以忽略不计,更有利于探究二力平衡条件,故A正确。
(3)物体做匀速直线运动时处于平衡状态,所受合力为零,满足二力平衡条件,无论沿哪个方向做匀速直线运动都可以,所以用弹簧测力计拉着钩码可以沿任意方向做匀速直线运动来探究二力平衡条件。
(4)(a)、(b)中可通过改变两边钩码数量改变力的大小,且两个力方向相反,能验证二力平衡条件;(c)也能通过调整两边拉力大小,验证二力平衡时两个力大小相等、方向相反,所以(a)、(b)、(c)都能验证。
(5)图甲中两个力方向相同,图丙中一个力的作用效果与甲中两个力共同作用效果相同,通过比较甲、丙可知同一直线上方向相同的两个力的合力大小等于这两个力大小之和,方向跟这两个力的方向相同。图乙中橡皮筋处于静止状态,所受合外力为0,当在$F_1$那一侧拿走两个钩码的瞬间,橡皮筋在水平方向上受到的合外力$F_{\mathrm{合}}=2×0.5\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$,方向水平向左,故选A。
解析
【分析】
本题围绕二力平衡条件的探究及同一直线上二力合成展开，需结合二力平衡的核心条件、实验装置的干扰因素、平衡状态特点、力的合成规律逐一分析各小问：
1. 第(1)问：旋转小卡片后，两拉力不再共线，不满足二力平衡的共线条件，因此松手后不能平衡，此步骤用于探究“两个力是否在同一直线上”对平衡的影响；
2. 第(2)问：小明实验用木块会受桌面摩擦力干扰，小华的小卡片重力可忽略，干扰力小，更利于实验；
3. 第(3)问：匀速直线运动是平衡状态，二力平衡与运动方向无关，故可沿任意方向；
4. 第(4)问：三个实验方案均能调整拉力大小、方向，验证二力平衡的等大、反向条件；
5. 第(5)问：同方向力的合力需对比甲、丙，拿走钩码瞬间需计算水平方向合外力。
【解析】
(1) 将小卡片旋转一个角度，此时两个拉力不在同一直线上，不符合二力平衡“两个力在同一条直线上”的条件，因此松手后小卡片不能平衡，该步骤目的是探究二力平衡中“两个力是否在同一条直线上”的条件；
(2) 实验甲中使用小卡片，其重力远小于小明实验中木块与桌面间的摩擦力，可使影响二力平衡的干扰力小到可忽略，更利于实验探究，故选A；
(3) 物体做匀速直线运动时处于平衡状态，二力平衡与运动方向无关，因此用弹簧测力计拉钩码时，可沿任意方向做匀速直线运动来探究二力平衡条件；
(4) 图(a)(b)可通过改变两侧钩码数量调整力的大小，且力方向相反，能验证二力平衡的大小相等、方向相反；图(c)同样可调整两侧拉力大小，满足验证条件，因此(a)(b)(c)均符合；
(5) 步骤一：图甲中两个力方向相同，图丙中单个力的作用效果与甲中两力共同作用效果相同，对比甲、丙可知同一直线上方向相同的两个力的合力大小等于两力之和，方向与两力方向相同；步骤二：图乙中，每个钩码重0.5N，在F₁侧拿走两个钩码的瞬间，F₁侧剩余拉力为2×0.5N=1N（方向水平向左），F₂侧拉力为1N（方向水平向右），此时水平方向合外力为1N，方向水平向左，故选A。
【答案】
29.(1)不能 两个力是否在同一条直线上 (2)A (3)可以沿任意方向 (4)(a)、(b)、(c) (5)甲、丙 和 A
【知识点】
二力平衡条件、同一直线上二力的合成、实验探究方案设计
【点评】
本题是初中力学综合实验题，聚焦二力平衡核心条件与力的合成规律，涵盖实验步骤设计、装置优劣对比、平衡状态拓展、实验方案验证及合力计算，既考查基础知识点，又注重实验思维的应用，是力学重点题型。
【难度系数】
0.3
本题围绕二力平衡条件的探究及同一直线上二力合成展开，需结合二力平衡的核心条件、实验装置的干扰因素、平衡状态特点、力的合成规律逐一分析各小问：
1. 第(1)问：旋转小卡片后，两拉力不再共线，不满足二力平衡的共线条件，因此松手后不能平衡，此步骤用于探究“两个力是否在同一直线上”对平衡的影响；
2. 第(2)问：小明实验用木块会受桌面摩擦力干扰，小华的小卡片重力可忽略，干扰力小，更利于实验；
3. 第(3)问：匀速直线运动是平衡状态，二力平衡与运动方向无关，故可沿任意方向；
4. 第(4)问：三个实验方案均能调整拉力大小、方向，验证二力平衡的等大、反向条件；
5. 第(5)问：同方向力的合力需对比甲、丙，拿走钩码瞬间需计算水平方向合外力。
【解析】
(1) 将小卡片旋转一个角度，此时两个拉力不在同一直线上，不符合二力平衡“两个力在同一条直线上”的条件，因此松手后小卡片不能平衡，该步骤目的是探究二力平衡中“两个力是否在同一条直线上”的条件；
(2) 实验甲中使用小卡片，其重力远小于小明实验中木块与桌面间的摩擦力，可使影响二力平衡的干扰力小到可忽略，更利于实验探究，故选A；
(3) 物体做匀速直线运动时处于平衡状态，二力平衡与运动方向无关，因此用弹簧测力计拉钩码时，可沿任意方向做匀速直线运动来探究二力平衡条件；
(4) 图(a)(b)可通过改变两侧钩码数量调整力的大小，且力方向相反，能验证二力平衡的大小相等、方向相反；图(c)同样可调整两侧拉力大小，满足验证条件，因此(a)(b)(c)均符合；
(5) 步骤一：图甲中两个力方向相同，图丙中单个力的作用效果与甲中两力共同作用效果相同，对比甲、丙可知同一直线上方向相同的两个力的合力大小等于两力之和，方向与两力方向相同；步骤二：图乙中，每个钩码重0.5N，在F₁侧拿走两个钩码的瞬间，F₁侧剩余拉力为2×0.5N=1N（方向水平向左），F₂侧拉力为1N（方向水平向右），此时水平方向合外力为1N，方向水平向左，故选A。
【答案】
29.(1)不能 两个力是否在同一条直线上 (2)A (3)可以沿任意方向 (4)(a)、(b)、(c) (5)甲、丙 和 A
【知识点】
二力平衡条件、同一直线上二力的合成、实验探究方案设计
【点评】
本题是初中力学综合实验题，聚焦二力平衡核心条件与力的合成规律，涵盖实验步骤设计、装置优劣对比、平衡状态拓展、实验方案验证及合力计算，既考查基础知识点，又注重实验思维的应用，是力学重点题型。
【难度系数】
0.3
