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二、物理探究
【例1】　汽车在通过起伏路段的凸起路面时，经验丰富的司机往往慢速平稳通过。若快速通过会让乘客有“腾飞”的感觉，且安全隐患很大，产生这一现象是因为凸起路面与车之间竖直方向的相互作用力在变大吗？
小明猜想：汽车通过凸起路面时的速度越大，可能路面与车之间的相互作用力越大。
为了探究这一问题，他选用小球(模拟小车)、轨道、弧面支架(模拟凸起路面)、电子秤等器材进行了下图所示的实验。
运动与力相关探究
释放位置 A B C D
F/N 1.56 1.51 1.47 1.38
(1)先测小球静止时对电子秤的_______(填“压力”或“摩擦力”)来反映小球与弧面顶部相互作用力F的大小。他将小球置于水平放置的电子秤上时，示数为0.17 kg，则力F＝_______N(g取10 N/kg)。
(2)在秤上安放弧面支架并调零，将小球从轨道的A点由静止释放，沿轨道经弧面运动到右侧轨道，记录小球通过弧面顶部O点时小球与弧面的作用力F，再依次将小球从高于A点的B、C、D点由静止释放，目的是逐次增大小球通过O点时的__________，各次实验F的大小记录如表，分析数据可知小明的猜想_________(填“成立”或“不成立”)。
(3)根据上述实验现象推理：若小球速度足够大，通过弧面顶部时，电子秤的示数将显示_____kg。进一步推理：当汽车通过凸起路面顶部的速度足够大，若路面前方突发状况，结合本实验判断是否可以紧急刹车避让并说明理由：_____________
____________________________________________________。
压力
1.7
速度
不成立
0
不可以；压
力减小为0，摩擦力减小为0，不能改变汽车的运动状态
1．(2024，温州瓯海区模拟)如图甲所示，是科技兴趣小组制作的“真空炮”模型：在一根两端开口、内壁光滑、水平放置的透明塑料管左端管口处，放置一枚弹丸；管口两端各有一块可自由开合的挡板；靠近管口右端连接一抽气机。抽气一段时间后，迅速将挡板1打开，弹丸便可冲开挡板2从管右端射出。
弹丸从管口射出的出口速度与哪些因素有关呢？小明提出了如下猜想：
A．与弹丸的形状有关；
B．与弹丸的质量有关；
C．与抽气时间有关。
小明在塑料管壁两侧安装了多套光电传感计时器，
用于测量弹丸在管中不同位置的运动速度。请完成
下列各实验步骤的填空。
(1)抽出挡板1时，弹丸受到的动力来自其两端气体的气压差。
(2)探究猜想A时，控制弹丸的质量和抽气时间相同，分别用球形与弹头形弹丸进行实验，测得弹丸速度大小随运动位置变化关系的图像如图乙所示，则出口速度较大的是___________弹丸。
(3)为探究猜想B，小明设计了完整的实验方案，请帮他简述一下实验设计要点：____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
弹头形
探究弹丸从管口射出的出口速度与弹丸的质量的关系时，需要控制弹丸的形状和抽气时间相同，改变弹丸的质量
(4)探究猜想C时，根据实验数据绘制了弹丸射出的出口速度随抽气时间变化关系的图像(如图丙所示)，试解释抽气时间t1后，弹丸射出的出口速度保持不变的原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
抽气时间t1后，塑料管内是真空，管外气压不变，管内气压为零时，管内外气压差保持不变，弹丸所受合力不变，弹丸射出的出口速度保持不变
【例2】　菲涅尔透镜又称螺纹透镜，一面有螺纹，一面光滑，与传统的透镜相比，具有面积大、重量轻、价格较低、轻便易携带等优点，多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。小科对
手头的一块菲涅尔透镜进行了探究。
(1)她把该透镜靠近书上的“实验”二字，观察到如图甲所示
的现象，由此可以判定该透镜是_______(填“凸”或“凹”)透镜。
(2)小科查阅资料后了解到，用如图乙所示的三棱镜组合可以
描述该透镜对光的作用，请在图乙中画出平行光入射两个三
棱镜后出射光线的大致方向。
光现象的探究
凸
(3)为探究该透镜的成像规律，小科将“F”光源、透镜、光屏放置在光具座上，调整好后，固定透镜位置，使“F”光源从距离透镜较远处逐次靠近透镜，每次都调节光屏到透镜的距离，使“F”光源在光屏上成清晰的像，结果记录如下表，则该透镜的焦距为_______cm。
实验序号 物距u/cm 像距v/cm 像的性质
1 30 15 倒立、缩小的像
2 20 20 倒立、等大的像
3 15 30 倒立、放大的像
10
(4)在了解了该透镜的成像规律后，小科用长方形不透明纸盒、平面镜、该透镜设计制作了一个投影仪，其剖面图如图丙所示，平面镜与底面夹角为45°，平面镜的中心位于透镜的主光轴上，盒上方开一方形孔，将“F”光源按照图示方式朝下平放在方形孔上、中心与平面镜中心在一条竖直线上，假设方形孔宽度、纸盒高度和长度均适宜,在正对透镜前方的屏幕上能看到形成完整的像时，在正对透镜前方的屏幕上能看到投影时，屏幕上所成的图像形状为________。(填“ ”“ ”或“ ”)
2．某同学在利用加水的烧杯进行实验活动时，发现下列问题：
(1)把金鱼放入烧杯后发现鱼“变大”了，图2选项中与其原理相同的是_______。
D
(2)他把一张写着字母“F”的白纸放在盛满水的烧杯后面，如图3甲所示。白纸从贴近烧杯到逐渐远离烧杯的过程中，他透过烧杯观察如图3乙所示，先后观察到①②两种不同的像，如图3丙所示。对此，他用两束平行激光进行探究，实验现象如图3丁所示，据此现象分析图丙中①②像产生的原因是带水的烧杯具有___________的特点。
(3)将白纸远离烧杯，观察到等大的像。继续远离又观察到一个明显不同的像，请在图4虚线框中画出该像。
凸透镜
【例3】　小明利用如图甲所示电路测量小灯泡的功
率，被测小灯泡的额定电压为2.5 V，电阻约为10 Ω
左右，实验室有如下器材：电源(U＝6 V)，电流表
(0～0.6 A，0～3 A)，电压表(0～3 V，0～15 V)，滑、
动变阻器、电阻箱各一只，单刀单掷、单刀双掷开关
各一个，导线若干。
(1)图甲是小明刚连好的实物图，正要闭合开关。小华却发现有1处不合实验规范。请指出来：____________________________________________________。
(2)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表的示数为0，则出现故障的原因可能是________________。
电学实验相关探究
闭合开关前滑动变阻器的滑片没有处于阻值最大处
小灯泡短路
(3)完善电路后，闭合开关，小明改变滑动变阻器的阻值测
量出了5组数据，并描点画出了小灯泡中电流随其两端电压
变化的关系图像，如图乙，小灯泡的额定功率为________W。
(4)实验中所使用的滑动变阻器的规格可能为______。
A．10 Ω　3 A　　　　　　 B．30 Ω　1 A　　　　　　
C．60 Ω　1 A
(5)实验中，将滑片从阻值最大处移至合适位置的过程中，小组
记录了多组电压表和电流表的数据，描绘出图丙所示的I-U图像。
其中U0表示电源电压，若图中的阴影部分表示电压表为2.0 V时，
灯泡消耗的实际功率大小，请帮助小组同学在图中将表示此时滑
动变阻器实际消耗功率的区域涂黑。
0.625
C
3．厚膜电阻是一种被广泛应用于高温电子设备中的定值电阻，具有耐高温的特性。小宁想测定某一型号的厚膜电阻的阻值大小，设计如下实验。连接如图甲所示电路后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片，测量并记录的实验数据如表所示。
(1)连接电路时，应将最后一根导线a连接滑动变阻器的_______(填“A”或“B”)接线柱，连接过程中存在的问题是__________________。
实验 电压/V 电流/A
1 4.8 0.1
2 9.8 0.2
3 12 0.25
B
开关没有断开
(2)分析表中的实验数据，可知该厚膜电阻的阻值是________Ω。(结果保留一位小数)
(3)查阅资料发现：该厚膜电阻材料为导电金属陶瓷，滑动变阻器金属丝材料为镍铬合金丝，两种材料电阻随温度变化图像如图乙所示。保持滑片位置不变，开关闭合一段时间后，小宁发现电压表示数减小，请解释其原因。____________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
实验 电压/V 电流/A
1 4.8 0.1
2 9.8 0.2
3 12 0.25
48.3
镍铬合金丝的电阻随温度的升
高而增大，导电金属陶瓷的电阻受温度的影响较小，开关闭合后镍铬合金丝温度升高，电阻变大，由串联电路分压特点可知镍铬合金丝两端电压增大，厚膜电阻两端电压减小
1．(2024，广东)鞋子面料的透水汽性会影响脚的舒适感。透水汽性是指单位时间内透过单位面积的水蒸气质量。为比较两款鞋子面料的透水汽性，小明用如图所示的两个装置进行实验。在相同规格的容器中盛放等质量的水，用恒温装置维持水温不变，面料与容器口紧密贴合。容器口的面积为40 cm2，装置甲中的水温为37 ℃，实验室温度为23 ℃。
(1)实验中，装置乙中的水温应为_______℃。
(2)分别测出两装置中容器、水和面料的总质量m1；
30 min后，再次测出相应的总质量m2。数据记录如表
所示，分析数据可得：
37
①装置甲中透过面料1的水蒸气质量为________g。
②面料_______的透水汽性更大。
③两种面料的透水汽性之差为_______mg/(cm2·h)。
(3)实验过程中，容器的_______(填“内”或“外”)表面会有小水珠形成。
(4)请举出1个生活中选用透水汽性大的材料而增强舒适感的实例：______________
_____________________。
实验装置 总质量m1/g 总质量m2/g
甲 225.00 223.12
乙 235.00 232.68
1.88
乙
22
内
汽车方向盘
选用天然皮革制作
2．在研究“液体对容器底部的压强与深度的关系”时，有同学用图甲所示的装置进行实验。往装置中加水，当水位从容器体积1/3 处升高至2/3 时，根据实验现象得出：“液体对容器底部的压强随深度的增加而增大”的结论。小明觉得在加水的过程中，水的质量也会增加，干扰结论判断。于是他采用如图乙所示的实验装置对该结论进行深入探究，以下是他的实验步骤：
①将自制塑料膜均匀铺在电子秤的秤面上，打开电子秤进行调零。
②用烧杯往容器内倒水，水要达到一定深度。
③调节自制角度调节器，改变侧板的倾斜角度，观察记录电子秤的示数以及水面高度。
(1)图甲实验中，随着水位的增加能观察的实验现象是：_____________________。
(2)图乙实验中，能利用电子秤的示数反映液体对容器底部压强大小的依据是：_____________________________________________________________________。
(3)小明通过实验证明液体压强与液体深度和液体密度有关。请你写出用装置乙探究液体压强与液体密度关系的简要操作：___________________________________
_________________________________________________________。
橡皮膜形变程度变大
电子秤的示数越大，说明受到的压力越大，受力面积不变时，压强也越大
注入相同质量的不同液体，改变侧板
的倾斜角度使得深度不变，观察电子秤的示数是否改变
3．图甲是人眼的成像原理图。小滨对人眼既能看清远处，又能看清近处的原因进行了研究。他通过查阅资料得知：人眼的视网膜到晶状体中心的距离是不变的。于是他猜测人眼看远近不同的物体时，晶状体的焦距会变化。为验证猜想，小滨进行了以下实验：
(1)为使像成在光屏中央，需要进行的操作是_________________________________
___________________。实验时，如图乙所示光屏上成清晰的像，若此时将“F”光源和光屏互换位置，在光屏上是否还能成像？_______。
应调节光源、凸透镜和光屏的中心
大致在同一高度上
能
(2)为模拟人眼成像的特点，保持步骤(1)中光屏和凸透镜的位置不变，__________
________________(填写操作步骤)，再调节“F”光源到凸透镜的距离，直到光屏上成清晰的像，分别记录焦距、物距和像的高度。
(3)实验数据如表所示：(物体高度H＝5.0 cm)
根据表中数据，请说明：人眼看远近不同的物体时，晶状体的焦距会如何变化？_________________________________________________________________________________________________。
实验次数 像距/cm 焦距/cm 物距/cm 像的高度/cm
1 15.0 8.0 17.1 4.4
2 15.0 10.0 30.0 2.5
3 15.0 12.0 60.0 1.3
换用不同
焦距的凸透镜
保持像距不变，物距变大(即看远处物体)时，像变小，凸透镜焦距变大，即眼睛的晶状体需要变薄
4．(2024，金华一模)杆秤在古籍中被称为“权衡器”，是我国从古代沿用至今的称量工具。《墨经》最早对权衡器的杠杆原理做了理论上的探讨。小科利用如图所示装置进行“探究杠杆的平衡条件”实验，并制作了一把杆秤。
(1)实验前，把杠杆的中点置于支架上，杠杆静止在图甲所示的位置，为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆两端的螺母向_______调节。
(2)调平后，在杠杆两侧分别挂上不同数量的钩码，杠杆重新在水平位置平衡，如图乙所示。多次实验收集实验数据如下表所示，分析数据可总结出杠杆的平衡条件是__________________(以符号表示)。
次数 动力
F1/N 动力臂
l1/cm 阻力
F2/N 阻力臂
l2/cm
1 1.0 10 0.5 20
2 1.5 10 1.0 15
3 2.0 15 1.5 20
左
F1×l1＝F2×l2
(3)小科根据杠杆知识制作了图丙所示杆秤。使用时，将待称量的物体挂在秤钩上，用手提起B或C处的秤纽，移动秤砣在秤杆上的位置，使秤杆达到水平平衡时即可读出待称物体的质量。已知秤砣质量为200 g，秤砣最远可移至E点(秤杆和秤钩的质量忽略不计)，秤杆上各点长度如图丙所示。请分析回答：
①使用不同的秤纽，杆秤的称量范围和精确度是不同的，选择秤纽_______(填“B”或“C”)，杆秤的称量更精确。
②使用小科设计杆秤的最大称量是_______kg。
C
5
5．(2024，杭州三模)小科研究斜面发现小球从斜面A自由滚下，到达斜面B后上升的最高点的高度h总小于出发点的高度H。为探究小球减少的机械能与所受摩擦力之间的关系，进行如下实验：
①将小球涂满墨汁，并置于斜面A上，调整其离地高度H为10 cm。
②松手后，使小球自由滚下，用刻度尺测量并记录斜面B上最高点墨迹的高度h。
③将斜面擦拭干净，重复实验，记录数据并求平均值。
④改变平铺在斜面上的材料。
重复上述步骤，并整理数据如表。
组别 斜面材料 下落高度H/cm 上升高度h/cm
1 木板 10 8.5
2 棉布 10 7.2
3 毛巾 10 5.7
(1)每次实验前都需将小球涂满墨汁，其目的是方便___________________________
____________。
(2)实验中，可用__________反映小球机械能的减少量。(用题中的字母表示)
(3)根据实验数据，可得出的结论是_________________________________________
____________________。
(4)根据实验结论，小科推测当物体不受摩擦力时，机械能总量保持不变。写出其推测过程。
____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
记录小球到达斜面B后上升
的最高点
H－h
摩擦力越小，到达斜面B后上升的最高点的
高度h越接近H
实验中，摩擦力越小，到达斜面B后上升的最高点的高度h越接近H，当物体不受摩擦力，h＝H，重力势能没有变化且动能都是0，说明了机械能总量保持不变
6．(2024，连云港)在树叶尾部的边缘滴一滴圆珠笔油，然后将它缓缓放进水面，树叶在水面上像小船一样运动起来，滴了圆珠笔油的树叶被称为“油墨小船”。小明通过查阅资料了解到，由于油墨中表面活性剂的存在，当水与油墨接触时，“油墨小船”便获得向前运动的力。小明同学想探究“油墨小船”在水中运动的快慢与水的温度和圆珠笔油浓度的关系。他用塑料片代替树叶制作的“油墨小船”如图所示。
(1)探究“油墨小船”在水中运动的快慢与水的温度的关系。实验中小明控制水的温度分别为17 ℃、35 ℃、65 ℃，使用技术软件记录了“油墨小船”在不同温度液面上的运动情况，采集数据如表所示。在三种测试温度下，“油墨小船”运动快慢的共同特点是_________________________。“油墨小船”运动的快慢与水的温度的关系是________________________________________。“油墨小船”在运动过程中受的力是______________(填“平衡力”或“非平衡力”)。
T/ ℃ 17 35 65
t/s 0.5 1 2 3 0.5 1 2 3 0.5 1 2 3
v/(cm·s－1) 2.3 2.1 2.0 1.9 5.3 6.2 5.9 4.8 6.4 8.2 6.3 5.1
都有由快变慢的过程
水的温度越高，“油墨小船”运动越快
非平衡力
(2)探究“油墨小船”在水中运动的快慢与圆珠笔油浓度的关系。为形成不同浓度的圆珠笔油，小明选择酒精为稀释剂，制成多种样品，然后选取适量样品滴在小船尾部边缘进行实验。小明发现圆珠笔油浓度减小时，“油墨小船”运动明显加快。小明制作样品的操作方法是_____________________________________________。
(3)当实验条件确定时，“油墨小船”获得向前的能量大小是固定的，为了使图中“油墨小船”获得更大的速度，可以采取的措施是____________________________。
将不同滴的酒精与相同滴的圆珠笔油均匀混合
减轻“油墨小船”的质量
7．部分手机和电动牙刷的充电装置已经采用了电能无线传输技术。下图是某项目化小组制作的模拟无线充电装置的示意图，送电线圈利用电流产生磁场，正对的受电线圈两端随之输出电压，灯泡发光。该小组同学想知道输出电压的大小与受电线圈的直径有什么关系，于是用漆包线绕制了多个匝数相同，直径不同的受电线圈进行探究，实验数据如下表。
(1)实验中除了两线圈间的间距相同外还应控制哪些变量相同？_________________
___________________________。(写出两点)
受电线圈的匝数
相同和漆包线的规格相同
(2)根据表中数据，初步得出的结论是：________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)该小组同学继续深入探究输出电压的大小与两线圈间距的关系时发现：在其他条件相同时，两线圈之间的间距越小，受电线圈两端的电压越大，当两线圈间距增大时，受电线圈两端的电压会减小。请结合此结论，说出电能无线传输技术的一个缺点。______________。
实验次数 两线圈间距L/mm 受电线圈的直径D/mm 输出电压U/V
1 5 145.0 10.3
2 5 105.0 16.9
3 5 70.0 20.5
4 5 45.0 13.9
5 5 32.0 5.4
其他条件(在两线圈间距、漆包线的规格
和受电线圈的匝数)相同时，受电线圈直径增大，其两端电压先增大后减小
传输距离小
8．(2024，湖州二模)小吴利用两节新干电池、阻值分别为1 Ω、1.5 Ω、2 Ω的定值电阻和一只电压表来探究串联电路的电压特点，实验电路如图甲，测得实验数据如下表。
(1)在探究过程中，小吴更换不同的定值电阻组合进行实验的目的是：___________________。
序号 U1/V U2/V Uab/V
1 0.75 1.00 2.25
2 0.60 1.80 2.40
3 1.00 1.50 2.50
使结论更具普遍性
(2)小吴进行了多次实验，发现Uab始终小于两节干电池的总电压(3 V)，他产生了质疑。查阅资料知道普通干电池内部也有一定的电阻(内阻)，可将它看作一个理想电源(电压U恒定，电阻为0)与一个电阻r的串联(如图乙所示)。为了测量干电池电阻r的阻值，小吴选择了适当器材，设计了实验方案，电路图如图丙。请你写出实验步骤(测得数据用字母表示)：
①___________________________________
_____________________________________
_______________。
②计算出结果：r＝_________________。
(用相应字母表示的代数式)
按照电路图连接电路，记下开关S断开
时电压表的示数U；闭合开关S，记下电压
表的示数U1
(3)由于新干电池的内阻较小，因此我们在平时使用时通常忽略不计，这种抓住主要因素，忽略次要因素的方法叫做理想模型法。请举出一个科学实验，采用这种理想模型法并指出实验中忽略的次要因素。例：_____________________________
_______________________________________________________________。
“电流表”是理想模型，在实际
应用时，电流表本身的电阻太小，对电路的影响太小，可以忽略不计
9．(2024，温州二模)小科用如图甲所示的器材测量小灯泡电功率。电源为两节干电池，待测小灯泡L的额定电压为2.5 V。
(1)请你用笔画线代替导线，在图甲中把电路连接完整(滑片向左移动，灯泡变亮)。
(2)小科连接好电路后发现灯泡不亮，观察电表后他认为是小灯泡短路引起的，他的依据是：_________________________________。
电流表有示数，电压表无示数
(3)小科在排除故障后向左移动滑片进行实验，得到了如图乙的数据。他认为可以将小灯泡依次换成5 Ω、20 Ω、50 Ω的电阻，移动滑动变阻器的滑片使电压表数值恒为2 V，即可进一步探究电流与电阻的关系。你是否赞同他的做法，并说明理由。____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
不赞同；由图乙可知当电流最小时滑动变阻器最大为20 Ω，换成电阻50 Ω时需要滑动变阻器阻值为25 Ω，大于滑动变阻器的最大阻值20 Ω
10．(2024，宁波模拟)小东在探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中，设计了如图甲所示的实验电路图。两个完全相同的烧瓶中装满煤油，两个完全相同的玻璃管内煤油液面的高度相同，瓶内的电阻丝的阻值分别为5 Ω和10 Ω。闭合开关，发现玻璃管中液面持续上升，每隔一分钟记录下上升的高度。
(1)小东将记录的数据绘制成如图乙所示的图像，根据图像，请写出本实验的结论：__________________________________________________________________。
(2)小东觉得上述实验中装置太多，比较复杂，设计了如下实验：连接电路(如图丙)，并用相同大小的石蜡将火柴粘在电阻丝R上(如图丁)，闭合开关，记录火柴掉落所用的时间。调节滑动变阻器的滑片，重复实验，所得的结果如表：
在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，导体产生的热量越多
①完成第1次实验后，小东将滑片移到滑动变阻器的中点位置，要等待一段时间再闭合开关，他主要考虑__________________会影响实验的准确度。
②小东得出“电流越大，相同时间内电阻产生的热量越多”的结论，他的分析过程是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
序号 滑动变阻器的滑片位置 火柴掉落所用的时间/s
1 最右端 99
2 中点 30
3 最左端 15
电阻丝的温度

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