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C
接触面粗糙程度变小了
匀速直线
接触面越粗糙
压力越大
滑动摩擦力的大小与压力的大小、接触面的粗糙程度都有关
控制变量法
解:(1)根据$G=mg,$汉画像石所受的重力:
$G=mg=500\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=5000\ \mathrm{N}$
(2)根据$\rho=\frac{m}{V},$汉画像石的密度:
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{500\ \mathrm{kg}}{0.2\ \mathrm{m}^3}=2.5×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$
【分析】
这是探究阻力对物体运动影响的实验题,我们可以分小问逐一分析:
1. 对于第(1)问,要探究阻力对运动的影响,需要控制小车到达水平面时的初始速度相同,所以让同一小车从同一斜面顶端滑下,这样小车下滑过程中重力势能转化为动能,同一高度下滑到底端时的速度相同,以此来控制变量。
2. 第(2)问,判断平衡力要依据平衡力的四个条件:作用在同一物体上、大小相等、方向相反、作用在同一直线上。我们需要逐个分析选项,排除不符合条件的选项:惯性不是力,所以A错误;B选项中两个力作用在不同物体上,不是平衡力;D选项中两个力方向不共线,不符合;只有C选项的两个力满足平衡力的所有条件。
3. 第(3)问,摩擦力的大小与压力和接触面的粗糙程度有关,实验中小车对接触面的压力不变,去掉棉布后,接触面从棉布变为木板,接触面的粗糙程度变小,所以摩擦力减小。
4. 第(4)问,根据实验现象,阻力越小,小车滑行的距离越远,由此推理,当阻力为零时,小车不受阻力作用,运动状态不会改变,将保持匀速直线运动状态。
【解析】
(1) 让同一小车从同一斜面顶端滑下,小车在斜面顶端的重力势能相同,下滑过程中转化为的动能相同,所以到达水平面时具有相同的速度,这样可以控制变量,只改变阻力大小来探究对运动的影响。
(2) 逐一分析选项:
A:惯性是物体的一种属性,不是力,不存在“惯性力”,该选项错误;
B:小车受到的重力作用在小车上,小车对木板的压力作用在木板上,两个力作用在不同物体上,不是平衡力,该选项错误;
C:小车受到的重力和木板对小车的支持力,都作用在小车上,大小相等、方向相反、作用在同一直线上,满足平衡力的条件,是一对平衡力,该选项正确;
D:小车受到的重力竖直向下,木板对小车的阻力水平向后,两个力方向不共线,不是平衡力,该选项错误;
所以选C。
(3) 小车对接触面的压力不变,去掉棉布后,接触面的粗糙程度变小,根据影响滑动摩擦力的因素,压力不变时,接触面粗糙程度越小,滑动摩擦力越小,所以小车所受摩擦力减小。
(4) 由实验可知,水平面越光滑,小车受到的阻力越小,滑行的距离越远,由此推理:当小车受到的阻力为零时,小车的运动状态不会改变,将做匀速直线运动。
【答案】
(1) 速度
(2) C
(3) 接触面粗糙程度变小了
(4) 匀速直线
【知识点】
1. 控制变量法
2. 平衡力的判断
3. 牛顿第一定律
【点评】
本题通过实验探究阻力对物体运动的影响,重点考查了控制变量法的应用、平衡力的判断以及牛顿第一定律的推理过程,需要学生结合实验现象和物理规律进行分析,同时要准确理解相关物理概念,比如惯性不是力、平衡力的条件等。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 对于问题(1),先明确甲、丙两图的变量与不变量:甲、丙使用同一木块,压力大小相同,丙的木板更粗糙,弹簧测力计示数更大,说明滑动摩擦力更大,由此推导压力一定时滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系。
2. 对于问题(2),观察甲、乙两图:甲、乙接触面为同一木板,粗糙程度相同,乙是两个木块叠放,压力更大,弹簧测力计示数更大,说明滑动摩擦力更大,从而得出接触面粗糙程度相同时滑动摩擦力与压力的关系。
3. 问题(3)是对前两个结论的综合,整合两个影响因素即可得到滑动摩擦力的影响因素结论。
4. 问题(4),回忆实验研究方法,该实验每次只改变一个变量,控制其他变量不变,这种方法是控制变量法。
【解析】
(1) 对比甲、丙实验:保持压力大小不变(使用同一木块),改变接触面粗糙程度(丙的木板更粗糙),发现丙中弹簧测力计示数更大,说明滑动摩擦力更大,因此可得:压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
(2) 对比甲、乙实验:保持接触面粗糙程度不变(使用同一木板),改变压力大小(乙中是两个木块叠放,压力更大),发现乙中弹簧测力计示数更大,说明滑动摩擦力更大,因此可得:接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。
(3) 综合(1)(2)的实验结论,可总结得出:滑动摩擦力的大小与压力的大小、接触面的粗糙程度都有关(压力越大、接触面越粗糙,滑动摩擦力越大)。
(4) 实验过程中,每次只改变一个影响滑动摩擦力的因素,控制其他因素不变,来探究该因素对滑动摩擦力的影响,这种研究方法叫作控制变量法。
【答案】
(1) 接触面越粗糙
(2) 压力越大
(3) 滑动摩擦力的大小与压力的大小、接触面的粗糙程度都有关(或压力越大、接触面越粗糙,滑动摩擦力越大)
(4) 控制变量法
【知识点】
滑动摩擦力的影响因素;控制变量法
【点评】
本题是探究滑动摩擦力影响因素的经典实验题,核心是利用控制变量法分析实验变量与实验现象的关系,帮助学生理解滑动摩擦力的决定因素,同时强化控制变量法在物理实验中的应用,是力学基础实验的典型代表。
【难度系数】
0.7
【分析】
本题分为两小问,分别考查重力和密度的计算,解题思路如下:
1. 对于第一问,求汉画像石所受重力,我们知道重力的计算公式为$G = mg$,题目中已经给出了汉画像石的质量$m = 500\ \mathrm{kg}$,以及重力加速度$g = 10\ \mathrm{N/kg}$,直接将数值代入公式即可计算出重力。
2. 对于第二问,求汉画像石的密度,密度的计算公式为$\rho=\frac{m}{V}$,题目中给出了质量$m = 500\ \mathrm{kg}$和体积$V = 0.2\ \mathrm{m}^3$,将这两个数值代入密度公式进行计算就能得到结果。
【解析】
(1)根据重力计算公式$G = mg$,代入已知数据:
$G=mg=500\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=5000\ \mathrm{N}$
(2)根据密度计算公式$\rho=\frac{m}{V}$,代入已知数据:
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{500\ \mathrm{kg}}{0.2\ \mathrm{m}^3}=2.5×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$
【答案】
(1)这块汉画像石所受的重力为$5000\ \mathrm{N}$;
(2)这块汉画像石的密度为$2.5×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$。
【知识点】
重力的计算、密度的计算
【点评】
本题是力学基础计算题,着重考查重力和密度基本公式的应用,题目给出了所有所需的已知条件,只要熟练掌握相关公式,准确代入数值计算即可得出结果,属于容易得分的基础题型。
【难度系数】
0.9