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专题 32 力学实验专题（三）（解析版）
【内容播报】
特别说明：典例主要是2023年的中考真题，即时检测是最新的全国各地的模拟题，好题冲关
中的基础过关主要是2022年的期末考试题，能力提升主要是2023年的模拟考试题，真题感
悟主要2023年的中考真题中，所有题型经过多次筛选。知识点以挖空的形式设计，便于学生
提前预习，实验通过方法总结，知识加工，便于学生理解和记忆，好题冲关分层设计，针对
于不同的学生。
实验 好题冲关
实验12：探究动能的大小与那些因素有关（1典例+2即时检测） 基础过关（21）
实验13：探究重力势能的大小与那些因素有关（1典例+2即时检测） 能力提升（21）
实验14：探究杠杆的平衡条件（1典例+2即时检测） 真题感悟（15题）
实验15：测滑轮组的机械效率（1典例+2即时检测）
实验16：探究斜面的机械效率（1典例+2即时检测）
1. 掌握影响动能的因素，并能利用实验探究动能的大小与那些因素有关；
2. 掌握影响重力势能大小的因素，并能利用实验探究重力势能的大小与那些因素有关；
3. 掌握杠杆的平衡条件，并能利用实验探究杠杆的平衡条件；
4. 掌握机械效率的算法，并利用滑轮组探究其机械效率；
5. 掌握利用实验探究斜面的机械效率；
实验十二 探究动能的大小与那些因素有关
1.提出问题
运动的物体具有动能，能对物体做功。动能的大小与什么因素有关?
2.猜想与假设
物体动能的大小与物体的质量和物体运动的速度有关
3.设计并进行实验
（1）如图1甲所示，让钢球从斜面上滚下，打到小木块上.推动小木块做功，记下木块移动的距离。让同
一个钢球从不同高度滚下，看哪次木块被推得远，说明了什么问题?
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(2)换用质量不同的钢球，如图所示，让它们从同-个高度滚下，看哪个钢球把木块推得远，进而得出结论。
4.分析与论证
运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大。
5.交流与评估
（1）控制变量法的应用:探究动能大小与质量的关系时，保持物体的速度不变;探究动能大小与速度的关
系时保持物体的质量不变。
（2）转换法的应用:用木块移动的距离表示小球动能的大小。
（3）通过改变小球在斜面上的高度来改变小球运动的速度。
【典例1】（2023·湖南郴州·统考中考真题）小明通过下面的实验，研究“动能的大小与物体运动的速度有
关”的问题。质量相同的小球，从斜面上不同高度处自由滚下，小球到达水平面时的速度是 的。
（选填“相同”或“不同”）。
（1）实验1将小球从斜面顶端自由滚下（图甲），观察到木块被撞出了一段距离。
（2）实验2将小球从斜面中间自由滚下（图甲乙），观察到木块被撞出的距离比实验1的距离
（选填“短”、“长”或“相等”）由上述实验现象，我们可以得出结论；同一物体， ，动能
越大。
（3）实验3将小球从一光滑斜槽轨道（OAB）O点自由滚下（图丙），依次经过A、B两点到达C点（忽
略空气阻力），设A、B两点的机械能分别为 和 ，则 （选填“>”、“=”或“<”）。
当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时，假设小球所受的外力全部消失，则小球将 。
A．沿a轨迹运动 B．沿b轨迹运动
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C．沿c轨迹运动 D．保持静止
【答案】 不同 短 （运动）速度越大 = A
【详解】[1]小球从斜面上不同的高度由静止滚下，由于小球的重力势能不同，则小球到达斜面底端时速度
不同。
（2）[2][3]根据图示可知，实验2中木块被撞的距离比实验1的距离要小一些，两次实验中的小球的质量
相同，滚下的高度不同，高度越低，到达水平面时的速度越小，推动木块移动的距离就越小，动能越小，
所以能得出结论；同一物体，运动速度越大，动能越大。
（3）[4]由于忽略空气阻力，经过A、B两点到达C点的过程中，没有外力对小球做功，则小球的机械能守
恒，即 。
[5]当小球到达C点时，速度为水平向右运动，此时小球所受各个力突然全部消失，根据牛顿第一定律可知，
小球将保持这一状态，所以小球将沿a轨迹运动。
故选A。
【即时检测1】（2021·辽宁大连·统考一模）某同学猜想“动能大小与质量和速度有关”，在探究物体动能
与这两者的关系时，该同学先进行如图所示操作：三辆小车分别从同一斜面的相同高度由静止释放，撞击
水平面上同一木块。
（1）甲、乙、丙三图探究的是小车的动能与 的关系，实验中是通过观察 来比较动能
的大小；
（2）小明设计实验中，用小车释放高度影响小车到达水平面的速度，所以小车的释放高度要“适当”。
那么释放高度过小有什么不足？
（3）若要探究动能与另一个因素的关系时，让同一辆小车从 （选填“相同”或“不同”）的
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高度静止释放，推动木块在水平面上移动；
（4）该小组同学某次记录的部分实验数据如表：
实验次数 1 2 3
2
小车质量m/g 10 30
0
小车释放的高度h/cm 5 5 5
1
木块移动距离s/cm 10 29
8
分析表中数据可以得出的探究结论是 。
【答案】 质量 木块移动的距离 小车的动能过小，撞击木块移动的距离较小，不易于观察
实验现象 不同 在速度相同时，物体质量越大，动能越大
【详解】（1）[1]根据控制变量法由图知，质量不相同小车分别从同一斜面同高度由静止滑下，小车的质
量不同，初速度相同，所以可探究动能与小车的质量的关系。
[2]根据转换法可知，实验中通过小车推动木块移动的距离来反映动能的大小。
（2）[3]小车的释放高度要“适当”，释放高度过小时，小车到达水平面时的速度过小，动能过小，撞击
木块移动的距离较小，不易于观察实验现象。
（3）[4]若要探究动能与速度的关系时，需要控制小车的质量相同，滑下的高度不同，即让同一辆小车从
不同的高度静止释放，推动木块在水平面上移动。
（4）[5]根据表格中的数据可知，小车滑下的高度相同，到达水平面时的速度相同，小车的质量越大，推
动木块移动的距离越大，则小车的动能越大，故结论为：在速度相同时，物体质量越大，动能越大。
【即时检测2】（2022·山东威海·统考一模）如图是某同学探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验装
置示意图。
（1）实验中，他通过比较木块移动距离的远近来判断小球动能的大小，这里运用的科学方法是
，运用的物理知识（或物理原理）是：小球移动的距离越远，克服 越多， 能转化
为内能就越多；
（2）实验时，他将同一小球从斜面的不同高度由静止释放，发现高度越高，木块被推得越远，则可得到
的结论是 ；
（3）若要探究动能大小与质量的关系，实验时要改变小球的质量，并控制 （填物理量名称）
保持不变。
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【答案】 转换法 摩擦力做功 动 质量相同时，物体的速度越大，物体的动能就越大
速度
【详解】（1）[1][2][3]比较木块移动距离的远近来判断小球动能的大小，属于转换法；小球和木块在水平
面运动时，小球和木块受到水平面的摩擦力作用，由于摩擦力与物体运动方向相反，则要克服摩擦力做功，
将自身的动能转化成内能。
（2）[4]同一小球从同一斜面释放时，距离水平面的高度越高，小球到达斜面底的速度就越大，小球的动
能就越大，碰撞时，小球对木块做的功就越大，木块移动的距离就越远，所以得到的结论是：质量相同时，
物体的速度越大，物体的动能就越大。
（3）[5]探究动能大小与质量的关系时，要改变小球的质量，并控制小球的速度不变。
实验十三 探究重力势能的大小与那些因素有关
1.提出问题
被举高的物体具有重力势能，能对物体做功。重力势能的大小与什么因素有关?
2.猜想与假设
物体重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关。
3.设计并进行实验
（1）让同一重物从不同高度自由下落，冲击小方桌(小方桌的桌腿是四根钉，并放置在沙箱的沙面上)。
如图 1所示.比较小方桌下陷的深度，进而推断重物具有的重力势能与重物所在高度的关系。
（2）让不同质量的重物从同一高度自由落下，冲击小方桌，如图2 所示，比较小方桌下陷的深度，进而
推断重物具有的重力势能与重物质量的关系。
4. 分析与论证
物体所处的高度越高，质量越大，重力势能越大。
5. 交流与评估
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（1）控制变量法的应用:探究重力势能大小与质量的关系时，保持物体的竖直高度不变:探究重力势能大
小与竖直高度关系时，保持物体的质量不变。
（2）转换法的应用:用桌腿陷入沙中的深度表示重力势能的大小。
（3）所选择的沙子要松软，便于使桌腿陷人沙中，方便比较重力势能的大小
【典例2】（2015·湖南衡阳·中考真题）某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物
体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关．于是设计了如图所示的实验：用大小、形状
相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表
面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，
最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）．实验测得A、B两球陷入沙深度分
别为h 和h，C、D两球陷入沙深度均为h，且h＜h＜h．
1 2 3 1 2 3
（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 来反映的．
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，
．
（3）比较 两球，发现C球陷入沙中深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，下落的高度越
高，物体的重力势能越大．
（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能
与物体运动的路径 （选填：“有关”或“无关”）．
（5）小球在下列过程陷入沙面前，将重力势能转化为 能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能
转化为 能．
【答案】 铅球陷入沙子的深度 质量越大，重力势能越大 A 、C 无关 动能
内
【详解】试题分析：（1）重力势能的大小是用铅球陷入沙子的深度来反映的，陷得越深，则铅球的重力
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势能越大．（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，质量
越大，重力势能越大．（3）研究高度对重力势能的影响应选择质量相同、高度不同的球进行比较，所以
比较A、C两球．（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：
物体的重力势能与物体运动的路径无关．（5）小球在陷入沙面前，将重力势能转化为动能，陷入沙中后
到小球静止过程中，将机械能转化为内能．
【考点定位】影响重力势能大小的因素
【即时检测1】（2023·江苏常州·校考模拟预测）在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，已
知重物A、B、C的底面积相同，质量关系为m ＝m ＜m ，三个完全相同的木桩和三个从不同高度处释放
A B C
时的重物位置如图甲所示，木桩被打击后陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度
相同；
（1）让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 （选填“重物”“木桩”）
的重力势能大小，这种研究方法是 （选填“控制变量法”或“转换法”）；
（2）比较 两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和高度的关系，得出的结论是：
在 一定时，物体的高度越 ，重力势能越大；
（3）结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度，我们 （选填
“能”或“不能”）得出物体的重力势能与其质量有关的结论。
【答案】 重物 转换法 A、B 质量 高 能
【详解】（1）[1][2]让重物自由下落打击在木桩上，通过观察木桩陷入沙中的深度判断重物的重力势能大
小，运用了转换法；
（2）[3][4][5]由图可知：A、B的质量是相同的，物块B的高度大于A的高度，B撞击木桩的深度大于A
撞击木桩的深度，所以结论为：物体的质量一定时，物体的高度越大，具有的重力势能就越大；
（3）[6]若B和C的质量相同，B的高度大于C的高度，则由（2）中结论可知，B的重力势能大于C的重
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力势能，而此时木桩陷入沙中的深度相同，重力势能是相同的，B与C的质量不同，则说明重力势能还与
质量有关。所以能得出结论。
【即时检测2】（2022·安徽合肥·合肥38中统考一模）小明探究“重力势能与重物质量和下落高度的关
系”，如图所示，重物质量m＜M，让重物自由下落到平放在细沙表面的小桌上，通过观察桌腿下陷的深
度判断重物的重力势能大小；
（1）由实验步骤 ，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系；
（2）小明认为由实验步骤B和C，可判断重力势能的大小和重物质量的关系，该观点错误，理由是
。
实验步
A B C
骤
具体操
作
实验现
象
【答案】 AC 未控制物体下落的高度相同
【详解】（1）[1]研究重力势能大小和高度的关系时，保证质量不变，改变重物的高度，选择步骤AC。
（2）[2]小明认为由实验步骤B和C，可判断重力势能的大小和重物质量的关系，是错误的，实验中，需
要控制物体下落的高度相同，由于B、C步骤中重物的质量不同，高度也不同，未控制物体下落的高度相
同。
实验十四 探究杠杆的平衡条件
1.专项点拨
（1）杠杆平衡条件为FL=FL，实验结论为定量关系，因此在实验设计中应合理设计实验步骤，对动力、
1 1 2 2
阻力、动力臂、阻力臂进行测量。
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（2）测量动力阻力时常采用固定质量的钩码，通过悬挂钩码的个数表示动力、阻力的大小。也可选用弹
簧测力计等工具进行直接测量，但要注意力与力臂垂直。
（3）在测量力臂时，为方便测量，应调节杠杆在水平位置平衡，此时悬挂钩码的动力阻力竖直向下，水
平杠杆与力臂重合，可通过杠杆刻度直接得出力臂大小。
2. 注意事项
（1）在设置杠杆时，将支点设置在杠杆中心位置，可平衡掉杠杆自重影响，方便得出结论。
（2）使用弹簧测力计时，若力与力臂不垂直，则力臂较小测得的力较大。
（2）在实验过程中要多次改变动力、阻力、动力臂、阻力臂，让实验结论具有普遍性。
【典例3】（2023·辽宁阜新·统考中考真题）小新利用如图所示实验装置进行“探究杠杆的平衡条件”实验。
（1）如图甲所示已静止的杠杆，将平衡螺母向 调节，使其在水平位置平衡；
（2）多次改变钩码的个数和位置，并使杠杆在水平位置平衡（如图乙所示），得到如下实验数据。分析
数据可总结出杠杆的平衡条件是 ；
次
动力F/N 动力臂l/cm 阻力F/N 阻力臂l/cm
数 1 1 2 2
1 1.0 10 0.5 20
2 1.5 10 1.0 15
3 2.0 15 1.5 20
（3）实验中多次改变力和力臂的大小，目的是 ；
（4）如图丙所示的剪刀属于 杠杆，工人师傅用该剪刀修剪树枝时，应把树枝放在剪刀的
位置，树枝最容易被剪断（选填“A”“B”或“C”）。
【答案】 左 动力×动力臂=阻力×阻力臂（或 ） 寻找普遍规律（避免偶然性）
省力 C
【详解】（1）[1]杠杆如图甲所示，右端向下倾斜，则重心应向左移动，故应向左调节平衡螺母，使杠杆
处于水平位置平衡。
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（2）[2]根据表格中的实验数据，第1组数据，
第2组数据，
第3组数据，
由以上分析可得：杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂，写成公式 。
（3）[3]在探究过程中，需要进行多次实验的目的是：避免实验数据太少得到的结论具有偶然性，寻找普
遍规律。
（4）[4][5]如图丙所示的剪刀，在使用过程中，动力臂大于阻力臂，根据杠杆平衡条件可知，动力小于阻
力，所以属于省力杠杆；为了树枝更容易被剪断，应尽量减小阻力臂，所以应把树枝放在距离支点较近的
C位置。
【即时检测1】（2023·云南昭通·统考二模）如图所示，探究小组利用铁架台、带有刻度的杠杆，细线、若
干相同钩码、弹簧测力计等实验器材探究杠杆的平衡条件。
（1）在挂钩码前，小组发现杠杆左端高右端低（如图甲），应将杠杆两端的平衡螺母向 （选填
“左”或“右”）端调节，使杠杆在水平位置平衡，实验中将杠杆调节到水平位置平衡，这样做的目的是
；
（2）接着小组在杠杆的两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡（如图
乙）。若在A、B下方再增挂一个相同的钩码，则杠杆 （选填“仍在水平位置平衡”、“沿顺时针
方向转动”或“逆时针方向转动”）；
（3）如图丙是已经调节平衡的杠杆，用弹簧测力计在杠杆C处竖直向上拉，在A处挂上适当的钩码，使
杠杆在水平位置平衡，则A处挂的钩码为 个；（每个钩码质量50g）
（4）该小组同学根据图乙实验结果，马上总结结论：杠杆平衡条件是：FL=FL，你认为这样的探究方
1 1 2 2
法 （选填“合理”或“不合理”）；
（5）如图丁，工人在使用扳手时，在扳手手柄上加了一个长套筒，通过实验，小华明白这是通过
的办法省力，图中工人沿不同方向施力均能把螺丝拧起，则F （选填“大于”、“小于”或“等
a
于”）F，原因是 。
b
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【答案】 左 消除杠杆自身重力对实验的影响，方便的读出力臂 逆时针方向转动 4
不合理 增大力臂 小于 F 的力臂大于F 的力臂，阻力和阻力臂不变
a b
【详解】（1）[1]如图甲，杠杆的左端上翘，要使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母向上翘的左端移动。
[2]为了消除杠杆自身重力对实验的影响，并能方便的读出力臂，实验前应调节平衡螺母，使杠杆在水平位
置平衡。
（2）[3]设杠杆的一个小格为 ，一个钩码的重力为 ，分别加挂一个相同的钩码后，左边=5G×3L，右边
=7G×2L，左边 右边，所以，杠杆不能平衡，杠杆右端上升，左端下沉，即杠杆逆时针方向转动。
（3）[4]每个钩码质量 ，其重力为
图中弹簧测力计的分度值为 ，弹簧测力计的示数为 ；设杠杆的一个小格为 ，用弹簧测力计在杠
杆 处竖直向上拉，故动力臂为 ，根据杠杆平衡条件可得， ，故n=4。
（4）[5]只根据一组数据得出的结论有偶然性，为得出普遍性的规律，要进行多次实验。该小组同学根据
图乙实验结果，马上总结结论：杠杆平衡条件是： ，这样的探究方法不合理。
（5）[6][7][8]根据杠杆平衡原理可知，阻力和阻力臂不变时，增大动力臂可以减小动力，在扳手手柄上加
了一个长套筒，就是通过增大力臂来达到省力的效果。分别作出 、 的力臂可知， 的力臂大于 的
力臂，阻力和阻力臂不变，所以 小于 。
【即时检测2】（2023·吉林·校联考二模）在“探究杠杆平衡条件”的实验中所用钩码的重力相同：
（1）杠杆没挂钩码时需要向右调节杠杆两端的螺母，才能使杠杆在水平位置平衡，说明调节前杠杆的
（选填“左”或“右”）端高；
（2）小雨通过改变钩码数量并移动钩码位置，使杠杆在水平位置平衡，多做几次实验，将得到的数据填
入表中。分析表中数据，得到杠杆的平衡条件是 （写表达式）；
次
F/N l/cm F/N l/cm
数 1 1 2 2
1 0.5 20 2.0 5
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2 1.0 10 0.5 20
3 1.5 10 3.0 5
（3）如图甲所示，先在杠杆左侧挂4个钩码，后在右侧A处挂3个钩码，根据得到的杠杆平衡条件可以判
断出杠杆的 端会下沉；
（4）小雨想用撬棒撬动地面上的石头，O是撬棒的支点，如图乙所示，为了撬动石头，请在图乙中画出
在B点施加的最小动力F 的示意图 。
1
【答案】 右 Fl=Fl 右
11 22
【详解】（1）[1]杠杆的右端较高，平衡螺母应向右端移动使杠杆在水平位置平衡。
（2）[2]由表格中数据知，动力、动力臂的乘积等于阻力、阻力臂的乘积，可得杠杆平衡条件是Fl=Fl。
11 22
（3）[3]一个钩码的重力为G，设杠杆一个小格代表L，左端Fl=4G×L=4GL
11
右端Fl=3G×2L=6GL，则Fl
