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专题 10 初中物理探究实验（5）
——机械和功中的二个探究实验梳理
探究实验一：探究影响动能大小的因素
【猜想与假设】
物体动能的大小跟哪些因素有关？动能的大小可能与物体的速度、质量等因素有关，且速度越大、
质量越大，物体的动能越大。
【设计实验】
1. 实验器材：质量不同的钢球、木块、斜面等。
如图所示，钢球A从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰到木块B后，能将B
撞出一段距离s。在同一水平面上，B被撞得越远，A对B做的功就越多，A的动能越大。
2. 实验方法：
①转换法：通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小。。
②控制变量法：在探究动能大小可能与物体运动速度、物体质量有关时，每次实验这两个变量只能
变化一个。
3. 实验记录表格
次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm
1
2
3
【进行实验与收集证据】
探究1：探究动能大小与速度的关系：
控制质量不变，改变速度的方法：同一小球从不同高度滚下。
让同一钢球（质量不变）A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B，观察并测量前后两次木
块B被撞移动的距离。把数据记入表格。次 质量m/ 高度 推动木块
数 kg h/cm 的距离s/cm
1 0.1 10 15
2 0.1 15 36
3 0.1 20 67
探究2：探究动能大小与质量的关系：
控制速度不变，改变质量的方法：质量不等的小球从同一高度滚下。
改变钢球的质量，让不同的钢球A、 A＇分别从同一高度由静止开始滚下（控制与木块碰撞前的速
度相等），观察并测量前后两次木块B被撞移动的距离。发现第一次木块B被撞移动的距离远。
次 质量 高度 推动木块
数 m/kg h/cm 的距离s/cm
1 0.1 10 17
2 0.2 10 44
3 0.3 10 65
【分析与论证】
1. 探究1中：当钢球质量相同时，钢球达到斜面底端速度越大，木块被撞击滑行的距离越远，说明
钢球的动能与速度有关，速度越大，动能越大。
2. 探究2中：当钢球达到斜面底端速度相同时，钢球质量越大，木块被撞击滑行的距离越远，说明
钢球的动能与质量有关，质量越大，动能越大。
3. 实验结论
物体动能的大小跟速度、质量有关，质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度
相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
【交流与讨论】
（1）使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放（重力势能转化为动能）。
（2）将质量不同的钢球放在斜面上同一高度处静止释放的目的：控制钢球达到斜面底端时具有相同
的初速度（钢球的速度与质量无关）。
（3）将质量相同的钢球由斜面上不同位置静止释放的目的：改变钢球达到斜面底端时的初速度。
（4）水平面绝对光滑时对实验的影响：当水平面绝对光滑时，物体将一直做匀速直线运动。钢球撞
击木块后木块移动的距离无法确定，钢球动能的大小无法比较。
（5）实验中能量的转化。
①小球从斜面上由静止下落，下滑过程中重力势能转化为动能和内能；木块在水平面上运动时动能转化为内能。
②钢球在运动过程中机械能不守恒，机械能减少量最终转化为内能。
（6）实验改进：
①木块被撞后滑出木板的解决办法：换质量更大的木块，换质量更小的钢球，换更长的木板。
②木块质量较大，确保实验现象较明显：增大钢球滚下的高度。
③不用木块的实验改进：在桌上铺一条毛巾，钢球在毛巾上表面滚动的距离来反映动能的大小。
（7）实验结论的应用：生活中超载、超速的危害（超速时速度大，超载时质量大，则动能大，危险
性大）。
【例题1】如图所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置图.
（1）本实验使钢球获得动能的操作方法是 。
（2）实验中，是通过观察 来比较钢球动能大小的。
（3）让同一钢球分别从同一斜槽的不同高度由静止开始滚下，是为了探究动能的大小与 的关系。
（4）让不同质量的钢球从同一斜槽的同一高度由静止开始滚下，为了探究动能的大小与 的关
系。
（5）让同一钢球从斜槽上的不同高度由静止开始滚下，记录的实验数据如表1所示，分析表中数据
可得，当质量相同时，钢球下落的高度越高，钢球运动到水平面时的速度越 ，木块被撞得越远，这
反映出物体的动能与物体的 （选填“质量”或“速度”）有关.
次数 钢球下落高度h/cm 木块被撞的距离s/cm
1 10 8
2 15 32
3 20 56
（6）让质量不同的钢球从斜槽上的同一高度由静止开始滚下，记录的实验数据如表2所示，分析表
中数据可得，当钢球从斜槽上滚下的高度相同时，质量越 的钢球将木块撞得越远，这反映出物
体的动能与物体的 （选填“质量”或“速度”）有关.
次数 钢球的质量m/g 木块被撞的距离s/cm
1 100 8
2 200 16
3 300 24
（7）若斜槽光滑，钢球从斜槽顶端由静止滚到底部的过程中，其机械能 （选填“变大”“不
变”或“变小”）.（8）在某次实验过程中，木块被撞后滑出木板，此时需要重做实验，甲同学建议换用同样的较长的
木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下落的高度.你认为应当采用 同学的建议.
（9）根据实验现象可知，钢球撞击木块后，最终会静止在长木板上，有同学认为，这是因为钢球的
机械能凭空消失了，你认为该同学的观点正确吗? ，原因是__________。
探究实验二：探究杠杆平衡的条件
【设计与实验】
1. 实验器材：杠杆、钩码若干、铁架台、刻度尺。
2. 实验步骤：
①把杠杆支在支架上，调节平衡螺母，使杠杆在水平方向平衡；
②把三个钩码挂在杠杆两侧（左边2个，右边1个），移动钩码的位置，使杠杆仍在水平方向平衡
（下图）。把支点左方的钩码对杠杆的作用力（等于钩码受的重力）当作阻力，把支点右方的钩码对杠
杆的作用力当作动力，将动力F，动力臂L，阻力F，阻力臂L 的数值填入表中。
1 1 2 2
③在左方钩码下再增加2个钩码，位置不变，移动右方钩码位置，使杠杆重新在水平方向平衡，将
实验数据也填入表中。
④在杠杆两侧挂上个数相同的钩码，移动钩码位置，使杠杆在水平位置平衡，将测得的力和力臂记
在表中。
⑤如下右图所示，把钩码挂在杠杆一侧，用弹簧测力计在同侧竖直向上拉住杠杆，使杠杆在水平位
置平衡，把钩码拉杠杆的力当作阻力，把弹簧测力计拉力当作动力，将力和力臂的数据填入表中。
实验记录
实验 动力 动力臂 动力×动力臂 阻力臂 阻力×阻力臂/
阻力/N
次数 /N /cm /N·cm /cm N·cm
1 1 8 2 4
2 2 8 1 16
3 2 12 3 8
【分析和论证】由表格可知：动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积。
【实验结论】时，动力×动力臂=阻力×阻力臂，用公式表示为
杠杆平衡条件：杠杆平衡
【交流与评估】
（1）实验前调整杠杆在水平位置平衡（第一次）：
①平衡螺母调节原则：左偏右调，右偏左调；
②在水平位置平衡的目的：方便测量力臂；
③让杠杆的重心在支点上的目的：重力的力臂为0，消除杠杆的重力对实验的影响。
（2）实验时让杠杆在水平位置平衡（第二次）的目的：可以直接读出力臂的大小。
（3）实验多次测量的目的：改变钩码的质量和钩码的位置，使结论具有普遍性；
（4）将一端钩码换成弹簧测力计的目的：
①好处：能直接读出拉力的大小，实验操作更方便；
②可以改变拉力的方向：竖直向下拉动（与钩码同侧时竖直向上拉动）；弹簧测力计从竖直拉变为
倾斜拉，拉力力臂变小，测力计示数变大；
（5）杠杆处于平衡状态的判断：静止或匀速转动状态。
（6）在杠杆支点处用弹簧测力计施加一个垂直杠杆向上的力是否会影响杠杆的平衡：不影响，这个
力的力臂为0。
（7）弹簧测力计斜拉和竖直拉方案的评估。
（8）杠杆平衡条件在生活中的应用。
（9）实验中，为了方便测量力臂，所以力臂和力都是垂直关系，容易误导得出杠杆的平衡条件是：
动力×动力作用点到支点距离=阻力×阻力作用点到支点距离。因此应该改变力的方向进行实验。
【例题1】下图是小净利用刻度均匀的杠杆探究“杠杆平衡条件”的实验装置。（1）实验前没挂钩码，杠杆静止的位置如图甲，为使杠杆在水平位置平衡，应将螺母向______（选
填“左”或“右”）端调节；
（2）在杠杆调整到水平位置平衡后，利用钩码和刻度尺测量出杠杆平衡时各个力及其力臂，测得数
据如下表：由以上实验数据，可得出杠杆的平衡条件是：______；
次数 动力F/N 动力臂l/cm 阻力F/N 阻力臂l/cm
1 1 2 2
1 1.0 10 2.0 5
2 1.5 5 0.5 15
3 2.0 15 1.5 20
（3）进行3次实验的目的是______（单项选择，选填正确答案标号）；
A．取平均值减小误差 B．归纳出物理规律 C．使每组数据更准确
（4）如图乙，由杠杆的平衡条件可知杠杆的______（选填“左”或“右”）端会下沉；要使杠杆重
新在水平位置平衡，在不改变两侧钩码各自数量的前提下，仅需把左侧钩码______；
（5）如图丙，用同一弹簧测力计两次挂在杠杆的同一位置用力拉（不超过弹簧测力计的量程），均
使杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计第二次的示数比第一次的示数______（选填“大”或“小”）；
（6）如图丁，有一左粗右细的直木棒，悬挂使其水平平衡，仍利用钩码和刻度尺，使用该直木棒
______（选填“能”或“不能”）探究杠杆平衡条件；
（7）如图戊，杆秤是我国古老的衡量工具，现今人们仍然在使用。根据杠杆平衡条件，杆秤的刻度
应是______的（选填“均匀”或“非均匀”）。
综合练习
1．在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静
止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离。如图甲所示。请回答下列问题：
（1）从同一高度由静止释放的目的是______，该实验的目的是研究铁球的动能大小与______（选填“质量”或“速度”）的关系；
（2）该实验是通过观察______的大小，来说明铁球对木块做功的多少；
（3）本实验中若水平面绝对光滑则______（填能，或不能）完成实验，原因是______；
（4）有同学将实验装置改进成图乙所示，利用质量相同的铁球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，
撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较可以研究铁球的动能大小与______（选填“质量”或“速
度”）的关系；
（5）该同学还想用质量不同的铁球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，探究铁
球的动能大小与质量的关系，这个设计方案是______（选填“正确”或“错误”）的，原因是______。
2． 芳芳设计用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”，其中摆线的长度L相同，
小球A、B的质量m ”、“<”、“=”、
毛巾 玻璃 毛巾 玻璃
“不确定”）；
（5）该同学还想用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，探究小
球的动能大小与质量的关系。这个设计方案______（可行/不可行），如果按此方案操作，可以观察到的
现象是______。
6． “探究动能大小与哪些因素有关”的实验装置如图甲所示。将小车从斜面上高h处由静止释放，运动至木板上后与木块碰撞，通过改变小车释放时高度h、在小车中增加钩码和在木板上铺垫棉布的方法，
得到了图乙虚线框内的四个实验场景。
（1）实验中，探究的动能是指 _____（填序号）
A．小球在斜面上时的动能 B．小球撞击木块时的动能
C．小球撞击木块后的动能 D．木块的动能
（2）在实验中，小车动能越大，发生碰撞时对木块所做的功就越 _____，木块被碰撞后在木板上
_____；
（3）为探究小车动能与质量的关系，应选用场景①和 _____（选填“②”、“③”或“④”）；
（4）若将场景①和②中的木块均移走，利用这两个场景可探究 _____对物体运动的影响，小车在两
个表面克服摩擦力做功 _____（选填“相等”或“不相等”），为提高实验结论的准确性，还需再增加
一次实验，为此，在场景①的基础上，你所作的调整是 _____。
7． 在“研究杠杆平衡条件”实验中，如图：
①实验前应先调节______使杠杆在______位置平衡，实验过程中使杠杆在此位置平衡，目的是
______；
②如图所示，当在A处挂三个钩码，要使杠杆在水平位置平衡应在B处挂______个钩码；
③拿去B处钩码，改在C处用弹簧秤竖直向上拉，杠杆平衡时弹簧秤上的示数为____N。（每个钩码
质量为100g），如果在某次实验时弹簧测力计拉歪了，则弹簧测力计的示数将____（变大、变小、不
变）；
④在实验探究中，我们为什么进行多次实验？______。
8． 小明在“探究杠杆平衡条件”的实验中：（1）实验前将装置放置在水平桌面上，发现杠杆右端下倾，可将右端平衡螺母向______边旋转，调
节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡，目的之一是为了方便测量______；
（2）如图甲所示，在杠杆左边A处挂4个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，在杠杆B处挂______个
钩码（实验中所用钩码相同）；
（3）实验中改变支点两侧的钩码位置和个数，用同样的方法一般要做三次，得到三组数据进行分析。
这样做的目的是______；
（4）小明又用弹簧测力计在C处竖直向上拉，如图乙所示。当弹簧测力计逐渐向右倾时，使杠杆仍
然在水平位置平衡。则弹簧测力计的示数将逐渐______（选填“变大”、“不变”或“变小”）。
9．初三（14）班同学在探究杠杆平衡条件的实验中，有如下操作:
（1）小明实验前没挂钩码时，杠杆静止时的位置如图甲所示，此时杠杆 _________（平衡/不平衡），
要使杠杆在水平位置平衡，他应将左端平衡螺母向 _______旋一些（选填“左”或“右”）；
（2）小美先将杠杆调节至水平位置平衡，在左右两侧挂上钩码，如图乙所示，杠杆的左端会下降，
要使杠杆重新在水平位置平衡，如果不改挂钩码总个数和挂点位置，只需将图乙中 ___________；
（3）小丽同学想用弹簧测力计和钩码进行实验，设计实验时提出了两种方案：一种按图丙进行实验，
一种按图丁进行实验。请你对两种方案的可行性进行分析：你认为可行的方案是 _______（选填“丙”、
“丁”或“丙丁”），理由是 ___________。
10．小红和小明利用如图所示装置探究杠杆的平衡条件。（1）若实验前杠杆如图甲所示，可将杠杆两端的平衡螺母向______（填“左”或“右”）调节，使
杠杆在水平位置平衡；
（2）在实验过程中，调节杠杆在水平位置平衡的目的是______；
（3）杠杆调节平衡后，小红在杠杆上的A点处挂4个钩码，如图乙所示，为使在重新平衡，应在B
点挂______个钩码。当杠杆平衡后，将A点和B点下方所挂的钩码同时向支点O靠近一格，杠杆会
______（填“左侧下降”、“右侧下降”或“仍水平平衡”）；
（4）如图丙所示，用弹簧测力计在C处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，当弹簧测力计在原位
置逐渐向右倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将______（填“变大”，“变
小”或“不变”）。
11． 如图所示，小明在探究“杠杆的平衡条件”。实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测
力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。
（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端高右端低。此时杠杆______
（选填“达到”或“没达到”）平衡状态，接下来应把杠杆两端的平衡螺母向______（选填“左”或
“右”）端调节，使杠杆在不挂钩码时，保持水平平衡状态。这样做的好处是：便于测量______；
（2）杠杆调节平衡后，如图甲，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码，杠杆恰好
在原位置平衡。若两边同时减掉一个钩码，杠杆将______转动（选填“顺时针”或“逆时针”）；
（3）小明按类似方法在杠杆两侧挂上不同个数的钩码，移动钩码使杠杆在水平位置平衡，这样三次
实验后得出结论：动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离。下列能帮助他得出正
确结论的操作是______；
A．去掉一侧钩码，换用弹簧测力计在原位置竖直向下拉
B．去掉一侧钩码，换用弹簧测力计在原位置斜向下拉C．去掉一侧钩码，换用弹簧测力计在原位置竖直向上拉
D．增加钩码个数，再多次实验使结论更具普遍性
（4）某次实验中已知杠杆水平平衡时的动力臂如图乙所示，请在图乙中作出动力F 的示意图。
1
12．如题图所示，在“探究杠杆的平衡条件”实验中，所用的实验器材有：杠杆（杠杆上每小格长
为2cm）、支架、弹簧测力计、细线和质量相同的钩码若干个。
（1）实验前，杠杆静止在如图甲所示的位置，此时杠杆处于________（选填“平衡”或“不平
衡”）状态；
（2）实验时，要使杠杆在水平位置平衡，主要是为了便于测量________大小，因此应将如图甲所示
杠杆左端的平衡螺母适当往________（选填“左”或“右”）调；
（3）杠杆在水平位置平衡后，小婷同学在杠杆A点处挂上2个钩码，作为动力F，B点处挂上l个
1
钩码，作为阻力F，杠杆恰好在水平位置平衡，如图乙所示，分别读出两个力的力臂l 和l，计算后发现：
2 1 2
Fl=Fl，便得出杠杆的平衡条件是：Fl=Fl。但小莉同学认为小婷同学这种实验处理方法是不完善的，
11 22 11 22
理由是________。若将A、B两点下方所挂的钩码同时朝远离支点方向移动1小格，该杠杆_________
（选填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡；
（4）接着，小婷同学提出新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成
立？”于是小婷同学利用如图丙所示装置进行探究，在杠杆D点处挂上2个钩码，用弹簧测力计在C点
处竖直向上拉，使杠杆在水平位置处于平衡状态，此时弹簧测力计的示数如图丙所示，读出弹簧测力计
的拉力是 。以弹簧测力计的拉力为动力F'，钩码重力为阻力F'，多次调整力和力臂的大小进行测
1 2
量，发现：F′ l′ 总是大于F′ l′ ，其原因主要是受________作用的影响。
1 1 2 2
（5）小婷同学将图丙中弹簧测力计拉力的作用点从C点移到E点，使杠杆仍在水平位置平衡，如图丁所示，请推算此时弹簧测力计的拉力是________N；
（6）小婷同学将图丁中在E点的弹簧测力计改为倾斜向上拉，使杠杆仍在水平位置平衡，如图戊所
示。发现弹簧测力计的示数________。（选填“变大”、“不变”或“变小”）
