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专题 24 设计实验与简答（解析版）
1．（2024•北京中考）某同学将粗细均匀的吸管一端密封，在吸管内装上适量的铁砂，并在吸管上标上刻
度线及相应的密度值，制成了简易密度计，如图所示。密度计上有密度值为 和 的两条刻度线（
），两刻度线之间的距离为 ，该同学发现 很小。若想增大 ，分析说明应增加还是减少吸
管内铁砂的质量。
【答案】见解析
【详解】密度计在使用时处于漂浮状态，由物体浮沉条件可知，密度计受到的浮力等于总重力，即 ，
即
则 ，
因 ，则
若 增大，则应增大G 或减小S，因此应增大吸管内铁砂的质量，从而增大总重力。
总
2．（2023•北京中考）小京在复习时，用两端电压不变的电源及其他器材再次做了如图所示的实验。她将
电阻丝R、R 先后分别接入电路中的a、b两端，闭合开关后，观察到接入R 时，小灯泡的亮度更亮，电
1 2 2
流表的示数更大。已知灯泡亮度变亮时，灯丝电阻变大。请分析并判断R 与R 阻值的大小关系。（可画
1 2
电路图辅助说明）【答案】
【详解】R、R 分别接入电路中，等效电路如图甲、乙所示：
1 2
电源电压U不变，电流I<I ，灯丝电阻R <R '。依据欧姆定律U =IR ，U '=IR '，可知U <U '。依据串联
1 2 L L L 1 L L 2 L L L
电 路 的 电 压 关 系 ， R 、 R 两 端 电 压 分 别 ， 可 知 。 依 据 公 式
1 2
，可知 。
3．（2022•北京中考）为研究热敏电阻 的阻值与温度的关系，小京按图所示的电路进行实验，其中电源
两端电压U不变， 为定值电阻。实验中，他将已做防水处理的热敏电阻 先后浸没在温度 、 和 的
水中，闭合开关，分别读出对应电流表A的示数 、 和 ，发现 。已知 ，请分析并
说明热敏电阻 的阻值与温度的关系。【答案】见解析
【详解】电源两端电压U不变， 为定值电阻，依据欧姆定律和串联电路特点，可得
在 的情况下
可得出热敏电阻 的阻值逐渐变小，所以，热敏电阻 的阻值随温度的升高而减小。
4．（2021•北京中考）小丽在中国科技馆“会发电的衣服”的展台区，进行了如下探究实验∶用脚踩动踏
步机踏板，带动发电纤维抖动，LED灯被点亮；增大踩动踏板的速度，发现被点亮的LED灯的数目增多。
请你根据小丽的实验步骤及现象，写出她所探究的问题∶______。
【答案】发光小灯的数量与踩动踏板的速度是否有关
【详解】增大踩动踏板的速度，发现被点亮的LED灯的数目增多；因此她所探究的问题是发光小灯的数量
与踩动踏板的速度是否有关。
5．（2021•北京中考）小梦在初三总复习时认识到，水吸收的热量可以定量测量了，于是她想重新设计一
个实验证明；水吸收热量的多少与水升高的温度有关。图是小梦已经设计好的电路，其中保温杯中装有质
量一定的水、阻值为5Ω的电阻丝R和数字温度计的测温探头，请利用该电路及秒表，帮助小梦完成实验
设计。请你写出主要实验步骤，画出实验数据记录表。
【答案】见解析
【详解】保温杯中装入一定质量的水，按图连接电路，闭合开关，观察数字温度计示数，每升高1℃，记
录时间，填写在下面的表格中。
升高温度/℃ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 …时间/s
6．（2020•北京中考）在其他条件相同的情况下，电阻较小的导体，其材料的导电性能较强。如图所示的
电路中，R 是甲种材料制成的电阻丝，R 是乙种材料制成的电阻丝，它们的横截面积相同，长度分别为
1 2
L、L 且L>L。闭合开关S后，观察到电流表A 的示数I 大于电流表A 的示数I。请分析并判断甲、乙
1 2 1 2 1 1 2 2
两种材料导电性能的强弱。
【答案】见解析
【详解】根据 ，因为电压相等，通过的电流I>I ，所以R<R ；若只是将甲材料制成的电阻丝的长
1 2 1 2
度减小至L ，则其电阻减小为 ，则 ；又因为R<R ，所以 ，即当甲、乙同种材料制成的
2 1 2
电阻丝的长度和模截面积都相等时，则 ，所以甲材料的导电性能较强。
1．（2024·北京西城一模）小强在玩具小车的车头固定了一块磁铁，他手拿另一块磁铁吸引车头的磁铁，
小车在磁力作用下就运动起来。于是他将一根木棍一端固定一块磁铁，并把木棍另一端固定在玩具车上，
使两块磁铁的异名磁极相对，小强制作了如图所示的“磁动力小车”。他认为：利用异名磁极相互吸引的
原理，无需其他动力，小车就能在水平路面上运动起来。请你回答以下问题：
（1）小强把“磁动力小车”放在水平路面上，小车能否靠A、B两磁铁的磁力运动起来？ 。
（2）请你对上述判断简要分析说明： 。（请画出图中“磁动力小车”的受力示意图辅助说明）【答案】 不能 见解析
【详解】（1）[1]两个磁体A、B都在小车上，由于力的作用是相互的，两个磁体之间的作用力是小车内
部的作用力，小车整体受到的合力为0，因此小车不能运动。
（2）[2]以“磁动力小车”整体为研究对象，小车受到重力和支持力的作用，小车所受合力为零，因此将
保持静止状态，其受力示意图如图所示：
2．（2024·北京朝阳一模）小阳看到船上的工作人员正在打捞沉入水塘底的石头，他想：把水底的石头打
捞到船上，水面高度会变化吗？为了寻找答案，他用大烧杯、石块A和塑料盒B模拟上述过程。他先让塑
料盒B漂浮在烧杯的水中，把石块A沉入水底，如图所示，此时水面高度为h₁。然后他将石块A从水中取
出并轻轻放入塑料盒B内，它们处于漂浮状态，此时水面高度为h。请你分析并判断h 与h 的大小关系。
2 1 2
【答案】h<h
1 2
【详解】A沉底时，浮力小于A的重力，B漂浮时浮力等于重力，当A与B一起漂浮时，浮力等于A和B
的总重力，所以总的浮力在变大，由 可知，排开水的体积变大，因大烧杯的底面积不变，所以
水的高度会上升，即h<h。
1 23．（2024·北京丰台一模）小明观察生活现象发现，放入水中的蜡块、冰块会漂浮在水面上；放入水中的
铜块、铁块会沉在水底。于是他认为：密度比水小的物体一定可以漂浮在水面上。为了检验这个观点是否
正确，小明准备了一个正方体实心木块和一个装有少量水的烧杯，他将木块放入装有水的烧杯中，木块静
止时水面刚好达到木块高度的一半。已知实心木块的密度为0.6×103kg/m3，水的密度为1.0×103kg/m3。请从
运动和力的角度分析木块静止时是否在水中漂浮，并判断小明的观点是否正确。
【答案】见解析
【详解】物体漂浮时， 。木块放入水中后，依据 和 ，可知
依据 和 ，可知
依据 ，可知木块此时不能在水中漂浮，所以小明的观点是错误的。
4．（2024·北京通州一模）实验室里有甲、乙两种液体。小华同学将同一个小球分别放入甲、乙液体中，
小球静止后的情境如图所示。于是，他得出了甲液体密度比乙液体密度大的结论。请你通过分析推理，判
断小华的结论是否正确。
【答案】见解析
【详解】甲、乙液体中的小球均漂浮，故 。同一小球重力相等，故 ，即
由于 ，所以 。小华的结论不正确。
5．（2024·北京顺义一模）如图所示，容器中间用隔板分成左右两部分，隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封
闭，橡皮膜两侧压强不同时其形状发生改变。请你利用该装置设计实验探究“液体压强与深度是否有关”，
写出实验步骤及判断方法（可画图辅助说明）。【答案】在容器的左右两部分中分别倒入深度不同的水，通过观察橡皮膜的形变判断液体压强是否与深度
有关。如果没有凸起，说明与深度无关，如果凸起说明与深度有关。
【详解】由于该实验要探究的是“液体压强与深度是否有关”，控制液体密度相同，而深度不同，设计实
验步骤如下，在容器的左右两部分中分别倒入深度不同的水，通过观察橡皮膜的形变判断液体压强是否与
深度有关。如果没有凸起，说明与深度无关，如果凸起说明有关。
6．（2024·北京平谷一模）综合实践活动课上，小华用一根圆柱状饮料吸管自制密度计。他先将吸管两端
剪平，测得吸管长为H，然后把铁丝密绕成小团后塞入吸管一端，再用石蜡将该端口堵住密封，就制成了
一个简易密度计。把该密度计分别放在水和酒精中时，均能竖直漂浮，静止时测出密度计露出液面的长度
分别为L 和L，已知水的密度为1.0g/cm3，酒精的密度为0.8g/cm3，请你分析并判断L 和L 的大小关系。
1 2 1 2
【答案】见解析
【详解】对密度计进行受力分析，如图所示
密度计静止时，在水中F =G
浮1
在酒精中F =G
浮2
因为同一密度计重力相等，所以F =F
浮1 浮2
由阿基米德原理得
又因水的密度大于酒精的密度，所以
则
则密度计浸入液体中的长度因吸管的长为露出液面的长度和浸入液体中的长度之和，所以
7．（2024·北京房山一模）小华想探究“物块浸没水中之前，所受浮力F 与物块浸入水中的深度h无关”。
浮
可供选用的实验器材有：弹簧测力计、密度大于水的长方体物块（a、b、c、d是各边中点如图所示）、细
线、装有适量水的圆柱形容器、刻度尺。请写出主要实验步骤，并画出实验数据记录表格。
【答案】见解析
【详解】（1）探究“物块浸没水中之前，所受浮力F 与物块浸入水中的深度h无关”，需保持物块浸入
浮
同种液体的体积相同，改变物块浸入液体中的深度，步骤如下：
①将物块悬挂在已调好的弹簧测力计下，测出其重力记为G；
②将物块竖放浸入水中，静止时水面与标记线ab重合，不碰容器，记录弹簧测力计的示数为F，用刻度尺
测出长方体物块进入水中的深度，记为h1；
③将物块横放浸入水中，静止时水面与标记线cd重合，不碰容器，记录弹簧测力计的示数为F，用刻度尺
测出长方体物块进入水中的深度，记为h；
④根据公式F =G－F，计算出F ，得出实验结论。
浮 浮
（2）根据实验记录的数据有物块的重力、测力计的示数、物块浸入的深度、浮力，实验数据记录表格如
图
G/N
F/N
h/cm
F
/N
浮
8．（2024·北京燕山一模）杆秤是我国从古代沿用至今的称量工具。图是小明制作的杆秤的示意图，使用
时将待称物体挂在A点的秤钩上，用手提起B或C（相当于支点）处的秤纽，在秤杆上移动秤砣至某位置
时秤杆达到水平平衡，此时就可以读出待称物体的质量。称量不同物体时，秤砣最远可移至E点。秤杆和
秤钩的质量忽略不计。请分析并判断提起哪处秤纽杆秤的称量最大。【答案】B处秤纽杆秤的称量最大
【详解】提B处秤纽时
则
提C处秤纽时
则
由图得 ，
则
所以提起B处的秤纽秤的称量最大。
9．（2024·北京人大附中校考一模）小明用实验室的器材设计了一个测定风速大小的装置如图所示，探头、
金属杆与滑动变阻器 的滑片P相连，可上下移动（摩擦不计）， 为定值电阻，电源电压一定。当电压
表示数增大时，请通过计算分析说明此时的风速如何变化。
【答案】风速变小
【详解】当有风吹过探头时，上表面空气流速比下表面快，根据流速大的地方压强小，则上表面的气压小于下表面的气压，探头将受到一向上的合力；电源电压记为U， 的电压从 增加为 ， 与 串联时，
两端的电压为 ，电流 ； 与 串联时， 两端的电压为 ，电流 ；
U、 不变， ，所以 ， ， ， ，所以 ，因此电压增大时， 阻
值增加，滑片P向下移动，探头受向上的合力变小，即风速变小。
10．（2024·北京海淀二模）在水平的实验桌上有如图所示的实验装置，一个长方体木块（长、宽、高均不
等，各表面的粗糙程度相同且面积已知）平放在水平长木板上。忽略定滑轮的摩擦，请利用该装置设计实
验证明滑动摩擦力的大小与接触面积无关。
（1）将以下的实验步骤补充完整：
①将木块平放在水平长木板上，调节滑轮的高度，使通过滑轮的细线一端竖直拉紧弹簧测力计的挂钩，另
一端沿水平方向拉紧长木板上的木块。再沿水平方向拉动长木板，弹簧测力计指针的位置稳定后，记录接
触面积S和弹簧测力计的示数F；
② ，弹簧测力计指针的位置稳定后，记录接触面积S和弹簧测力计的示数F；
③根据f = ，分别得出两次实验中滑动摩擦力f的大小并记录。
（2）画出实验数据记录表格 。
【答案】 见解析 F 见解析
【详解】（1）②[1]实验目的是探究滑动摩擦力大小与接触面积是否有关，所以需要控制其它因素不变，
只改变接触面积，调节滑轮的高度，使连接木块的细线水平，沿水平方向匀速拉动长木板。
③[2]木块做匀速直线运动时受平衡力作用，根据二力平衡原理可知，木块所受滑动摩擦力大小等于弹簧测
力计的示数，即 。
（2）[3]实验中，控制压力大小相同，改变接触面积的大小，记录不同接触面积下的弹簧测力计示数F和
滑动摩擦力示数f，表格如下：S/cm2
F/N
f/N
11．（2024·北京西城二模）小瑄用两端电压不变的电源及其他器材做了如图所示的实验。她闭合开关S，
观察到当滑动变阻器的滑片P位于A点和B点时，电压表V 示数的变化量大于电压表V 示数的变化量。
1 2
请你分析并判断电阻R 与R 阻值的大小关系。（请你画等效电路图辅助说明）
1 2
【答案】见解析
【详解】当滑片P在A点和B点时，等效电路如图甲、乙所示：
由图可知：R、R、R 串联或R、R、R 串联，电源电压U不变，根据串联电路电压特点 ，
1 2 A 1 2 B
已知
因此依据欧姆定律
所以
因此可知 。
12．（2024·北京东城二模）小东实验时发现塑料块漂浮在水面而铁块沉入水底，他猜想“浮力的大小跟物
体的密度有关”。现有满足实验要求的实验器材：体积相同的塑料块和铁块各一个、细线、已调零的弹簧
测力计、量筒、烧杯、足够多的水。请你从中选用适当的器材帮助他设计实验，探究“浮力的大小跟物体
的密度是否有关”。已知塑料块的密度为ρ =0.9×103kg/m3，铁块的密度为ρ =7.9×103kg/m3。请写出主
塑料 铁
要实验步骤。
【答案】见解析
【详解】实验步骤：（1）用细线拴住铁块和体积相同的塑料块挂在弹簧测力计下（铁块位置靠下），测
出总重力 ；
（2）将铁块浸没在烧杯的水中不与容器底壁接触，读出弹簧测力计的示数F；
1
（3）利用公式 算出铁块所受的浮力；
（4）继续将塑料块也浸没在烧杯的水中（铁块和塑料块均不与烧杯接触），读出弹簧测力计的示数F；
2
（5）利用公式 算出塑料块所受的浮力。
比较发现 ，说明浮力的大小跟物体的密度无关。
13．（2024·北京丰台二模）小明想比较甲、乙两种液体比热容的大小关系。他连接了如图所示的电路，其
中两个完全相同的保温杯内分别装有质量、初温相同的甲、乙两种液体，以及阻值为R 和R 的电阻丝
1 2
（R<R）。闭合开关一段时间后，他观测到甲液体升高的温度Δt 大于乙液体升高的温度Δt 。请分析并
1 2 甲 乙
判断甲、乙两种液体比热容的大小关系。【答案】c <c ，理由见解析
甲 乙
【详解】电阻丝电阻R<R ，依据串联电路的电流特点和焦耳定律 可知Q<Q 。甲液体升高的温度
1 2 1 2
Δt 大于乙液体升高的温度Δt ，则依据热传递过程中物体吸热关系公式 可知c <c 。
甲 乙 甲 乙
14．（2024·北京昌平二模）有一个容器用隔板将容器分成左、右两部分，隔板下部有一个圆孔用薄橡皮膜
封闭，如图所示。左、右两部分均可注入液体。甲、乙两烧杯中装有不同浓度的盐水，它们的密度不同，
请你利用该装置区分哪杯盐水的密度大，请写出操作步骤并分析区分的方法。
【答案】见解析
【详解】由p=ρgh可知，要判断哪杯盐水的密度大，应控制液体的深度相同，故实验方法为：在隔板两侧
分别倒入深度相同、浓度不同的盐水，观察液体静止后，橡皮膜是向左侧凸出还是向右侧凸出，若向左侧
凸出，则右边盐水的密度大，若向右侧凸出，则左边盐水的密度大。
15．（2024·北京昌平二模）某同学认为漂浮的物体受到的浮力一定大于沉底的物体受到的浮力。他将樱桃
和蓝莓放入水中，当它们都静止时，发现体积较小的蓝莓漂浮在水面上，而体积较大的樱桃却沉在水底，
如图所示。
（1）请分析并判断蓝莓受到的浮力 F 与樱桃受到的浮力 F₂的大小关系，说明该同学的想法是否正确；
1
（2）请分析并判断蓝莓的重力G 与樱桃的重力 G₂ 的大小关系（可画受力示意图辅助说明）。
1【答案】（1）见详解；（2）见详解
【详解】（1）该同学的想法是错误的；体积较大的樱桃却沉在水底，体积较小的蓝莓漂浮在水面上，故
樱桃排开水的体积较大，由
可知体积较小的蓝莓受到的浮力F 小于体积较大的樱桃受到的浮力F。
1 2
（2）蓝莓漂浮在水面上，其密度小于水的密度；樱桃沉在水底，樱桃的密度大于水的密度；所以樱桃的
密度小于蓝莓 的密度，同时蓝霉的体积小于樱桃的体积，根据密度公式知，蓝莓的质量小于樱桃的质量，
根据 知，蓝莓受到的重力G 小于樱桃的重力G。
1 2
16．（2024·北京大兴二模）小兴想比较R、R 两个电阻的大小，他设计了如图所示的电路，当他把电阻
1 2
R 接入a、b两点间时灯较亮；把电阻R 接入a、b两点间时灯较暗，已知电源电压不变，通过灯的电流越
1 2
大灯越亮且灯的电阻R 越大，请你通过分析，比较电阻R、R 的大小关系。
L 1 2
【答案】见解析
【详解】答：根据U=U +U ，U =IR ，U =IR可知U=I（R +R）
L R L L R L
当电阻R 和电阻R 分别接入电路时，电路中的电流分别为I 和I，因为通过灯的电流越大灯越亮且灯的电
1 2 1 2
阻R 越大，所以I>I，R >R ；因为电源电压不变，即I（R +R）=I（R +R）
L 1 2 L1 L2 1 L1 1 2 L2 2
所以R +R＜R +R
L1 1 L2 2
又因为R >R ，所以R-R＜0，即R＜R
L1 L2 1 2 1 2
17．（2024·北京大兴二模）小兴在探究串联电路中电压的特点时，设计了如图所示的电路，图中电源两端的电压可以调节，R 是电阻箱。他按照电路图连接好电路后，将电阻箱调节至某个值，分别将电压表并联
1
在电源和R、R 两端，记录测得的数据分别为U和U、U，发现 。于是小兴猜想：串联电路
1 2 1 2
中两个电阻两端的电压之和跟它们两端的总电压相等。
（1）在小兴实验的基础上，请你利用图所示的电路，继续探究串联电路中两个电阻两端的电压之和跟它
们两端的总电压是否相等，请你写出接下来的实验步骤。
（2）画出记录实验数据的表格。
【答案】见解析
【详解】（1）为了得到普遍结论，可以多次改变电源电压，分别将电压表并联在电源和R、R 两端，进
1 2
行多次测量，分别读出每组实验的电源、R、R 的电压，分别记入U和U、U 对应的表格中。
1 2 1 2
（2）表格设计如下：
U/V
U/V
1
U/V
2
（U+U）/V
1 2
18．（2024·北京平谷二模）小华在探究“凸透镜所成实像的高度与凸透镜的焦距是否有关”时，将焦距为
10cm的凸透镜A固定在光具座上50cm刻度线处，将高度为H的电子蜡烛放置在一倍焦距和二倍焦距之间，
移动光屏至烛焰在光屏上成清晰的像，用刻度尺测出光屏上像的高度为h；保持电子蜡烛的位置不变，更
1
换焦距为5cm的凸透镜B仍固定在光具座上50cm刻度线处，移动光屏至烛焰在光屏上成清晰的像，用刻
度尺测出光屏上像的高度为h；请你根据凸透镜成像规律分析并说明h 和h 的大小关系。
2 1 2
【答案】h>h
1 2
【详解】用焦距为f=10cm的凸透镜成像时10cm<u<20cm
1
光屏上成放大的实像，即h1>H
换用焦距为f=5cm的凸透镜成像时，因为物距不变，此时物距u>2f
2 2
光屏上成缩小的实像，即h2<H所以h>h。
1 2
19．（2024·北京燕山二模）甲、乙两个完全相同的柱状容器内分别装有深度均为h的A、B两种不同液体，
将一个U形管压强计进行改装，使其两端都装上完全相同的探头，探头未放入液体中之前两管液面齐平。
现将探头分别放至甲、乙两容器底部，如图所示，U形管左右两侧液面高度分别为 ，分
析并比较两种液体密度大小关系。
【答案】见解析
【详解】由H₁<H₂可知，甲容器中金属盒所在位置的液体压强大于乙容器中金属盒所在位置的液体压强，
即p >p ，所以有ρ gh >ρ gh
A B A A B B
又因为两容器中液体深度均为h，所以ρ >ρ 。
A B
