力学压轴题

力学部分在中考物理试卷中占了很大比重,考查范围相当广泛.综观各地中考试题,力学压轴题的命题基本上集中在密度、力与运动、压强与浮力等知识点.试题的题型也日趋多样化,有培养学生创新能力的开放性试题,有强调学生科学探究过程和方法的探究性试题,有考查学生联系生活实际、学以致用的应用题等等.

在复习这部分知识时,一是要注意建立知识点之间的联系;二是要注意物理概念、规律的形成过程;三是要注意体会其中蕴含的科学方法.

一、力与运动

这一部分主要涉及的知识点有简单运动、力的基本知识及摩擦力等.题型有知识综合型、障碍陷阱型和实验评估型.

1.知识综合型.

例1如图1所示,小华将弹簧测力计一端固定,另一端钩住长方体木块A,木块下面是一长木板.实验时拉着长木板沿水平地面向左运动,读出弹簧测力计示数即可测出木块A所受摩擦力的大小.在木板运动的过程中,以下说法正确的是().

A.木块A受到的是静摩擦力

B.木块A相对于地面是运动的

C.拉动速度变大时,弹簧测力计示数变大

D.木块A所受摩擦力的方向向左

解析如图1所示,在木板运动的过程中,木块A和木板间发生滑动,它们之间的摩擦为滑动摩擦,即木块A受到的是滑动摩擦力,不是静摩擦力.拉动木块运动的过程中,以木板为参照物,木块A向右运动,根据摩擦力方向和运动方向相反,可知摩擦力方向向左.拉动速度变大时,木块A、木板间的压力没有变化,接触表面的粗糙程度没有变化,则木块A所受的摩擦力不变,根据力平衡的条件,弹簧测力计对木块的拉力不变,即弹簧测力计的示数不变.本题应选D.

本题涉及二力平衡、静摩擦、滑动摩擦力、影响摩擦力的因素等内容,考查了同学们综合运用物理知识解决实际问题的能力,由于涉及的知识较多,同学们往往会因某个知识点的缺陷,或考虑不周出错失分,故失分率很高.

2.障碍陷阱型

例22007年10月24日18时05分,我国自主研制的第一个月球探测器――“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心顺利升空,离实现“嫦娥登月”的梦想又近了一步.不久的将来,我国的宇航员将登上月球,宇航员完成探月任务后乘火箭离开月球表面,若在某段时间内火箭沿斜向上方向做匀速直线运动,如图2所示,则在这段时间内,在月球表面上观察到火箭发动机的喷气方向应该是.

解析火箭离开月球时,发动机对喷出的气体施加向后的力,由于物体间力的作用是相互的,喷出的气体对火箭施加推动力.月亮附近没有大气层,没有大气层的阻力.火箭所受月球的引力,方向竖直向下.不言而喻,火箭离开月球时,只受月球的引力和火箭发动机的推动力.火箭做匀速直线运动,这两个力是平衡力,推动力的方向竖直向上.显然,火箭发动机的喷气方向应该竖直向下.本题应填“竖直向下”.

很多同学没有真正理解二力平衡的条件,片面地认为火箭发动机的推动力方向和运动方向相同,发动机的喷气方向应该和运动方向相反.故出错.

3.实验评估型

“评估”是科学探究的要素,通过对探究的过程、结果的评估,可以增长知识、提高相关技能.这类试题以常见的实验方案为素材,设计似乎可行的实验方案、似乎正确的实验结论,学生在分析、评估中,发现这些方案、结论的病症,并按要求完成答题.对实验进行评估时,主要可从这几方面考虑:(1)有没有控制相关的变量.(2)实验器材的规格,特别是量程、分度值,是否满足实验的要求.(3)实验方案是否有可操作性.

例3在研究牛顿第一定律的实验中,同学们已经知道,滑块在水平面上滑行的距离与它刚滑到水平面上时的速度v0有关,与水平面的粗糙程度有关,有些同学还认为与滑块的质量有关.下面是甲、乙、丙三位同学在探究“滑块在水平面上滑行的距离与滑块质量是否有关”课题时所设计的实验步骤,请你也参与进来.他们选择的器材有:质量相同、粗糙程度不同的木块、铁块、铜块、铝块各一个,斜面、木板、钩码若干.

(1)实验中应控制和不变.

(2)甲、乙、丙三位同学设计的实验步骤分别如下,你认为符合本课题探究要求的是

同学的(填选项前的编号).

甲:让木块从斜面的顶端由静止滑下后沿水平木板滑行,观察并记录木块在水平木板上滑行的距离和木块的质量;分别在木块上放上数量不等的钩码,先后让其从同一斜面的顶端由静止滑下后沿同一水平木板滑行,观察并记录每次木块在水平木板上滑行的距离和木块及其钩码的质量.

乙:先后让木块从同一斜面的不同高度处由静止滑下后沿同一水平木板滑行,观察并记录每次木块在水平木板上滑行的距离和木块的质量.

丙:先后让木块、铁块、铜块、铝块从同一斜面的顶端由静止滑下后沿水平木板滑行,观察并记录它们分别在同一水平木板上滑行的距离和它们的质量.

(3)下表是按符合本探究课题要求的实验步骤操作后得到的实验数据.

从中得出的结论是:.

解析(1)滑块在水平面上滑行的距离与它刚滑到水平面上时的速度v0、水平面的粗糙程度都相关,探究滑块在水平面上滑行的距离与滑块质量是否有关时,必须在控制这两个变量的基础上,改变滑块的质量进行多次实验.(2)乙同学的方案中木块从不同高度由静止滑下,到达平面的速度不同.丙同学的方案中木块、铁块、铜块、铝块从同一斜面的顶端由静止滑下后,没有控制它们和平面间粗糙程度相同.另外,粗糙程度不同的物块从同一位置滑到平面的速度也不相同.即乙、丙两位同学没有落实好相关变量的控制.(3)从表格中的数据可以看出,不同质量的滑块在平面滑行的距离相同.

答案(1)刚滑到水平面上时的速度v0,水平面的粗糙程度;(2)甲;(3)滑块在水平面上滑行的距离与滑块质量无关.

本题以“探究阻力对物体运动的影响”为起点设计,考查了同学们运用控制变量的思想,评估实验方案的能力及对实验数据的分析、论证的能力.

二、压强与浮力

这一部分主要涉及质量和密度、压力与压强、浮力、大气压、液体压强等方面的问题.题型有实验评估型和数形转换型两种.

1.实验评估型

例4小明和小华利用如图3所示的实验器材,探究物体的浮沉条件,他们探究活动的过程如下:

(1)探究蜡块的上浮条件

A.测量蜡块的重力.

小明设计的方案:用弹簧测力计测出蜡块的重力.

小华设计的方案:用天平测出蜡块的质量,求出重力.

你支持(小明/小华)的方案,理由是.

B.测量蜡块受到的浮力.

小明在量筒中放入适量的水,把蜡块放在水中浮在水面时,测出蜡块排开水的体积,用阿基米德原理求出浮力.你认为上述操作存在的问题是.

C.通过比较蜡块的重力和受到的浮力,可知物体上浮的条件.

(2)探究蜡块下沉的条件

A.测量石块的重力.

用弹簧测力计测出石块的重力.

B.测量石块受到的浮力.

小明利用量筒测出石块浸没水中排开水的体积,用阿基米德原理求出浮力.

小华依据另一种原理,采用不同的方法也测出了石块受到的浮力,其方法是:.

C.通过比较蜡块的重力和受到的浮力,可知物体下沉的条件.

解析(1)运用弹簧测力计等测量工具时,所测量的量必须大于测量工具的分度值,本题蜡块质量为9g,重力G=mg=9×10-3

×10N=9×10-2N,小于弹簧测力计的分度值,故必须运用天平进行测量.探究蜡块的上浮条件,必须测量蜡块浸没在水中所受浮力的大小,观察蜡块在水中运动状态变化的情况,比较重力、浮力的大小关系.蜡烛浮在水面时,所受浮力等于重力,发现不了物体上浮的条件.(2)小明运用量筒,借助阿基米德原理测出浮力.根据试题要求,小华只能运用弹簧测力计测量浮力的大小.

答案(1)小华;蜡块质量只有9g,弹簧测力计的分度值为0.2N,即蜡块的重力小于弹簧测力计的分度值,无法测量其重力,只能运用天平测量.小明操作中存在的问题是没有将蜡块压没入水中测量排开水的体积.(2)用弹簧测力计测出石块的重G;将石块浸没在水中,记下弹簧测力计的示数F.两次示数差就是浮力.

这道题涉及重力、质量、阿基米德原理、浮沉条件、弹簧测力计测浮力的方法等内容,又涉及天平、量筒、弹簧测力计等器材,旨在考查同学们综合运用物理知识的能力.亮点在于要求同学们通过分析、评估发现运用弹簧测力计测量蜡块的重力不可行、小明的实验方案(测浮力的方法)不能探究物体的浮沉条件,并提出切实可行的实验方案.破解这样的试题,需要同学们知识扎实、思维活跃,善于发现问题、解决问题.

2.数形转换型

数形转换型试题,有的用函数图像承载解题的信息,要求学生从中提取有用的数据,运用公式进行计算;有的用系列数据资料承载信息,要求学生运用函数图像处理数据资料,从图像发现规律并运用规律完成答题,或直接运用图像完成答题.

例5如图4所示的是世界上最长的跨海大桥――杭州湾跨海大桥,全长36km,设计时速100km.大桥已于2008年5月1日通车,至此上海到宁波的陆路距离缩短了120多千米.

(1)若某轿车以60kW的功率,按大桥设计时速匀速通过,则通过整座大桥需要

h,轿车在行驶过程中受到的阻力为N.

(2)大桥施工时,要向海中沉放大量的施工构件,假设一正方体构件被缓缓吊入海水(如图甲所示),在沉入过程中其下表面到水面的距离h逐渐增大,随着h的增大,正方体构件所受浮力F1、钢绳拉力F2的变化随h变化如图乙所示.图中反映钢绳拉力F2随h变化的图线是.该正方体构件所受的最大浮力为N.(海水的密度取1.03×103kg/m3)

解析(1)设计时速100km,即速度v=100km/h=m/s.

轿车以这样的速度过桥的时间为t===0.36h.

轿车的功率P=Fv=fv,

阻力f==2.16×103N.

(2)由甲图可知,正方体构件从水面缓缓下沉,所受的浮力随深度的增加而变大,钢绳拉力随深度的增加而变小.浸没后,构件的浮力、钢绳的拉力都不随深度增加而变化.从图乙可以看出,图线①是先随h的逐渐增大而变小,后保持不变,是钢绳拉力随h变化的图线.图线②是先随着h的逐渐增大而变大,后保持不变,是浮力随h变化的图线.图乙h=2m时,浮力开始保持不变,表明正方体边长为2m,体积V=(2m)3=8m3.最大浮力F浮=ρ海水gV排=1.03×103×9.8×8N

=8.1×104N.

答案(1)0.36,2.16×103;

(2)①8.1×104.

本题涉及功率、阿基米德原理、速度、单位等知识,考查学生综合运用物理知识的能力.本题对知识的要求较低,有的几乎可以直接用公式,压轴的功效落实在能力上,要求学生能娴熟地转换“数”和“形”,特别是综合两个图中的信息,发现构件的体积这个至关重要的“数”.