请阅读《研究物理问题常用的方法》并回答问题。
研究物理问题常用的方法
在学习物理过程中,我们不仅学习到了具体的物理知识,还接触到了许多物理研究方法,其中控制变量法、模型法、类比法、等效替代法和转换法等是研究物理问题时常见的方法。比如在研究电流与电压的关系时,需要控制电阻不变,这是用了控制变量法; 在研究杠杆的平衡条件时,需要将实际的硬棒抽象为没有质量的杠杆模型,这是用了模型法;学习电流的概念时将电流与水流类比,这是用了类比法;耳熟能详的“曹冲称象”, 使大量石块对船的作用效果与大象对船的作用效果相同,从而通过称量石块的质量得出了大象的质量,这是用了等效替代法。
转换法在很多地方也有运用。将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象, 或者将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量,都是用了转换法。比 如通过微小压强计 U 形管两侧液面的高度差反映液体内部的压强的大小;通过电流的热效应和磁效应判断电流的存在;根据磁体吸引大头针数量的多少判断磁体磁性的强弱; 在电热丝加热煤油的实验中用煤油温度的变化反映电流通过电热丝产生热量的多少等 等,都用到了转换法。
此外,很多测量仪器也利用了转换法。比如用实验室常见的液体温度计测温度时,我们是根据温度计中液柱的长短来识别温度高低的,这就是将温度的测量转化为长度的测量。同理,利用电流表测电流时,我们是在量程确定的情况下根据电流表指针偏转的角度来识别电流大小的,这就是将电流的测量转化为角度的测量。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)在研究同一直线上力的合成时,分别用两个力和一个力将皮筋拉到相同的位置,这里用到的方法是______;在研究液体内部压强大小与深度的关系时,需要在同一种液体中改变微小压强计探头的深度,保证这样的实验条件采用的研究方法是______; 在研究磁场时我们引入了磁感线来描述磁场的强弱和方向,这里用到的方法是______;(选填选项前的字母,每空只有一个选项正确)
A.控制变量法 B.等效替代法 C.转换法 D.模型法
(2)在做“探究物体的重力势能与哪些因素有关”的实验中,三个完全相同的木桩被从正上方静止释放的铁块撞击后,陷入沙坑中的情况如图所示。在此实验用到了转换法,实验中我们是通过______来反映各铁块对木桩做功的多少,从而比较各铁块的重力势能大小。
有人猜想:“浸没在液体中的固体所受的浮力大小可能跟固体的形状有关”,请设计一个实验验证猜想是否正确。要求:写出实验所需的器材并画出实验过程的小图。
在探究杠杆平衡条件的实验中,先准备好质量相等的钩码若干个,再把质量分布均匀、带有轻质挂环的杠杆安装在转轴 O 上。已知杠杆上相邻两条刻度线间的距离均相等:
(1)开始实验前发现杠杆如图所示,为使杠杆能水平平衡,需要将右端的平衡螺母向______调节(选填“左”或“右”);
(2)调节杠杆水平平衡后,在 O 点左侧的第 2 条刻度线处的 A 环上挂 3 个钩码,为使杠杆再次在水平位置平衡,需要在 O 点右侧第 3 条刻度线处的 B 环上挂______个钩码;
(3)保持 A 环上挂 3 个钩码不变的条件下,去掉 O 点右侧的所有钩码,并在 O 点左侧施加竖直向上的动力 F,使杠杆在水平位置平衡,测出多组动力 F 和动力臂 L 的数据,进而得出阻力和阻力臂不变时,动力 F 与动力臂 L 成反比。请你设计出实验(3) 的数据表格。
(______)
在探究物体所受浮力大小与物体排开液体所受重力大小关系的实验中,小波的一次操作过程如图。
实验步骤:
①用细线将物块系好,挂在已调零的弹簧测力计挂钩上,测出物块所受的重力G物(如图甲),将数据记录在表格中;
②将水倒入溢水杯中(如图乙);
③将挂在弹簧测力计挂钩上的物块浸没在溢水杯内的水中,不接触溢水杯,同时用小桶收集溢出的水,物块静止、待溢水杯中的水不再流出时,读出弹簧测力计示数F(如图丙),将数据记录在表格中;
④将步骤③中装有溢出水的小桶挂在弹簧测力计挂钩上,测出小桶和溢出水的总重G总(如图丁),将数据记录在表格中;
⑤利用F浮=G物-F求出物体所受浮力的大小,并与G总进行比较。
(1)请指出上述步骤中存在的两个问题:
问题1:______;
问题2:______;
(2)已知水的密度为ρ水,请根据小波测量出的物理量和ρ水及g,写出计算物块体积的表达式:V物=______。
小莎想知道组成金属块A的物质可能是哪种金属,她准备用天平和量筒测出金属块A的密度,再根据密度表确定金属的种类。小莎将金属块放在调节好的天平左盘内,改变右盘中砝码的质量和游码的位置,使天平横梁在水平位置重新平衡,右盘中所放砝码及游码在标尺上的位置如图甲;然后,小莎将系好细线的金属块放入盛有50mL水的量筒中,金属块浸没在水中后,量筒中的水面升高到如图丙的位置。请你将测量数据填入表一中,并根据实验结果,结合表二进行分析判断,将表一中的其他项目填写完整。
表一:数据表
金属块A的质量m/g | 量筒中水的体积V1/cm3 | 金属块A与水的总体积V2/cm3 | 组成金属块A的物质的密度ρ/g•cm-3 | 组成金属块A的物质可能是哪种金属 |
______ | 50 | ______ | ______ | ______ |
表二:几种常见金属的密度
材料 | 密度ρ/kg•m-3 |
铅 | 11.3×103 |
铜 | 8.9×103 |
钢、铁 | 7.9×103 |
铝 | 2.7×103 |
在探究物体的动能跟哪些因素有关时,钢球从高为h的斜槽上由静止滚下,在水平面上运动。运动的钢球A碰上物体B后,能将B推动一段距离s,这说明A对B做了功,如图所示。在同样的平面上,B被推得越远,A对B做的功越多,A的动能越大。以下为小京的部分实验过程及结论,请你补充完整:
(1)同一钢球从同一斜面不同高度h由静止滚下,高度h越高,钢球运动到水平面时越______(选填“快”或“慢”), 物体B被推得越远。所以,质量相同时,钢球的速度越大,动能越______;(选填“大”或“小”)
(2) 让质量不同的钢球从同一斜面同一高度由静止开始滚下,观察发现质量越大的钢球能将物体B推得越远。此次实验过程的自变量是______,因变量是______。