潍坊物理第十一章 简单机械和功单元测试题（Word版 含解析）
一、初三物理第十一章 简单机械和功 易错压轴题提优（难）
1．小红在探究杠杆的平衡条件时，找来一个量程为5N的弹簧测力计和若干个重均为0.5N的钩码，实验前测得杠杆上相邻刻度线间的距离都等于2cm。请回答下列问题： (1)实验前，小红先将杠杆调至水平位置平衡，这样操作的目的是______； (2)小红在实验中测得一组数据如下表，于是他立即得出了杠杆的平衡条件：“F1×L1=F2×L2”，你认为是否合理，并说明理由：______； F1/N 2 L1/cm 6 F2/N 3 L2/cm 4 (3)某次实验如图所示，杠杆平衡，则以下生活中相关杠杆的应用与此图中杠杆类型相同的是______（选填“托盘天平”、“核桃夹”或“筷子”）；
(4)在上图中，保持弹簧测力计的位置及拉力的方向和钩码的个数不变，钩码向左移动，若要保持杠杆平衡，则钩码到支点的距离不应超过______cm。
【答案】便于直接测量力臂 不合理，只有一组实验数据，得到的结论具有偶然性 核桃夹 10cm 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]在探究杠杆的平衡条件时，为了便于直接测量力臂，我们将杠杆调至水平位置平衡。 (2)[2]在探究杠杆的平衡条件时，我们需要进行多次实验得到多组实验数据是结论具有普遍性，实验中由一组实验数据得到的结论具有偶然性。
(3)[3]如图所示，弹簧测力计对杠杆施加拉力的力臂大于钩码对杠杆施加拉力的力臂，是一个省力杠杆；而托盘天平是一个等臂杠杆，核桃夹是一个省力杠杆，筷子夹菜时相当于一个费力杠杆；所以与此图中杠杆类型相同的是核桃夹。
(4)[4]杠杆上相邻刻度线间的距离都等于2cm，每个钩码重均为0.5N，则图中钩码的总重力为
G?0.5N?6?3N
弹簧测力计施加拉力的力臂
L右?2cm?3?6cm
钩码向左移动，若要保持杠杆平衡，弹簧测力计量程为5N，由杠杆平衡条件可知，钩码对杠杆施加拉力的最大力臂
L左?FL右5N?6cm??10cm G3N即钩码到支点的距离不应超过10cm。
2．小明用天平和量筒测量某金属块的密度。
(1)将天平放在水平台面上，游码归零后，发现指针指示的位置如图甲所示，他应将右端的平衡螺母向________调节（选填“左”或“右”），才能使天平水平平衡；
(2)用调节好的天平测金属块质量时，天平平衡后，砝码及游在标尺上的位置如图乙所示，则金属块质量________g；
(3)用细线系住金属块放入装有20mL水的量筒内，水面如图丙所示，则可计算出金属块的密度ρ=________g/cm3；
(4)完成上述实验后，小刚又用一根硬刻度尺设计出测金属块密度的实验方案如图丁，首先用细线系在中点O点使硬刻度尺在水平位置平衡，然后将金属块A挂在硬刻度尺左端C处，把一块石块B挂在硬刻度尺右端，调节石块B的位置，使硬刻度尺在水平位置平衡，此时石块挂在硬刻度尺上的位置为E，如图所示。下面是测量ρ金属的部分实验思路，将其补充完整。
①在刻度尺上读出OE的长度L1；
②把金属块A浸没在水中，把石块B从E移动到D处时，硬刻度尺仍在水平位置平衡： ③____________________________；
④则金属块密度的表达式：ρ=___________。（用测出量和己知量表示，水的密度为ρ
水
）。
【答案】右 27 2.7 在刻度尺上读出OD的长度L2 【解析】 【分析】 【详解】
L1?水L1?L2
(1)[1]如图甲所示，调节横梁平衡时，指针左偏说明左盘质量偏大，则平衡螺母应向右调节。
(2)[2]如图乙所示，游码标尺的分度值是0.2g，游码位于2g位置，矿石的质量
m?20g?5g?2.0g?27g
(3)[3]水和金属块的总体积
V总?30mL?30cm3
则金属块的体积
V?V总?V水?30cm3?20cm3?10cm3
金属块的密度
??(4)③[4][5]实验步骤：
①在刻度尺上读出OE的长度L1；
m27g3??2.7g/cm 3V10cm②把金属块A浸没在水中，把石块B从E处移动到D处时，硬刻度尺仍在水平位置平衡； ③在刻度尺上读出OD的长度L2；
刻度尺的左端挂物体A，物体B挂在E处，杠杠在水平位置平衡，根据杠杠平衡条件得
?铁gVA?OC?GB?L1
金属块A浸没在水中，物体A受到浮力作用，物体B挂在D处，杠杠在水平位置平衡，根据杠杠平衡条件得
（?铁gVA??水gVA）?OC?GB?L2
以上两个等式相除整理得
?金属?
L1?水L1?L2
3．如图是探究杠杆平衡条件的几个实验情景：
(1)挂钩码前，杠杆在如图甲所示的位置静止，此时杠杆_______（填“是”或“不是”）平衡状态；
(2)如图乙所示，在A处挂三个钩码，在B处挂2个钩码可以使杠杆在水平位置平衡，若将杠杆A、B处的钩码同时向外移动一格，杠杆将__________（选填“保持不变”、“左端下降”或“右端下降”）；
(3)如图丙，取下B处钩码，改在C处用细绳竖直向上拉，使杠杆再次在水平位置平衡，则拉力F为____N（每个钩码重0.5N）；若将细绳转到虚线位置时，仍使杠杆水平平衡，此时拉力F___（选填“变小”、“不变”或“变大”），原因是_______；
(4)杠杆在生活中应用非常广泛，图丁是脚踩式垃圾桶的结构简图，则杠杆DEF是_______（选填“省力杠杆”“费力杠杆”和“等臂杠杆”），此种杠杆的好处是_____。 【答案】是 左端下降 0.75 变大 拉力F的力臂变短 费力杠杆 省距离 【解析】 【分析】
【详解】
(1)[1]如图甲所示，杠杆保持静止状态，是平衡状态。
(2)[2]假设一个钩码重力为G，杠杆上一格为L，在A处挂三个钩码，在B处挂2个钩码可以使杠杆在水平位置平衡，若将杠杆A、B处的钩码同时向外移动一格，则杠杆左端有
3G?3L?9GL
右端有
2G?4L?8GL
则
9GL?8GL
杠杆会出现左端下降的情况。
(3)[3]假设杠杆上一格为L，A处力臂为2L，C处力臂为4L，每个钩码重0.5N，根据杠杆平衡条件有
F?4L?3?0.5N?2L
则C处拉力F为
F?3?0.5N?2L?0.75N
4L[4][5]若将细绳转到虚线位置时，拉力F的力臂变短，A处的作用力、力臂不变，仍要使杠杆水平平衡，根据杠杆平衡条件可知，此时拉力F将变大。
(6)[6][7]如图丁所示，脚踩式垃圾桶使用时，杠杆DEF的动力臂小于阻力臂，是一个费力杠杆；费力杠杆的特点是费力省距离。
4．在做“探究杠杆的平衡条件”的实验中：
(1)如图甲所示，为使杠杆在______位置平衡，可以将左端的平衡螺母向______调； (2)调节平衡后，在杠杆两侧挂不同数量的钩码，移动钩码位置，使杠杆在水平位置再次平衡，并记录相关数据。改变钩码的数量及位置多次实验，小明得出杠杆的平衡条件______。如图乙所示，A、B两点分别增加一个钩码，则杠杆______（选填“左端下沉”、“右端下沉”或“仍保持平衡”）；
(3)如图丙所示，若不在B点挂钩码，改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动，杠杆始终保持水平平衡，则弹簧测力计的示数将逐渐______（选填“增大”或“减小”），原因是弹簧测力计拉力的力臂在______（选填“增大”或“减小”）。
【答案】水平 左 动力×动力臂=阻力×阻力臂或F1L1=F2L2 右端下沉 增大 减小
【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1][2]如图甲所示，杠杆右端下沉，左端上翘，应该将左端的平衡螺母向左调，使杠杆重新在水平位置平衡。
(2)[3]如图乙所示，假设一个钩码重力为G，横杆上一小格为L，调节平衡后，在杠杆两侧挂不同数量的钩码，移动钩码位置，使杠杆在水平位置再次平衡，并记录相关数据。得到
左边= F2L2=3G×2L=6GL 右边= F1L1=2G×3L=6GL
左边等于右边，改变钩码的数量及位置多次实验，左边依然等于右边，小明据此得出杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂或F1L1=F2L2 [4]如图乙所示，A、B两点分别增加一个钩码，则
左边??4G?2L?8GL 右边??3G?3L?9GL
各自增加一个钩码后，右边大于左边，所以杠杆右端下沉。
(3)[5][6]如图丙所示，A点钩码数量不变，钩码对杠杆施加的拉力方向不变，现在将B点的弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动，则弹簧测力计拉力的力臂减小，为使杠杆始终保持水平平衡，根据杠杆的平衡条件可知，则弹簧测力计拉力增大，即弹簧测力计的示数将逐渐增大。
5．小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率；实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升，（支点和杠杆的摩擦不计）问：
(1)重为5N的钩码挂在A点时，人的拉力F为4N，钩码上升0.3m时，动力作用点C上升0.5m，此时机械效率η1为______？
(2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移到B点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点C仍然上升0.5m。问：人的拉力F与第一次相比______（选填“变大”“变小”或“不变”）。比较此时的机械效率η2与η1的大小并用学过的知识给以推导______。
【答案】75% 变小 η2<η1，推到过程见解析 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]有用功为
W有用=Gh=5N×0.3m=1.5J
总功为
W总=Fs=4N×0.5m=2J
机械效率为
??W有用W总?100%?1.5J?100%?75% 2J(2)[2]钩码的悬挂点在A点时，由于杠杆的重力会阻碍杠杆转动，则由杠杠的平衡条件得
1G?OA?G杠杆?OC?F?OC
2悬挂点移至B点时，由杠杠的平衡条件得
1G?OB?G杠杆?OC?F'?OC
2观察比较可知，悬挂点移至B点时，OB [3]杠杆的机械效率 ??W有用W有用??W总W有用?W额1W 1?额W有用因为杠杆升高的高度不变，所以克服杠杆自重所做的额外功不变；由于悬挂点B更接近支点，所以钩码提升的高度减小，根据W有用=Gh可知，有用功减小；从上面的表达式可知：W有用减小、W额不变，所以 W额W有用变大，分母变大，η就减小；即η2<η1。 6．在探究“杠杆平衡条件”实验中(每个钩码质量相等，杠杆上每小格等距) (1)将杠杆的中点O挂在支架上后，调节杠杆两端螺母使杠杆在水平位置平衡，目的是_____________； (2)杠杆平衡后，小明同学在图甲所示的A位置挂上两个钩码，可在B位置挂上_____个钩码，使杠杆在水平位置平衡； (3)取下B位置的钩码，改用弹簧测力计拉杠杆的C点使杠杆在水平位置保持平衡。当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中，杠杆在水平位置始终保持平衡(如图乙)，测力计示数将_____________(选填“一直变大”、“一直变小”、“先变大后变小”、“先变小后变大”)； (4)接着小明把支点选到B点，如图丙，在A点挂一个钩码，在C点挂3个钩码，杠杆也恰 好水平静止，她觉得此时不满足杠杆平衡条件，造成这个问题的原因是_____________； (5)完成以上实验后，小明利用杠杆来测量测量杠杆的机械效率。如图丁，实验时，竖直向上拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。实验中，将杠杆拉至图中虚线位置测力计的示数F=_____N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为_______%(结果精确到0.1%)。如果把钩码由A移至B，两次实验A点竖直移动相同距离，拉力所做的有用功将____，此杠杆的机械效率将________(两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)。 【答案】消除杠杆自重的影响 3 先变小后变大 没有消除杠杆自身重力的影响 0.5 66.7% 不变 变大 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]将杠杆的中点O挂在支架上，调节杠杆两端螺母使杠杆在水平位置平衡，目的是消除杠杆自重的影响。 (2)[2]设杠杆的一个小格为L，一个钩码重为G，因为 Fl11?F2l2 所以 2G?3L?nG?2L 解得n＝3，所以在A处挂3个钩码。 (3)[3]由图可知，OC为最长力臂，当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中，动力臂先变长后变短，而杠杆在水平位置始终保持平衡，根据杠杆平衡条件可知，测力计示数将先变小后变大。 (4)[4]把支点选到B点，杠杆的重心在O点，在计算时，由于杠杆自身重力的影响，左边应有两个力，故觉得此时不满足杠杆平衡条件。 (5)[5]完成以上实验后，小明利用杠杆来测量测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升，由图知，拉力F＝0.5N。 [6]有用功是 W有用?Gh?1.0N?0.1m?0.1J 总功是 W总?Fs?0.5N?0.3m?0.15J 所以杠杆的机械效率是 ??W有用W总?100%?0.1J?100%?66.7% 0.15J[7][8]将钩码的悬挂点由A移至B，O、C位置不变，仍将钩码提升相同的高度，有用功不变；由于额外功是提升杠杆所做的功，悬挂点由A移至B后，杠杆实际提升的高度变小，所以额外功也变小，则总功变小，所以杠杆的机械效率将变大。 7．如图甲所示是一款自拍神器，它能够在一定长度内任意伸缩，使用者只需将手机固定在伸缩杆上，通过按键或遥控器就能实现多角度自拍。自拍杆主要有伸缩杆、三角支架、底端按键和蓝牙遥控自拍器。 (1)蓝牙遥控自拍器是一种短距离通信的无线电技术，它是利用______（“电磁波”或“超声波”）来传递信息而控制拍摄的。 (2)如图乙所示是一群人正在利用自拍杆上的手机进行自拍，拿着自拍杆的人发现还有同事没有进入取景窗，请你给她一个合理的操作建议：____________。自拍时自拍杆的简图如图所示，O为支点，请你在图中画出力F2的力臂L2，并画出施加在A点的最小动力F1。 （____________） (3)如图甲中左图，小明把手机固定到自拍杆上，再高高跳起，按下手中的蓝牙遥控自拍 器，自拍起跳后的自己（图丙）。他利用蓝牙自拍器设计了如图丁中A图所示的自动拍照装置，他将蓝牙遥控器带有按键的一端套上一个大小合适、另一端封闭的套管，并在套管内放置一个小球（可以在套管内滚动），想利用小球撞击蓝牙按键来自动遥控手机的拍摄。小明起跳时，应该选择图丁中图____（填“B”或“C”）的方式，用手竖直方向握住遥控器，就能自拍到人跳到最高处那个瞬间。为使该装置能准确的抓拍到人跳到最高处那个瞬间，需要反复调整____________________（写出一条合理的建议）。 【答案】电磁波 将自拍杆变的更长一些 B 套 管与蓝牙遥控器按键的距离 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]蓝牙遥控自拍器是利用电磁波来传递信息而控制拍摄的。 (2)[2]照相时景物没有全部进入镜头的原因是景物到照相机镜头太近，此时应增大它们之间的距离，所以应将自拍杆变的更长一些。 [3]如图，过O点做力F2作用线的垂线，因为过A点的最大力臂就是过A点最小的力，而过A点最大力臂与作自拍杆的简图互相垂直，所以过A点作自拍杆的简图的垂线段，在线段的末端画上箭头就是力F1。 (3)[4]小明起跳时，应该选择图丁中图B的方式，用手竖直方向握住遥控器，人到达最高点时，小球由于惯性继续向上运动，撞击开关，C图起跳时小球在重力的作用下就撞击蓝牙按键。 [5]为了使该装置能准确的抓拍到人跳到最高处那个瞬间，需要反复调整套管与蓝牙遥控器按键的距离。 8．某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下： ①用轻绳悬挂杠杆一端的D点作为支点，在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码， 在占点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平； ②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持0点位置不变)，在此过程中弹 簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2。 回答下列问题： (1)杠杆机械效率的表达式为η=____________．(用已知或测量的物理量符号表示) (2)本次实验中，若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是:___________ (3)若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将_________(选填“变大”、“变小”或“不变”)． Gh1?100% 杠杆的自重 变大 【答案】Fh2【解析】 【分析】 【详解】 （1）有用功为W有=Gh1，总功W总=Fh2，则机械效率的表达式 Gh1η=×100%=×100%． Fh2W总（2）有用功是提升钩码所做的功，额外功主要是克服杠杆重力做的功，影响机械效率的因 W有 素主要是有用功和总功所占的比例；提升的钩码重一定说明有用功一定，所以影响杠杆机械效率的主要因素是杠杆自身的重力． （3）钩码的悬挂点在A点时，由杠杠的平衡条件得G?OA=F?OB；悬挂点移至C点时，由杠杠的平衡条件得G?OC=F?OB，经对比发现，由OA到OC力臂变大，所以拉力F也变大，杠杆提升的高度减小，额外功减小，因此杠杆的机械效率变大． 9．某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示． （1）实验中应沿竖直方向_____缓慢拉动弹簧测力计． （2）小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法_____（选填“正确”或“不正确”），因为她没有考虑到_____对滑轮组机械效率的影响． （3）用丁图装置进行实验，得出表中第4次实验数据，请将表中的两个数据填写完整______． （4）通过比较_____两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关（填实验次数的序号） （5）通过比较_____两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高．（填实验次数的序号） （6）通过比较3、4两次实验数据可得出结论：_________________________________ 【答案】匀速 不正确 摩擦 0.4；80% 1、2 2、3 不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高（或不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低 【解析】 【详解】 （1）实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计，这样测力计示数才等于拉力大小； （2）在弹簧测力计静止时读出了数据，由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦，所以测力计示数偏小，他的想法是不正确的； （3）丁图中，绳子的有效段数为n=4，绳端移动距离 s=nh=4×0.1m=0.4m 滑轮组的机械效率 η= W有W总=Gh8N?0.1m?=80% FS2.5N?0.4m（4）绳端移动距离与物体升高的高度的关系为s=nh，所以，结合表中数据可知实验1、2、3中绳子的有效段数分别为2、3、3；再结合钩码的重力可知，实验1、2、3分别是用甲、乙、丙装置做的实验，根据控制变量法，研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时，要控制提升物体的重力相同、滑轮个数也相同，只改变绳子的有效段数，所以应比较1、2两次实验数据；通过比较1、2两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关； （5）研究同一滑轮组提升重物时，机械效率与物重的关系时，要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同，只改变物体的重力，故通过比较2、3两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高。 （6）通过比较3、4两次实验数据，即对应的图丙、图丁两装置，滑轮组不同，提升的重物相同，动滑轮越重机械效率越小，故可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高。 10．在探究“滑轮组机械效率”时，小强利用两组滑轮组进行了4次测量，用一个动滑轮和一个定滑轮测得第1、2组数据，用两个动滑轮和两个定滑轮测得第3、4组数据（如表所示）： 实验序号 1 2 3 4 物重G物/N 1 2 4 4 动滑轮重G动/N 0.5 0.5 1 2 动力F/N 0.7 1.1 1.4 滑轮组的机械效率η% 47.6 60.6 50.0 （1）根据“测量滑轮组机械效率实验”的过程，画出图甲中滑轮组的绕绳方法． （_________） （2）在实验中，测量绳端拉力F时，应尽量________匀速向上拉动弹簧测力计；第4次实验时弹簧测力计的示数如图乙所示，则其动力为________N；第3次实验时滑轮组的机械效率约为________%． （3）由第3、4组数据可知，同一滑轮组的机械效率与________有关． （4）在第3次实验中，若钩码升高10cm，克服摩擦所做额外功为_____________． 【答案】 竖直 1.6 57.1 动滑轮的重 0.2J 【解析】 【分析】 本题考查滑轮组的机械效率测量的探究实验。 【详解】 (1)[1]从表格的1、2次数据可得， 11(G物?G动)?F?(G物?G动) 32所以滑轮组承重绳子的根数是3根，画图如下 (2)[2]测量绳端拉力时，应尽量竖直匀速向上拉动弹簧测力计，因为动滑轮相当于动力臂等于阻力臂的二倍的杠杆，其支点在滑轮的边缘（如下图）。 当动滑轮两边的绳子都竖直向上时，在忽略摩擦和绳重时，动力等于阻力的二分之一，若动力绳子不是竖直向上，那么即使忽略摩擦和绳重，动力也会大于阻力的二分之一，因为此时动力臂小于阻力臂的二倍。 [3]从图中弹簧测力计的示数可知，其动力为1.6N [4]结合表格数据和滑轮组的绕线可知，滑轮组的承重绳根数是5根 ??G4N??57.1% nF5?1.4N(3)[5]比较第3、4组数据可知，物体的重力不变，动滑轮的重力变大，机械效率变小，所以同一滑轮组的机械效率与动滑轮的重有关 (4)[6]若钩码升高的高度为h=10cm=0.1m，则绳子端移动的距离 s=5h=5×0.1m=05m 提升钩码所做的有用功 W有?Gh?4N?0.1m?0.4J 拉力所做总功 W总?Fs?1.4N?0.5m?0.7J 克服动滑轮所做的额外功 W动?G动h?1N?0.1m?0.1J 克服摩擦所做的额外功 W额?W总?W有?W动?0.7J?0.4J?0.1J?0.2J 【点睛】 机械效率的求法： ??W有 W总????Gh FsG nF 11．小余同学在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,首先往溢水杯中装满了水,然后在弹簧测力计下悬挂一个圆柱体,当圆柱体下表面与水面相平时开始缓慢下降,溢出的水全部流入旁边的小桶中．实验过程如图甲． （1）圆柱体的重力为_________ N． （2）比较图_________可得：当圆柱体浸没在水中继续下降的过程中,受到的浮力与深度无关． （3）比较(a)(b)(c)三图可得:浸在同一液体中的物体受到的浮力大小跟_________有关． （4）小余完成图甲所示的实验后,把水换成另一种液体重复上述实验,根据实验数据绘制成图乙所示的弹簧测力计示数F与物体下降深度h的F-h图像．实验表明,浸在液体中的物体,受到的浮力大小还跟_________有关,此液体的密度为_________ kg/m3． （5）利用浮力和杠杆的知识,小颖发明了密度秤．如图丙所示,轻质杠杆AB可绕O点转动,在A、B两端分别挂有两个完全相同的正方体C、D(边长为10cm,重力为 20N),OA=10cm,OB=8cm,向容器中倒入不同密度的液体,每次都将C浸没在液体中,移动物体D使杠杆在水平位置平衡,在OB上便可以标出不同液体的密度值． ①当物体C浸没在水中时,物体D移动到E点时杠杆恰好水平静止,那么OE的长度为_______cm，在E点标上?水?1.0?10kg/m; ②该密度秤能够测量的最小液体密度为_________kg/m3; ③OB上的刻度是否均匀:_________ (选填“是”或“否”) 【答案】6 c和d 排开液体的体积 液体的密度有关 800 5 400 是 【解析】 【分析】 【详解】 (1)[1]由图（a）知，弹簧测力计在空气中时示数是6N；可知物体的重力是6N； (2)[2]要探究物体浸没后受到的浮力与深度的关系，需要控制液体的密度相同、排开液体的体积相同，改变浸没的深度，故图（c）（d）符合题意； (3)[3]比较（b）（c）两图，物体都浸在水中，即液体密度相同，圆柱体浸入水中的体积 33 （排开液体的体积）增大时，测力计的示数减小，由称重法可知物体受到浮力增大；所以，比较(a)(b)(c)三图可得出结论：浸在同一种液体中的物体受到浮力的大小跟排开液体的体积有关； (4)[4]由图ac可知，圆柱体浸没在水中后所受浮力： F浮?G?F?6N?1N?5N 由图乙知，圆柱体浸没在另一液体中时测力计的示数为2N，则： F浮??G?F??6N?2N?4N 由实验可知，浸没在不同液体中的浮力不相等，即浸在液体里的物体受到的浮力大小还与液体的密度有关； [5]由F浮??液gV排得： V排?F浮 ?液g同一物体浸没在水中和另一液体中时排开液体的体积相等，则： F浮F浮'? ?水g?液g代入数据： 5N4N? 1.0?103kg/m3?10N/kg?液?10N/kg解得： ?液?0.8?103kg/m3 (5)①[6]由图知：B端所受得力等于重物D对杠杆的拉力，大小等于物体D的重力，即： FB?GD?20N 当物体C浸没在水中时，受到的浮力为： 3F浮??水gV排?1.0?103kg/m3?10N/kg?（0.1m）?10N 物体C受到的力：A点对C的拉力FA、浮力、重力；故物体C受到的拉力为： FA?GC?F浮C?20N?10N?10N 此时物体D移动到E点时杠杆恰好水平静止，由杠杆平衡条件得： FA?OA?FD?OE 所以OE的长度： OE?FA?OA10N?10cm??5cm FD20N②[7]液体密度越小，浮力越小，拉力越大，根据Fl11?F2l2 知：在l1、F2不变时，拉力F1越大，l2越大，最大为OB，为8cm；根据杠杆平衡条件得： FA?OA?FB?OB 所以： FA??OB8cm?FB??20N?16N OA10cm物体C受到的力：A点对C的拉力FA?、浮力F浮C?、重力；故物体C受到的浮力为： F浮C??GC?FA??20N?16N?4N 根据F浮??液gV排知液体的密度为： F浮C?4N33?液小???0.4?10kg/m gV排10N/kg?(0.1m)3故该密度秤能够测量的最小液体密度为0.4?10kg/m； ③[8]根据杠杆的平衡条件知： 33（GC??液gVC）?OA?FD?OB 因为GC、FD、OA、VC都为定值，?液与OB成一次函数关系，故OB的刻度均匀． 12．在“探究杠杆的平衡条件”实验中: （1）在测量时，使杠杆在水平位置保持平衡，其目的是为了_________________。 （2）若在杠杆两边挂上钩码后发现杠杆不平衡，则应该___________________________。 （3）如表为某同学所设计的实验方案和实验记录. 实验序号 实验方案 动力动力臂阻力阻力臂（牛） （米） （牛） （米） 1 挂等量的钩码，分别作为动力和阻力. 挂不等量的钩码，分别作为动力和阻力. 挂钩码、用弹簧测力计拉，分别作为动力和阻力. 挂钩码、用弹簧测力计拉，分别作为动力和阻力. 2 0.05 2 0.05 2 4 0.03 6 0.02 3 3 0.02 1.5 0.04 4 5.8 0.04 5 0.04 a、该同学设计多种实验方案的目的是_____________________ b、实验序号4的数据显然发生错误，若记录无误，则错误的原因可能是____________ （4）该同学在学习了机械功后，认为力×力臂的单位恰好是“牛×米”，那么就可以将“力×力臂”的单位合写成“焦”.你认为该同学的认识是____________的（选填“正确”或“错误”）. 【答案】便于测量力臂 通过加减钩码或调节钩码的位置来使其平衡 得出普遍性结论,避免偶然性 弹簧测力计没有竖直向下拉动 错误 【解析】 【详解】 (1)[1]杠杆只有在水平位置平衡时，支点到力的作用线的距离才正好在杠杆上，也就是正好等于相应杠杆的长，这样测量起来会比较方便； (2)[2]在挂上钩码后，如果出现不平衡，不能再调节平衡螺母，应通过加减钩码或调节钩码的位置来使其平衡； (3)[3]实验中多次实验，是为了得出普遍性结论，避免偶然性； [4]拉力没有与杠杆垂直，导致动力臂偏小，根据杠杆平衡条件，阻力、阻力臂不变时，动力臂变小，动力就会变大，因此弹簧测力计的示数变大； (4)[5]“焦”是功的单位，是力与力的方向通过的距离乘积；由于力与力臂垂直，所以“力×力臂”的单位不能合写成“焦”，故该同学的认识是错误的； 13．如图，为探究“杠杆的平衡条件”的实验. （1）实验前，正确安装好杠杆后，调节______使杠杆在水平位置平衡，目的是_______. （2）杠杆平衡后，在图甲所示的A位置挂上两个钩码，可在B位置用弹簧测力计竖 直向下拉，使杠杆_______，记录数据. （3）将弹簧测力计作用在C点，需______（选填“竖直向上”、“竖直向下”）拉弹簧测力计使杠杆平衡，记录数据；若不是竖直拉弹簧测力计，其示数将_______（选填“变大” “不变”或\变小”）.通过数据分析可得出杠杆的平衡条件。 （4）利用图乙所示装置迸行拓展实验，当用于探究杠杆平衡条件时，实验结论与杠杆平衡条件不相符，原因是______；当用于研究机械效率时，缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高h，测得杠杆机械效率为η1，将钩码移到B点，仍使钩码升高h测得的机械效率为η2，则η1______η2（选填“等于”或“不等于”）. 【答案】平衡螺母 消除杠杆重力对平衡产生的影响 在水平位置平衡 竖直向上 变大 杠杆自重对杠杆平衡产生影响 不等于 【解析】 【详解】 第一空．实验时，正确安装好杠杆后，调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡； 第二空．当杠杆在水平位置平衡时，杠杆还没有施加动力和阻力，所以一定不是便于测量力臂，而杠杆的重心在支点的正上方，此时重力的力臂为零，可以消除杠杆重力对平衡产生的影响； 第三空．实验过程中，在图甲所示的A位置挂上两个钩码，可在B位置用弹簧测力计竖直向下拉，使杠杆在水平位置重新平衡，记录数据； 第四空．将弹簧测力计作用在C点，则此时动力和阻力在支点的同一侧，二力方向相反，杠杆才能平衡，所以需竖直向上拉弹簧测力计使杠杆平衡，记录数据； 第五空．若不是竖直拉弹簧测力计，此时动力臂将变小，而阻力和阻力臂都不变，根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2知，拉力将变大，即测力计示数将变大，再通过数据分析可得出杠杆的平衡条件。 第六空．利用图乙所示装置迸行拓展实验，由图知，此时支点在杠杆的一端，杠杆的重心不在支点上，杠杆的重力对杠杆平衡产生了影响，导致拉力比由杠杆平衡条件计算出来的数值偏大，所以实验结论与杠杆平衡条件不相符，即原因是杠杆自重对杠杆平衡产生影响； 第七空．相同的钩码，两次钩码升高的高度相等，所以两次有用功相等；将钩码由A点移到B点，要升高相同的高度，拉力提升的高度更大，即将杠杆提升的高度增加，额外功增大，因为总功等于额外功与有用功之和，因此第二次弹簧测力计做的总功大于第一次做的总功，根据??W有用W总知，两次机械效率不等，即η1不等于η2。 14．李华利用生活中常见物品巧妙地测出一石块的密度，实验过程如下： A．取一根筷子，用细线将其悬挂，调节悬挂位置，直至筷子水平平衡，悬挂位置记为O点，如图甲所示； B．将矿泉水瓶剪成烧杯形状，倾斜固定放置，在瓶中装水至溢水口处，用细线系紧石块，将石块缓慢浸入水中，溢出的水全部装入轻质塑料袋中，如图乙所示； C．取出石块，擦干水分；将装水的塑料袋和石块分别挂于筷子上O点两侧，移动悬挂位置使筷子仍水平平衡，用刻度尺分别测出O点到两悬挂点的距离l1和l2，如图丙所示。 （1）已知水的密度为ρ水，则石块密度ρ石=_____（用字母ρ水和所测得的物理量表示）； （2）采用上述实验方法，筷子粗细不均匀对实验结果____（选填“有”或“无”）影响； （3）图乙所示步骤中，若瓶中的水未装至溢水口，实验结果将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 【答案】 l1ρ水 无 偏大 l2【解析】 【详解】 （1）图丙中，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可得：G水l1=G石l2，由于G=mg=ρVg可得：ρ水V水l1=ρ石V石l2；石块体积等于它排出水的体积，所以，V石=V水，则：ρ水l1=ρ石l2，所以，ρ 石= l1ρ水； l2（2）由于实验时调节悬挂位置，直至筷子水平平衡，此时重力的作用线通过支点，支点到重力的作用线的距离为零，则消除筷子自身重对杠杆平衡的影响，所以筷子粗细不均匀对实验结果无影响； （3）若瓶中的水未装至溢水口，则溢出的水的体积小于实际排开的水的体积，则溢出的水的重力小于排开的水的重力，当在图丙实验时，l1变大，根ρ石= l1ρ水可知ρ石偏大。 l2 15．小敏同学参加研学旅行时,在湖边捡到一块漂亮的小石块,她用家中常见物品与刻度尺巧妙地测出了小石块的密度,她的测量方案如下: ①用细绳将一直杆悬挂,调节至水平位置平衡,记下细绳在直杆上的结点位置O； ②将一重物悬于结点O左侧的A点,小石块悬于结点O的右侧,调整小石块的位置,如图所示,当小石块悬于B点时,直杆在水平位置平衡; ③用刻度尺测量OA的长度为L1,OB的长度为L2; ④保持重物的悬点位置A不变,将结点O右侧的小石块浸没在盛水的杯中(且未与杯底、杯壁接触),调整小石块的悬点位置,当小石块悬于C点时,直杆在水平位置平衡; ⑤用刻度尺测量OC的长度为L3。 请根据她的测量方案回答以下问题 (1)实验中三次调节了直杆在水平位置平衡。其中,第一次调节水平平衡是________，第二次调节水平平衡是_______;(选填“a”或“b”) a.消除直杆自重的影响 b.便于测量力臂 (2)实验中长度_______(选填“L1”、“L2”或“L3”)的测量是多余的； (3)C点应该在B点的________(选填“左”或“右”)侧; (4)小石块密度的表达式为ρ=___(选用字母ρ木、L1、L2、L3表示)。 L3? 【答案】a b L1 右 L3?L2水【解析】 【详解】 （1）杠杆在使用时会受自身重力的影响，因此在使用时应先将杠杆调至水平位置平衡，以消除杠杆自重的影响，重物与石块的重力均竖直向下，由力臂垂直于力可知将杠杆调至水 平位置平衡时力臂与杠杆重合，测量对应的杠杆长度即可方便的测量出力臂的长度； （2）在空气当中杠杆平衡时由杠杆平衡条件F1L1?F2L2可知，G物L1?G石L2①，在水中杠杆平衡时G物L1?G石?F浮L3② 将①②两式联立可得G石L2?G石?F浮L3，因为浸没，所以V石=V排，结合阿基米德原理可得ρ石V石gL2?ρ石V石g?ρ水V石gL3，整理可得 ???????石=L3?，因此实验中长度L1的测量是多余的； L3?L2水（3）因为浸没时，石块受到浮力的作用，因此对杠杆的拉力减小了，由杠杆平衡条件F1L1?F2L2可知拉力减小，力臂变长，所以C点应该在B点的右侧； （4）由（2）推理可知小石块密度的表达式为?石=L3?。 L3?L2水
潍坊物理第十一章 简单机械和功单元测试题(Word版 含解析)
