上海南汇第二中学物理第十一章 简单机械和功专题练习（解析版）
一、初三物理第十一章 简单机械和功 易错压轴题提优（难）
1．如图所示是小明和小红利用刻度均匀的杠杆探究“杠杆平衡条件”的实验装置。
（1）在实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，此时杠杆处于_______（选填“平衡”或“不平衡”）状态；调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡的目的是消除杠杆自重对实验的影响，同时方便___________；
（2）杠杆平衡后，小明在左右两侧分别挂上如图乙所示的钩码，杠杆不能在水平位置平衡，在不增加钩码且不改变钩码悬挂点位置的前提下为了使杠杆重新在水平位置平衡，只需将____________即可；
（3）为获得更多组数据，他们取下右侧钩码，小明和小红分别设计了两种实验方案，小明的方案如图丙所示，小红的方案如图丁所示。你认为__________（“小明”或“小红”）的方案更合理，理由是___________；
（拓展）探究杠杆的平衡条件后，小明又利用杠杆测量了石块的密度，实验装置如图所示。
实验步骤如下：
①将石块悬挂在杠杆左侧，通过调节细线长度使石块缓慢浸没在下方裝满水的溢水杯中（未触底），同时用质量忽略不计的薄塑料桶接住溢出的水；
②将薄塑料桶悬挂在杠杆右侧，调节塑料桶的悬挂位置，使杠杆在水平方向平衡，如图所示；
③测量出AB两悬挂点距支点O的距离分别为10m和15cm，则石块密度为___________kg/m3。
【答案】平衡 测量力臂 左侧的钩码去掉一个 小明 排除测力计的重力对实验的影响 2.5×103 【解析】
【分析】 【详解】
(1)[1]杠杆静止时，无论杆身是否水平，都为杠杆的平衡状态。
[2]杠杆在水平位置平衡，其力臂和杆身重合，可以方便测量力臂的大小。
(2)[3]在乙图中，杠杆左右两侧所挂钩码的重力可分别视为动力和阻力，两侧钩码的悬挂点可分别视为动力臂和阻力臂，根据杠杆的平衡条件Fl11?F2l2可知，只需将左侧的钩码去掉一个即可满足杠杆在水平位置平衡。
(3)[4][5]对比丙、丁两图可知，小明的实验方案更加理想；因为弹簧测力计本身受到重力，小明的方案可以排除测力计的重力对实验的影响。
(3)①[6]设石块排开的水的重力为G水，由阿基米德原理可知，石块受到的浮力
F浮?G水
水中的石块为平衡状态，故其对绳的拉力
F?G石?F浮?G石?G水
根据杠杆和平衡条件可得
F?OA?G水?OB
即
G石?G水OB15cm3??? G水OA10cm2由上式整理可得
?石V石g??水V水g3?
?水V水g2由于石块排开水的体积和石块自身体积相等，所以上式可简化为
?石??水3? ?水2所以石块的密度
?石??水??1.0?103kg/m3?2.5?103kg/m3
2．在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某组同学用滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的数据如下表所示：
5252
次数 1 2 3 4 物体的重力G/N 2 3 4 2 物体被提升高度h/m 0.1 0.1 0.1 0.1 拉力F/N 1.0 1.4 1.8 1.5 绳端移动的距离s/m 0.3 0.3 0.3 0.2 机械效率η 66.7% 71.4% 74.1%
(1)表格内的第4次实验中应补充的数据是_______（结果精确到0.1%）。这次数据是用图_________（选填“甲”或“乙”）所示的滑轮组测得的；
(2)分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，若增大提升物体的重力，滑轮组的机械效率_________（选填“变大”“不变”或“变小”）；
(3)用甲滑轮组提升不同重物时，绳重和摩擦导致的额外功与总功的比为定值k，根据表格中的数据可求出k=_________。 【答案】66.7 乙 变大 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]表格中第四次的有用功
W有=Gh=2N×0.1m=0.2J
总功
W总=Fs=1.5N×0.2m=0.3J
那么机械效率
1 6??W有0.2J??66.7% W总0.3J[2]由于s=2h，所以所用滑轮组的承重绳子数为2根，则用的是图乙。
(2)[2]由表格数据可知，从1至3次实验，在增大提升物体的重力时，滑轮组的机械效率越来越大。
(3)[3]假设绳重和摩擦导致的额外功为W其它，根据题意有
W其它=k W总第一次实验时，滑轮组做的总功及有用功分别为
W总1=F1s1=1.0N×0.3m=0.3J，W有1=G1h1=2N×0.1m=0.2J
即
W其它1=0.3J?k
第二次实验时，滑轮组做的总功和有用功分别为
W总2=F2s2=1.4N×3m=0.42J，W有2=G2h2=3N×0.1m=0.3J
第一、二次实验，滑轮组所做的总功和有用功分别增加了
W总2- W总1=0.42J-0.3J=0.12J，W有2- W有1=0.3J-0.2J=0.1J
而滑轮组所做的总功
W总= W有+ W动+ W其它
可是，滑轮组每次做功，动滑轮所做的功不变，即两次做功，绳重和摩擦导致的额外功增加了0.02J，那么
W其它2W其它1?0.02J0.3J?k?0.02J===k W总20.42J0.42J所以
k?1 6
3．小刚想粗略地测算自己在单杠上做引体向上运动时的功率，如图所示。 (1)需要的测量工具：体重计、刻度尺、______。 (2)请帮他设计实验步骤：______
(3)小刚采用了合适的方法记录数据，请帮他在空格处补上相应的数据。（取g=10N/kg） 重心上升高度h/m 质量m/kg 拉一次克服重力所做的功W/J 拉上去的次数 时间t/s 功率P/W 0.4 60 ______ 5 10 ______
【答案】秒表 使用体重计测量小刚的体重；用刻度尺测量每次引体向上下鄂上升的高度；用秒表测量连续5次引体向上动作需要的时间；计算出小刚做引体向上运动时的功率 240 120 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]要测量功率需要测量时间，实验器材还需要秒表。
(2)[2]使用体重计测量小刚的体重；用刻度尺测量每次引体向上下鄂上升的高度；用秒表测
量连续5次引体向上动作需要的时间；计算出小刚做引体向上运动时的功率。 (3)[3]小刚的体重为
G=mg=60kg×10N/kg=600N
做一次引体向上小刚做功为
W=Gh=600N×0.4m=240J
[4]小刚做的总功为
W总=5W=5×240J=1200J
小刚做引体向上的功率
W总1200JP???120W
t10s
4．如图是某学习小组探究“斜面的机械效率”实验装置及实验数据记录表： 斜面的倾斜程度 较缓 较陡 最陡 物块重斜面高h/m 沿斜面拉斜面长机械效率? G/N 10 10 10 力F/N s/m 5.0 6.7 8.0 1 1 1 0.1 0.3 0.5 20% 45%
(1)沿斜面拉动木块时，为使测力计的示数稳定，应尽量使木块做__运动。
(2)比较表中“物块重”和“__”两栏对应的数据，可知斜面是一种省力的简单机械。 (3)第三次实验时即“最陡”时，此次实验把物块拉上去的机械效率是__。 (4)分析第1次实验的数据即“较缓”时可知，斜面对物体摩擦力为__N。
【答案】匀速直线 沿斜面拉力 62.5% 4 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]沿斜面拉动木块时，为使测力计的示数稳定，应尽量使木块做匀速直线运动。 (2)[2]比较表中“物块重”和“沿斜面拉力”两栏对应的数据，可知斜面是一种省力的简单机械。
上海南汇第二中学物理第十一章 简单机械和功专题练习(解析版)
