郑州市第四十七中学物理第十一章 简单机械和功章末训练（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．如图，小明在“研究杠杆平衡条件”的实验中所用的实验器材有：刻度均匀的杠杆，支架，弹簧测力计，刻度尺，细线和相同的重0.5 N重的钩码若干个。
(1)如图A所示，实验前，杠杆左侧下沉，则应将左端的平衡螺母向______（选填“左”或”右”）调节，直到杠杆在水平位置平衡；
(2)在图B中杠杆平衡了，若在杠杆左右两边同时增加一个相同的钩码，则杠杆向______（选填“左”或”右”）倾斜；
(3)甲同学通过对一组数据分析后得出的结论是：动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离，与小组同学交流后，乙同学为了证明甲同学的结论是错误的，他做了如图C的实验，已知杠杆上每个小格长度为5 cm，每个钩码重0.5 N，当弹簧测力计斜向上拉（与水平方向成30°角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡，此时乙同学发现，动力×动力臂______（选填“等于”或“不等于”）阻力×阻力臂。实验C______（选填“能”或”不能”）说明甲同学结论是错误的。 【答案】右 右 等于 能 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]图A中，杠杆左侧下沉，应向右调节平衡螺母，直到杠杆在水平位置平衡。 (2)[2]在图B中，据杠杆的平衡条件得
3G?2F=2G?3L
在左右两边同时增加一个相同的钩码，则左右两边分别变成
4G?2F，3G?3L
而
4G?2F<3G?3L
所以杠杆向右倾斜。 (3)[3][4]由图C知，此时
4×0.5N×3×0.5cm=3N×
1×4×0.5cm 2即：动力×动力臂=阻力×阻力臂。而此时，动力臂并不等于支点到动力作用点的距离，所以能证明甲同学的结论是错误的。
2．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
3．小明想测量常见的两种简单机械的机械效率。
(1)他先测滑轮组的机械效率，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如下表：
5252
次数 钩码总重G/N 钩码上升的高度测力计示数F/N 测力计移动距离机械效率率η
h/m 1 2 3 4 4 6 4 4 0.1 0.1 0.1 0.2 1.8 2.4 1.4 1.4 s/m 0.3 0.3 0.5 1.0 83% 57% 57%
①在实验中，测绳端拉力F时，应尽量竖直向上_____拉动弹簧测力计；
②第1次实验测得的机械效率为________( 保留整数)，第4次实验是用____图做的(选填“a”、“b” 或“c”)；
③分析第1、3次实验数据可得结论：___________________；
(2)接着小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，每个钩码的质量为m，O为支点(支点处的摩擦不计)。
①他先将2只钩码悬挂在B点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，拉力为F1，机械效率为η1；
②然后他将这2只钩码悬挂在C点，在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使C点上升高度与第一次相同，则此时弹簧测力计的示数F2将____ (选填 “>”“=”或“<”) F1； [拓展]对比杠杆实验的第①②两步，判断第②步中杠杆的机械效率η2如何变化并说明理由_________。
【答案】匀速 74% c 使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越小 ＞ 见详解 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]测绳端拉力F时, 应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使物体处于平衡状态。 [2]第1次实验测得的机械效率为
??W有用Gh4N?0.1m?100%??100%??100%?74% W总Fs1.8N?0.3m[3]第4次实验，钩码上升的高度为0.2m，测力计移动距离为1.0m。则绳子股数为
n?第4次实验是用图c做的。
s绳1.0m=?5 h0.2m[4]分析第1、3次实验数据，提升重物相同，但第1次实验，应用图a一个动滑轮的滑轮组进行试验，第3次实验，应用图c两个动滑轮的滑轮组进行试验，第一次机械效率高于第3次实验数据，可得结论：使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越小
(2)[5]钩码从B点移动到C点，阻力不变阻力臂变长，弹簧测力计位置不变，动力力臂不变，根据杠杆平衡条件可知，弹簧测力计的示数将变大，则F2>F1。
[6] η2变大，因为C点被提的高度相同，克服杠杆自身重力所做的额外功相同，钩码提升的高度增加，有用功变大，根据
W有???100%
W有?W额可知η2变大。
4．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；
m27g??2.7g/cm3 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
5．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。
6．如图所示，小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。
(1)实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉。此时，应把杠杆两端的平衡螺母向______（左/右）调节，使杠杆在不挂钩码时在水平位置平衡。其目的是______；
(2)杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码，杠杆恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为：______（用字母表示）。他这样得出的结论______（合理/不合理）；原因是：______；
(3)实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于水平平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是：______。
【答案】左 减小了杠杆的自重对实验的影响 Fl11?F2l2 不合理 实验次数较少，得出的结论不具有普遍性 杠杆本身受到重力 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]发现杠杆右端下沉，说明右端重，应该把杠杆两端的平衡螺母向左调。
[2]使杠杆在不挂钩码时在水平位置平衡。其目的是把重心移至支点处，让杠杆重力的力臂为零，这样就减小了杠杆的自重对实验的影响。
(2)[3][4][5]杠杆的平衡条件为：动力×动力臂=阻力×阻力臂，探究杠杆平衡的条件多次测量就是为了寻找普遍规律，本次实验，如果只用一组数据得到结论，偶然性太大，因此应获取多组实验数据归纳出物理规律。
(3)[6]图乙中，支点位于动力和阻力的右侧，杠杆的重心不在支点上，弹簧测力计不但提了钩码，而且还提了杠杆，杠杆的重力对杠杆转动产生了影响，导致拉力F的大小比由杠杆平衡条件计算出来的数值偏大。
7．对于杠杆的原理，我国古代也很注意研究，在古书《墨经》中就对杆秤作了科学的说明。某物理小组探究如图所示的一杆秤，通过观察和测量知道：杆秤上标有刻度，提纽在B点，秤钩在A点，O点为刻度的起点（为零刻度点，在B点左侧）。用刻度尺量出OA=l1，OB=l2。
(1)秤钩不挂重物时，秤砣挂在O点时杆秤平衡，则重心C应在B点的__________侧（选填“左”、“右”或“不确定”）。 设该杆秤秤砣的质量为m，则杆秤自身重力（不含秤砣）和它的力臂的乘积是__________。
(2)物理小组利用空瓶（空瓶质量比秤砣质量小一些）、细线和原有秤砣测出原秤砣的质量。方法是：用细线系在空瓶上并置于__________点，慢慢往瓶中加沙子，如果杆秤恰能平衡，相当于新做了一个秤砣，再把它挂在秤钩上，移动原秤砣位置至杆秤平衡，秤杆上的读数即为原秤砣质量。
(3)物理小组通过查资料得到“如果杠杆受两个阻力，杠杆的平衡条件是：F动l动=F阻l阻+F′阻l′
阻
，如图所示”。则上一问中实际上只要有刻度尺利用科学推理也可测得秤砣质量，方法
是：设想有两个完全一样的原秤砣甲、乙，将甲置于A点，乙置于B点右侧某点，杆秤恰好平衡。由杠杆的平衡条件可知，量出长度l1、l2后，只须从B点起向右量出长度__________，该位置杆秤上的读数即为秤砣的质量m。
【答案】右 mgl2 O l1 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1][2]由于O点是刻度的起点，即秤钩上不挂重物时，秤砣的位置应该在O点，提起B，杆秤平衡，把秤砣作用在杆秤上的力看成动力，则阻力就是杆秤的重力作用点（重心）应该在B点的右侧；且根据杠杆的平衡条件可得
mgl2=G杆秤×力臂
(2)[3]做一个新秤砣的方法就是采用等交换替代法，由于秤砣放在O点处时能与杆秤的自重相平衡，那么如果我们也在O点用细线系一个小瓶，向里面加入适量的沙子，待杆秤平衡时，小瓶与沙子所起的作用就与秤砣的作用一样，故它们的质量是相等的。 (3)[4]根据已经得出的两个阻力的平衡规律，如果放在杆秤上，则存在如下关系
mg×（l1+l2)=mg×l′+G杆秤×力臂
将第(1)问的关系式代入可得
mg×l1=mg×l′
即l′= l1，故只需要从B点起向右量出长度l1，该位置杆秤上的读数即为秤砣的质量。
8．小华利用如图所示的装置来探究“杠杆的平衡条件”。
(1)实验前杠杆静止在如甲图所示位置，则此时杠杆是否平衡？____（选填“是”、“否”），杠杆的重心是否在支点上？________（选填“是”、“否”），若使杠杆在水平位置平衡，左边的螺母应向______移动；
(2)如乙图，杠杆调节平衡后，小华在B点悬挂了3个钩码，若要使杠杆再次平衡，D点应该挂_____个钩码。如果此时两边再各增加一个钩码，则杠杆将向_______边倾斜； (3)如图丙所示，小华在A、C两点分别悬挂等重的载物盘，制作了一个天平，左盘放物体，右盘加减砝码，此天平是利用了哪一类杠杆制作而成的？________。假如支点O因某种原因向右偏移，则天平的测量值____真实值（选填“大于”“等于”或“小于”）。 【答案】是 否 右 4 左 等臂杠杆 大于 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]杠杆静止在如甲图所示位置保持静止状态，受力平衡，则此时杠杆是平衡的。 [2]如图甲所示，此时杠杆左端下沉，说明杠杆的重心不在支点上，而是在支点的左端的某一点。
[3]如图甲所示，此时杠杆左端下沉，右端上翘，则应该将平衡螺母向右调使杠杆重新平衡。
(2)[4]如图乙所示，假设一个钩码重为G，杠杆上一格为L，在B点悬挂了3个钩码，则杠杆左端为
3G?4L?12GL
根据杠杆平衡条件有
12GL?4 G?3L即需要在D点挂4个钩码才能使杠杆重新平衡。 [5]如果此时两边再各增加一个钩码，杠杆左端为
4G?4L?16GL
右端为
5G?3L?15GL
左端大于右端，即杠杆向左边倾斜。
(3)[6]如图丙所示，在A、C两点分别悬挂等重的载物盘，即力的方向与杠杆垂直，则A、C两点到支点的距离即为力臂，由图可知两力臂相等，杠杆为等臂杠杆，所以此天平是利用了等臂杠杆制作而成。
[7]支点O因某种原因向右偏移，杠杆不再是等臂杠杆，变成了费力杠杆，则C点的力臂减小，根据杠杆的平衡条件可知，C点需要更大的力，即会导致天平的测量值大于真实值。
9．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
10．某实验小组利用图中装置探究杠杆机械效率，实验主要步骤如下:
（1）用轻绳悬挂杠杆的一端使其能绕O点转动，O点即为杠杆的_______点，在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在B点用一个弹簧测力计使杠杆水平，弹簧测力计所给方向为_______向上;
（2）竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升，在此过程中，弹簧测力计的示数为F，利用刻度尺测出A、B两点上升的高度分别为h1和h2.
（3）杠杆机械效率表达式为______________(用所给物理量和符号表示)；
（4）若在杠杆的承受范围内，将A点钩码重增加，杠杆的机械效率将会_______(选填“变大”、“变小”或“不变”)；
（5）本次实验中，若不更换杠杆，且提升钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是________；
（6）若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将原来的钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将会_______(选填“变大”、“变小”或“不变”)；
（7）若某同学用此装置研究“杠杆平衡条件”实验，发现不挂钩码时弹簧测力计仍有示数，这是因为杠杆有_______。
Gh1?100% 变大 摩擦力的大小 变大 自重 【答案】支 竖直 Fh2【解析】 【详解】
(1)[1]杠杆绕固定点O点转动，所以O点为杠杆的支点；
[2]当在A点用轻绳悬挂总重为G的钩码，在B点用一个弹簧测力计使杠杆水平，为了保证
杠杆能处于水平位置，弹簧测力计最小力的方向应该竖直向上； (3)[3]杠杆机械效率为：
??W有Gh?100%=1?100% W总Fh2(4)[4]根据(3)得到的杠杆机械效率表达式可知，在其它条件不变时，增加A点钩码重，有用功增大，机械效率变大；
(5)[5]若不更换杠杆，且提升钩码重一定，即物体做的有用功不变，额外功影响机械效率，额外功是杠杆克服摩擦力和本身自重做的功，所以当提升钩码重一定时，摩擦力的大小是影响杠杆机械效率的主要因素；
(6)[6]杠杆提升钩码时，对钩码做有用功，克服杠杆做额外功，
W有?W额?W总，
设杠杆重心升高的距离为h1，所以
Gh1+G杠h=Fh2，
G不变，h1不变，G杠不变，钩码从A点到C点，钩码还升高相同的高度，杠杆上升的角度减小，杠杆升高的距离h变小，所以Gh1+G杠h变小，所以Fh2也变小。根据?=分母变小，分子不变，所以机械效率变大；
(7)[7]探究杠杆的平衡条件实验时，不能忽略杠杆自身的重力，在不挂钩码时，弹簧测力计也会有示数。
Gh1，Fh2
11．探究杠杆的平衡条件．
实验次数 1 2 3 动力F1/N 0.5 1.0 3.0 动力臂l1/m 0.2 0.15 0.1 阻力F2/N 1.0 1.5 2.0 阻力臂l2/m 0.1 0.1 0.15
（1）小明用如图甲所示装置进行实验，杠杆两端的螺母作用是_________； （2）小明进行实验并收集到了表中的数据，分析数据可知，杠杆的平衡条件是：________；
（3）小明又用如图乙所示装置进行实验，弹簧测力计的读数应是_______N（一个钩码重0.5N）；
（4）小明想到若铁架台不是在水平桌面上，而是在略微倾斜的桌面上是否影响实验呢?经小组分析不在水平桌面上_______（填“影响”或“不影响”）实验过程。
（5）如图丙所示，小红实验时在一平衡杠杆的两端放上不同数量的相同硬币，杠杆仍在水平位置平衡，她用刻度尺测出l1和l2，则2l1_______（选填“＞”“＜”或“=”）3l2； （6）探究了杠杆的平衡条件后，小红对天平上游码的质量进行了计算，她用刻度尺测出l1和l2（如图丁所示），则游码的质量为________g．
【答案】实验前，调节杠杆在水平位置平衡（或消除杠杆自重对实验的影响） F1l1=F2l2 2 不影响 > 2.5l1/l2 【解析】 【详解】
(1)[1]杠杆两端的螺母的作用是:实验前，调节杠杆在水平位置平衡， 消除杠杆自重对实验的影响；
(2)[2]由表格中数据，
0.5N×0.2m=1.0N×0.1m=0.1N?m； 1.0N×0.15m=1.5N×0.1m=0.15N?m； 3N×0.1m=2.0N×0.15m=0.3N?m；
可知杠杆的平衡条件为：
F1l1=F2l2；
(3)[3]设一格的长度为L，杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的拉力的力臂为由F1l1=F2l2得，
0.5N×3×4L=F1×6L×
解得：
F1=2N；
(4)[4]实验过程中，若桌面略微倾斜，不影响调节杠杆在水平位置平衡，不影响实验过程。 (5)[5]设每个硬币的重量为G，硬币的半径为r，根据杠杆的平衡条件结合图丙可得：
2G（r+l1）=3G（r+l2），
展开可得：
2Gr+2Gl1=3Gr+3Gl2， 2Gl1=Gr+3Gl2，
所以:
2Gl1>3Gl2，
即:
2l1>3l2，
(6)[6]以天平的刀口为杠杆的支点，天平的左盘和右盘的质量分别为m左和m右，游码的质量为m，当游码位于零刻度线时，由杠杆的平衡条件得:
m左g×
1×6L， 21， 2111l2+mg×l1=m右g× l2； 222
当游码位于最大值5克时，由杠杆的平衡条件得:
（m左+5）g×
由②-①得，
5×
解得 :
m=
111 l2=mg× l1+m右g× l2②； 2221 l2=m l1， 22.5l2。 l1
12．小明小组在“研究杠杆平衡条件”实验中：
（1）实验时应先调节杠杆在______位置平衡，若出现图甲所示情况，应将杠杆的螺母向________调（填“左“或“右“）。
（2）下表是该组某同学在实验中记录杠杆平衡的部分数据：分析表中的1、2两次实验数据可以得出的结论是________. 实验次数 1 2 3 F1/N 2 3 1 L1/cm 5 10 20 F2/N 1 2 4 L2/cm 10 15 * （3）第3次实验数据不全，请根据已有信息分析，此处的数据应该是_______; （4）杠杆平衡后，小明在图乙所示的A位置挂上3个钩码，为了使杠杆在图示位置保持平衡.这时应在B位置挂上_____个钩码. 【答案】水平 左 F1L1=F2L2 5 4 【解析】 【详解】
第一空．实验时为了便于测量力臂，应调节杠杆使其在水平位置平衡； 第二空．由图甲知，左端较高，说明重心偏右，此时应将平衡螺母向左端调节； 第三空．分析1、2两次实验数据，2N×5cm=1N×10cm，3N×10cm=2N×15cm，故得出结论，即杠杆的平衡条件为：F1L1=F2L2；
第四空．根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2结合第三次实验数据可得：
1N×20cm=4N×L2，解得L2=5cm；
第五空．设一格为L，一个钩码重G，则有3G×4L=nG×3L，解得n=4，故应在B处挂4个钩码；
13．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)。 【答案】a b L1 右 【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
L3? L3?L2水???????石=L3?水，因此实验中长度L1的测量是多余的； L3?L2
（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
14．陈晨实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法探究“影响滑轮组机械效率的因素”，分别做了甲、乙、丙三组实验，实验数据记录如下： 次数 1 2 3 钩码重 动滑轮重 钩码上升的G/N 2 4 6 G1/N 0.8 0.8 0.8 距离/cm 5 5 5 弹簧测力计的示数/N 1 1.7 弹簧测力计上升的距离/cm 15 15 15 机械效率 66.7% 83.3%
（1）进行第2次测量时，滑轮组的机械效率约为_____（小数点后保留一位有效数字）；第3次测量时，弹簧测力计的示数_____N。
（2）分析实验数据，实验小组得出的实验结论是：滑轮组的机械效率与_____有关。 （3）分析表中数据可知，F≠
G1?G，可能的原因是_____。 3【答案】78.4% 2.4 提升钩码的重 绳重及摩擦力 【解析】 【详解】
（1）由表中数据数据可知，滑轮组的效率：
?=W有Gh4N?0.05m?100%??100%??100%?78.4%；由图示测力计可知，其W总Fs1.7N?0.15m分度值为0.2N，示数为2.4N；
（2）从实验数据看，动滑轮重力相同，钩码上升的高度、弹簧测力计上升高度都相同，物体越重，机械效率越高，所以滑轮组的机械效率与物体的重力有关；
（3）由于拉动过程中需克服绳子的重力、绳子与轴的摩擦以及滑轮的转轴处的摩擦，所以
F?G1?G。 3
15．从地面上搬起重物我们的常见做法是弯腰（如图甲）或人下蹲弯曲膝盖（如图乙）把它搬起来， 哪种方法好呢？下面就建立模型说明这个问题。把脊柱简化为杠杆如图丙所示，脊柱可绕骶骨（轴）O 转动， 腰背部复杂肌肉的等效拉力 F1 作用在 A 点，其实际作用方向与脊柱夹角为 12°且保持不变，搬箱子拉力 F2 作用在肩关节 B 点，在 B 点挂一重物代替箱子。用测力计沿 F1 方向拉，使模型静止，可测出腰背部复杂肌肉 拉力的大小。接着，改变脊柱与水平面的夹角即可改变杠杆与水平面的夹角α，多次实验得出结论．
（1）所谓物理模型，是人们为了研究物理问题方便和探讨物理事物本身而对研究对象所作的一种简化描述， 是以观察和实验为基础，采用理想化的办法所创造的，能再现事物本质和内在特性的一种简化模型。下列选 项中没有用到物理模型的是____________。 A．光线 B．卢瑟福提出的原子结构 C．磁场 D．光滑平面 （2）在丙图中画出 F2 力臂 L2． （_____）
（3）当α角增大时，L2______（选填“变大”“不变”或“变小”），F1_______（选填“变大”“不变”或“变 小”）。
（4）如果考虑到人上半身的重力，那么腰背部肌肉的实际拉力将比丙图中 F1 要_______（选填“大”或“小”）。
（5）对比甲、乙两种姿势所对应丙图中的两种状态，由以下分析可得，________（选填“甲”或“乙”）图 中的姿势比较正确．
【答案】D 变小 变小 大 乙
【解析】 【详解】
（1）所谓物理模型，是以观察和实验为基础，采用理想化的办法所创造的，能再现事物本质和内在特性的一种简化模型。
用带箭头的直线表示光线是建立的物理模型；根据卢瑟福提出的原子结构特点构建了原子核的结构模型；人们用带箭头的曲线表示磁场的方向及分布特征，是物理模型；光滑平面只是一种理想化的假设，不是物理模型，故选D。
（1）力臂是支点到力的作用线的距离，所以延长F2作用线，由支点向作用线画垂线，如图L2是其力臂：
（2）当α角增大时，支点到阻力F2的距离变小，即力臂L2变小；
拉力F1的方向与脊柱夹角始终为12°，故动力臂不变，阻力不变，则杠杆平衡条件可知，动力F1变小；
（3）如果考虑到人上半身的重力，由于上半身的重力是阻力的一部分，即阻力更大，根据杠杆平衡条件可知：实际拉力也将变大；
（4）甲、乙两种姿势可知：甲姿势α角小，由（2）分析知，需要的动力F1更大，而乙姿势α角大，需要的动力F1小一些，所以在搬起物体时，用甲姿势腰背部复杂肌肉的等效拉力F1要使用较大的力，容易千万损伤，则乙姿势正确。
郑州市第四十七中学物理第十一章 简单机械和功章末训练(Word版 含解析)
