第十一章 简单机械和功专题练习解析版.docx
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第十一章简单机械和功专题练习解析版
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．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
L1/cm
F2/N
L2/cm
2
6
3
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
弹簧测力计施加拉力的力臂
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
即钩码到支点的距离不应超过10cm。
2．小华探究杠杆平衡条件时，使用的每个钩码的质量均为100g，杠杆上相邻刻线间的距离相等。
请按要求完成下列问题：
（1）将杠杆安装在支架上，发现杠杆右端下沉，此时应将杠杆右侧的平衡螺母向______调（选填“左”或“右”），使杠杆在水平位置平衡。
（2）将杠杆调节水平平衡后，在杠杆上的B点悬挂了3个钩码，如图所示。
为使杠杆保持水平平衡状态，应该在A点悬挂________个钩码。
（3）若撤掉杠杆A点的钩码，为使杠杆在水平位置平衡，应该用弹簧测力计在杠杆______（选填“A”或“C”）处竖直向上拉，当杠杆水平平衡时，弹簧测力计的示数为_______N。
（g取10N/kg）
【答案】左2C1.5
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]杠杆右端下沉，左端上翘，哪边高，平衡螺母像哪边调，所以应调节杠杆右侧的平衡螺母向左。
（2）[2]一个钩码重力
假设杠杆一小格为L，A点挂n个钩码，根据杠杆平衡条件有
解得n=2，所以应该在A点悬挂2个钩码。
（3）[3][4]撤掉杠杆A点的钩码，为使杠杆能够在水平位置重新平衡，应该用弹簧测力计在杠杆A处竖直向下拉或者在杠杆C处竖直向上拉；根据杠杆平衡条件有
则弹簧测力计的示数
3．某兴趣小组的同学在探究“风力发电机发电时的输出功率与风速的关系”时，设计了如下实验步骤：
①如图乙，将自制的小型风叶安装在风车底座上，把线的一端固定在风车转轴上，另一端系上钩码；②在风车正前方1米处放置电风扇的风速调到1挡位，用秒表记录提升钩码到A点所需的时间；③将电风扇换到2、3挡位，重复以上实验，并将数据记录在表格中：
（注：
电风扇挡位越高，风速越大）
表一：
电风扇挡位
钩码的质量/g
提升钩码到A点的时间/s
1
50
15
2
50
13
3
50
10
请你回答：
（1）这个实验是通过测量提升钩码到A点的_____来比较风车输出功率的大小。
这种方法是______（选填“控制变量法”或“转换法”）；
（2）通过实验可以得到的结论是：
风速越大，风力发电机发电时的输出功率__________；
为了进一步研究风力发电机，他又从电厂查到一台1500kW的发电机组的相关数据：
表二：
输出功率与风速的关系
风速v/（m/s）
5
10
15
20
输出功率P/kW
80
720
1500
1100
表三：
不同风速下风力发电机每秒获得的风能：
风速v（m/s）
5
10
15
20
1s获得的能量E（104J）
15
120
405
350
（3）风能是清洁能源，也是_____（选填“可再生”或“不可再生”）能源。
发电机的工作原理是_____；
（4）风速10m/s时，这台发电机的发电效率为__________，有同学认为风速越大，发电机的发电效率越高，他的观点是_____（选填“正确”或“错误”）的。
你认为的原因是______。
【答案】时间转换法越大可再生电磁感应现象60%错误风速越大发电效率越低
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]因提升高度要相同，通过提升时间，可知提升速度的大小，则由
可知输出功率的大小，故比较测量提升钩码到A点的时间来比较风车输出功率的大小。
[2]转换法可将不可测的量转换为可测的量进行测量，也可将不易测准的量转换为可测准的量，提高测量精度。
此实验将风车输出功率的大小转化为通过测量提升钩码到A点的时间。
（2）[3]分析表一数据可见，在提升钩码质量相同的情况下，风速越大，提升钩码到A点的时间越短，风车的输出功率越大。
（3）[4]风能是一种很清洁的可再生能源，资源丰富，无污染。
[5]风力发电是将风能转化为电能，发电机是通过机械运动产生电能，即是利用电磁感应现象制成的，所以发电机的工作原理是电磁感应现象。
（4）[6]风速为10m/s时，1s内获得的能量为
，风车工作1h获得的能量为
风车工作1h产生的电能为
风车发电的效率为
[7][8]风速为15m/s时，1s内获得的能量为
；风车工作1s产生的电能为
，风车发电的效率为
由此可知，风速越大，发电机的发电效率越低，所以他的观点是错误的。
4．同学们在探究影响浮力大小的因素时，发现手中的弹簧测力计损坏了，聪明的小强同学利用刻度均匀的杠杆和钩码（每只重0.5N）替代弹簧测力计顺利地完成了该实验。
以下是小强同学的实验操作，请你帮他完善该实验探究。
（1）将杠杆安装在支架上，静止时如图1所示，应将平衡螺母向______（选填“右”或“左”）调节，使杠杆在水平位置平衡；
（2）如图2甲所示，将重2N的物体G挂在A点，两只钩码挂在B点时，杠杆在水平位置平衡；
（3）将物体G部分浸入水中（如图2乙所示），两只钩码移到C点时，杠杆在水平位置平衡；
（4）将物体G浸没于水中（如图2丙所示），两只钩码移到D点时，杠杆在水平位置平衡；
（5）将物体G浸没于盐水中（如图2丁所示），两只钩码移到E点时，杠杆在水平位置平衡。
分析与论证：
分析比较
（2）、（3）、（4）可得：
物体G所受浮力大小与______有关；分析比较
（2）、（4）、（5）可得：
物体G所受浮力大小与有______关；由题中信息计算物体G的体积V=______m3，盐水的密度
______kg/m3。
（
，g=10N/kg）
【答案】右物体排开液体的体积液体的密度1.0×10-41.125×103
【解析】
【分析】
【详解】
[1]杠杆在如图1位置平衡后，要使杠杆在水平位置重新平衡，应将平衡螺母向右调节。
[2]步骤
（2）、（3）、（4）是让物体未浸入、部分浸入和浸没于水中，而钩码逐渐靠近支点，说明物体G所受的浮力逐渐变大，所以可得物体G所受的浮力大小与排开液体的体积有关。
[3]步骤（4）（5）是让物体G分别浸没在水中和盐水中，所以比较的是浮力大小与液体密度的关系。
[4]由步骤（4）及杠杆的平衡条件得
（G物-F浮）⋅4L=1N⋅4L，（2N-F浮）⋅4L=1N⋅4L
所以
F浮=1N
由阿基米德原理有，物体的体积
[5]由步骤（5）及杠杆的平衡条件得
（2N-F浮＇）⋅4L=1N⋅3.5L
所以
F浮＇=1.125N
由阿基米德原理有，盐水的密度
5．小明在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，利用如图所示的滑轮组进行了4次测量，测得数据如下表所示：
次数
钩码所受的重力G/N
钩码提升的高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
1.0
0.1
0.8
0.4
31.25%
2
1.0
0.2
0.8
0.8
31.25%
3
2.0
0.1
1.2
0.4
41.67%
4
3.0
0.1
1.5
（1）试验中应沿着竖直方向______（选填“加速”或“缓慢”）拉动弹簧测力计，且在弹簧测力计______时读数；（选填“匀速运动”或“静止”）
（2）根据表中的数据计算得出第4次实验时绳端移动的距离s=_______m，机械效率η=_______；
（3）通过比较1、3和4三次实验数据得出：
同一滑轮组，物重越大，滑轮组的机械效率_____；
（4）在忽略摩擦力和绳重的前提下，通过第1次数据可算出动滑轮的重力为_____N；
（5）以下选项中不影响滑轮组机械效率的因素是______
A．动滑轮的重力B．绳子与滑轮之间的摩擦C．物体上升的高度
【答案】缓慢匀速运动0.450%越大2.2C
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]为了使弹簧测力计的示数大小等于绳端的拉力大小，试验中应沿着竖直方向缓慢拉动弹簧测力计。
[2]假设弹簧测力计静止时读数，测力计没有测出绳子与滑轮间的摩擦，测得的拉力偏小，即没有考虑到摩擦对滑轮组机械效率的影响，所以需要弹簧测力计匀速运动时读数。
（2）[3]从图中可以看到，四条绳子托着动滑轮，第4次实验时，钩码提升的高度是0.1m，绳端移动的距离是0.4m。
[4]第4次实验时滑轮组做的有用功
滑轮组做的总功
滑轮组的机械效率
滑轮组的机械效率是50%。
（3）[5]通过比较1、3和4三次实验数据可知，物重越大，滑轮组的机械效率越大。
（4）[6]忽略摩擦力和绳重，四条绳子托着动滑轮，那么
代入数据可得
解得
。
（5）[7]根据
可知动滑轮的重力影响滑轮组机械效率，物体上升高度不影响滑轮组机械效率，绳子与滑轮之间的摩擦将增加额外功的比例，影响滑轮组机械效率。
故选C。
6．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240120
【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
7．小飞用图甲装置来探究杠杆的平衡条件，设弹簧测力计和钩码对杠杆的拉力分别为动力F1和阻力F2，l1和l2分别表示动力臂和阻力臂．他的实验思路是：
改变F2、l1和l2，测得杠杆平衡时所需的拉力F1，来寻找F1、F2、l1和l2四个物理量之间的关系．已知实验前已调节杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的量程为0~5N，杠杆上每一格长10cm．
实验次数
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
动力臂l1/cm
动力F1/N
1
4
33
30
2
4
18
30
2.4
3
4
7.5
30
1.0
（1）为便于测量力臂，弹簧测力计应沿_______方向拉杠杆，并使之在_____位置平衡；
（2）小飞首先保持F2和l1不变而改变l2，所获得的实验数据如表格所示．第1次实验中弹簧测力计示数的放大图如图乙所示，则F1=______N，此时杠杆的类型与______（选填“筷子”或“老虎钳”）相同；
（3）为获得更多组数据，小飞继续进行
（2）中实验，则为能顺利完成实验，在改变阻力臂l2时，l2应不超过______cm；完成上述实验后，小飞接下来还应进行的实验有：
①保持______不变而改变F2；②保持F2和l2不变而改变l1．
【答案】竖直水平4.4筷子37.5l2和l1
【解析】
【分析】
【详解】
第一空、第二空．因为力与力臂垂直，当沿竖直方向拉动弹簧测力计使杠杆位于水平位置平衡时，力臂与杠杆重合，可方便的测量力臂的大小；
第三空．由图像可知，弹簧测力计的分度值为0.1N，示数为4.4N；
第四空．由表格数据知第1次实验中阻力臂长于动力臂，因此是费力杠杆，与筷子相同；
第五空．由杠杆平衡条件
可得：
即l2应不超过37.5cm；
第六空．探究杠杆的平衡条件时要探究F1、F2、l1和l2四个物理量之间的关系，因此还应探究①保持l2和l1不变而改变F2；②保持F2和l2不变而改变l1．
8．某实验小组进行测量滑轮组机械效率的实验，先用弹簧测力计测量钩码所受的重力G（如图甲），再按图乙所示的连接方式组装好滑轮组，并分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置：
（1）如图乙中，为了测量绳子自由端的拉力F，A同学在缓慢匀速提升时读数，B同学在弹簧测力计静止时读数，然后把测得各个量数值，代入机械效率的公式，计算出机械效率的值，这两位同学_______（选填“A”或“B”）操作是正确的；
（2）按照A同学的测量方法，测出的拉力F与钩码所受重力G的大小关系为F______（选填“大于”、“小于”或“等于”）
；
（3）实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置，是为了_________。
【答案】A
大于测量钩码和弹簧测力计移动的距离
【解析】
【分析】
（1）在使用滑轮组时，滑轮组还要克服一些机械摩擦，所以要测量滑轮组的机械效率，需使物体上升进行读数。
（2）使用滑轮组时，拉力不仅要克服物体的重力，还要克服动滑轮的重力及机械摩擦。
（3）要测滑轮组的机械效率，需测出G、h、F、s，根据公式
计算。
所以需要测量钩码和弹簧测力计移动的距离，从而计算有用功和总功。
【详解】
（1）[1]为了测量滑轮组提升物体时的机械效率，所以需在缓慢匀速提升时读数，则A
同学操作正确。
（2）[2]由图知，滑轮组由3段绳子承担物重，则
，但其成立的条件是不考虑机械自重和摩擦，若考虑的话拉力F大于
。
（3）[3]为了测量钩码和弹簧测力计移动的距离，从而计算有用功和总功，应分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。
9．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”）．
【答案】
杠杆的自重变大
【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η=
×100%=
×100%．
（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．
10．探究杠杆的平衡条件．
实验次数
动力F1/N
动力臂l1/m
阻力F2/N
阻力臂l2/m
1
0.5
0.2
1.0
0.1
2
1.0
0.15
1.5
0.1
3
3.0
0.1
2.0
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=F2l22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
×6L，
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×
l2+mg×
l1=m右g×
l2；
当游码位于最大值5克时，由杠杆的平衡条件得:
（m左+5）g×
l2=mg×
l1+m右g×
l2②；
由②-①得，
5×
l2=ml1，
解得:
m=
。
11．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（牛）
动力臂（米）
阻力（牛）
阻力臂（米）
1
挂等量的钩码，分别作为动力和阻力.
2
0.05
2
0.05
2
挂不等量的钩码，分别作为动力和阻力.
4
0.03
6
0.02
3
挂钩码、用弹簧测力计拉，分别作为动力和阻力.
3
0.02
1.5
0.04
4
挂钩码、用弹簧测力计拉，分别作为动力和阻力.
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；
12．八年级
（2）班的物理学习研究小组进行“探究杠杆的平衡条件”实验时:
（1）安装好杠杆，发现杠杆左高右低，如图甲所示，这时应将杠杆右端的平衡螺母向_____（选填“左”或“右"）调节，使杠杆在水平位置平衡，这样做的好处是实验时便于测量______。
（2）如图乙所示，在刻度线B处挂4个钩码，在刻度线A处用调好的弹簧测力计竖直向下拉杠杆，若此时杠杆右端依然比左端低，下一步应该进行的操作是_______当杠杆水平平衡时，将测力计从竖直方向顺时针缓慢转动，如使杠杆保持水平平衡，测力计读数将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（3）通过操作后，杠杆在水平位置平衡，将数据记录在下表中、
次数
动力F1/N
动力l1/cm
阻カF2/N
阻力臂l2/cm
1
2
10
20
5
能不能根据上表中的数据得出结论?
______（选填“能”或“不能"），理由是:
_____。
（4）该小组同学还想探究当动力和阻力在支点同侧时杠杆的平衡情况，于是将弹簧测力计改至杠杆右
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