专题11 设备原理探究决胜中考物理压轴题全揭秘解析版.docx

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专题11设备原理探究决胜中考物理压轴题全揭秘解析版

决胜2020年中考科学压轴题全揭秘

专题11设备原理探究

【考点1】密度计原理

【例1-1】小明在学完浮力后认识了密度计，将其放入液体中，当它竖立静止时，与液面相交的读数即为待测液体的密度。

（1）如图甲、乙所示，让同一支密度计分别静止在水和酒精中，密度计两次受到的浮力关系是F水________F酒精（选填“>”“=”或“<”）；

（2）小明将一根玻璃管的下端缠绕了适量铜丝，初步做成了一支密度计（如图丙）；为了给密度计标上刻度，他进行了如下实验

a.将其放入水中，竖立静止后，做好标记为A，在密度计上与水面相平处标上水的密度值1.0g/cm3；

b.如将其放入密度为1.1g/cm3的某液体中，用同样的方法在密度计上标上密度值，你认为刻度1.1应该标在________点（选填“p”或“q”），说说你的理由________。

【答案】

（1）=

（2）q；都漂浮在液面上，浮力相等，液体密度越大，浸入液体中的体积就越小

【解析】【分析】

（1）根据二力平衡的知识分析密度计受到浮力的大小关系；

（2）根据公式F浮=ρ液gV排可知，当浮力相同时，物体的V排与液体的密度成反比，据此判断密度为1.1g/cm3时的V排和1.0g/cm3时的V排大小关系即可。

【解答】

（1）同一支密度计在甲和乙液体中都处于漂浮状态，那么它们受到的浮力都等于自身重力；因为密度计的重力不变，所以两次受到的浮力相等，即F水=F酒精；

（2）根据公式F浮=ρ液gV排可知，密度为1.1g/cm3时的V排小于密度1.0g/cm3时的V排；那么我认为刻度1.1应该标再q点，理由是：

都漂浮在液面上，浮力相等，液体密度越大，浸入液体中的体积就越小。

【变式1-1】小柯在一根一端密封的空心玻璃管下端绕上一段细铁丝，制成一支自制密度计，用它来测量液体密度，测量过程中杯内液体总量没有变化。

（1）当密度计在杯中漂浮时，液面高度在A处（如图甲）。

此时，密度计受到的浮力________ 重力（选填“＜”、“=”或“＞”）。

（2）使用中，小柯发现细铁丝很容易滑落，于是他改变这段细铁丝的形状，并把铁丝置于玻璃管内，再次测量同一杯液体密度（如图乙），杯中液面将________ （填“上升”、“下降”或“仍在A处”）。

【答案】

（1）=

（2）仍在A处

【解析】【分析】

（1）根据二力平衡的条件分析浮力和重力的关系；

（2）细铁丝的形状发生变化，但它的重力不变，根据漂浮条件和阿基米德原理分析V排的变化即可。

【解答】

（1）当密度计在杯中漂浮时，那么它处于平衡状态，即它受到的浮力和重力是一对平衡力，即浮力等于重力；

（2）细铁丝的形状改变，但重力不变，那么密度计受到的浮力不变；

根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，当液体密度相同时，密度计排开液体的体积相同；

那么杯子中的液面将仍在A处。

【变式1-2】小科学习了浮力知识后，想利用一弹簧测力计和一铁块制作一个测定液体密度的仪器，如图所示。

（铁的密度为ρ铁=7.9×103kg/m3）

（1）首先，他称得此铁块的重力为G=7.9N，然后将金属块浸没在待测液体中，设此时弹簧测力计的示数为F，则待测液体的密度表达式为ρ=________（用G、F、ρ铁表示）。

小科依据此规律，在测力计右侧标注出了液体的密度值，做成了一支密度计。

（2）当利用该此密度计测某液体密度时，指针在7.1N的位置，则该刻度应标记为________kg/m3。

（3）图中能正确反映液体的密度ρ与测力计示数F之间关系的是________。

（4）水银的密度是水的十几倍，利用该密度计能否测出水银的密度并说明理由：

________。

【答案】

（1）

（2）800（3）C（4）不能，

铁块无法进入水银中

【解析】【分析】

（1）首先根据密度公式计算出物体的体积，即浸没时物体排开液体的体积，然后根据F浮=G-F计算出金属块浸没时受到的浮力，然后根据

计算液体的密度；

（2）将F=7.1N带入公式计算即可；

（3）根据液体密度的表达式分析液体密度和测力计F的变化规律；

（4）利用此方法的前提条件是：

铁块必须浸没在液体中，即所测液体的密度必须小于铁块。

【解答】

（1）铁块的体积为：

；

铁块浸没时受到的浮力：

F浮=G-F；

那么液体的密度为：

；

（2）当F=7.1N时，液体的密度为：

；

（3）根据公式

可知，液体的密度和测力计的的拉力为一次函数关系，且随着测力计示数的增大，液体密度减小，故选C；

（4）利用该密度计不能测水银的密度，因此：

， 铁块无法浸没在水银中。

【考点2】浮力秤原理

【例2-1】曹冲称象”是家喻户晓的典故。

某校兴趣小组模仿这一现象，制作了一把“浮力秤”。

将厚底直筒形状的玻璃杯浸入水中，如下图所示。

已知玻璃杯的质量为200g，底面积为40cm2，高度为20cm（水的密度ρ水＝1×103kg/m3 ）求：

（1）将杯子开口向上竖直放入水中时（注：

水未进入杯内），杯子受到的浮力。

（2）此时杯子浸入水中的深度（即为该浮力秤的零刻度位置）。

（3）此浮力秤一次能测量的最大质量是多少？

【答案】

（1）杯子漂浮在水面上时，

它受到的浮力F浮=G=mg=0.2kg×10n/kg=2N；

（2）此时杯子排开水的体积为：

；

此时杯子浸入水中的深度为：

（3）当浮力秤达到最大称量时，

它受到的浮力为：

；

那么称量的最大重力为：

G最大=F浮-G=8N-2N=6N；

那么最大称量的质量为：

。

【解析】【分析】

（1）当杯子漂浮时，根据F浮=G=mg计算浮力；

（2）首先根据

计算出杯子进入水中的体积，然后根据

计算杯子浸入水中的深度；

（3）当水面高度达到20cm时，浮力秤的称量达到最大，根据F浮=G+G最大计算即可。

【变式2-1】某同学学习了浮力的有关知识后，制作了一台“浮力秤”，可方便地称量物体的质量，其构造如图所示。

已知小筒底面积为0.01m2，小筒和秤盘总重为0.6N。

（1）如图甲，当秤盘上不放物体时，小筒受到的浮力是多少?

（2）该浮力秤零刻度标在小筒上何位置处?

（3）如图乙，在秤盘上放一物体后，小筒浸入水中的深度h为0.1m，则该物体的质量为多少?

（g取10N/kg）

【答案】

（1）∵当秤盘上不放物体时，小筒漂浮∴小筒受到的浮力：

F浮=G0=0.6N

（2）当秤盘上不放物体时V排=

=6×10-5m3；h=

=6×10-3m=6mm∴浮力秤零刻度标在小筒上距离筒底6mm的位置

（3）①此时小筒受到的浮力：

F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m2×0.1m=10N②因为漂浮，所以物体、小筒和秤盘总重：

G总=F浮=10N则物体的重：

G=G总-G0=10N-0.6N=9.4N物体的质量：

m=

=

=0.94kg

【解析】【分析】

（1）当小筒在液面漂浮时，浮力等于重力，即：

F浮=G0；

（2）首先根据公式

计算出浮力秤排开水的体积，然后根据公式

计算出这时水面的深度，这个位置就是浮力秤上0刻线的位置；

（3）首先根据F浮=ρ水gV排计算出小筒受到的浮力，即小筒和秤盘的总重力， 也就是G总=F浮；然后根据G=G总-G0计算出上面物体的重力，最后根据公式

计算物体的质量

【变式2-2】某科技小组的同学利用学到的浮力知识制作一个浮力秤。

他们找来一个空饮料瓶，剪掉瓶底，旋紧瓶盖，在瓶盖处系一块质量适当的小石块，然后将其倒置在水里，如图所示，已知该饮料瓶圆柱状部分的横截面积为50cm2，总重为0.6N。

当瓶中不放被测物体时，水面所对位置为零刻度，再利用适当的方法完成刻度。

使用时，只要把被测物体放入瓶中，从水面所对的刻度就可以直接读出被测物体的质量。

（1）装置中小石块的作用是________。

（2）饮料瓶中放上200g物体后，200g刻度线与零刻度线的距离是________cm。

（3）利用浮力的知识证明这种浮力秤的刻度是均匀的。

（已知放入物体的质量为m，圆柱部分的横截面积为S，对应刻度线与零刻度线的距离为h，水的密度为ρ）

【答案】

（1）降低重心，使塑料瓶竖立

（2）4

（3）浮力秤始终漂浮在水面，因此排开水的体积增加量

；

此刻度线距离0刻度线的距离：

；

即：

；

因为此刻度线距离0刻度线的距离△h与质量m成正比，所以浮力秤的刻度是均匀的。

【解析】【分析】

（1）如果没有小石块，那么饮料瓶会躺倒在水面上；加上小石块，整体的重心下降，饮料瓶就可以竖立在水中；

（2）浮力秤始终漂浮在水面，因此排开水的体积增加量

，再根据

计算200g刻度线与零刻度线的距离；

（3）首先通过阿基米德原理和体积公式推导出刻度的变化量△h与物体质量的数学关系式，然后再分析它们之间的定量关系即可。

【解答】

（1）装置中小石块的作用是：

降低重心，使塑料瓶竖立；

（2）饮料瓶中放上200g物体后，排开水的体积增大量：

；

那么200g刻度线与零刻度线的距离是：

；

（3）浮力秤始终漂浮在水面，因此排开水的体积增加量

；

此刻度线距离0刻度线的距离：

；

即：

；

因为此刻度线距离0刻度线的距离△h与质量m成正比，所以浮力秤的刻度是均匀的

【考点3】杠杆原理

【例3-1】小华在做“探究杠杆平衡条件”实验的装置如图所示，杠杆上相邻刻线间的距离相等

（1）杠杆在如图甲所示的位置静止时________（选填“是”或“不是”）处于杠杆平衡状态的．

（2）为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向________（选填“左”或“右”）端调节．

（3）如图乙所示，杠杆在水平位置平衡后，在A点挂两个钩码，每个钩码重0.5N，在B点

竖直向下拉弹簧测力计，仍使杠杆水平位置平衡，此时弹簧测力计的示数应为________N．

（4）小华改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是________．（填减少误差或实验结论具有普遍性）

（5）始终竖直向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示，弹簧测力计拉力的大小________。

（填变大、变小或不变）

【答案】

（1）是

（2）右（3）1.5（4）实验结论具有普遍性（5）不变

【解析】【分析】

（1）杠杆静止或匀速转动时，它处于平衡状态；

（2）平衡螺母总是向轻的那端调节；

（3）根据杠杆的平衡条件列式计算；

（4）做的实验次数越多，收集到的数据越多，那么得到的结论就更具有普遍性；

（5）分析动力臂和阻力臂的比值是否发生变化即可。

【解答】

（1）杠杆在如图甲所示的位置静止时是处于杠杆平衡状态的；

（2）杠杆的右端上翘，那么右端轻，因此平衡螺母应该向右调节；

（3）根据杠杆的平衡条件得到：

（0.5N×2）×3L=F×2L；

解得：

F=1.5N；

（4）小华改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是使实验结论更具有普遍性；

（5）如下图所示：

当杠杆倾斜后，△AOA'与△BOB'相似，

那么

；

根据杠杆的平衡条件得到：

，

;

所以测力计的拉力不变。

【变式3-1】在“探究杠杆平衡条件”的实验中：

（1）小科同学先把杠杆的中点支在支架上，杠杆静止在如图甲所示的位置，此时杠杆处于________（选填“平衡”或“不平衡”）状态。

（2）进行正确的实验操作后，得到的数据为F1=6N、L1=20cm、F2=4N和L2=30cm。

小科根据这些数据得出探究结论，小明认为不合理。

理由是：

________。

（3）小科想利用杠杆的平衡条件来测量刻度尺的质量。

①将刻度尺平放在支座上，左右移动刻度尺，找出能够使刻度尺在水平位置保持平衡的支点位置，记下这个位置，它就是刻度尺的重心；

②如图乙所示，将质量为M1的物体挂在刻度尺左边某一位置，使刻度尺能够在支座上重新保持水平平衡。

记录物体悬挂点到支座的距离L1和刻度尺的重心到支座的距离L2；

③根据杠杆的平衡条件，可以计算出刻度尺的质量m=________（用题目中所给物理量表示）。

【答案】

（1）平衡

（2）一次实验获得的实验数据有偶然性，不能反映普遍规律（3）M1L1/L2

【解析】【分析】

（1）杠杆平衡的判断：

①静止；②匀速转动；

（2）为了保证实验结论的准确性，我们通常需要换用不同的实验器材多次进行实验，收集更多的实验数据；

（3）当刻度尺平衡时，刻度尺的重力为杠杆的阻力，物体的重力为动力，根据杠杆的平衡条件列式计算即可。

【解答】

（1）小科同学先把杠杆的中点支在支架上，杠杆静止在如图甲所示的位置，此时杠杆处于平衡状态。

（2）我认为小明的结论不合理，理由是：

一次实验获得的实验数据有偶然性，不能反映普遍规律；

（3）根据杠杆的平衡条件得到：

G×L2=G1×L1；

mg×L2=M1g×L1；

m×L2=M1×L1；

解得：

。

【变式3-2】在“研究杠杆平衡条件”的实验中：

（1）杠杆两端的平衡螺母的作用是：

调节杠杆在________位置平衡。

（2）如图甲所示的杠杆已处于平衡状态，若左端所挂重物的重力是1N，则弹簧测力计的示数________2N。

如果要便于测量力臂，那么弹簧测力计应沿________方向拉着杠杆。

（3）如图乙所示，在杠杆左端某一固定位置挂一个重力G=10N的物体，在杠杆右端不同位置处施加不同的竖直向下的力F，保证杠杆处于平衡状态。

根据多次测量的F-L数据，画出如图丙所示图线，由图丙可得出杠杆平衡的条件是F与L成________比。

【答案】

（1）水平

（2）大于；竖直（3）反

【解析】【分析】

（1）调节杠杆平衡的步骤：

①游码归零；②调节平衡螺母；

（2）首先根据杠杆的平衡条件计算出测力计竖直向上拉时的示数，然后判断斜拉时动力臂的变化，进而对测力计的示数大小进行判断。

当杠杆在水平位置平衡时，如果拉力方向与杠杆垂直，那么从支点到力的作用点的杠杆长度正好等于力臂，因此方便读出力臂的大小；

（3）首先根据图像分析拉力F与

的数量关系，然后再判断F与L的数量关系。

【解答】

（1）杠杆两端的平衡螺母的作用是：

调节杠杆在水平位置平衡。

（2）当弹簧测力计竖直向上拉时

根据杠杆的平衡条件得到：

1N×4L=F×2L；

解得：

F=2N；

如甲图中，如果测力计斜拉，那么动力臂会减小，因此动力会增大，即测力计的示数大于2N；

如果要便于测量力臂，那么弹簧测力计应沿竖直方向拉着杠杆。

（3）根据丙图可知，拉力F与

成正比例关系，那么拉力F与L肯定成反比关系。

【考点4】滑轮原理

【例4-1】在探究动滑轮使用特点的实验中，各小组按照如图所示的实验器材进行实验，每个小组的实验器材都相同（摩擦力可忽略不计）。

甲小组按照实验要求在滑轮上挂上钩码，竖直向上拉弹簧测力计，每次都匀速提起钩码，如图（a）所示。

乙、丙两个小组的同学实验时，没有注意按照要求规范操作，他们斜向上拉弹簧测力计，匀速提起钩码，实验情况分别如图（b）、（c）所示。

各小组的实验数据记录在表格中。

表一（甲小组）

表二（乙小组）

表三（两小组）

实验序号

物体的重力（牛）

弹簧测力计的示数（牛）

实验序号

物体的重力（牛）

弹簧测力计的示数（牛）

实验序号

物体的重力（牛）

弹簧测力计的示数（牛）

1

1.0

0.6

4

1.0

0.7

7

1.0

0.8

2

2.0

1.1

5

2.0

1.3

8

2.0

1.6

3

3.0

1.6

6

3.0

1.8

9

3.0

2.3

（1）由所学知识我们知道：

若不计绳重和摩擦，使用动滑轮可以省一半的力，根据以上小组的实验，请求出他们所用动滑轮的重力为________N。

（2）分析比较实验序号1、4、7（或2、5、8或3、6、9）的实验数据和相关条件，得出的初步结论是________ 。

（3）如果家里安装日光灯，你认为更合理的为________ 图（填“甲”或“乙”）。

【答案】

（1）0.2

（2）拉力与竖直方向夹角越大，拉力也越大（3）甲

【解析】【分析】

（1）当使用动滑轮提升重物时，只有拉力沿竖直方向才能省一半的力，因此应该选甲组中数据根据公式2F=G+G动计算即可；

（2）根据1、4、7中实验可知，拉力与竖直方向的夹角越来越大，分析对应的拉力大小变化即可；

（3）根据

（2）中得到的结论进行判断即可。

【解答】

（1）当使用动滑轮提升重物时，只有拉力沿竖直方向才能省一半的力，

所以我们应该选择甲组的数据计算动滑轮的重力；

根据甲组

（1）中数据得到：

动滑轮的重力：

G动=2F-G=2×0.6N-1N=0.2N；

（2）实验序号1、4、7中，拉力与竖直方向的夹角越大，拉力就越大；

（3）如果家里安装日光灯，由于它的重力是不变的，因此灯线与竖直方向的夹角越小，受到的拉力就越小，就更不容易断掉，因此应该选甲图。

故答案为：

（1）0.2N；

（2）同解析；（3）甲

【变式4-1】小凡同学在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中，装置图如图所示。

（1）在探究定滑轮时，照图乙操作，觉得读数不方便，于是把测力计倒过来，即测力计吊环系在拉绳上，用手拉挂钩，测力计的示数会________ （“变大”、“变小”或“不变”）,其理由是________。

（2）在探究动滑轮时，照图丙操作，记录数据如下表，分析数据发现，测力计的示数F大于物重G的一半，与课本结论存在差异，其原因是________。

请给出一条减小此差异的建议________。

实验次数

物重G/N

测力计的示数F/N

1

1.00

0.65

2

1.50

0.90

3

2.00

1.15

【答案】

（1）变小；忽略了测力计的重力

（2）动滑轮本身有重力；将动滑轮的重力计算在提升的物体的重力里;换用质量更小的动滑轮等，合理即可

【解析】【分析】

（1）当挂钩系在拉绳上时，细绳上的拉力和测力计弹力的拉力是平衡力，即F绳=F弹；当测力计的吊环系在拉绳上时，细绳上的拉力与弹簧的拉力、测力计的重力之和平衡，即：

F绳=F弹+G，即F弹

（2）使用动滑轮提升重物时，我们不但要提升重物，还要提升动滑轮，此外还有摩擦和绳重，因此测力计的示数肯定会大于物体重力的一半；可以根据上面的分析确定减小差异的方法。

【解答】

（1）在探究定滑轮时，照图乙操作，觉得读数不方便，于是把测力计倒过来，即测力计吊环系在拉绳上，用手拉挂钩，测力计的示数会变小，其理由是：

忽略了测力计的重力。

（2）在探究动滑轮时，照图丙操作，记录数据如下表，分析数据发现，测力计的示数F大于物重G的一半，与课本结论存在差异，其原因是：

动滑轮本身有重力。

请给出一条减小此差异的建议：

换用质量更小的动滑轮。

【变式4-2】在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同的钩码，分别做了三次实验，实验数据记录在图表中．

实验次数

钩码所受重力G/N

提升高度h/m

拉力F/N

绳端移动的距离s/cm

机械效率

1

2

0.1

1.0

0.3

667%

2

4

0.1

1.7

0.3

78.4%

3

6

0.1

2.4

0.3

（1）在实验过程中，应沿竖直方向________拉动弹簧测力计．

（2）在第3次测量中，滑轮组做的有用功是________ J，机械效率为　________ ．

（3）分析表中数据可得出：

同一滑轮组，提升钩码越重，机械效率越________ （填“高”或“低”）．

【答案】

（1）匀速

（2）0.6；83.3%（3）高

【解析】【解答】

（1）测绳端拉力F时，应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数；

（2）由第三组数据知，W有用=Gh=6N×0.1m=0.6J；

W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J；

则η=

×100%=

100%≈83.3%；

（3）由表格中数据可知，同一滑轮组，被提升的钩码越重，机械效率越高．

故答案为：

（1）匀速；

（2）0.6；83.3%；（3）高．

【分析】

（1）要正确测量拉力，需竖直向上匀速拉动测力计；

（2）根据W有用=Gh计算出有用功，根据W总=Fs计算出总功，有用功与总功之比可得机械效率；

（3）分析表格中数据，得出机械效率与钩码重力的关系．

1.珍珍非常喜欢玩橡皮泥。

一天她将一块重为0.5N的长方体橡皮泥侧放于水平桌面上，

（1）如果珍珍将这块橡皮泥分成相同的两块，并做成实心球形和碗形，分别放入相同的甲、乙两杯水中，则静止时甲杯________乙杯中橡皮泥所受的浮力（选填“大于”、“小于”或“等于”）；而________杯中水面升高得较多。

（2）珍珍又将适量的橡皮泥捏黏在铅笔的一端（能使铅笔竖直浮在液体中），这就制成了一个很有用的土仪器.将它分别放到盛不同液体的杯中，静止时的情景如图所示。

对于这个土仪器所运用的知识或用途，下列说法中不正确的是          

A. 运用了二力平衡的知识                                       

B. 运用了物体的漂浮条件

C. 用它可以比较不同液体密度的大小                      

D. 土仪器在图甲中受到的浮力大于图乙

【答案】

（1）小于；2

（2）D

【解析】【分析】

（1）根据浮沉条件判断两块橡皮泥受到浮力的大小关系；根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，当液体密度相同时，浮力越大，物体排开水的体积越大；

（2）密度计在工作时，它必须在液面漂浮，根据二力平衡的知识可知，此时浮力等于重力，且保持不变；根据公式F浮=ρ液gV排可知，密度计排开液体的体积越小，液体的密度越大。

据此分析判断即可。

【解答】

（1）橡皮泥在甲中下沉，那么受到的浮力F浮

根据公式F浮=ρ液gV排可知，乙杯中橡皮泥排开水的体积大，那么水面升高的多；

（2）A.密度计在液面漂浮，那么浮力等于重力，利用了二力平衡的知识，故A正确不合题意；

B.密度计工作时，必须在液面漂浮，保持浮力不变，故B正确不合题意；

C.当密度计漂浮时，V排大的液面密度小，故C正确不合题意；

D.密度计在甲和乙中浮力大小相等，故D错误符合题意。

故选D。

2.学习了浮力知识后，小明和小晨分别展开了科学探究。

小明想利用一弹簧测力计和一铁块制作一个测定液体密度的仪器，如图所示。

（ρ铁为7.9×103kg/m3）

（1）首先，他称得此铁块的重力为G＝7.9N，然后，将金属块浸没在待测液体中，设此时弹簧测力计的示数为F，则待测液体的密度表达式为ρ＝________（用题目中的符号G、ρ铁、F表示）．小明依据此规律，在测力计右侧标注出了液体的密度值，做成了一支密度计。

（2）当利用该密度计测某液体密度时，指针在6.9N的位置，则该液体的密度为________kg/m3。

（3）图中能正确反映液体的密度ρ与测力计示