上海奉贤区实验中学物理第十一章 简单机械和功专题练习解析版.docx
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上海奉贤区实验中学物理第十一章简单机械和功专题练习解析版
上海奉贤区实验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，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0.5N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5cm，每个钩码重0.5N，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×
×4×0.5cm
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．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．某同学在河边玩耍时捡到一块石头：
（1）将木杆的中点O悬挂于线的下端，使杆在水平位置平衡，这样做的好处是可以消除_____对杆平衡的影响；
（2）将左端A与弹簧测力计相连，用细线把石头挂于OA的中点C，弹簧测力计竖直向上提起A端，使杆保持水平，测力计示数如图所示，则拉力大小为_____N；将石头浸没于装有水的玻璃杯中且不与杯子接触，保持杆水平，记下弹簧测力计此时示数为2.7N；
（3）通过计算，浸没后石头受到的浮力大小为_____N，石头的密度为_____kg/m3（已知ρ水＝1.0×103kg/m3）；
（4）若上述
（2）步骤中，只是杆未保持水平，则测量结果_____（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【答案】杠杆自重4.232.8×103不变
【解析】
【分析】
本题考查固体密度的测量。
【详解】
（1）[1]将木杆的中点O悬挂于线的下端，使杆在水平位置平衡，这样做的好处是可以消除杠杆自重对杆平衡的影响。
（2）[2]如图弹簧测力计的分度值是0.2N，所以拉力大小为4.2N。
（3）[3]根据杠杆的平衡条件以及C是OA的中点，可得
解得
G=F1=2F2=2×4.2N=8.4N
而石头的质量
石头浸没于装有水的玻璃杯中且不与杯子接触，保持杠杆水平，弹簧测力计此时示数为2.7N，再次根据杠杆的平衡条件计算出此时石头对C点的拉力为5.4N，则浸没后石头受到的浮力大小
F浮=G﹣F=8.4N﹣5.4N=3N
[4]又F浮=ρ液gV排，所以
所以石块的密度
（4）[5]若上述
（2）步骤中，只是杠杆未保持水平，虽然力的作用线不在杠杆上，但是两个力的力的作用线的比值是不变的，所以不会影响最终的结果。
【点睛】
关键是将课本知识内容记忆清楚，仔细分析即可。
4．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。
5．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
6．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
右端有
则
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
则C处拉力F为
[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。
7．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
（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
悬挂点移至B点时，由杠杠的平衡条件得
观察比较可知，悬挂点移至B点时，OB[3]杠杆的机械效率
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
变大，分母变大，η就减小；即η2<η1。
8．小明和小红利用如图所示装置探究杠杆的平衡条件。
（1）若实验前杠杆如图甲所示，可将杠杆两端的平衡螺母向______（填“左”或“右”）调节，使杠杆在水平位置平衡。
次数
F1/N
l1/cm
F2/N
l2/cm
1
1
10
2
5
2
2
10
1
20
3
2
15
3
10
（2）在实验过程中，调节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______。
（3）在杠杆两端加挂钩码，并移动钩码，使杠杆在水平位置平衡，测出力臂，多次实验并把数据记录在表格中。
小明根据以上数据得出杠杆的平衡条件是______。
（4）调节杠杆平衡后，小红在杠杆上的A点处挂4个钩码，如图乙所示，为使杠杆重新平衡，应在B点挂______个钩码。
（5）如图丙所示，用弹簧测力计在C处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，当弹簧测力计在原位置逐渐向右倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（拓展）探究杠杆的平衡条件后，小红利用杠杆测出了小石块的密度。
步骤如下：
①如图丁（a）所示，用细线将小石块拴好，把小石块和钩码分别挂在杠杆上，调节钩码的位置使杠杆在水平位置平衡，用刻度尺分别量出小石块悬挂处到支点的距离L和钩码悬挂处到支点的距离l。
②如图丁（b）所示，在玻璃杯内盛水，将小石块浸没在水中，保持L不变，调节钩码的悬挂位置，使杠杆重新在水平位置平衡，测出钩码悬挂处到支点的距离为l'，l:
l'＝5:
3。
③小石块的密度ρ石＝______kg/m3。
【答案】右便于直接在杠杆上读出力臂的大小F1l1=F2l26变大2.5×103
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]实验前杠杆如图甲所示，杠杆左端下沉，需要将平衡螺母向右调节，使杠杆平衡。
（2）[2]在实验过程中，调节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，同时便于直接在杠杆上读出力臂的大小。
（3）[3]由表格数据可知，在杠杆两端加挂钩码，并移动钩码，使杠杆在水平位置平衡，测出力臂，多次实验并把数据记录在表格中。
小明根据以上数据得出杠杆的平衡条件是：
动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂，即F1l1=F2l2。
（4）[4]根据杠杆平衡的条件，调节杠杆平衡后，小红在杠杆上的A点处挂4个钩码，如图乙所示，为使杠杆重新平衡，应在B点挂的钩码的个数为
（5）[5]用弹簧测力计在C处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，当弹簧测力计在原位置逐渐向右倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，此时力臂变小，力变大。
③[6]如图丁（a），根据杠杆平衡的条件可得
G石L=G码l
如图丁（b）可得
（G石-F浮）L=G码l’
根据l:
l'＝5:
3，F浮=ρ水gV和G=ρ物gV，可求得
9．如图为测量滑轮组机械效率的实验装置，钩码总重6N。
（1）实验时要竖直向上______拉动弹簧测力计，由图可知拉力大小为______N，若钩码上升的高度为8cm，则弹簧测力计向上移动______cm，该滑轮组的机械效率为_________；
（2）在弹簧测力计静止时进行读数，则他这样得出的机械效率与实际值相比_____；（选填“偏小”、“偏大”或“相等”）
（3）若仅增加钩码的个数，该滑轮组的机械效率将________。
（选填“增大”、“减小”或“不变”）
【答案】匀速2.42483.3%偏大增大
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]在实验中，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，才能准确测出拉力的大小。
[2]由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，所以其为2.4N，即拉力的大小为2.4N。
[3]由图可知，滑轮组承重绳子的根数为3根，当钩码上升8cm，则弹簧测力计向上移动的距离为
8cm×3=24cm
[4]实验中，所做的有用功
W有=Gh=6N×0.08m=0.48J
通过滑轮组所做的总功
W总=Fs=2.4N×0.24m=0.576J
则机械效率
（2）[5]实验中，若在静止时读弹簧测力计的示数，会造成拉力比实际的拉力小，因为静止时绳子与滑轮间没有摩擦，那么求出的总功也会偏小，而有用功的大小不变，那么机械效率会偏大。
（3）[6]实验中仅增大钩码的个数，那么有用功随之增大，而额外功不变，那么机械效率会增大。
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
物重G物/N
动滑轮重G动/N
动力F/N
滑轮组的机械效率η%
1
1
0.5
0.7
47.6
2
2
0.5
1.1
60.6
3
4
1
1.4
4
4
2
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1.657.1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，
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
（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
拉力所做总功
克服动滑轮所做的额外功
克服摩擦所做的额外功
【点睛】
机械效率的求法：
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
;
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】6c和d排开液体的体积液体的密度有关8005400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（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：
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：
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
得：
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：
代入数据：
解得：
（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：
当物体C浸没在水中时，受到的浮力为：
物体C受到的力：
A点对C的拉力
、浮力、重力；故物体C受到的拉力为：
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：
所以OE的长度：
②[7]液体密度越小，浮力越小，拉力越大，根据
知：
在
、
不变时，拉力
越大，
越大，最大为OB，为8cm；根据杠杆平衡条件得：
所以：
物体C受到的力：
A点对C的拉力
、浮力
、重力；故物体C受到的浮力为：
根据
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