專題11 簡單的機械和功（原卷版）

專題11簡單的機械和功（原卷版）一．實驗探究題（共20小題）1．在“探究杠桿的平衡條件”的實驗中：（1）在掛鉤碼前，杠桿左端高右端低，要使杠桿在水平位置平衡，應向端調(diào)節(jié)平衡螺母；（2）調(diào)平后在A處掛兩個相同的鉤碼（每個鉤碼質(zhì)量是50g），用彈簧測力計在C處豎直向上拉，使杠桿在圖乙（水平）位置平衡時，測力計的示數(shù)為F1，在圖丙位置平衡時，測力計的示數(shù)為F2，則F1＝N，F(xiàn)2F1（填“＜”、“＞”或“＝”）。實驗時，讓杠桿在圖乙位置平衡，目的是。（g取10N/kg）2．圖甲是某實驗小組探究“杠桿的平衡條件”的實驗裝置。（1）掛鉤碼前，杠桿在圖甲所示的位置靜止，接下來應將杠桿兩端的螺母向左側(cè)調(diào)節(jié)，使杠桿在水平位置平衡，為了。（2）在水平平衡的杠桿兩邊掛上鉤碼后如圖乙所示，要使杠桿重新在水平位置平衡，應該選擇下列方法中A.向左調(diào)節(jié)平衡螺母B.將左側(cè)鉤碼向左移動C.增加右側(cè)鉤碼個數(shù)（3）如圖丙是一個加寬的杠桿裝置，此時杠桿處于平衡狀態(tài)。若只將左側(cè)的鉤碼改掛到A點正上方的B點，此時杠桿（選填“仍能”或“不能”）保持平衡。（4）某同學提出，若支點不在杠桿的中點，杠桿的平衡條件是否仍然成立？于是該小組利用圖丁所示的裝置進行探究，在杠桿O點處掛上2個鉤碼（每個鉤碼重0.5N），用彈簧測力計在A點處豎直向上拉，使杠桿在水平位置平衡，此時彈簧測力計示數(shù)為N。以彈簧測力計的拉力為動力F1，鉤碼處繩子拉力為阻力F2，多次改變動力作用點的位置進行實驗發(fā)現(xiàn)：當杠桿水平平衡時，F(xiàn)1L1總是大于F2L2，其原因是。3．小明利用甲和丙的器材測量滑輪組的機械效率（忽略繩重和摩擦）：（1）當小明利用圖甲裝置進行實驗時，重物以0.1m/s的速度勻速上升，則彈簧測力計豎直向上移動的速度為m/s。（2）只改變動滑輪重力，提升同一物體進行多次實驗，獲得數(shù)據(jù)并繪制出如圖乙所示的圖像，分析圖像可知被提升物體所受的重力相同時，動滑輪越重，滑輪組的機械效率越。（3）分析圖像中的A點可知，被提升物體所受的重力為N。（4）當甲、丙滑輪組使用相同的動滑輪提升相同的重物時，甲滑輪組的機械效率丙滑輪組的機械效率。（選填“大于”“等于”或“小于”）4．探究“杠桿的平衡條件”實驗。（1）實驗前，將杠桿置于支架上，當杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)左端下沉，如圖甲所示，此時應把杠桿的向右調(diào)節(jié)，直至杠桿在（選填“任意”或“水平”）位置平衡；（2）調(diào)節(jié)平衡后，在杠桿上A點處掛兩個鉤碼，如圖乙所示，則在B點處應掛個鉤碼，才能使杠桿在原位置平衡。在A、B兩點各增加3個鉤碼，則杠桿（選填“左”或“右”）端下沉；（3）實驗時，不再調(diào)節(jié)平衡螺母，使杠桿的重心位置保持在O點不變，將支點換到O'點，如圖丙所示，發(fā)現(xiàn)A點處只掛1個鉤碼，杠桿仍然保持平衡。若每個鉤碼重為1N，則杠桿重力為N。由此可知，將杠桿支點位置設在（選填“O”或“O'”）點進行實驗，能避免杠桿自身重力影響實驗結(jié)論動力×動力臂＝阻力×阻力臂的得出；（4）為了使實驗結(jié)論具有（選填“普遍性”或“偶然性”），應改變鉤碼個數(shù)及懸掛位置，多次進行實驗；圖乙中保持A處的鉤碼不變，將B處的彈簧測力計改換在C處豎直向上拉，使杠桿在水平位置平衡。如圖所示，當彈簧測力計從原位置逐漸向右傾斜時，使杠桿仍然在水平位置平衡，則彈簧測力計的示數(shù)將（選填“變大”“變小”或“不變”）。5．小張和小劉在做“探究杠桿平衡條件”實驗中：（1）實驗前，把杠桿中心支在支架上，杠桿靜止在圖甲所示位置，小張將右端的平衡螺母向右調(diào)，小劉認為也可以將左端的平衡螺母向調(diào)（選填“左”或“右”），使杠桿在水平位置平衡；（2）實驗中，他們多次在杠桿兩端加掛鉤碼，并調(diào)節(jié)鉤碼位置，使杠桿保持水平平衡，記錄多組數(shù)據(jù)，這樣做的目的是；A.取平均值，減小誤差B.避免偶然性，尋找普遍規(guī)律（3）如圖乙所示，始終保持杠桿在水平位置平衡，小張將彈簧測力計從②位置緩慢移動到①位置時，測力計的示數(shù)將（選填“變大”、“變小”或“不變”）。若每個鉤碼的重力為0.3N，當彈簧測力計在位置①時的讀數(shù)為N。6．如圖所示，在“探究滑輪組的機械效率”時，小明用一個動滑輪和一個定滑輪組成的滑輪組實驗，實驗中測得數(shù)據(jù)真實可靠，見下表：（1）請根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖中畫出實驗中滑輪組的繞繩方法。（2）表格中編號①處數(shù)據(jù)應填，此次實驗做的總功是J。（3）由表中第1、2組數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組的機械效率與無關(guān)。（4）分析表中第1、3、4組數(shù)據(jù)，你得出的本實驗結(jié)論是：同一滑輪組勻速提升重物時，機械效率隨的增加而增大。實驗次數(shù)物重G/N鉤碼上升高度h/m動力F/N動力作用點移動距離s/m滑輪組的機械效率η/%I10.10.70.347.6210.20.70.647.6320.1Ll0.360.6440.120.3①7．物理實驗小組的同學利用圖中的裝置探究杠桿平衡的條件，每個鉤碼的質(zhì)量相等，杠桿上的刻度均勻。（1）實驗前，如圖甲所示，此時的杠桿（選填“是”或“不是”）處于平衡狀態(tài)。實驗中使杠桿在水平位置平衡，這樣做的好處是便于直接測量。（2）他們完成一次操作后，實驗現(xiàn)象如圖乙所示，記錄的數(shù)據(jù)為動力F1＝1.5N，動力臂l1＝0.1m，阻力F2＝1N，則阻力臂l2＝0.15m。于是甲同學就得出了“動力×動力臂＝阻力×阻力臂”的結(jié)論，乙同學認為他的結(jié)論不一定科學，理由是。（3）他們繼續(xù)進行實驗，在杠桿平衡后，他們在圖丙所示的A位置掛上3個鉤碼，為了使杠桿仍在水平位置平衡，這時應在B位置掛上個相同的鉤碼。（4）如圖丁，用彈簧測力計代替右側(cè)鉤碼，沿與水平方向成30°角斜向下拉杠桿，保持杠桿在水平位置平衡。若把左側(cè)鉤碼的拉力作為阻力，右側(cè)彈簧測力計的拉力作為動力，此時的杠桿是杠桿（選填“省力”“費力”或“等臂”），請在乙圖中畫出此時拉力F的力臂l。8．在探究“杠桿的平衡條件”實驗中，所用的實驗器材如圖所示。（1）小明先把杠桿的中點掛在支架上，杠桿靜止在圖甲所示的位置時，為了把杠桿調(diào)水平，應將左端的平衡螺母向調(diào)。（2）調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿恰好在水平位置平衡，目的是。（3）做三次實驗的目的是。三次實驗中，當杠桿在水平位置平衡后，所掛鉤碼如圖乙所示，分析可以得出實驗結(jié)論是。（4）同學們交流后，發(fā)現(xiàn)本實驗中杠桿的支點始終在中間，從而提出，如果杠桿的支點在一端是否也能得出同樣的結(jié)論呢？要想解決此問題，需要增加一個器材是。9．某實驗小組在做“探究杠桿的平衡條件”實驗。（1）實驗前，某同學將杠桿置于支架上，當杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)杠桿左端下沉，如圖甲所示，為了在實驗過程中方便測量力臂，接下來應將平衡螺母向移動，直至杠桿在水平位置平衡；（2）調(diào)節(jié)杠桿水平平衡后，在杠桿A點處掛3個鉤碼，如圖乙所示，則在B點處掛個鉤碼，才能使杠桿在水平位置平衡。若將兩端同時減少一個鉤碼，杠桿會（選填“順時針”或“逆時針”）旋轉(zhuǎn)；（3）如圖丙，將彈簧測力計從第一種位置改變到第二種位置，測力計的示數(shù)將（選填“變大”“變小”或“不變”）；（4）某同學在實驗過程中發(fā)現(xiàn)當杠桿處于如圖丁所示的狀態(tài)時，杠桿也能保持水平平衡，此時杠桿屬于（選填“省力”或“費力”）杠桿，請舉出它在生活生產(chǎn)中的一個應用實例。10．如圖所示是小紅同學探究影響斜面機械效率因素的實驗裝置，物體在沿斜面向上的拉力F作用下勻速向上運動。實驗準備的器材有：三個質(zhì)量不同的木塊A、三個高度不同的長方體鐵塊C、刻度尺、彈簧測力計。實驗序號重物G/N彈簧測力計示數(shù)F/N重物沿斜面移動得距離L/m重物上升得高度h/m機械效率η/%12.01.510.800.4066.222.51.890.800.4066.133.02.260.800.4066.4（1）上面的表格是小紅探究斜面機械效率與物重的關(guān)系時記錄的有關(guān)數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)，你可以得出結(jié)論是；（2）上述實驗中，保持斜面長度不變，將斜面高度改為0.2m，把一個重3N木塊沿斜面勻速向上拉時，所需拉力為1.5N，則此過程中拉力所做的功為J，物體受到的摩擦力為N，此過程中木塊的機械能（選填“變大”、“變小”或“不變”），斜面的機械效率為%，由此可知斜面的機械效率與斜面的傾斜程度（選填“有關(guān)”或“無關(guān)”）；（3）選擇合適的木塊A及鐵塊C后，斜面機械效率變?yōu)?0%，此時勻速向上拉動A時，需要的拉力4N，則此時選擇的物體A重力為N。11．如圖所示是小明和小華探究“杠桿的平衡條件”的實驗裝置。（1）實驗前，將杠桿置于支架上，當杠桿靜止時，如圖甲所示，此時可以把右端的平衡螺母向（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，直至使杠桿在水平位置平衡；在后面的實驗過程中（選填“能”或“不能”）再進行上述操作。（2）如圖乙，小明在實驗時分別沿著豎直向下和斜向下兩個方向拉彈簧測力計，都能使杠桿在水平位置平衡。同組的小華認為，豎直向下拉動測力計操作更方便，原因是。（3）實驗中，通過改變鉤碼和彈簧測力計的位置或鉤碼的個數(shù)來改變力臂或力的大小進行多次實驗，目的是：。（4）如圖丙，調(diào)節(jié)好杠桿后在杠桿左邊距離支點第3格處掛了4個鉤碼，每個鉤碼的重力均為0.5N，要使杠桿平衡，可以在支點右側(cè)第4格A處掛個相同的鉤碼，或在左側(cè)第2格B處豎直向拉動彈簧測力計，此時測力計的示數(shù)是N。（杠桿上每小格等距）（5）他們繼續(xù)探究：保持鉤碼數(shù)量和位置不變，杠桿在水平位置平衡時，測出多組動力臂L1和動力F1的數(shù)據(jù)，繪制了L1﹣F1的關(guān)系圖像，如圖丁所示。請根據(jù)圖像推算，當L1為25cm時，F(xiàn)1為N。12．利用如圖的實驗裝置探究“杠桿的平衡條件”。（1）將該裝置置于水平桌面上，靜止時如圖甲所示，此時杠桿處于（平衡/非平衡）狀態(tài)，為完成實驗，應將杠桿的左邊的平衡螺母向調(diào)，右邊的平衡螺母應向調(diào)。（2）如圖乙所示，杠桿在水平位置平衡，記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)這一次實驗數(shù)據(jù)，小明立即分析得出杠桿的平衡條件，他這種做法的不足是。經(jīng)老師提醒后，小明繼續(xù)進行實驗，如圖乙，若將A、B兩點下方掛的鉤碼同時朝靠近支點O方向移動一小格，則杠桿（選填“仍保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”）。（3）如圖丙所示，若不在B點掛鉤碼，可改用彈簧測力計在B點向下拉杠桿，當測力計從a位置轉(zhuǎn)動到b位置時，使杠桿仍在水平位置平衡，其示數(shù)大小將。（4）桿秤是我國古代對杠桿平衡條件的應用．小華用硬桿自制了一個桿秤，桿的粗細不均勻，將提紐固定在O點，提起提紐，托盤中不放重物，將秤砣移至O點左側(cè)的B點，秤桿可以在水平位置平衡，如圖丁所示。已知提紐與托盤間距離OA＝10cm，OB＝2cm，秤砣質(zhì)量m＝0.5kg。關(guān)于該桿秤，以下說法正確的是。A．秤的零刻線在O點B．因桿粗細不均勻，所以秤的刻線分布也不均勻C．秤的2kg刻度線在O點右側(cè)C處，OC＝38cmD．稱量物體質(zhì)量時，若桿秤右端上揚，可將秤砣向左側(cè)適當移動13．某同學看到建筑工地上矗立的塔吊，是用電動機來帶動滑輪組提升重物的設備。如何可以提高滑輪組的機械效率呢？為此該同學們用如圖所示的裝置進行了實驗探究，實驗數(shù)據(jù)記錄如表所示。實驗次數(shù)鉤碼重力/N鉤碼上升高度h/m繩端拉力F/N繩端移動距離s/m機械效率η（%）110.10.60.355.6210.20.60.655.6320.110.366.7420.10.70.557.1（1）實驗中，應沿方向拉動彈簧測力計。（2）分析表中數(shù)據(jù)可知：第4次實驗是用圖所示裝置來完成的。（3）（多選）根據(jù)以上結(jié)論，你認為下列措施可提高機械效率的是。A.減輕動滑輪重B.減少繩端移動的距離C.適當增加所提物體重D.適當增加重物上升高度（4）實驗表明：額外功越小，總功越接近有用功。進一步推理得出：假設沒有額外功，總功等于有用功，可見使用任何機械都不省功。下列物理規(guī)律的得出運用了這種研究方法的是。A.平面鏡成像的規(guī)律B.牛頓第一定律C.阿基米德原理14．“探究杠桿平衡條件”的實驗中，把杠桿的中點支在支架上，杠桿停在如圖甲所示的位置，（1）為了使杠桿在水平位置平衡，可以調(diào)節(jié)右端的平衡螺母，使它向（填“左”或“右”）移動。（2）調(diào)節(jié)好的杠桿，如圖乙，用彈簧測力向上拉動杠桿使其水平平衡，若每個鉤碼重為2N，則彈簧測力計的讀數(shù)為N（3）如圖丙，當彈簧測力計由M位置傾斜至N位置時，用力使杠桿在水平位置處于平衡，彈簧測力計的示數(shù)將會變，這是因為。（4）實驗中測得的數(shù)據(jù)如表所示測量序號動力F1/N動力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm①120210②2151.520③35115有的同學按現(xiàn)有方案得出如下結(jié)論“動力×支點到動力作用點的距離＝阻力×支點到阻力作用點的距離?！边@個結(jié)論與杠桿平衡條件不符，原因是實驗過程中。A．沒有改變力的大小B．沒有改變力的方向C．沒有改變力的作用點D．沒有改變平衡螺母的位置從而讓杠桿在水平位置重新平衡。15．在探究“杠桿的平衡條件”實驗中，小華利用杠桿、細線、鉤碼等器材進行探究：（1）在掛鉤碼前，調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡，從實驗的角度來講，杠桿在這個位置平衡是為了方便讀取。（2）如圖甲所示，在杠桿左側(cè)的A點掛上兩個鉤碼，為了使杠桿保持平衡，在杠桿的右側(cè)掛鉤碼時，是先確定細線位置再掛鉤碼還是先掛鉤碼再確定細線的位置？。理由是。（3）杠桿在如圖甲所示的位置平衡。小華多次在左右兩側(cè)各加掛等量鉤碼，并保持細線位置不變，發(fā)現(xiàn)杠桿每次都能平衡。通過記錄上述實驗數(shù)據(jù)，得出杠桿的平衡條件是：“只有支點左右兩側(cè)的力臂相等和力的大小也相等時，杠桿才能平衡”。同組的小強同學分析這一過程，指出小華得出的結(jié)論不可信!理由是。（4）小強幫小華改進實驗方法后，正確得出了杠桿的平衡條件。接著他們想測量一把均勻木尺的質(zhì)量，器材有：木尺、支座、帶細線的質(zhì)量為M的鉤碼。請你根據(jù)圖示完成下列實驗。①如圖乙示，將木尺平放在支座上，左右移動木尺，使木尺在水平位置平衡，記下使木尺平衡的這個支點位置，這個位置就是木尺的，記為O。②如圖丙示，將質(zhì)量為M的鉤碼掛在木尺左邊某一位置，移動木尺，直到木尺能夠在支座上重新保持水平平衡，記錄鉤碼懸掛點到支座的距離L1和O點到支座的距離L2；③根據(jù)杠桿平衡的條件，可以計算出木尺的質(zhì)量m＝。16．在“探究杠桿平衡條件的實驗”中：（1）用圖甲所示的裝置進行實驗。實驗前，發(fā)現(xiàn)杠桿左端下沉，則應將左端的平衡螺母向調(diào)節(jié)。實驗時，在A點掛4個鉤碼（每個鉤碼重0.5N），要使杠桿在水平位置平衡，在B點豎直向下拉的彈簧測力計示數(shù)F1為N。若彈簧測力計由豎直方向逐漸向左轉(zhuǎn)動某一角度，杠桿仍保持水平平衡，此時彈簧測力計的示數(shù)為F2，則兩者的大小關(guān)系為：F1F2；（2）為幫助學生理解力臂，物理老師制作了圖乙所示的“杠桿力臂演示儀”（杠桿自身重力和摩擦不計，固定裝置未畫出），杠桿在水平位置平衡，松開螺母保持OA不動，使OB向下折一個角度后，再擰緊螺母形成一根可繞O點轉(zhuǎn)動的杠桿AOB'（B'點對應B點），保持G1位置不變，要使杠桿在圖丙位置保持平衡，則G2應該移動到位置（選填字母）；A．B'點處B．①點處C．②點處D．③點處（3）學以致用：小明家有個木衣架，他把書包掛在衣架A處，已知木衣架重30N，衣架受到重力的作用線經(jīng)過圓底盤的圓心，圓底盤直徑30cm，其他數(shù)據(jù)如圖，為防止木衣架倒下，書包最多重N。17．在探究滑輪組機械效率的實驗中，實驗數(shù)據(jù)表格如下：序號鉤碼重G/N鉤碼升高的高度h/m測力計示數(shù)F/N繩端移動的距離s/m有用功W有/J總功W總/J機械效率η第1次2①10.3②③66.7%第2次20.210.60.40.666.7%第3次40.11.60.30.40.4883.3%第1次實驗時，先用測力計測出鉤碼的重力G；在如圖，用測力計緩慢豎直拉繩端，提升鉤碼，讀出測力計示數(shù)F，記下鉤碼升高的高度和繩端移動的距離。（1）在圖甲中，畫出滑輪組最省力的繞線方式。（2）表格中的數(shù)據(jù)為：①；②；③。（3）要驗證滑輪組機械效率與重物上升高度無關(guān)，需選哪幾次實驗數(shù)據(jù)作比較？。（4）根據(jù)第1、3次實驗數(shù)據(jù)，寫出提高滑輪組機械效率的方法：。18．在“測量滑輪組的機械效率”實驗中，小明用同一滑輪組進行了三次實驗（如圖所示），實驗數(shù)據(jù)記錄如表：次數(shù)鉤碼重/N鉤碼上升距離/cm彈簧測力計示數(shù)/N彈簧測力計上升距離/cm機械效率/%12100.83083.324101.530★36102.23090.9（1）實驗中要豎直向上緩慢拉動彈簧測力計，使鉤碼升高。（2）表格中★處數(shù)據(jù)應為（結(jié)果保留一位小數(shù)）。（3）分析以上實驗數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：同一滑輪組的機械效率與有關(guān)。（4）根據(jù)實驗結(jié)論推測，使用該滑輪組將重8N的物體勻速提升10cm，此時滑輪組的機械效率可能。A.71.6%B.82.4%C.92.1%D.100%（5）另一實驗小組改變動滑輪的重，提升同一物體進行多次實驗，獲得數(shù)據(jù)并繪制出如圖丁的圖象。分析可知：被提升物體所受的重力相同時，動滑輪越重，滑輪組機械效率越（高/低）；分析圖象中的A點可知，此時被提升物體所受的重力。A.一定大于12NB.等于12NC.一定小于12N19．某小組在“測滑輪組機械效率的實驗”中得到的數(shù)據(jù)如表所示，實驗裝置如圖所示。實驗序號鉤碼重量G/N鉤碼上升高度h/m繩端拉力F/N繩端移動距離s/m機械效率η140.12.70.274%240.11.80.374%380.13.10.386%480.12.5①②（1）實驗中應沿豎直方向緩慢拉動彈簧測力計，小組同學發(fā)現(xiàn)實驗過程中邊拉動邊讀數(shù)，彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定，應該靜止讀數(shù)，你認為他的想法（選填“正確”或“不正確”）。（2）用丁圖裝置進行實驗，得出表中第4次實驗數(shù)據(jù)，請將表中的兩個數(shù)據(jù)填寫完整。（3）通過比較（填實驗序號）兩次實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論：使用同一滑輪組提升同一重物時，滑輪組的機械效率與繩子段數(shù)無關(guān)。（4）通過比較（填實驗序號）兩次實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論：同一滑輪組提升重物時，物重越大，滑輪組的機械效率越高。（5）