專題11 設(shè)備原理探究（原卷版）

決勝2020年中考科學壓軸題全揭秘專題11設(shè)備原理探究【考點1】密度計原理【例1-1】小明在學完浮力后認識了密度計，將其放入液體中，當它豎立靜止時，與液面相交的讀數(shù)即為待測液體的密度。（1）如圖甲、乙所示，讓同一支密度計分別靜止在水和酒精中，密度計兩次受到的浮力關(guān)系是F水________F酒精(選填“>”“=”或“<”)；（2）小明將一根玻璃管的下端纏繞了適量銅絲，初步做成了一支密度計(如圖丙)；為了給密度計標上刻度，他進行了如下實驗a.將其放入水中，豎立靜止后，做好標記為A，在密度計上與水面相平處標上水的密度值1.0g/cm3；b.如將其放入密度為1.1g/cm3的某液體中，用同樣的方法在密度計上標上密度值，你認為刻度1.1應(yīng)該標在________點(選填“p”或“q”)，說說你的理由________?！咀兪?-1】小柯在一根一端密封的空心玻璃管下端繞上一段細鐵絲，制成一支自制密度計，用它來測量液體密度，測量過程中杯內(nèi)液體總量沒有變化。（1）當密度計在杯中漂浮時，液面高度在A處（如圖甲）。此時，密度計受到的浮力________

重力（選填“＜”、“=”或“＞”）。（2）使用中，小柯發(fā)現(xiàn)細鐵絲很容易滑落，于是他改變這段細鐵絲的形狀，并把鐵絲置于玻璃管內(nèi)，再次測量同一杯液體密度（如圖乙），杯中液面將________

（填“上升”、“下降”或“仍在A處”）。【變式1-2】小科學習了浮力知識后，想利用一彈簧測力計和一鐵塊制作一個測定液體密度的儀器，如圖所示。（鐵的密度為ρ鐵=7.9×103kg/m3）（1）首先，他稱得此鐵塊的重力為G=7.9N，然后將金屬塊浸沒在待測液體中，設(shè)此時彈簧測力計的示數(shù)為F，則待測液體的密度表達式為ρ=________（用G、F、ρ鐵表示）。小科依據(jù)此規(guī)律，在測力計右側(cè)標注出了液體的密度值，做成了一支密度計。（2）當利用該此密度計測某液體密度時，指針在7.1N的位置，則該刻度應(yīng)標記為________kg/m3。（3）圖中能正確反映液體的密度ρ與測力計示數(shù)F之間關(guān)系的是________。

（4）水銀的密度是水的十幾倍，利用該密度計能否測出水銀的密度并說明理由：________?！究键c2】浮力稱原理【例2-1】曹沖稱象”是家喻戶曉的典故。某校興趣小組模仿這一現(xiàn)象，制作了一把“浮力秤”。將厚底直筒形狀的玻璃杯浸入水中，如下圖所示。已知玻璃杯的質(zhì)量為200g，底面積為40cm2，高度為20cm（水的密度ρ水＝1×103kg/m3

）求：（1）將杯子開口向上豎直放入水中時（注：水未進入杯內(nèi)），杯子受到的浮力。（2）此時杯子浸入水中的深度（即為該浮力秤的零刻度位置）。（3）此浮力秤一次能測量的最大質(zhì)量是多少？【變式2-1】某同學學習了浮力的有關(guān)知識后，制作了一臺“浮力秤”，可方便地稱量物體的質(zhì)量，其構(gòu)造如圖所示。已知小筒底面積為0.01m2，小筒和秤盤總重為0.6N。（1）如圖甲，當秤盤上不放物體時，小筒受到的浮力是多少?（2）該浮力秤零刻度標在小筒上何位置處?（3）如圖乙，在秤盤上放一物體后，小筒浸入水中的深度h為0.1m，則該物體的質(zhì)量為多少?(g取10N/kg)【變式2-2】某科技小組的同學利用學到的浮力知識制作一個浮力秤。他們找來一個空飲料瓶，剪掉瓶底，旋緊瓶蓋，在瓶蓋處系一塊質(zhì)量適當?shù)男∈瘔K，然后將其倒置在水里，如圖所示，已知該飲料瓶圓柱狀部分的橫截面積為50cm2，總重為0.6N。當瓶中不放被測物體時，水面所對位置為零刻度，再利用適當?shù)姆椒ㄍ瓿煽潭?。使用時，只要把被測物體放入瓶中，從水面所對的刻度就可以直接讀出被測物體的質(zhì)量。（1）裝置中小石塊的作用是________。（2）飲料瓶中放上200g物體后，200g刻度線與零刻度線的距離是________cm。（3）利用浮力的知識證明這種浮力秤的刻度是均勻的。(已知放入物體的質(zhì)量為m，圓柱部分的橫截面積為S，對應(yīng)刻度線與零刻度線的距離為h，水的密度為ρ)【考點3】杠桿原理【例3-1】小華在做“探究杠桿平衡條件”實驗的裝置如圖所示，杠桿上相鄰刻線間的距離相等

（1）杠桿在如圖甲所示的位置靜止時________（選填“是”或“不是”）處于杠桿平衡狀態(tài)的．（2）為使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將平衡螺母向________（選填“左”或“右”）端調(diào)節(jié)．（3）如圖乙所示，杠桿在水平位置平衡后，在A點掛兩個鉤碼，每個鉤碼重0.5N，在B點豎直向下拉彈簧測力計，仍使杠桿水平位置平衡，此時彈簧測力計的示數(shù)應(yīng)為________N．（4）小華改變鉤碼的個數(shù)和位置進行了多次實驗，其目的是________．（填減少誤差或?qū)嶒灲Y(jié)論具有普遍性）（5）始終豎直向下拉彈簧測力計，使杠桿從水平位置緩慢轉(zhuǎn)過一定角度，如圖丙所示，彈簧測力計拉力的大小________。（填變大、變小或不變）【變式3-1】在“探究杠桿平衡條件”的實驗中：

（1）小科同學先把杠桿的中點支在支架上，杠桿靜止在如圖甲所示的位置，此時杠桿處于________（選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)。（2）進行正確的實驗操作后，得到的數(shù)據(jù)為F1=6N、L1=20cm、F2=4N和L2=30cm。小科根據(jù)這些數(shù)據(jù)得出探究結(jié)論，小明認為不合理。理由是：________。（3）小科想利用杠桿的平衡條件來測量刻度尺的質(zhì)量。①將刻度尺平放在支座上，左右移動刻度尺，找出能夠使刻度尺在水平位置保持平衡的支點位置，記下這個位置，它就是刻度尺的重心；②如圖乙所示，將質(zhì)量為M1的物體掛在刻度尺左邊某一位置，使刻度尺能夠在支座上重新保持水平平衡。記錄物體懸掛點到支座的距離L1和刻度尺的重心到支座的距離L2；③根據(jù)杠桿的平衡條件，可以計算出刻度尺的質(zhì)量m=________（用題目中所給物理量表示）?！咀兪?-2】在“研究杠桿平衡條件”的實驗中：（1）杠桿兩端的平衡螺母的作用是：調(diào)節(jié)杠桿在________位置平衡。（2）如圖甲所示的杠桿已處于平衡狀態(tài)，若左端所掛重物的重力是1N，則彈簧測力計的示數(shù)________2N。如果要便于測量力臂，那么彈簧測力計應(yīng)沿________方向拉著杠桿。（3）如圖乙所示，在杠桿左端某一固定位置掛一個重力G=10N的物體，在杠桿右端不同位置處施加不同的豎直向下的力F，保證杠桿處于平衡狀態(tài)。根據(jù)多次測量的F-L數(shù)據(jù)，畫出如圖丙所示圖線，由圖丙可得出杠桿平衡的條件是F與L成________比。【考點4】滑輪原理【例4-1】在探究動滑輪使用特點的實驗中，各小組按照如圖所示的實驗器材進行實驗，每個小組的實驗器材都相同（摩擦力可忽略不計）。甲小組按照實驗要求在滑輪上掛上鉤碼，豎直向上拉彈簧測力計，每次都勻速提起鉤碼，如圖（a)所示。乙、丙兩個小組的同學實驗時，沒有注意按照要求規(guī)范操作，他們斜向上拉彈簧測力計，勻速提起鉤碼，實驗情況分別如圖（b）、（c）所示。各小組的實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中。表一（甲小組）表二（乙小組）表三（兩小組）實驗序號物體的重力（牛）彈簧測力計的示數(shù)（牛）實驗序號物體的重力（牛）彈簧測力計的示數(shù)（牛）實驗序號物體的重力（牛）彈簧測力計的示數(shù)（牛）11.00.641.00.771.00.822.01.152.01.382.01.633.01.663.01.893.02.3（1）由所學知識我們知道：若不計繩重和摩擦，使用動滑輪可以省一半的力，根據(jù)以上小組的實驗，請求出他們所用動滑輪的重力為________N。（2）分析比較實驗序號1、4、7（或2、5、8或3、6、9）的實驗數(shù)據(jù)和相關(guān)條件，得出的初步結(jié)論是________

。（3）如果家里安裝日光燈，你認為更合理的為________

圖（填“甲”或“乙”）?！咀兪?-1】小凡同學在“探究定滑輪和動滑輪特點”的實驗中，裝置圖如圖所示。（1）在探究定滑輪時，照圖乙操作，覺得讀數(shù)不方便，于是把測力計倒過來，即測力計吊環(huán)系在拉繩上，用手拉掛鉤，測力計的示數(shù)會________

（“變大”、“變小”或“不變”）,其理由是________。（2）在探究動滑輪時，照圖丙操作，記錄數(shù)據(jù)如下表，分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測力計的示數(shù)F大于物重G的一半，與課本結(jié)論存在差異，其原因是________。請給出一條減小此差異的建議________。實驗次數(shù)物重G/N測力計的示數(shù)F/N11.000.6521.500.9032.001.15【變式4-2】在“探究影響滑輪組機械效率的因素”實驗中，某實驗小組用如圖所示的同一滑輪組提升不同的鉤碼，分別做了三次實驗，實驗數(shù)據(jù)記錄在圖表中．

實驗次數(shù)鉤碼所受重力G/N提升高度h/m拉力F/N繩端移動的距離s/cm機械效率120.11.00.3667%240.11.70.378.4%360.12.40.3（1）在實驗過程中，應(yīng)沿豎直方向________拉動彈簧測力計．（2）在第3次測量中，滑輪組做的有用功是________

J，機械效率為________

．（3）分析表中數(shù)據(jù)可得出：同一滑輪組，提升鉤碼越重，機械效率越________

（填“高”或“低”）．1.珍珍非常喜歡玩橡皮泥。一天她將一塊重為0.5N的長方體橡皮泥側(cè)放于水平桌面上，（1）如果珍珍將這塊橡皮泥分成相同的兩塊，并做成實心球形和碗形，分別放入相同的甲、乙兩杯水中，則靜止時甲杯________乙杯中橡皮泥所受的浮力（選填“大于”、“小于”或“等于”）；而________杯中水面升高得較多。（2）珍珍又將適量的橡皮泥捏黏在鉛筆的一端（能使鉛筆豎直浮在液體中），這就制成了一個很有用的土儀器.將它分別放到盛不同液體的杯中，靜止時的情景如圖所示。對于這個土儀器所運用的知識或用途，下列說法中不正確的是

A.

運用了二力平衡的知識

B.

運用了物體的漂浮條件

C.

用它可以比較不同液體密度的大小

D.

土儀器在圖甲中受到的浮力大于圖乙2.學習了浮力知識后，小明和小晨分別展開了科學探究。小明想利用一彈簧測力計和一鐵塊制作一個測定液體密度的儀器，如圖所示。（ρ鐵為7.9×103kg/m3）

（1）首先，他稱得此鐵塊的重力為G＝7.9N，然后，將金屬塊浸沒在待測液體中，設(shè)此時彈簧測力計的示數(shù)為F，則待測液體的密度表達式為ρ＝________（用題目中的符號G、ρ鐵、F表示）．小明依據(jù)此規(guī)律，在測力計右側(cè)標注出了液體的密度值，做成了一支密度計。（2）當利用該密度計測某液體密度時，指針在6.9N的位置，則該液體的密度為________kg/m3。（3）圖中能正確反映液體的密度ρ與測力計示數(shù)F之間關(guān)系的是________。（4）水銀的密度是水的十幾倍，利用該密度計________（選填“能”或“不能”）測出水銀的密度。小晨設(shè)計了一個實驗，用排水法測某實心金屬塊的密度．實驗器材有小空桶、溢水燒杯、量筒和水．實驗步驟如下：①讓小空筒漂浮在盛滿水的溢水杯中，如圖甲；②將金屬塊浸沒在水中，測得溢出水的體積為20毫升，如圖乙；③將燒杯中20毫升水倒掉，從水中取出金屬塊，如圖丙；④將金屬塊放入小空筒，小空筒仍漂浮在水面，測得此時溢出水的體積為44毫升，如圖?。埢卮鹣铝袉栴}：（5）被測金屬塊的密度是________克/厘米3．（6）在實驗步驟③和④中，將沾有水的金屬塊放入小空筒，測出的金屬塊密度將________（選填“偏大”、“不變”或“偏小”）．3.小明按照教材中“綜合實踐活動”的要求制作簡易密度計．（1）將吸管放到水中的情景如圖（a）所示，測得浸入的長度為H；放到另一液體中的情景如圖（b）所示，浸入的長度為h．用ρ液、ρ水分別表示液體和水的密度，則ρ液________ρ水（=/＞/＜），h與ρ水、ρ液，及H的關(guān)系式是h=________.（2）小明根據(jù)圖（a）在吸管上標出1.0刻度線（單位g/cm3，下同），再利用上述關(guān)系式進行計算，標出了0.8、0.9、1.1、1.2的刻度線（圖中未畫出）．結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1.1刻線是在1.0刻線的________（上/下）方，相鄰刻線的間距________（均勻/不均勻）．（3）為檢驗刻度誤差，小明取來食油，先用天平和量筒測量其密度，然后再用這個密度計測量．但操作時卻出現(xiàn)了圖（c）所示的情形，這讓他很掃興．難道實驗就此終止了嗎，根據(jù)經(jīng)驗或思考，在不更換食油的情況下，你認為可以進行怎樣的嘗試：________．4.如圖甲所示是某同學自制的“液體重力對容器底部壓力測試儀”，用此測試儀來研究液體對容器底部壓強與液體重力之間的關(guān)系。調(diào)節(jié)好測試儀的零刻度，將一定量的水倒入裝在兩滑板之間定制的塑料袋內(nèi)，分別調(diào)節(jié)滑板的位置如圖乙所示（滑板底部位置保持不變），測得有關(guān)的實驗數(shù)據(jù)如下表：組別液體重力/牛側(cè)壁朝向深度/厘米臺秤示數(shù)/千克壓力/牛壓強/帕133向外122.43423.851060233豎直153.32832.611450333向內(nèi)173.69836.241611435向內(nèi)173.69836.241611537豎直173.65235.791591638向外173.61935.471576實驗分析：（1）實驗中該同學將滑板分別向里和向外調(diào)節(jié)的目的是________。（2）分析第1、2、3組實驗，判斷并說明能否得出液體對容器底部的壓強隨液體深度增加而增大的結(jié)論________。（3）分析實驗數(shù)據(jù)，你能初步得出的實驗結(jié)論是________。5.小金在老師的指導下進行實驗，研究杠桿平衡條件。（1）杠桿如圖甲，為使它在水平位置平衡，小金將平衡螺母向________調(diào)節(jié)；（2）杠桿在水平位置平衡后，按圖乙所示，通過加掛鉤分別改變F1、F2，仍使杠桿在水平位置平衡，并用刻度尺在杠桿上測出對應(yīng)的L1和L2，記錄的實驗數(shù)據(jù)如表：次數(shù)F1/NL1/cmF2/NL2/cm11824228116321238小金通過數(shù)據(jù)分析得出杠桿平衡的條件是:F1×L1=F2×L2。老師認為他的實驗存在不足，建議將圖乙中的F1改用彈簧秤拉，小金接下來的操作是：用彈簧秤在杠桿的________（選填“不同位置”或“同一位置”）向不同的方向拉，使杠桿在水平位置平衡；（3）改進后小金進一步研究拉力角度與拉力大小的關(guān)系。他把彈簧測力計的作用點固定，改變測力計與水平方向的角度?，當?從90度變?yōu)?0度時，測力計示數(shù)F________（選填“變大”或“變小”）；（4）實驗結(jié)束后，小金明白了實驗室做杠桿平衡條件實驗時通常將杠桿調(diào)節(jié)至水平平衡的原因是________6.為什么要引入力臂的概念，為了探究此課題，小白制作了一個“杠桿力臂演示儀”。杠桿后襯一張硬紙板，上面畫等距的同心圓，最小圓半徑為1厘米，外側(cè)的圓半徑依次增加1厘米，杠桿的支點在圓心上，左邊與支撐架之間連接一條橡皮筋，用彈簧測力計在杠桿的右邊拉，讓其在水平位置平衡。（1）如圖甲彈簧測力計豎直向下拉至杠桿保持水平時，測得F1=4牛，在如圖乙（圖甲的位置向外移一格）位置豎直向下拉至杠桿水平時，F(xiàn)2=3牛。比較F1和F2大小不相等，但力的作用效果卻相同，是因為彈簧測力計作用在杠桿上的________變化了。（2）如圖丙改變彈簧測力計拉力的方向，作用點與圖乙一樣，仍使杠桿保持水平平衡，彈簧秤的示數(shù)F3將________（選填“變大”或“變小”），是因為力的作用效果跟力的的方向有關(guān)，方向變了，產(chǎn)生同樣的效果，力的大小也將會改變。（3）如圖丙當彈簧測力計測得F3=4牛時停下，比較圖甲，為什么甲、丙兩種情形中的拉力（F3=F1=4牛），我們有一個基本的信念，甲、丙兩種情形有相同的結(jié)果，必有相同的因素，觀察甲、丙，拉力的作用線與第________個圓周相切；猜想：“只要拉力的作用線與同一個圓周相切，拉力的大小都相等。（4）這個猜想是否正確，需要用新的事實進行驗證。如圖丁測得F4=4牛，實驗證實了這個猜想，這個相同的因素，我們用“________距離”來表達，給它一個名稱叫“力臂”。7.在“探究杠桿平衡條件”實驗中，小科用一塊T形板對實驗裝置進行改進。如圖甲所示，T形板上有槽口ab和卡口cd，T形板通過槽口ab可以繞著杠桿的0點自由旋轉(zhuǎn)并上下移動，彈簧測力計與一根質(zhì)量可以忽略的碳素細棒MN相連，碳素細棒MN剛好卡入T形板的卡口cd，如圖乙所示。（1）小想認為要完成這個實驗，還需要一把刻度尺，但小科認為只要在T形板上稍微進行改進，不添加器材也可完成實驗。小科對T形板進行的改進方法是________。（2）利用這個裝置進行實驗的優(yōu)點為：________。（3）小科在實驗過程中，保持阻力、阻力臂不變，在杠桿水平平衡時，測出每一組動力臂L1和動力F1的數(shù)據(jù)，并利用實驗數(shù)據(jù)繪制了F1與L1的關(guān)系圖像，如圖丙所示。請根據(jù)圖像推算，當L1為5cm時，F(xiàn)1為________N。8.某同學制作了直接測量液體密度的“密度天平”．其制作過程和原理如下：如圖甲所示，選擇一個長杠桿，調(diào)節(jié)兩邊螺母使杠桿在水平位罝平衡；在左側(cè)離支點10cm的位罝A用細線固定一個質(zhì)量為110g、容積為50mL的容器．右側(cè)用細線懸掛一質(zhì)量為50g的鉤碼（細線的質(zhì)量忽略不計）?！緶y量過程】將下對實驗空白處補充完整：（1）調(diào)節(jié)杠桿平衡時，發(fā)現(xiàn)杠桿左端下沉，需將平衡螺母向________端調(diào)節(jié)（填“左”或“右”）；測量液體時往容器中加滿待測液體，移動鉤碼使杠桿在水平位置平衡，在鉤碼懸掛位罝直接讀出液體密度。（2）當容器中沒有液體時，鉤碼所在的位置即為“密度天平”的“零刻度”，“零刻度”距離支點O________cm。（3）若測量某種液體的密度時，鉤碼在距離支點右側(cè)31cm處，則此種液體的質(zhì)量為________g，液體的密度為________g/cm3。（4）若此“密度天平“的量程不夠大，可以采用________的方法增大量程（寫出一種即可）。（5）【拓展應(yīng)用】若杠桿足夠長，用此“密度天平”還可以測量固體的密度．先在容器中加滿水，再將待測固體輕輕浸沒在水中，溢出部分水后，調(diào)節(jié)鉤碼的位置，使杠桿水平平衡，測出鉤碼離支點O的距離為56cm；用量筒測出溢出水的體枳如圖乙所示，則固體的密度為________g/cm3（已知ρ水=1.0g/cm3）。9.物理實驗要遵循實事求是的原則。小明同學在“研究定滑輪和動滑輪特點”的實驗中，完成了如圖所示的實驗并記錄了數(shù)據(jù)。實驗次數(shù)物重G/N使用定滑輪時測力計的示數(shù)F1/N使用動滑輪時測力計的示數(shù)F2/N11.000.600.6521.501.100.9032.001.601.15通過分析數(shù)據(jù)，她覺得與書中的結(jié)論有較大偏差。你一定也做過這樣的實驗，回想你的實驗經(jīng)歷，回答下列問題：（1）在使用定滑輪時，測力計的示數(shù)總是小于物體的重力，這與使用定滑輪不省力相矛盾，請仔細觀察實驗裝置圖，分析造成這一現(xiàn)象的原因是________；（2）在使用動滑輪提升物體時，測力計的示數(shù)也不等于物重的一半。小明猜想是由于動滑輪本身也有重力且繩子與滑輪之間有摩擦的緣故，你同意小明的猜想嗎？________。如果不考慮繩子與滑輪之間的摩擦，利用小明測得的數(shù)據(jù)可求出動滑輪的重力為________

N。10.在“探究杠桿平衡條件的實驗”中：（1）如圖甲所示，實驗前，杠桿左端下沉，則應(yīng)將左端的平衡螺母向________調(diào)節(jié)（選填“左”或“右”），直到杠桿在水平位置平衡，目的是便于測量________。（2）如圖乙所