《简单机械、功和机械能》实验专项突破-【竞赛】2024-2025学年初中物理竞赛能力培优精练（八年级下）

《简单机械、功和机械能》实验专项突破 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、实验题 1．为了探究物体的动能大小与哪些因素有关，小明设计了如下实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止，其中，不考虑空气阻力。 (1)实验中通过观察 来判断 （选填“钢球”或“木块”）的动能大小；用来研究超速安全隐患时，我们应选择 两图所示实验来进行比较；若将甲、乙两图中的木块均移走，并适当调节斜面倾角和钢球释放高度， （选填“能”或“不能”）研究物体的动能大小与速度的关系； (2)实验中钢球碰撞木块后继续向前运动一段距离，则开始时钢球的重力势能 （选填“>”、“<”或“=”）木块克服摩擦力所做的功。若完成了图乙操作后，在做图丙所示的实验时，木块滑出了水平木板，如果仅对图丙所示的实验进行改进，下列措施中可行的是 （填写序号）； A．换质量更大的木块        B．降低钢球开始的高度 C．换质量大于的钢球    D．换质量小于的钢球 (3)小华还利用图丁来研究动能和势能相互转化，图中两个相同的光滑弧形槽，一个为凸形，一个为凹形，A、B两个相同的钢球分别进入两弧形槽的速度都为v，运动到槽的末端速度也都为v，A小球通过凸形槽的时间为，B小球通过凹形槽的时间为，则通过时间较长的是小球 （选填“A”或“B”）。 2．某同学在讨论怎样测量自身30s跳绳的功率，请你也参与其中。 (1)需要的测量器材有：体重计、 、 ； (2)测量跳绳的功率的原理是 ； (3)请你帮助他们设计一个记录数据的表格（请在表格中写出第一第二列所需测量的物理量） 、 ； 实验序号 跳绳的次数n/次 跳绳功率P/W ① ② ③ (4)根据表格中所测的物理量，最后计算功率的表达式为 ； (5)某同学质量为50kg，1min跳绳100次，每次起跳高度大约为12cm，则他跳一次做的功是 J，整个跳绳过程中的平均功率为 W。 3．小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，杠杆的质量分布均匀，右端固定在O点，杠杆可绕O点在竖直平面内转动： （1）该实验中杠杆所做的额外功主要是 ； （2）当总重为G的钩码悬挂在A点时，弹簧测力计作用在B点，将钩码缓慢提升高度h1，此时弹簧测力计的示数为F1，且B端上升的高度为h2，则杠杆的机械效率η1 （用物理量符号表示）； （3）若保持弹簧测力计作用在B点的位置不变，将钩码从A点移到C点，并将钩码缓慢提升相同的高度，则弹簧测力计的示数F2 F1，杠杆的机械效率η2 η1（选填“>”、“<”或“=”）。 4．小张利用杠杆开展相关实验探究： (1)安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆右端下沉，如图甲所示。则应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，直到杠杆在水平位置平衡；实验中调节杠杆在水平位置平衡的目的是 ； (2)如图乙所示，在A点挂3个重力均为0.5N的钩码，在点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆，使其在水平位置平衡，弹簧测力计的示数为 ； (3)始终垂直于杠杆向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示。此过程中，弹簧测力计拉力的力臂 （选填“变大”、“变小”或“不变”，下同），拉力的大小 ； (4)实验中小明发现用图丁所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置平衡，但老师建议不宜采用这种方式，其主要原因为________； A．一个人无法独立操作 B．不方便测量力臂 C．力和力臂数目过多，不易得出结论 D．杠杆不平衡 5．为了“探究弹性势能与哪些因素有关”，小明设计了如图甲所示的装置进行探究。 (1)将弹簧、正方体木块按照如图甲放置在粗糙的水平面上，弹簧左侧固定，手移动木块将弹簧压缩不同程度后，松手释放木块，木块由静止向右运动，最终停下；分别测量出木块移动的距离。实验中，弹簧的 能转化为木块的 能，最终转化为 能。 实验中，小明又发现在水平桌面上运动的木块离开桌面后，会沿着曲线运动并最终到地面上。物体离开桌面后在水平方向运动的距离与哪些因素有关呢？他提出以下三个猜想： 猜想1：与物体离开桌面时的速度有关； 猜想2：与物体的质量有关： 猜想3：与物体离地面的高度有关 (2)为此，小明设计如图乙所示的实验装置，弹簧一端固定，用小球实验。为了验证猜想1是否正确，小明进行如下实验：保持 不变，将弹簧压缩到不同的长度，比较小球离开桌面后，在水平方向运动的距离s。最终证明猜想1是正确的。 (3)小明接下来想探究猜想2，用不同质量的小球将弹簧压缩相同的长度，由静止释放后，比较小球水平运动的距离，然后得出结论。你认为小明的方案存在的问题是 ，请你为小明设计一个正确的方案： 。 (4)小明添加测速仪，进行了正确的实验，并记录数据如下： 序号 质量m/g 速度 离地高度H/cm 水平飞行距离s/cm 1 5 5 20 10 2 10 5 20 10 3 15 5 20 10 4 20 5 45 15 5 25 5 80 20 6 30 5 125 25 7 50 5 40 ①有同学认为根据表格中的数据，无法得出物体离开桌面后在水平方向上运动的距离与物体离地面高度的关系，你 （选填“同意/不同意”）这个观点同意吗？请说出理由 。 ②根据表格中的数据，在图丙作出图像。( ) ③表格中缺失的数据应该是 。 6．风车是利用风力做功的装置。小明带领物理兴趣小组的同学制作了一架小风车，想粗略测定风车在一定风速下做功的功率，并想要探究“风车做功的功率与风速有什么关系”，实验装置如图所示。 电风扇挡位 钩码的重力/N 提升钩码到A点的时间/s 1 0.5 15 2 0.5 13 3 0.5 10 ①将叶片安装在风车底座上，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1m处放置电风扇，将电风扇的风速调到1挡位，用停表记录提升钩码到A点所需的时间； ③将电风扇调到不同挡位（电风扇挡位越高，风速越大），重复上述步骤。并将所得数据记录在表格中； (1)实验中，通过比较 来比较风车做功功率的大小，这里用到的实验方法是 ； (2)实验时，若测得钩码上升到A点的高度h、所用的时间t、钩码的重力G，则风车对钩码做功的功率 （用含上述物理量符号的式子表示）；实验中还应该准备的测量工具有停表和 ； (3)由表格数据可初步得出：在其他条件相同时，风速越大，风车做功的功率 ； (4)兴趣小组在交流评估时有成员提出“上述结论是否符合普遍规律呢？”的问题，小明从网上查到风速与风力发电机的输出功率的关系如下表所示。根据表中数据分析，随着风速的增大，风车给风电场发电带来的经济效益 （选填“变大”、“变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）。 风速/（） 4 6 8 10 12 14 16 18 20 输出功率/kW 0 75 200 360 540 740 730 650 550 7．（1）如图甲，质量为m的小球从A点静止释放，在没有空气阻力的情况下，沿无摩擦道运动（其中BC段水平）。已知重力势能为E势=mgh；h为小球离轨道BC的高度；当小球运动到B点时，h=0，动能为（vB为B点的运动速度） ①小球在A点的机械能E机= （用题目所给物理量符号表示） ②请推导出：小球从A点静止释放，到达B点时的速度 ； ③vB与小球的质量m是否有关？ （选题“有关”或“无关”）。 （2）如图乙所示，当小球静止释放后，它会沿轨道一直运动到末端，离开轨道后继续飞出一段距离，最后掉到地上。小聪猜想： a.小球的质量越大，它离开轨道末端到刚接触地面所用的时间越长； b.小球静止释放时的高度越高，它离开轨道末端到刚接触地面所用的时间越长； 现有一定数量的小球，有的质量相等，有的质量不等.请你选用合适的器材，设计实验验证猜想a是否正确 ①需要补充的实验器材是 ； ②实验步骤 ： ③判断你所验证的猜想是否正确的依据 。 8．在探究动能大小与哪些因素有关的实验中，小金设计了如图所示的实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止（s1<s2<s3）。 （1）该实验中的研究对象是 ； （2）在图甲、乙中，h2>h1，观察实验现象，得出结论： ； （3）甲、乙、丙中，图 水平面对木块做功最少，m1 m2（选填“>”、“=”、或“＜”）； （4）小金又利用丁图来研究动能和势能相互转化，图中两个相同的光滑弧形槽，一个为凸形，一个为凹形，A、B 两个相同的钢球分别进入两弧形槽的速度都为 v，运动到槽的末端速度也都为 v，A 小球通过凸形槽的时间为 t1，B 小球通过凹形槽的时间 t2，则 t1 t2（选填“>”、“=”或“<”）。 9．小张和小李同学为了探究运动物体对纸盒的做功本领的大小与哪些因素有关，从实验室借取了弹射器、纸盒和甲、乙两个木块（已知 m甲<m乙）， 在同一水平地面上进行了实验。实验中利用弹射器控制每次物体弹出时的速度相同。实验过程与结果如图 （a）、（b）、（c）、（d）所示。 （1）本实验通过观察 来比较做功本领的大小； （2）小王同学通过分析比较图（a）和（c），可得出初步结论： ； （3）小李同学分析比较图（b）和（d）后认为可以得出与小王同学相同结论，你是否赞同他的观点？ （选填：“赞同”或“不赞同”），理由是： 。 10．小红在探究动能大小与哪些因素有关的实验中设计了如下两种方案：A．让同一辆小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，与放在水平面上的木块相碰，比较木块在水平面上移动的距离（如图甲所示）。B．让不同质量的小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，与放在水平面上的木块相碰，比较木块在水平面上移动的距离（如图乙所示）。 （1）实验中是通过观察 来比较小车动能大小的； （2）A方案是为了探究动能大小与 关系，得到的结论是 ； （3）小红想用B方案探究动能大小与质量的关系。该方案 （填“合理”或“不合理”），理由是 ； （4）小红完成实验后想，本实验能否在光滑的玻璃板上进行呢？你的回答是 。（选填“能”或“不能”） 11．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验（如图所示），实验数据记录如表： 次数 钩码重/N 钩码上升距离/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升距离/cm 机械效率/% 1 2 10 0.8 30 83.3 2 4 10 1.5 30 88.9 3 6 10 2.2 30 90.9 (1)实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码升高； (2)分析以上实验数据可以得出结论：同一滑轮组的机械效率与 有关； (3)小明进一步研究时，先测出了动滑轮的重力，再计算出每一次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值，发现钩码的重力越大， （越大/越小/不变），请用所学知识进行解释： ； (4)另一实验小组改变动滑轮的重力，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出图像丁。分析可知：被提升物体的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越 （高/低）；分析图像丁中的A点可知，此时被提升物体的重力 。 A．一定大于12N            B．等于12N            C．一定小于12N 12．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、细线和质量相同的钩码若干个。 (1)如图A所示，实验前，杠杆右端上趐，则应将左端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节；实验时如图B，把杠杆调至水平位置平衡，目的是 ； (2)图C实验中，已知杠杆上每个小格长度为，每个钩码重为0.5N，当弹簧测力计斜向上拉（与水平方向成角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数等于 N； (3)图D实验中，弹簧测力计挂在点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升； a.实验中，将一个质量为的钩码悬挂在点，匀速将杠杆拉至图中虚线位置，弹簧测力计示数为，钩码上升高度，弹簧测力计移动距离，则杠杆的机械效率： （用字母表示） b.取下质量为的钩码，将一个质量为2m的钩码悬挂在点，匀速提升相同的高度，杠杆的机械效率为，则 ；（＜/=/＞） c.若将同一物体分别悬挂在A、B两点，匀速提升相同的高度，杠杆机械效率分别为和，则 ；（＜/=/＞） d.若将同一物体悬挂在点，弹簧测力计分别挂在点和点时，竖直向上匀速使物体提高相同高度时，杠杆的机械效率分别为和，则 。（＜/=/＞） 13．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验如图甲、乙、丙所示，实验数据记录如表： 次数 钩码重G/N 钩码上升距离h/cm 拉力F/N 绳端移动距离s/cm 机械效率/% 1 2 10 0.8 30 83.3 2 4 10 1.5 30 ★ 3 6 10 2.2 30 90.9 (1)实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计。 (2)表格中★处数据应为 %（结果保留一位小数）。 (3)分析表中数据可知，采取 的措施来提升滑轮组机械效率。 (4)另一小组改变动滑轮重，提升同一物体多次实验，根据所测数据绘制出丁图象，分析可知：被提升物体重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 （选填“高”或“低”）。 (5)根据所学知识，滑轮组的机械效率还与绳重和摩擦有关，分析图丁中的A点可知，被提升物体所受的重力一定__________。 A．大于40N B．等于40N C．小于40N 14．用如图甲所示的装置验证杠杆平衡条件。 (1)实验时，要先将杠杆调至水平位置平衡，这是为了便于 ，若杠杆 侧翘起，则需将平衡螺母向右侧调； (2)一组实验数据如表所示，漏填的数据应为 N； 序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm ① 1 20 2 10 ② 2 15 1.5 20 ③ 5 1 15 (3)二组某次实验情景如甲图所示，发现要使杠杆水平位置平衡，测力计向下的拉力要超过测力计的量程，为完成实验，下列操作可行的是______； A．向左移动钩码的悬挂点 B．向右移动测力计的悬挂点 C．向左移动平衡螺母 D．向右移动平衡螺母 (4)三组实验后还发现，动力和动力臂成反比，造成此结果的原因是实验时未改变 ； (5)四组利用图乙装置估测一根非匀质金属棒的重心位置。此时金属棒在水平位置保持平衡，金属棒上A点下方的细线上悬挂一质量为m的小球，AO两点距离为l，需用天平测出 ，便能计算出金属棒重心到支点O的距离为 ；（用m、l及所测物理量符号表示） (6)实验完成后，小明想起，人们从地面上搬起重物时，常见的做法是直接弯腰（如图丙）或下蹲弯曲膝盖（如图丁）将重物搬起，哪种做法更好呢？下面建立模型说明这个问题。将人的脊柱简化为杠杆如图戊所示，脊柱可绕骶骨（轴）O转动，腰背部复杂肌肉的等效拉力F3作用在A点，其实际作用方向与脊柱夹角为12°且保持不变。搬箱子时的拉力F4作用在肩关节B点，在B点挂一重物代替箱子。用测力计沿F3方向拉，使模型静止，可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小。接着，改变脊柱与水平面的夹角即改变杠杆与水平面的夹角α，多次实验得出结论。 ①当α角增大时，F3 （选填“变大”、“变小”或“不变”）； ②如果考虑到人上半身的重力，那么腰背部肌肉的实际拉力将比图戊中的F3要 （选填“大”或“小”）； ③由以上分析可得， （选填“丙”或“丁”）图中的姿势比较正确。 15．小李和小兰五一节假期游玩时捡到了一些鹅卵石，他们想知道这些鹅卵石的密度，便各自选取了一块鹅卵石，分别进行了如下实验： (1)小李利用天平和量筒等实验器材进行了实验： ①将天平放在水平桌面上，发现指针偏向分度盘中央刻度线的右侧，此时应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）移动，使天平横梁平衡； ②将鹅卵石放在天平左盘中，横梁恢复平衡时右盘中砝码质量和游码在标尺上的位置如图甲所示，则鹅卵石的质量为 g； ③用细线拴好鹅卵石，把它放入盛有30mL水的量筒中，水面到达的位置如图乙所示，则鹅卵石的密度为 kg/m3； (2)小兰利用杠杆制成了一根杆秤。她取来一块质量为60g的鹅卵石，将它挂在A处，且浸没于水中，在B处挂上1个50g钩码，杠杆恰好处于水平平衡，如图丙所示。测得OA=50cm，OB=40cm，则鹅卵石受到的浮力为 N，鹅卵石的密度为 g/cm3；在此基础上将OA、OB各增大1cm，杠杆将 （选填“左侧下降”“右侧下降”或“依然平衡”）（g取10N/kg）。 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 《简单机械、功和机械能》实验专项突破 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、实验题 1．为了探究物体的动能大小与哪些因素有关，小明设计了如下实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止，其中，不考虑空气阻力。 (1)实验中通过观察 来判断 （选填“钢球”或“木块”）的动能大小；用来研究超速安全隐患时，我们应选择 两图所示实验来进行比较；若将甲、乙两图中的木块均移走，并适当调节斜面倾角和钢球释放高度， （选填“能”或“不能”）研究物体的动能大小与速度的关系； (2)实验中钢球碰撞木块后继续向前运动一段距离，则开始时钢球的重力势能 （选填“>”、“<”或“=”）木块克服摩擦力所做的功。若完成了图乙操作后，在做图丙所示的实验时，木块滑出了水平木板，如果仅对图丙所示的实验进行改进，下列措施中可行的是 （填写序号）； A．换质量更大的木块        B．降低钢球开始的高度 C．换质量大于的钢球    D．换质量小于的钢球 (3)小华还利用图丁来研究动能和势能相互转化，图中两个相同的光滑弧形槽，一个为凸形，一个为凹形，A、B两个相同的钢球分别进入两弧形槽的速度都为v，运动到槽的末端速度也都为v，A小球通过凸形槽的时间为，B小球通过凹形槽的时间为，则通过时间较长的是小球 （选填“A”或“B”）。 【答案】(1) 木块移动的距离 钢球 甲和乙 能 (2) > D (3)A 【详解】（1）[1][2]钢球从斜面上滚动，到达水平面时具有一定的动能，撞击木块做功，所做的功越多，木块移动的距离越远，所以实验中通过观察木块移动的距离来判断钢球的动能大小。 [3]用来研究超速安全隐患，即探究动能与速度的关系时，应保持质量不变，改变钢球到达水平面的速度，则钢球从斜面静止滚下的高度不同，所以应选择甲和乙两图所示实验。 [4]当斜面倾角足够小，钢球释放高度足够低，小球可在水平面上停下，且两次实验，小球在斜面上静止滚下的高度不同，可通过小球停下的距离来比较其动能的大小，所以能研究物体的动能大小与速度的关系。 （2）[1]钢球滚下时，钢球的重力势能转化为钢球的动能，钢球碰撞后继续运动，钢球的一部分动能转化为木块的动能，木块运动过程中，动能转化为内能，所以钢球的动能大于木块克服摩擦力所做的功，钢球的动能是由钢球的重力势能转化而来的，故开始时钢球的重力势能大于木块克服摩擦力所做的功。 [2]小球动能的大小是通过小球对外做功的多少来体现，实验中通过观察木块被小球推开的距离反映做功的多少，用到了转换法；动能大小的影响因素：质量和速度。质量一定时，速度越大，动能越大；速度一定时，质量越大，动能越大；若完成了图乙操作后，在做图丙所示的实验时，木块滑出了水平木板，说明钢球的动能太大，而此实验主要是研究动能大小与质量的关系，因此钢球的速度应保持不变，而让钢球的质量不同。 A．换质量更大的木块，改变了木块所受摩擦力的大小，则不能通过木块滑行的距离来比较两种情况下钢球的动能大小，故A不符合题意； B．实验中需要控制速度相同，不能降低钢球的高度，故B不符合题意； C．换质量更大的钢球，则更容易使木块滑出木板，故C不符合题意； D．换质量更小的钢球，能缩短木块移动的距离，故D符合题意。 故选D。 （3）在凸形滑道运动的物体，在运动到最高点的过程中，要将动能转化为重力势能，这个过程的平均速度小于初速度；在下落过程中不计滑道的摩擦，机械能守恒，重力势能再全部转化为动能，最后的速度等于初速度，则这个过程的平均速度小于初速度。在凹形滑道运动的物体，在运动到最低点的过程中，要将重力势能转化为动能，这个过程的平均速度大于初速度，运动在下落过程中不计滑道的摩擦，机械能守恒，动能再全部转化为重力势能，最后的速度等于初速度，则这个过程的平均速度大于初速度；因此在凸形滑道运动物体的平均速度小于在凹形滑道运动物体的平均速度，由可知，通过时间较长的是小球A。 2．某同学在讨论怎样测量自身30s跳绳的功率，请你也参与其中。 (1)需要的测量器材有：体重计、 、 ； (2)测量跳绳的功率的原理是 ； (3)请你帮助他们设计一个记录数据的表格（请在表格中写出第一第二列所需测量的物理量） 、 ； 实验序号 跳绳的次数n/次 跳绳功率P/W ① ② ③ (4)根据表格中所测的物理量，最后计算功率的表达式为 ； (5)某同学质量为50kg，1min跳绳100次，每次起跳高度大约为12cm，则他跳一次做的功是 J，整个跳绳过程中的平均功率为 W。 【答案】(1) 刻度尺 秒表 (2) (3) 质量m/kg 人离地的高度h/cm (4) (5) 60 100 【详解】（1）[1][2]根据功率的公式知道 因此，需要的测量器材除体重计外，还需要刻度尺、秒表。 （2）由（1）知道实验原理为 （3）[1][2]根据实验原理知道，还需要测量自身的质量和人离地的高度，故第一第二列所需测量的物理量是自身的质量m/kg和人离地的高度h/cm。 （4）根据表格中所测的物理量知道，测量出跳绳的次数n，并记下所用的时间t，则跳绳的平均功率为 （5）[1]小明同学的重力 每次起跳高度 h=12cm=0.12m 跳绳一次做功 [2]由于1min内人起跳的次数为100次；在1min内人一共做功 他在整个跳绳过程中的平均功率 3．小明用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，杠杆的质量分布均匀，右端固定在O点，杠杆可绕O点在竖直平面内转动： （1）该实验中杠杆所做的额外功主要是 ； （2）当总重为G的钩码悬挂在A点时，弹簧测力计作用在B点，将钩码缓慢提升高度h1，此时弹簧测力计的示数为F1，且B端上升的高度为h2，则杠杆的机械效率η1 （用物理量符号表示）； （3）若保持弹簧测力计作用在B点的位置不变，将钩码从A点移到C点，并将钩码缓慢提升相同的高度，则弹簧测力计的示数F2 F1，杠杆的机械效率η2 η1（选填“>”、“<”或“=”）。 【答案】 克服杠杆自重做功 > > 【详解】（1）[1]在提升钩码的过程中，对钩码做有用功，克服杠杆的自身重力做额外功，所以该实验中做的额外功主要是克服杠杆自重做功。 （2）[2]总重为G的钩码在缓慢上升高度h1时做的有用功为 弹簧测力计示数为F1，其移动距离为h2，则总功为 则杠杆的机械效率为 （3）[3]在水平位置时，设杠杆自重的力臂为L1，拉力的力臂为杠杆的长度L；钩码悬挂在A点时，钩码重力的力臂为OA，由杠杠的平衡条件得 钩码悬挂点移至C点时，由杠杠的平衡条件得 由OA到OC力臂变大，则有 即 所以有 [4]杠杆提升钩码时，有 设杠杆重心升高的距离为h，则有 提升过程中，G不变，h1不变，G杠杆不变，则不变；钩码悬挂从A点到C点，钩码还升高相同的高度h，但杠杆上旋的角度减小，则杠杆升高的距离h变小，所以变小，即变小；根据 可知，杠杆的机械效率变大，有。 4．小张利用杠杆开展相关实验探究： (1)安装好杠杆，将其放到水平位置后松手，发现杠杆右端下沉，如图甲所示。则应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，直到杠杆在水平位置平衡；实验中调节杠杆在水平位置平衡的目的是 ； (2)如图乙所示，在A点挂3个重力均为0.5N的钩码，在点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆，使其在水平位置平衡，弹簧测力计的示数为 ； (3)始终垂直于杠杆向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示。此过程中，弹簧测力计拉力的力臂 （选填“变大”、“变小”或“不变”，下同），拉力的大小 ； (4)实验中小明发现用图丁所示的方式悬挂钩码，杠杆也能在水平位置平衡，但老师建议不宜采用这种方式，其主要原因为________； A．一个人无法独立操作 B．不方便测量力臂 C．力和力臂数目过多，不易得出结论 D．杠杆不平衡 【答案】(1) 左 便于测量力臂 (2)2 (3) 不变 变小 (4)C 【详解】（1）[1]图甲中，杠杆右端下沉，应向左端调节平衡螺母，直至杠杆在水平位置平衡。 [2]调节杠杆在水平位置平衡，则力臂与杠杆重合，方便测量力臂。 （2）图乙中，设杠杆每小格的长度为L，据杠杆平衡条件有 解得，弹簧测力计的示数F=2N。 （3）[1][2]图丙中，弹簧测力计的拉力方向始终与杠杆垂直，则支点到力的作用线的大小不变，测力计拉力的力臂不变。但钩码对应的力臂变小，钩码对杠杆的作用力大小不变，即阻力不变，阻力臂变小，动力臂不变，据杠杆的平衡条件知，动力变小，即测力计拉力大小变小。 （4）实验中小明的实验方式，杠杆支点左侧钩码数量过多，每个钩码对杠杆的拉力对应了每个拉力的力臂，力和力臂数目过多，不易得出结论，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 5．为了“探究弹性势能与哪些因素有关”，小明设计了如图甲所示的装置进行探究。 (1)将弹簧、正方体木块按照如图甲放置在粗糙的水平面上，弹簧左侧固定，手移动木块将弹簧压缩不同程度后，松手释放木块，木块由静止向右运动，最终停下；分别测量出木块移动的距离。实验中，弹簧的 能转化为木块的 能，最终转化为 能。 实验中，小明又发现在水平桌面上运动的木块离开桌面后，会沿着曲线运动并最终到地面上。物体离开桌面后在水平方向运动的距离与哪些因素有关呢？他提出以下三个猜想： 猜想1：与物体离开桌面时的速度有关； 猜想2：与物体的质量有关： 猜想3：与物体离地面的高度有关 (2)为此，小明设计如图乙所示的实验装置，弹簧一端固定，用小球实验。为了验证猜想1是否正确，小明进行如下实验：保持 不变，将弹簧压缩到不同的长度，比较小球离开桌面后，在水平方向运动的距离s。最终证明猜想1是正确的。 (3)小明接下来想探究猜想2，用不同质量的小球将弹簧压缩相同的长度，由静止释放后，比较小球水平运动的距离，然后得出结论。你认为小明的方案存在的问题是 ，请你为小明设计一个正确的方案： 。 (4)小明添加测速仪，进行了正确的实验，并记录数据如下： 序号 质量m/g 速度 离地高度H/cm 水平飞行距离s/cm 1 5 5 20 10 2 10 5 20 10 3 15 5 20 10 4 20 5 45 15 5 25 5 80 20 6 30 5 125 25 7 50 5 40 ①有同学认为根据表格中的数据，无法得出物体离开桌面后在水平方向上运动的距离与物体离地面高度的关系，你 （选填“同意/不同意”）这个观点同意吗？请说出理由 。 ②根据表格中的数据，在图丙作出图像。( ) ③表格中缺失的数据应该是 。 【答案】(1) 弹性势 动 内 (2)小球的质量与桌面的高度 (3) 没有控制小球离开桌面的速度相同 让质量不同的小球从同一斜面的同一高度自由滑下，再观察小球从同一高度的桌面飞出的水平距离 (4) 不同意 见解析 见解析 320 【详解】（1）[1][2][3]依题意得，被压缩的弹簧推动木块，弹簧将弹性势能转化为木块的动能，木块运动过程中，不断克服摩擦力做功，最中停在水平面上，因此木块的动能最终转化为内能。 （2）为了验证猜想1是否正确，小明应保持小球的质量与桌面的高度相同，改变小球物体离开桌面时的速度。 （3）[1]小明接下来想探究猜想2，要控制小球离开桌面时的速度与桌面的高度相同，用不同质量的小球将弹簧压缩相同的长度，弹簧的弹性势能相同，小球获得的动能相同，小球的质量不同，小球离开弹簧后的速度不同，导致小球离开桌面时的速度不同，即存在的问题是没有控制小球离开桌面时的速度不同。 [2]为了确保小球离开桌面的速度相同，可以让质量不同的小球从同一斜面的同一高度自由滑下，再观察小球从同一高度的桌面飞出的水平距离。 （4）[1][2]由1、2、3实验得，控制小球的速度与离地高度相同，只改变质量时，水平飞行距离相同，说明小球离开桌面后在水平防线运动的距离与质量无关；实验3~6，小球的质量与离地高度不同，速度相同，离地高度越高，小球水平飞行距离越大，说明物体离开桌面后在水平方向上运动的距离随物体离地面高度增加而增大。 [3]根据3~6的实验数据在表格中描点，并用曲线将点连接起来，如图所示： [4]由表格中数据得，离地高度H由20cm变为45cm，飞行距离由10cm变为15cm ， 离地高度H由20cm变为80cm，飞行距离由10cm变为20cm ， 离地高度H由20cm变为125cm，飞行距离由10cm变为25cm ， 说明离地高度变为原来的n2倍时，水平飞行距离s变为原来的n倍，在当水平飞行距离s变为40cm时 此时离地高度为 即表格中缺失的数据应该是320。 6．风车是利用风力做功的装置。小明带领物理兴趣小组的同学制作了一架小风车，想粗略测定风车在一定风速下做功的功率，并想要探究“风车做功的功率与风速有什么关系”，实验装置如图所示。 电风扇挡位 钩码的重力/N 提升钩码到A点的时间/s 1 0.5 15 2 0.5 13 3 0.5 10 ①将叶片安装在风车底座上，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1m处放置电风扇，将电风扇的风速调到1挡位，用停表记录提升钩码到A点所需的时间； ③将电风扇调到不同挡位（电风扇挡位越高，风速越大），重复上述步骤。并将所得数据记录在表格中； (1)实验中，通过比较 来比较风车做功功率的大小，这里用到的实验方法是 ； (2)实验时，若测得钩码上升到A点的高度h、所用的时间t、钩码的重力G，则风车对钩码做功的功率 （用含上述物理量符号的式子表示）；实验中还应该准备的测量工具有停表和 ； (3)由表格数据可初步得出：在其他条件相同时，风速越大，风车做功的功率 ； (4)兴趣小组在交流评估时有成员提出“上述结论是否符合普遍规律呢？”的问题，小明从网上查到风速与风力发电机的输出功率的关系如下表所示。根据表中数据分析，随着风速的增大，风车给风电场发电带来的经济效益 （选填“变大”、“变小”、“先变大后变小”或“先变小后变大”）。 风速/（） 4 6 8 10 12 14 16 18 20 输出功率/kW 0 75 200 360 540 740 730 650 550 【答案】(1) 提升钩码到A点的时间 转换法 (2) 弹簧测力计 (3)越大 (4)先变大后变小 【详解】（1）[1][2]测定风车在一定风速下做功的功率的实验中，风车做功功率的大小不能直接观察，所以运用转换法，通过比较风车提升钩码到A点的时间的长短，来比较风车做功功率的大小。 （2）[1]钩码的重力G，钩码上升到A点的高度h，则风车对钩码做功 所用的时间t，则风车对钩码做功的功率 [2]由于实验中需要测量钩码的重力，所以还需要准备的测量工具有弹簧测力计。 （3）观察表中数据发现，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，所以风车做功的功越大。 （4）观察表中数据发现，风速在4~14m/s的范围内，风车输出功率随着风速的增大而增大；风速大于14m/s后，风车输出功率随着风速的增大反而会减小，所以随着风速的增大，风车给风电场发电带来的经济效益先变大后变小。 7．（1）如图甲，质量为m的小球从A点静止释放，在没有空气阻力的情况下，沿无摩擦道运动（其中BC段水平）。已知重力势能为E势=mgh；h为小球离轨道BC的高度；当小球运动到B点时，h=0，动能为（vB为B点的运动速度） ①小球在A点的机械能E机= （用题目所给物理量符号表示） ②请推导出：小球从A点静止释放，到达B点时的速度 ； ③vB与小球的质量m是否有关？ （选题“有关”或“无关”）。 （2）如图乙所示，当小球静止释放后，它会沿轨道一直运动到末端，离开轨道后继续飞出一段距离，最后掉到地上。小聪猜想： a.小球的质量越大，它离开轨道末端到刚接触地面所用的时间越长； b.小球静止释放时的高度越高，它离开轨道末端到刚接触地面所用的时间越长； 现有一定数量的小球，有的质量相等，有的质量不等.请你选用合适的器材，设计实验验证猜想a是否正确 ①需要补充的实验器材是 ； ②实验步骤 ： ③判断你所验证的猜想是否正确的依据 。 【答案】 无关 秒表 见解析 见解析 【详解】（1）①[1]小球在A点时，速度为0，因此动能0，而A点的高度为h，所以重力势能为 根据机械能的定义，机械能等于动能与势能之和，所以小球在A点的机械能为 ②[2]小球从A点到B点的过程中，由于无摩擦且没有空气阻力，所以机械能守恒。即A点的机械能等于B点的机械能。在B点，动能为 重力势能为0（因为h=0）。所以，我们有 即 得 ③[3]从上面的推导中，可以看到vB​的表达式中并不包含小球的质量m，所以vB​与小球的质量m无关。 （2）①[4]为了验证猜想a是否正确，我们需要一个测量时间的工具，即秒表。 ②[5]实验步骤： 步骤1：如图乙组装器材，使小球静止释放，用秒表测量它离开轨道末端到刚接触地面所用的时间，记作t； 步骤2：保持释放时的高度不变，逐次增大选用小球的质量，重复步骤1； ③[6]判断依据：当小球的质量越大时，若它离开轨道末端到刚接触地面所用的时间越长，则猜想正确；否则，猜想错误。 8．在探究动能大小与哪些因素有关的实验中，小金设计了如图所示的实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止（s1<s2<s3）。 （1）该实验中的研究对象是 ； （2）在图甲、乙中，h2>h1，观察实验现象，得出结论： ； （3）甲、乙、丙中，图 水平面对木块做功最少，m1 m2（选填“>”、“=”、或“＜”）； （4）小金又利用丁图来研究动能和势能相互转化，图中两个相同的光滑弧形槽，一个为凸形，一个为凹形，A、B 两个相同的钢球分别进入两弧形槽的速度都为 v，运动到槽的末端速度也都为 v，A 小球通过凸形槽的时间为 t1，B 小球通过凹形槽的时间 t2，则 t1 t2（选填“>”、“=”或“<”）。 【答案】 钢球 在质量相同时，物体的速度越大，动能越大 甲 < > 【详解】（1）[1]根据转换法，通过比较木块在同一水平面上被撞击的距离远近来比较钢球到达水平面时动能的大小。本实验探究动能大小与哪些因素有关，该实验中的研究对象是钢球。 （2）[2]在图甲、乙中，两球的质量相同，因h2>h1，故乙中钢球下滑到水平面的速度较大，推动木块通过的距离较长，得出结论：在质量相同时，物体的速度越大，动能越大。 （3）[3]已知 s1<s2<s3 即图甲中木块通过的距离最小，因三种情况下木块受到的摩擦力（木块对水平面的压力和接触面粗糙程度相同），根据W=fs，水平面对木块做功最少。 [4]甲、丙图相比，因物体由斜面自由下滑到水平面的高度相同，滑到水平面的速度相同，由已知条件和转换法，丙中钢球的动能大，根据影响大小的因素，故可知 m1<m2。 （4）[5]在凸形滑道运动的物体，在运动到最高点的过程中，要将动能转化为重力势能，运动速度小于初速度；在下落过程中不计滑道的摩擦，机械能守恒，重力势能再全部转化为动能，速度等于初速度；在凹形滑道运动的物体，在运动到最低点的过程中，要将重力势能转化为动能，运动速度大于初速度；在上升过程中不计滑道的摩擦，机械能守恒，动能再全部转化为重力势能，速度等于初速度。因此在凸形滑道运动物体的平均速度小于在凹形滑道运动物体的速度，由可知，通过A滑道用的时间为大于通过B滑道用的时间为，即 t1>t2 9．小张和小李同学为了探究运动物体对纸盒的做功本领的大小与哪些因素有关，从实验室借取了弹射器、纸盒和甲、乙两个木块（已知 m甲<m乙）， 在同一水平地面上进行了实验。实验中利用弹射器控制每次物体弹出时的速度相同。实验过程与结果如图 （a）、（b）、（c）、（d）所示。 （1）本实验通过观察 来比较做功本领的大小； （2）小王同学通过分析比较图（a）和（c），可得出初步结论： ； （3）小李同学分析比较图（b）和（d）后认为可以得出与小王同学相同结论，你是否赞同他的观点？ （选填：“赞同”或“不赞同”），理由是： 。 【答案】 弹出的物体推动纸盒通过的距离长短 在速度相同时，物体的质量越大， 物体的做功本领越大 赞同 答案见详解 【详解】（1）[1]根据转换法，本实验通过观察弹出的物体推动纸盒通过的距离长短来比较物体做功本领的大小。 （2）[2]已知 m甲<m乙，图（a）和（c）中两物体弹出时的速度相同，乙弹出后推动纸盒运动的距离长，由转换法，物体对乙纸盒做的功多，可得出初步结论：在速度相同时，物体的质量越大， 物体的做功本领越大。 （3）[3][4]乙物体的质量大，在接触面相同的条件下，乙物体运动时受到的滑动摩擦力大，在图（b）和（d）中撞击纸盒前，通过的距离相同，根据W=fs，乙物体克服摩擦力做的功多；由图可知，乙物体推动纸盒通过的距离长，可知后半部分乙物体推动纸盒做的功多，故图（b）和（d）整个过程中乙物体做功的本领大，分析比较图（b）和（d）后可以得出与小王同学相同结论，赞同他的观点。 10．小红在探究动能大小与哪些因素有关的实验中设计了如下两种方案：A．让同一辆小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，与放在水平面上的木块相碰，比较木块在水平面上移动的距离（如图甲所示）。B．让不同质量的小车分别从同一斜面的不同高度由静止开始下滑，与放在水平面上的木块相碰，比较木块在水平面上移动的距离（如图乙所示）。 （1）实验中是通过观察 来比较小车动能大小的； （2）A方案是为了探究动能大小与 关系，得到的结论是 ； （3）小红想用B方案探究动能大小与质量的关系。该方案 （填“合理”或“不合理”），理由是 ； （4）小红完成实验后想，本实验能否在光滑的玻璃板上进行呢？你的回答是 。（选填“能”或“不能”） 【答案】 木块移动的距离大小 速度 质量相同的物体，物体的速度越大，动能越大 不合理 物体到达斜面底端的速度不同 不能 【详解】（1）[1]实验过程中，小车会撞击木块，木块移动的距离越大，说明木块获得的能量越大，木块对应的小车动能越大，所以实验中是通过观察木块移动的距离大小来比较小车动能大小的。 （2）[2][3]A方案的实验过程中，同一小车会在不同高度，那么导致小车到达斜面底端时，速度不同，木块移动的距离也不同，所以这样设计的目的是为了研究动能与速度的关系；得到的结论：质量相同的物体，物体的速度越大，动能越大。 （3）[4][5]小红想用B方案探究动能大小与质量的关系，该方案不合理；因为探究动能大小与质量的关系，必须控制速度相同，而不同物体在斜面的不同高度，导致物体到达斜面底端的速度不同，所以该方案不合理。 （4）[6]不能在光滑的玻璃板上进行，因为如果玻璃板是光滑的，没有摩擦力作用在木块上，根据牛顿第一定律可知，木块会永远运动下去，木块移动的距离大小无法确定，小车动能大小无法比较。 11．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验（如图所示），实验数据记录如表： 次数 钩码重/N 钩码上升距离/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升距离/cm 机械效率/% 1 2 10 0.8 30 83.3 2 4 10 1.5 30 88.9 3 6 10 2.2 30 90.9 (1)实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码升高； (2)分析以上实验数据可以得出结论：同一滑轮组的机械效率与 有关； (3)小明进一步研究时，先测出了动滑轮的重力，再计算出每一次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值，发现钩码的重力越大， （越大/越小/不变），请用所学知识进行解释： ； (4)另一实验小组改变动滑轮的重力，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出图像丁。分析可知：被提升物体的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越 （高/低）；分析图像丁中的A点可知，此时被提升物体的重力 。 A．一定大于12N            B．等于12N            C．一定小于12N 【答案】(1)匀速 (2)钩码重（或物重） (3) 越大 钩码越重，滑轮轴处摩擦力增大，对应的额外功增多 (4) 低 A 【详解】（1）测滑轮组的机械效率，需要缓慢匀速拉动绳子，并且要在拉动中读弹簧测力计的示数，此时整个系统处于平衡状态，拉力大小等于测力计示数。 （2）分析表格数据可知，三次实验机械效率不同是由于所提升钩码重力不同造成的。 （3）表示总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功，即为克服绳重和滑轮轴处摩擦所做的额外功。 第一次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值为 第二次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值为 第三次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值为 以上数据发现钩码的重力越大，ΔW越大。原因是：所挂钩码越重，滑轮轴处的摩擦力越大，绳重不变，所以克服摩擦做的额外功增多。 （4）[1]由图丁可知，被提升物体的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越低。 [2]由图象可知当G动=4N时，η=75%，若不计绳重和滑轮轴处摩擦，根据 故有 解得。 根据 当机械效率不变时，若考虑绳重和滑轮轴处摩擦，额外功会变大，则有用功也会变大，当物体提升高度不变时，物体的重力会变大，即物重应大于12N，故选A。 12．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、细线和质量相同的钩码若干个。 (1)如图A所示，实验前，杠杆右端上趐，则应将左端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节；实验时如图B，把杠杆调至水平位置平衡，目的是 ； (2)图C实验中，已知杠杆上每个小格长度为，每个钩码重为0.5N，当弹簧测力计斜向上拉（与水平方向成角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数等于 N； (3)图D实验中，弹簧测力计挂在点，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升； a.实验中，将一个质量为的钩码悬挂在点，匀速将杠杆拉至图中虚线位置，弹簧测力计示数为，钩码上升高度，弹簧测力计移动距离，则杠杆的机械效率： （用字母表示） b.取下质量为的钩码，将一个质量为2m的钩码悬挂在点，匀速提升相同的高度，杠杆的机械效率为，则 ；（＜/=/＞） c.若将同一物体分别悬挂在A、B两点，匀速提升相同的高度，杠杆机械效率分别为和，则 ；（＜/=/＞） d.若将同一物体悬挂在点，弹簧测力计分别挂在点和点时，竖直向上匀速使物体提高相同高度时，杠杆的机械效率分别为和，则 。（＜/=/＞） 【答案】(1) 右 便于测量力臂 (2)3 (3) ＞ ＜ = 【详解】（1）[1][2]调节杠杆在水平位置平衡，杠杆右端偏高，左端的平衡螺母应向上翘的右端移动，使杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂大小。 （2）当弹簧测力计与水平方向成30°角，动力臂长度为 根据杠杆平衡条件：F1×L1=F2×L2得 所以F1=3N。 （3）[1]在实验过程中，有用功是W有用=Gh，总功是W总=Fs，所以杠杆的机械效率是 [2]使用杠杆时，做的额外功主要是提升杠杆做的，两次做功时将同一杠杆提升相同的高度，做的额外功是相同的，而第二次是把质量较大的物体提升相同的高度，做的有用功增加了，根据 可知，第二次的机械效率大于第一次的。 [3]把同一物体分别挂在不同的点上，将物体提升相同的高度，两次做的有用功是相同的；但杠杆升高的高度不同，将物体挂在B点时，杠杆整体提升的高度小于将物体挂在A点时，即将物体挂在B点时做的额外功少，根据 可知，将物体挂在B点的机械效率大。 [4]将同一物体分别提升相同的高度，做的有用功是相同的；测力计挂在不同位置上，是测力计对杠杆的拉力不同、测力计升高的高度不同。但两次杠杆升高的高度是相同的，即做的额外功是相同的，在有用功和额外功相同的情况下，根据 可知，两次的机械效率相同。 13．在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组进行了三次实验如图甲、乙、丙所示，实验数据记录如表： 次数 钩码重G/N 钩码上升距离h/cm 拉力F/N 绳端移动距离s/cm 机械效率/% 1 2 10 0.8 30 83.3 2 4 10 1.5 30 ★ 3 6 10 2.2 30 90.9 (1)实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计。 (2)表格中★处数据应为 %（结果保留一位小数）。 (3)分析表中数据可知，采取 的措施来提升滑轮组机械效率。 (4)另一小组改变动滑轮重，提升同一物体多次实验，根据所测数据绘制出丁图象，分析可知：被提升物体重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 （选填“高”或“低”）。 (5)根据所学知识，滑轮组的机械效率还与绳重和摩擦有关，分析图丁中的A点可知，被提升物体所受的重力一定__________。 A．大于40N B．等于40N C．小于40N 【答案】(1)匀速 (2)88.9 (3)增加钩码重力 (4)低 (5)A 【详解】（1）实验中要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，这样测力计的示数才等于拉力的大小。 （2）对于表格中★处数据的计算，使用机械效率的计算公式。将第二次实验的数据代入公式，得到 （3）分析表中数据可知，在其它条件不变的情况下，通过增加钩码重（即提升物体的重力）来提升滑轮组的机械效率。这是因为有用功会随着物体重力的增加而增加，而额外功（主要由动滑轮重、绳重和摩擦产生）基本保持不变，所以总功​也会增加，但有用功在总功中所占的比例会增大，即机械效率提高。 （4）由图像可以看出，滑轮组的机械效率随动滑轮重力的增大而减小，所以，分析可知：被提升物体重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。 （5）若不考虑绳重和摩擦，根据 可得，若动滑轮重为10N、机械效率为80%，则被提升物体所受的重力为 但由于绳重和摩擦力，使额外功变大，根据 可知，在机械效率不变时，额外功增大，有用功也变大，若提升相同高度，物体的重力大于40N。 故选A。 14．用如图甲所示的装置验证杠杆平衡条件。 (1)实验时，要先将杠杆调至水平位置平衡，这是为了便于 ，若杠杆 侧翘起，则需将平衡螺母向右侧调； (2)一组实验数据如表所示，漏填的数据应为 N； 序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm ① 1 20 2 10 ② 2 15 1.5 20 ③ 5 1 15 (3)二组某次实验情景如甲图所示，发现要使杠杆水平位置平衡，测力计向下的拉力要超过测力计的量程，为完成实验，下列操作可行的是______； A．向左移动钩码的悬挂点 B．向右移动测力计的悬挂点 C．向左移动平衡螺母 D．向右移动平衡螺母 (4)三组实验后还发现，动力和动力臂成反比，造成此结果的原因是实验时未改变 ； (5)四组利用图乙装置估测一根非匀质金属棒的重心位置。此时金属棒在水平位置保持平衡，金属棒上A点下方的细线上悬挂一质量为m的小球，AO两点距离为l，需用天平测出 ，便能计算出金属棒重心到支点O的距离为 ；（用m、l及所测物理量符号表示） (6)实验完成后，小明想起，人们从地面上搬起重物时，常见的做法是直接弯腰（如图丙）或下蹲弯曲膝盖（如图丁）将重物搬起，哪种做法更好呢？下面建立模型说明这个问题。将人的脊柱简化为杠杆如图戊所示，脊柱可绕骶骨（轴）O转动，腰背部复杂肌肉的等效拉力F3作用在A点，其实际作用方向与脊柱夹角为12°且保持不变。搬箱子时的拉力F4作用在肩关节B点，在B点挂一重物代替箱子。用测力计沿F3方向拉，使模型静止，可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小。接着，改变脊柱与水平面的夹角即改变杠杆与水平面的夹角α，多次实验得出结论。 ①当α角增大时，F3 （选填“变大”、“变小”或“不变”）； ②如果考虑到人上半身的重力，那么腰背部肌肉的实际拉力将比图戊中的F3要 （选填“大”或“小”）； ③由以上分析可得， （选填“丙”或“丁”）图中的姿势比较正确。 【答案】(1) 测量力臂 右 (2)3 (3)B (4)阻力和阻力臂 (5) 金属棒的质量m1 (6) 变小 大 丁 【详解】（1）[1][2]实验前，如杠杆不在水平位置，左端向下倾斜，右端上翘，则应向右调节平衡螺母，如杠杆不在水平位置，右端向下倾斜，左端上翘，则应向左调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，此时支点到力的作用点的距离就是力臂，便于测量力臂大小。 （2）分析第③组数据，由杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知 F1×5cm=1N×15cm 解得F1=3N。 （3）A．向左移动钩码的悬挂点，会使动力臂变小，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力会变大，故A不符合题意； B．向右移动测力计的悬挂点，会使动力臂变大，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力会变小，故B符合题意； CD．在探究“杠杆的平衡条件”的实验中，加挂钩码后，不能通过调节平衡螺母使杠杆平衡，故CD不符合题意。 故选B。 （4）动力和动力臂成反比这个结论成立必须有前提条件，即保持阻力、阻力臂不变，在杠杆水平平衡时，动力与动力臂成反比，否则不成立。 （5）[1][2]用天平测出金属棒的质量m1，根据杠杆平衡的条件动力×动力臂=阻力×阻力臂，可知 G1L1=G×L2 即 m1gL1=mgl 则金属棒重心到支点O的距离 （6）[1]由图可知，当α角增大时，力臂L2变小；由于拉力F3的方向与脊柱夹角始终为12°且OA这段距离不变，则O点到作用线的距离不变，即动力臂不变，阻力为箱子的重力不变，根据杠杆平衡条件可知，F3变小。 [2]人上半身本身有重力，则阻力变大，那么腰背部肌肉的实际拉力将比图戊中的F3要大，更费力。 [3]比较丙、丁两种姿势可知，丙的支点太高，在搬起物体时，阻力臂减小得慢，则腰背部复杂肌肉的等效拉力，F3要比较长时间的使用较大的力，所以丙姿势不正确，丁姿势比较正确。 15．小李和小兰五一节假期游玩时捡到了一些鹅卵石，他们想知道这些鹅卵石的密度，便各自选取了一块鹅卵石，分别进行了如下实验： (1)小李利用天平和量筒等实验器材进行了实验： ①将天平放在水平桌面上，发现指针偏向分度盘中央刻度线的右侧，此时应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）移动，使天平横梁平衡； ②将鹅卵石放在天平左盘中，横梁恢复平衡时右盘中砝码质量和游码在标尺上的位置如图甲所示，则鹅卵石的质量为 g； ③用细线拴好鹅卵石，把它放入盛有30mL水的量筒中，水面到达的位置如图乙所示，则鹅卵石的密度为 kg/m3； (2)小兰利用杠杆制成了一根杆秤。她取来一块质量为60g的鹅卵石，将它挂在A处，且浸没于水中，在B处挂上1个50g钩码，杠杆恰好处于水平平衡，如图丙所示。测得OA=50cm，OB=40cm，则鹅卵石受到的浮力为 N，鹅卵石的密度为 g/cm3；在此基础上将OA、OB各增大1cm，杠杆将 （选填“左侧下降”“右侧下降”或“依然平衡”）（g取10N/kg）。 【答案】(1) 左 27.4 (2) 0.2 3 左侧下降 【详解】（1）①[1]把天平放在水平桌面上，将游码移到标尺左端的零刻度线处，发现指针指在分度盘中央刻度线的右侧，应将平衡螺母向左调节，使天平横梁在水平位置平衡。 ②[2]由图甲知，标尺的分度值为0.2g，游码所对应的质量为2.4g，鹅卵石的质量为 ③[3]如图乙所示，量筒的分度值为2mL，量筒鹅卵石和水的体积V2=40mL，鹅卵石的体积为 根据密度公式可得，鹅卵石的密度为 （2）[1]如图丙，杠杆恰好处于水平平衡，由杠杆平衡条件可得 所以，细线对A点的拉力为 根据物体间力的作用是相互的可得，细线对鹅卵石的拉力为 此时鹅卵石处于平衡状态，受力平衡，可得 所以，鹅卵石受到的浮力为 [2]此时鹅卵石完全浸没在水中，其排开水的体积等于鹅卵石的体积，根据阿基米德原理可得 所以，鹅卵石的密度为 [3]在此基础上将OA、OB各增大1cm，则左侧 右侧 故左侧下降。 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 学科网（北京）股份有限公司 $$