第十一章 简单机械和功实验探究练习 2021—2022学年苏科版九年级物理上册（有答案）

第十一章 专题训练 简单机械和功实验探究
1．小明同学在做“探究杠杆平衡条件”的实验时，进行了如下操作：
（1）将杠杆悬挂在支点O上，如图甲所示，这时发现杠杆左端高、右端低，他应该将杠杆的平衡螺母向________端调节（选填“左”或“右”），才能使杠杆在水平位置平衡；
（2）杠杆水平平衡后，他在A点挂三个钩码，如图乙所示，那么B点挂________个相同的钩码，可使杠杆在水平位置重新平衡。
2．同学们共同研究滑轮和滑轮组的特点：
　　 　　
（1）他们研究定滑轮特点时，做的实验如甲图所示，据此可证明：使用定滑轮可以 ______，但不可以 ______；
（2）他们研究动滑轮特点时，用动滑轮匀速竖直提升重物，如乙图所示。据此可知，使用动滑轮可以 ______，但不可以 ______；
（3）他们组装滑轮组时，他们想：利用滑轮组提升重物能否省力呢？为此，他们进行的实验如丙图所示，物体的重力为2N，测力计的示数为0.8N，由图可知，利用滑轮组提升重物能 ______，如果物体被提升的速度是0.2m/s，绳子自由端移动的速度是______m/s。
3．在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，康维佳用滑轮组作了3组实验，实验数据记录如下
实验序号 钩码重/N 动滑轮重/N 钩码上升的高度/m 拉力/N 测力计移动距离/m 机械效率/%
1 3 1.0 0.1 1.4 0.3 71.4
2 3 0.5 0.1 1.2 0.3 83.3
3 6 0.5 0.1 2.2 0.3
（1）他所准备的实验器材有：滑轮，细绳，铁架台，重物，还需______和______；
（2）根据实验数据请在图中完成滑轮组的绕线。______
（3）实验过程中，应沿______方向______拉动绳子自由端的弹簧测力计。
（4）小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止时读数，你认为他的想法______ （正确/不正确），因为他没有考虑到______对滑轮组机械效率的影响。
（5）在进行第3组数据测量时，滑轮组的机械效率为_____。
（6）分析表中数据可知，同一滑轮组，物重______，滑轮组的机械效率越高。
（7）在进行第2组数据测量时，物体上升的速度为0.1m/s，则拉力F的功率为______W，滑轮组做的额外功为______J。
4．在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。
（1）为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用如图甲和乙所示的装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。
实验次数 滑轮材质 钩码重G/N 提升的高度h/m 有用功W有用/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功W总/J 机械效率η
1 铝 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 56%
2 铝 2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3 67%
3 铝 2 0.2 0.4 1.0 0.6 0.6 67%
4 塑料 2 0.2 0.4 0.8 0.6 0.48 83%
5 塑料 2 0.2 0.4 2.1 0.2 0.42 95%
①比较1和2两次实验发现：同样的滑轮组，提升的钩码___________，机械效率越高。
②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与___________有关。
③比较___________两次实验发现：同样的滑轮组，机械效率与提升钩码的高度无关。
④第5次实验室利用了图___________的装置完成的，判断依据是___________。
⑤图甲滑轮组，把重4N的物体用2.5N的拉力匀速提起，其机械效率为___________。
（2）小明用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用___________的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率；斜面的粗糙程度相同时，斜面越陡机械效率越高，其本质上是通过改变___________来减小额外功的。
（3）实验表明：额外功越小，总功越接近有用功；进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都___________。
5．小敏在利用斜面搬运物体A的过程中，提出了一个问题：“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有没有关系？”针对这个问题，他通过在斜面上匀速直线拉动物体进行了实验探究（如图所示），测得的实验数据如表所示：
实验序号 斜面的倾斜程度 物体重力G/N 物体上升高度h/m 沿斜面拉力F/N 物体移动距离s/m 有用功 W有/J 总功 W总/J 机械效率 η/%
① 较缓 5.0 0.10 1.6 0.50 0.50 0.80 62.5
② 较陡 5.0 0.15 2.2 0.50 0.75 1.10 68.2
③ 最陡 5.0 0.25 3.1 0.50 1.25 1.55
（1）根据表中的数据可求出第③次实验中斜面的机械效率是 ___________%；
（2）通过对上述实验数据的分析可知，斜面的省力情况与斜面倾斜程度的关系是：斜面越陡，越 ___________；
（3）通过对上述实验数据的分析，对斜面机械效率的问题可获得的初步结论是：在其他条件不变的情况下，斜面越陡，机械效率 ___________。
6．在“探究杠杆平衡条件”的实验中：
　　
（1）小华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，为了使杠杆在水平位置平衡，此时应向_____调节平衡螺母；
（2）如果利用如图乙所示装置进行实验，每个钩码重0.5N，杠杆平衡时弹簧测力计的读数应为_____N。如果保持弹簧测力计拉力作用点的位置不变，把弹簧测力计沿虚线方向拉，为了保证杠杆在水平位置平衡，其示数_____（选填“变大”“不变”或“变小”）；
（3）某次实验中，用如图丙所示的方式悬挂钩码，杠杆也能水平平衡（杠杆上每格等距），但老师却往往提醒大家不要采用这种方式。这主要是以下哪种原因_____；（选填字母）
A．一个人无法独立操作
B．需要使用太多的钩码
C．力臂与杠杆不重合
D．力和力臂数目过多
（4）某同学想利用杠杆的平衡条件来测量刻度尺的质量如图丁所示；
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将质量为M1的物体挂在刻度尺左边某一位置，向右移动刻度尺，直到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_________到支座的距离L2；
7．小飞用图甲装置来探究杠杆的平衡条件，设弹簧测力计和钩码对杠杆的拉力分别为动力 F1 和阻力 F2，l1 和 l2 分别表示动力臂和阻力臂。他的实验思路是：改变 F2、l1 和 l2，测得杠杆平衡时所需的拉力 F1，来寻找 F1、F2、l1 和 l2 四个物理量之间的关系。已知实验前已调节杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的量程为 0~5N，杠杆上每一格长 10cm。
（1）为便于测量力臂，弹簧测力计应沿_________方向拉杠杆，并使之在________位置平衡；
（2）小飞首先保持 F2 和 l1 不变而改变 l2，所获得的实验数据如图表格所示。第 1 次实验中弹簧测力计示数的放大图如图乙所示，则 F1=___________N；
实验次数 阻力 F 2/N 阻力臂 l2/cm 动力臂 l1/cm 动力 F1/N
1 4 33 30
2 4 18 30 2.4
3 4 7.5 30 1.0
（3）为获得更多组数据，小飞继续进行（2）中实验，为能顺利完成实验，在改变阻力臂 l2 时，l2应不超过________cm；完成上述实验后，小飞接下来还应进行的实验有：①保持________ 不变而改变 F2；②保持 F2 和 l2 不变而改变 l1。
8．如图所示，是小红在“探究杠杆的平衡条件”的实验。
（1）实验前她应先调节杠杆在水平位置平衡，其目的是便于测量______；
（2）杠杆平衡后，小红在图甲所示的A位置挂上两个钩码，可在B位置挂上______个钩码，使杠杆在水平位置平衡；
测量序号 动力F1/N 动力臂La/cm 动力F2/N 动力臂Lc/cm
1 1 20 2.0 10
2 2 15 1.5 20
3 3 5 15
（3）她改用弹簧测力计在图乙的C位置斜向下拉，若每个钩码重1N，当杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数将______2N；（选填“大于等于”或“小于”）
（4）上表是小丽实验中测得的数据，表中漏填的数据为______N；
（5）有的同学按照图甲方案得出如下结论:“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”，这个结论与杠杆平衡条件______（填“相符”或“不相符”），原因是______。
A．没有改变力的大小 B．没有改变力的方向
C．没有改变力的作用点 D．实验次数较少，结论具有偶然性
9．在生活和生产中，简单机械有着十分重要的作用。
（1）为了探究“杠杆的平衡条件”，小明用图1的装置进行实验。实验前，杠杆左端下沉，应将右端的平衡螺母向______调节（选填“左”或“右”），使杠杆在水平位置平衡便于测量力臂；
（2）小明用图2的实验装置探究滑轮组机械效率。实验中用同一滑轮组提升钩码，记录数据如下表。
实验次数 钩码的重力G/N 钩码提升的高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率
1 2 0.1 0.9 0.3 74.1%
2 4 0.1 0.3 83.3%
3 6 0.1 2.2 0.3
①由图2可知，第2次实验中弹簧测力计示数为________N；
②第3次实验中，滑轮组的机械效率为________%（结果保留一位小数）；
③分析实验数据可得：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。若提升同一物体时，减小动滑轮的重力，则滑轮组的机械效率________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（3）小明用图3的实验装置探究斜面的机械效率。发现斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用________的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。某次实验测得物重G=4N、斜面长s=1m、高h=0.2m，若机械效率η=80%，则物体在斜面上受到的摩擦力为________N。
10．巴蜀中学实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。
（1）在使用甲弹簧测力计时需要竖直向上_______拖动，若斜向上匀速拉动则弹簧测力计的示数会_______（选填“变大”、“变小”和“不变”）；
（2）从表中数据可分析出实验1是用图_______（选填甲或乙）做的实验；
（3）请将表中空白处天上恰当的数据（百分数保留到0.1%）
（4）通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的重量越重，滑轮组的机械效率越_______（选填“高”或“低”）；比较实验1和实验3可得结论：同一滑轮组，_______，可以提高滑轮组的机械效率。
实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械 效率%
1 4 0.1 1.8 0.3 74.1
2 4 0.1 1.4 0.5
3 6 0.1 2.4 0.3 83.3
11．如图所示是小明“测量斜面的机械效率”的实验装置。
（1）请计算坡度为60°时的斜面机械效率，并请将计算结果填入表格中：
斜面坡度 斜面粗糙程度 物重G（N） 斜面高度h（m） 沿斜面拉力F（N） 斜面长L（m） 有用功W有（J） 总功W总（J） 机械效率η（%）
30° 粗糙 0.5 0.20 0.35 0.4 0.10 0.14 71.4
60° 粗糙 0.5 0.28 0.45 0.4 0.14 0.18 ___________
（2）请你根据实验数据得出以下的结论：
结论1：沿粗糙程度相同的斜面的斜面向上匀速拉动同一物体时，斜面坡度 ___________（选填“越大”或“越小”）拉力越小；
结论2：在粗糙程度相同的条件下，斜面坡越大，机械效率 ___________。（选填“越高”或“越低”）
12．如图装置为某学生在科技创新大赛时发明的可以直接测量液体密度的“密度天平”。其制作过程和原理如下：选择一根长lm的杠杆，调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡。在左侧离中点10cm的A位置用细线固定一个质量为150g、容积为80mL的容器。右侧用细线悬挂一质量为50g的钩码（细线的质量忽略不计）。测量时往容器中加满待测液体，移动钩码使杠杆在水平位置平衡，在钩码悬挂位置直接读出液体的密度。
（1）在调节平衡螺母使该“密度天平”平衡时，若左端下沉，应将右侧平衡螺母向_______移动，直到杠杆水平平衡。
（2）该“密度天平”的“零刻度”应标在右端距支点___________cm处。
（3）该“密度天平”的最大称量密度值为___________kg/m3。
（4）若将钩码的质量适当增大，该“密度天平”的量程将_____（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（拓展）该同学还想利用此装置测量一小石块的密度，测量步骤如下：
①如图乙所示，用细线将小石块和钩码拴好，分别挂于杠杆两侧，并改变二者位置，使杠杆在水平位置平衡；
②分别测出小石块和钩码到支点的距离L1和L2；
③在容器中盛适量的水，将小石块浸没于水中，向_______（选填“左”或“右”）移动钩码，使杠杆在水平位置再次平衡，测出钩码到支点的距离L2′；
④小石块的密度ρ石=________。（用测量的物理量表示，水的密度为ρ水）
参考答案
1．左 2
2．改变力的方向 省力 省力 改变力的方向 省力 0.6
3．弹簧测力计 刻度尺 竖直向上 匀速 不正确 摩擦 90.9% 越大 0.36 0.05
4．越重 动滑轮轻重 2、3 乙 重物升高的高度和绳端移动的距离相同 80% 变滑动为滚动 减小摩擦阻力（减小重物对斜面的压力也算对） 不省功
5．80.6 费力 越高
6．左 变大 D 重心
7．竖直 水平 4.4 37.5 l2 和 l1
8．力臂 3 大于 1.0 不相符 B
9．右 1.6 90.9 变大 减小接触面的粗糙程度 0.2
10．匀速 变大 甲 低 提升的物体越重
11．77.8 越小 越高
12．右 30 1.25×103 增大 左