第十二章 专题训练 简单机械实验探究
1.利用如图所示的装置来探究“杠杆的平衡条件”。
(1)实验前,杠杆如图甲所示,可将杠杆右端的平衡螺母向___________(左/右)调节,使甲杠杆在水平位置平衡,这样做的好处是为了实验中便于___________。
(2)杠杆平衡后,如图乙所示,在杠杆点挂3个相同的钩码,可在杠杆的点挂___________个相同的钩码,就可使杠杆重新在水平位置平衡。
(3)如图乙所示,若用弹簧测力计在处竖直向上拉,保持点钩码数量和力臂不变,当弹簧测力计逐渐向右倾斜时,使杠杆仍然在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数将___________(变大/变小/不变),原因是:___________。
(4)保持点钩码数量和力臂不变,杠杆在水平位置平衡时,测出多组动力臂和动力数据,绘制了的关系图像,如图丙所示。请根据图像推算,当为时,为___________。
2.小明在探究“杠杆平衡条件”的实验中:
(1)小明实验前发现杠杆右端低,要使它在水平位置平衡,应将杠杆右端的平衡螺母向______调节(选填“左”或“右”);
(2)如图甲所示,在杠杆左边A处挂3个相同的钩码,要使杠杆在水平位置平衡,应在杠杆右边B处挂同样的钩码______个;
(3)如图乙所示,用弹簧测力计竖直向上拉,当弹簧测力计逐渐向右倾斜时,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”),其原因是______;
(4)做实验时,当杠杆由图乙的位置变成图丙的位置时,弹簧测力计的数将______(选填“变大”、“变小”或“不变”)。设杠杆质地均匀,支点恰好在杠杆的中心,并且不计支点处
的摩擦;
(5)探究了杠杆的平衡条件后,小明对天平上游码的质量进行了计算,他用刻度尺测出L1和L2(如图丁所示),则游码的质量为______g(利用测出的物理量表达)。
3.在“探究杠杆平衡条件”的实验中,所用的器材有:每格长度等距的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线,重力均为0.5N的钩码若干个。
(1)杠杆安装好后处于如图甲所示的静止状态,此时的杠杆是否平衡?______(选填“是”或“否”);为使杠杆在水平位置平衡,应将杠杆左端螺母向______边移动(选填“左”或“右”);
(2)如图乙所示,杠杆处于水平平衡状态.若将杠杆的两侧钩码都向支点移动一格,那么杠杆的______(选填“左”或“右”)端下沉;
(3)若将右侧的钩码换成弹簧测力计进行实验,依次将弹簧测力计挂在从1到5的位置竖直向下施加拉力,始终保持杠杆在水平位置平衡,如图丙所示。按1到5的顺序,弹簧测力计的示数会逐渐______(选填“变小”、“不变”或“变大”);下列图像能正确表示整个过程中弹簧测力计对杠杆的拉力F与其力臂l大小变化关系的是______;
(4)如图丁所示,弹簧测力计竖直向上拉杠杆,当钩码悬挂在杠杆上______(选填“A”、“B”、“C”或“D”)点时,杠杆在图示的位置处于平衡状态,且弹簧测力计的示数最小。
4.学习了杠杆知识后,小红用身边的物体来探究杠杆的平衡条件。她所选择的器材有:铅笔、橡皮若干(每块橡皮质量均为10g)、细线、刻度尺等。
(1)她将细线大致系在铅笔的中部位置,铅笔静止后的情形如图甲,若想调节铅笔水平平衡,她应将线向_______(选填“左”或“右”)移动。调节铅笔水平平衡在实验测量时还有一个优点,请你写出:_________。
(2)调节铅笔水平平衡后,她用细线绑定数量不等的橡皮挂在杠杆支点两侧,如图乙所示,下表为小红记录的实验数据。
动力 动力臂 阻力 阻力臂
0.2 0.02 0.1 0.04 0.004 0.004
据此小红得出如下结论:“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_________(选填“相符”或“不相符”),为了进一步完善实验,得出普遍规律,小红接下来的做法应该是_________。
A.改变力的大小 B.改变力的方向 C.改变力的作用点
(3)在实验过程中,铅笔水平平衡后,小红不小心将前端细长的铅笔芯弄断了(如图丙)她立刻将铅笔稳住并将铅笔芯放到左端细线下方固定(如图丁),松手后铅笔将_______;
A.左端下沉 B.右端下沉 C.仍然水平平衡
(4)学习了功的知识后,小红回看之前杠杆记录的数据,她想能否将表格中F1L1/N·m中的单位N·m换成J,根据功的定义,你觉得可以换吗 _________(选填“可以”或“不可以”)。
5.在“探究杠杆的平衡条件”实验中:
(1)为使图甲中杠杆在水平位置平衡,需将两端平衡螺母向______(选填“左”或“右”)端调节;
(2)图乙中,在已调平的杠杆A处挂两个钩码,则在B处需挂______个钩码时,杠杆才能继续保持在水平位置平衡;
(3)将图丙中弹簧测力计向右逐渐倾斜时,其示数将______(选填“变大”、“变小”或“不变”);
(4)实验中保持钩码个数及位置不变,多次收集数据并在坐标系中绘制出动力臂L1与动力F1的关系图象,由图象可知:当F1=0.5N时,L1=______cm;
(5)根据杠杆平衡的条件分析图丁可知:A端胡萝卜相比B端胡萝卜______ 。(选填“更重些”、“一样重”或“更轻些”)
6.如图是“利用杠杆测量玉石密度”的实验。
(1)如图甲所示,要使杠杆在水平位置平衡,应将平衡螺母向 ___________调节(选填“左”或“右”);
(2)如图乙所示,在溢水杯中装满水,将玉石缓慢浸没在水中,让溢出的水全部流入小桶A中,此时小桶A中水的体积 ___________玉石的体积(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(3)将玉石从溢水杯中取出,擦干后放入另一相同小桶B中,将装有水和玉石的A、B两个小桶分别挂在水平平衡的杠杆两端,移动两小桶在杠杆上的位置,直到杠杆在水平位置恢复平衡,如图丙所示。此时小桶A、B的悬挂点离支点O的距离分别为10cm和4cm,若不考虑小桶重力,ρ水=1.0×103kg/m3,则该玉石密度的测量值为 ___________kg/m3;
(4)若考虑小桶重力,则玉石的实际密度值比上述测量值 ___________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。
7.某同学选用相同的实验器材,用实验研究某个物理问题。实验过程以及可以得到的实验数据如图所示(他每次都是匀速提起钩码)。根据图中得到的信息,你认为该同学在研究________这一物理问题。
比较图中(a)、(b)两图可得出的初步结论是:_______。
比较图中(b)、(c)图可得出的初步结论是:_______。
8.在“探究动滑轮工作时的特点”活动中,小明用如图所示的动滑轮提升钩码,改变钩码的数量,在正确操作的情况下,测得的实验数据如下。
实验序号 钩码重G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳端移动的距离s/cm
① 1.0 10 1.1 20
② 2.0 10 1.7 20
③ 3.0 10 2.3 20
(1)分析表中数据发现,使用动滑轮提升物体时,拉力不等于物体重力的一半,而是大于物体重力的一半,其主要原因是_______。
(2)在某一次测量中,弹簧测力计不是沿竖直向上拉,而是斜向上拉,其他条件不变,动滑轮的机械效率将_______(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)小明进一步研究,测出动滑轮的质量为100g,计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△W=W总-W有-W轮,根据表格中的数据,发现重物的重力越大,差值△W_______(选“越大”、“越小”或“不变”),请你利用所学知识对此作出解释_______。
(4)某次实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数记为F,钩码重记为G,动滑轮重记为G′,绳自由端移动距离记为s,钩码提升高度记为h,不计绳子重及摩擦。则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中正确的是______。(多选)
A. B. C. D.
9.如图所示是小红同学探究影响斜面机械效率因素的实验装置,物体在沿斜面向上的拉力F作用下匀速向上运动。实验准备的器材有:三个质量不同的木块A,三条粗糙程度不同的长木板B,三个高度不同的长方体铁块C,刻度尺,弹簧测力计。
(1)下面是小红探究斜面机械效率与物重的关系时记录的有关数据
试验次数 斜面粗糙程度 重物的重力大小G/N 弹簧测力计的示数F/N 重物沿斜面移动的距离L/m 重物上升的高度h/m 机械效率η/%
1 较粗糙 2.0 1.51 0.80 0.40 66.2
2 较粗糙 2.5 1.89 0.80 0.40 66.1
3 较粗糙 3.0 2.26 0.80 0.40 66.4
通过分析数据,你可以得出结论______。
(2)上述实验中,保持斜面长度不变,将斜面高度改为0.2m,把一个重3N木块沿斜面匀速向上拉时,所需拉力为1.5N,则此时物体受到的摩擦力______N,斜面的机械效率是______。此过程中物体的机械能______(变大/变小/不变)。
(3)选择合适的木块A,斜面B,及铁块C后,斜面效率变为70%。此时匀速向上拉动A时,需要拉力4N,则此时物体受到的摩擦力为______N,选择的物体A重力为______N。
(4)小红猜想斜面的机械效率可能还与斜面的倾斜程度和斜面的粗糙程度有关,小红想研究斜面的机械效率与斜面的粗糙程度的关系。于是小红将三条粗糙程度不同的长木板放置成相同的倾斜程度,并将这三个不同物重的物体同时沿斜面匀速拉动相同的长度,测出弹簧测力计的示数,比较它们的机械效率,这种方案______(能/不能)得出结论,原因是______。
10.小聪在测量滑轮组机械效率的实验中,所用装置如图所示,实验中每个钩码重2N,测得的数据如表:
次数 钩码总重G/N 钩码上升的高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/%
1 4 0.1 1.8 0.3 74.1
2 6 0.1 2.4 0.3
3 4 0.1 1.4 0.5 57.1
4 4 0.2 1.4 1.0 57.1
(1)在实验中,测绳端拉力大小时,应使弹簧测力计竖直向上________状态进行读数(选填“缓慢拉动”或“静止”)。
(2)分析表中数据可知:第3次和第________次实验是按丙图
装置测机械效率的,分析以上两组实验数据可知,滑轮组的机械效率与物体被提升的高度________。
(3)请你帮助小聪计算出第2次滑轮组的机械效率为________%(保留1位小数),在第2次实验中,拉力F所做的额外功为________J。
(4)根据实验数据推测,使用图丙滑轮组将重6N的物体匀速提升0.1m,此时滑轮组的机械效率可能为________(只填序号)。
A.52.2% B.57.1% C.64.3% D.83.3%
11.某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。(图中每个滑轮重相等)
实验 次数 钩码重 G/N 钩码上升的 高度h/cm 绳端拉 力F/N 绳端上移 距离s/cm 机械 效率η
1 4 10 1.7 30 78.4%
2 4 10 1.6 40 62.5%
3 6 10 2.4 30
(1)在实验中,测量绳端拉力F时,应尽量___________拉动弹簧测力计。
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用________(填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验;
(3)通过第1次实验和第2次实验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,动滑轮越重,滑轮组的机械效率________(填“越高”“不变”或“越低”);
(4)第3次实验的机械效率η=_______;比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组,_________,机械效率越高;
(5)若每个滑轮的质量为100g,则第二次实验中克服摩擦做的额外功为_______ J。(不计绳重)
(6)物理学中把机械对重物施加的力与人对机械施加的力的比值叫作机械效益 MA ,用于比较不同机械的省力程度。现用图甲所示滑轮组匀速提升重物,不计绳重和摩擦。则下列描述滑轮组的机械效益 MA 与物体重力 G 、机械效率 η 与机械效益 MA 的关系图线中,可能正确的是 ( )
A.B. C. D.
12.用如图甲所示的装置探究滑轮组的机械效率η与哪些因素有关:
(1)实验时,应竖直向下拉动弹簧测力计,使挂在动滑轮下的钩码_________上升,若弹簧测力计向下拉动30cm,则钩码上升___________cm;
(2)改变动滑轮重,提升同一物体进行多次实验,获得多组数据并绘制出如图乙所示的图像。分析可知:被提升物体所受的重力相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越___________(大/小)。实验中,若在弹簧测力计静止时进行读数,则这样测出的机械效率与实际值相比将___________(偏大/偏小/相等);
(3)若不计绳重和摩擦,分析图乙可知,当G动=5N时,被提升物体所受的重力为___________N;
(4)改变被提升的物重,用同一滑轮组匀速提升物体进行多次实验,获得数据并绘制出图像。若不计绳重和摩擦,则下列图像中能粗略反映滑轮组的机械效率η与提升物重G关系的是___________。
(5)小组同学在交流讨论时,一位同学提出在探究“滑轮组的机械效率是否与物重有关”实验时,要尽量保证每次提升重物的速度必须相同。你________(同意/不同意)这位同学提出的观点。
参考答案
1.右 从杠杆上直接读出力臂 4 变大 弹簧测力计给杠杆拉力的力臂变小 0.5
2.左 4 变大 拉力的力臂变小了 不变
3.是 左 右 变小 A B
4.左 便于测量力臂 不相符 B B 不可以
5.左 4 变大 30 更重些
6.右 等于 偏大
7. 定滑轮的使用特点 使用定滑轮提起重物时,不能省力,但可以改变用力方向 使用定滑轮匀速提起相同钩码时,向各个方向的力都相等
8.还要克服动滑轮的重力及摩擦 减小 越大 AB
9.斜面的机械效率与物体重力无关 0.75 50% 变大 1.2 3 能
10.缓慢拉动 4 无关 83.3 0.12 C
11.直向上匀速 乙 越低 83.3% 提升物体的重力越大 0.2 C
12.匀速 15 小 偏大 20 C 不同意