【备考2020.难点直击】科学二轮复习 （物理） 设备原理探究

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【备考2020.难点直击】科学二轮复习 （物理） 设备原理探究
一、密度计
1.小明在学完浮力后认识了密度计，将其放入液体中，当它竖立静止时，与液面相交的读数即为待测液体的密度。

（1）如图甲、乙所示，让同一支密度计分别静止在水和酒精中，密度计两次受到的浮力关系是F水________F酒精(选填“>”“=”或“<”)；
（2）小明将一根玻璃管的下端缠绕了适量铜丝，初步做成了一支密度计(如图丙)；为了给密度计标上刻度，他进行了如下实验
a.将其放入水中，竖立静止后，做好标记为A，在密度计上与水面相平处标上水的密度值1.0g/cm3；
b.如将其放入密度为1.1g/cm3的某液体中，用同样的方法在密度计上标上密度值，你认为刻度1.1应该标在________点(选填“p”或“q”)，说说你的理由________。
2.小柯在一根一端密封的空心玻璃管下端绕上一段细铁丝，制成一支自制密度计，用它来测量液体密度，测量过程中杯内液体总量没有变化。

（1）当密度计在杯中漂浮时，液面高度在A处（如图甲）。 此时，密度计受到的浮力________?重力（选填“＜”、“=”或“＞”）。
（2）使用中，小柯发现细铁丝很容易滑落，于是他改变这段细铁丝的形状，并把铁丝置于玻璃管内，再次测量同一杯液体密度（如图乙），杯中液面将________?（填“上升”、“下降”或“仍在A处”）。
3.小科学习了浮力知识后，想利用一弹簧测力计和一铁块制作一个测定液体密度的仪器，如图所示。（铁的密度为ρ铁=7.9×103kg/m3）
（1）首先，他称得此铁块的重力为G=7.9N，然后将金属块浸没在待测液体中，设此时弹簧测力计的示数为F，则待测液体的密度表达式为ρ=________（用G、F、ρ铁表示）。小科依据此规律，在测力计右侧标注出了液体的密度值，做成了一支密度计。
（2）当利用该此密度计测某液体密度时，指针在7.1N的位置，则该刻度应标记为________kg/m3。
（3）图中能正确反映液体的密度ρ与测力计示数F之间关系的是________。

（4）水银的密度是水的十几倍，利用该密度计能否测出水银的密度并说明理由：________。
4.学习了浮力知识后，小明和小晨分别展开了科学探究。
小明想利用一弹簧测力计和一铁块制作一个测定液体密度的仪器，如图所示。（ρ铁为7.9×103kg/m3）
?
（1）首先，他称得此铁块的重力为G＝7.9N，然后，将金属块浸没在待测液体中，设此时弹簧测力计的示数为F，则待测液体的密度表达式为ρ＝________（用题目中的符号G、ρ铁、F表示）．小明依据此规律，在测力计右侧标注出了液体的密度值，做成了一支密度计。
（2）当利用该密度计测某液体密度时，指针在6.9N的位置，则该液体的密度为________kg/m3。
（3）图中能正确反映液体的密度ρ与测力计示数F之间关系的是________。
（4）水银的密度是水的十几倍，利用该密度计________（选填“能”或“不能”）测出水银的密度。
小晨设计了一个实验，用排水法测某实心金属块的密度．实验器材有小空桶、溢水烧杯、量筒和水．实验步骤如下：

①让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中，如图甲；
②将金属块浸没在水中，测得溢出水的体积为20毫升，如图乙；
③将烧杯中20毫升水倒掉，从水中取出金属块，如图丙；
④将金属块放入小空筒，小空筒仍漂浮在水面，测得此时溢出水的体积为44毫升，如图丁．
请回答下列问题：
（5）被测金属块的密度是________克/厘米3 ．
（6）在实验步骤③和④中，将沾有水的金属块放入小空筒，测出的金属块密度将________（选填“偏大”、“不变”或“偏小”）．
5.小明按照教材中“综合实践活动”的要求制作简易密度计．

（1）将吸管放到水中的情景如图（a）所示，测得浸入的长度为H；放到另一液体中的情景如图（b）所示，浸入的长度为h．用ρ液、ρ水分别表示液体和水的密度，则ρ液________ρ水（=/＞/＜），h与ρ水、ρ液，及H的关系式是h=________.
（2）小明根据图（a）在吸管上标出1.0刻度线（单位g/cm3，下同），再利用上述关系式进行计算，标出了0.8、0.9、1.1、1.2的刻度线（图中未画出）．结果发现，1.1刻线是在1.0刻线的________（上/下）方，相邻刻线的间距________（均匀/不均匀）．
（3）为检验刻度误差，小明取来食油，先用天平和量筒测量其密度，然后再用这个密度计测量．但操作时却出现了图（c）所示的情形，这让他很扫兴．难道实验就此终止了吗，根据经验或思考，在不更换食油的情况下，你认为可以进行怎样的尝试：________．
二、浮力称
6.曹冲称象”是家喻户晓的典故。某校兴趣小组模仿这一现象，制作了一把“浮力秤”。将厚底直筒形状的玻璃杯浸入水中，如下图所示。已知玻璃杯的质量为200g，底面积为40cm2 ， 高度为20cm（水的密度ρ水＝1×103kg/m3 ?）求：

（1）将杯子开口向上竖直放入水中时（注：水未进入杯内），杯子受到的浮力。
（2）此时杯子浸入水中的深度（即为该浮力秤的零刻度位置）。
（3）此浮力秤一次能测量的最大质量是多少？









7.某同学学习了浮力的有关知识后，制作了一台“浮力秤”，可方便地称量物体的质量，其构造如图所示。已知小筒底面积为0.01m2 ， 小筒和秤盘总重为0.6N。

（1）如图甲，当秤盘上不放物体时，小筒受到的浮力是多少?
（2）该浮力秤零刻度标在小筒上何位置处?
（3）如图乙，在秤盘上放一物体后，小筒浸入水中的深度h为0.1m，则该物体的质量为多少?(g取10N/kg)




8.某科技小组的同学利用学到的浮力知识制作一个浮力秤。他们找来一个空饮料瓶，剪掉瓶底，旋紧瓶盖，在瓶盖处系一块质量适当的小石块，然后将其倒置在水里，如图所示，已知该饮料瓶圆柱状部分的横截面积为50cm2 ， 总重为0.6N。当瓶中不放被测物体时，水面所对位置为零刻度，再利用适当的方法完成刻度。使用时，只要把被测物体放入瓶中，从水面所对的刻度就可以直接读出被测物体的质量。

（1）装置中小石块的作用是________。
（2）饮料瓶中放上200g物体后，200g刻度线与零刻度线的距离是________cm。
（3）利用浮力的知识证明这种浮力秤的刻度是均匀的。(已知放入物体的质量为m，圆柱部分的横截面积为S，对应刻度线与零刻度线的距离为h，水的密度为ρ)


三、杠杆原理
9.小华在做“探究杠杆平衡条件”实验的装置如图所示，杠杆上相邻刻线间的距离相等
?
（1）杠杆在如图甲所示的位置静止时________（选填“是”或“不是”）处于杠杆平衡状态的．
（2）为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向________（选填“左”或“右”）端调节．
（3）如图乙所示，杠杆在水平位置平衡后，在 A 点挂两个钩码，每个钩码重0.5N，在B点
竖直向下拉弹簧测力计，仍使杠杆水平位置平衡，此时弹簧测力计的示数应为________N．
（4）小华改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是________．（填减少误差或实验结论具有普遍性）
（5）始终竖直向下拉弹簧测力计，使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度，如图丙所示，弹簧测力计拉力的大小________。（填变大、变小或不变）
10.在“探究杠杆平衡条件”的实验中：
?
（1）小科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，此时杠杆处于________（选填“平衡”或“不平衡”）状态。
（2）进行正确的实验操作后，得到的数据为F1=6N、L1=20cm、F2=4N和L2=30cm。小科根据这些数据得出探究结论，小明认为不合理。理由是：________。
（3）小科想利用杠杆的平衡条件来测量刻度尺的质量。
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如图乙所示，将质量为M1的物体挂在刻度尺左边某一位置，使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和刻度尺的重心到支座的距离L2；
③根据杠杆的平衡条件，可以计算出刻度尺的质量m=________（用题目中所给物理量表示）。
11.在“研究杠杆平衡条件”的实验中：

（1）杠杆两端的平衡螺母的作用是：调节杠杆在________位置平衡。
（2）如图甲所示的杠杆已处于平衡状态，若左端所挂重物的重力是1N，则弹簧测力计的示数________2N。如果要便于测量力臂，那么弹簧测力计应沿________方向拉着杠杆。
（3）如图乙所示，在杠杆左端某一固定位置挂一个重力G=10N的物体，在杠杆右端不同位置处施加不同的竖直向下的力F，保证杠杆处于平衡状态。根据多次测量的F-L数据，画出如图丙所示图线，由图丙可得出杠杆平衡的条件是F与L成________比。
12.为什么要引入力臂的概念，为了探究此课题，小白制作了一个“杠杆力臂演示仪”。杠杆后衬一张硬纸板，上面画等距的同心圆，最小圆半径为 1 厘米，外侧的圆半径依次增加1 厘米，杠杆的支点在圆心上，左边与支撑架之间连接一条橡皮筋，用弹簧测力计在杠杆的右边拉，让其在水平位置平衡。

（1）如图甲弹簧测力计竖直向下拉至杠杆保持水平时，测得F1=4牛，在如图乙（图甲的位置向外移一格）位置竖直向下拉至杠杆水平时，F2=3牛。比较F1和F2大小不相等，但力的作用效果却相同，是因为弹簧测力计作用在杠杆上的________变化了。
（2）如图丙改变弹簧测力计拉力的方向，作用点与图乙一样，仍使杠杆保持水平平衡，弹簧秤的示数F3将________（选填“变大”或“变小”），是因为力的作用效果跟力的的方向有关，方向变了，产生同样的效果，力的大小也将会改变。
（3）如图丙当弹簧测力计测得F3=4牛时停下，比较图甲，为什么甲、丙两种情形中的拉力（F3=F1=4牛），我们有一个基本的信念，甲、丙两种情形有相同的结果，必有相同的因素，观察甲、丙，拉力的作用线与第________个圆周相切；猜想：“只要拉力的作用线与同一个圆周相切，拉力的大小都相等。
（4）这个猜想是否正确，需要用新的事实进行验证。如图丁测得F4=4牛，实验证实了这个猜想，这个相同的因素，我们用“________距离”来表达，给它一个名称叫“力臂”。
13.在“探究杠杆平衡条件”实验中，小科用一块T形板对实验装置进行改进。如图甲所示，T形板上有槽口ab和卡口cd，T形板通过槽口ab可以绕着杠杆的0点自由旋转并上下移动，弹簧测力计与一根质量可以忽略的碳素细棒MN相连，碳素细棒MN刚好卡入T形板的卡口cd，如图乙所示。

（1）小想认为要完成这个实验，还需要一把刻度尺，但小科认为只要在T形板上稍微进行改进，不添加器材也可完成实验。小科对T形板进行的改进方法是 ________。
（2）利用这个装置进行实验的优点为：________。
（3）小科在实验过程中，保持阻力、阻力臂不变，在杠杆水平平衡时，测出每一组动力臂L1和动力F1的数据，并利用实验数据绘制了F1与L1的关系图像，如图丙所示。请根据图像推算，当L1为5cm时，F1为________N。
14.某同学制作了直接测量液体密度的“密度天平”．其制作过程和原理如下：如图甲所示，选择一个长杠杆，调节两边螺母使杠杆在水平位罝平衡；在左侧离支点10cm的位罝A用细线固定一个质量为110g、容积为50mL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）。

【测量过程】将下对实验空白处补充完整：
（1）调节杠杆平衡时，发现杠杆左端下沉，需将平衡螺母向________端调节（填“左”或“右”）；测量液体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，在钩码悬挂位罝直接读出液体密度。
（2）当容器中没有液体时，钩码所在的位置即为“密度天平”的“零刻度”，“零刻度”距离支点O________cm。
（3）若测量某种液体的密度时，钩码在距离支点右侧31cm处，则此种液体的质量为________g，液体的密度为________g/cm3。
（4）若此“密度天平“的量程不够大，可以采用________的方法增大量程（写出一种即可）。
（5）【拓展应用】若杠杆足够长，用此“密度天平”还可以测量固体的密度．先在容器中加满水，再将待测固体轻轻浸没在水中，溢出部分水后，调节钩码的位置，使杠杆水平平衡，测出钩码离支点O的距离为56cm；用量筒测出溢出水的体枳如图乙所示，则固体的密度为________g/cm3（已知ρ水=1.0g/cm3）。
15.在“探究杠杆平衡条件的实验”中：

（1）如图甲所示，实验前，杠杆左端下沉，则应将左端的平衡螺母向________调节（选填“左”或“右”），直到杠杆在水平位置平衡，目的是便于测量________。
（2）如图乙所示，杠杆上的刻度均匀，在A点挂4个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在B点挂________个相同的钩码；当杠杆平衡后，将A、B两点下方所挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格，则杠杆________（选填“能”或”不能“）在水平位置保持平衡。
（3）如图丙所示，若不在B点挂钩码，改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，使杠杆仍在水平位置平衡，当测力计从a位置转动b位置时，其示数大小将________。
（4）如图丁所示，已知每个钩码重0.5N，杠杆上每小格长度为2cm，当弹簧测力计在C点斜向上拉（与水平方向成30°角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡时，拉力F的力臂大小为________cm，弹簧测力计示数的大小为________N。
四、滑轮原理
16.小凡同学在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中，装置图如图所示。
实验次数 物重G/N 测力计的示数F/N
1 1.00 0.65
2 1.50 0.90
3 2.00 1.15


（1）在探究定滑轮时，照图乙操作，觉得读数不方便，于是把测力计倒过来，即测力计吊环系在拉绳上，用手拉挂钩，测力计的示数会________?（“变大”、“变小”或“不变”）,其理由是________。
（2）在探究动滑轮时，照图丙操作，记录数据如下表，分析数据发现，测力计的示数F大于物重G的一半，与课本结论存在差异，其原因是________。 请给出一条减小此差异的建议________。
17.在探究动滑轮使用特点的实验中，各小组按照如图所示的实验器材进行实验，每个小组的实验器材都相同（摩擦力可忽略不计）。

甲小组按照实验要求在滑轮上挂上钩码，竖直向上拉弹簧测力计，每次都匀速提起钩码，如图（a)所示。乙、丙两个小组的同学实验时，没有注意按照要求规范操作，他们斜向上拉弹簧测力计，匀速提起钩码，实验情况分别如图（b）、（c）所示。各小组的实验数据记录在表格中。
表一（甲小组） 表二（乙小组） 表三（两小组）
实验序号 物体的重力（牛） 弹簧测力计的示数（牛） 实验序号 物体的重力（牛） 弹簧测力计的示数（牛） 实验序号 物体的重力（牛） 弹簧测力计的示数（牛）
1 1.0 0.6 4 1.0 0.7 7 1.0 0.8
2 2.0 1.1 5 2.0 1.3 8 2.0 1.6
3 3.0 1.6 6 3.0 1.8 9 3.0 2.3

（1）由所学知识我们知道：若不计绳重和摩擦，使用动滑轮可以省一半的力，根据以上小组的实验，请求出他们所用动滑轮的重力为 ________N。
（2）分析比较实验序号1、4、7（或2、5、8或3、6、9）的实验数据和相关条件，得出的初步结论是________?。
（ 3）如果家里安装日光灯，你认为更合理的为________?图（填“甲”或“乙”）。



实验次数 钩码所受重力G/N 提升高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/cm 机械效率
1 2 0.1 1.0 0.3 667%
2 4 0.1 1.7 0.3 78.4%
3 6 0.1 2.4 0.3

18.在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同的钩码，分别做了三次实验，实验数据记录在图表中．

（1）在实验过程中，应沿竖直方向________拉动弹簧测力计．
（2）在第3次测量中，滑轮组做的有用功是________?J，机械效率为　________?．
（3）分析表中数据可得出：同一滑轮组，提升钩码越重，机械效率越________?（填“高”或“低”）．
19.物理实验要遵循实事求是的原则。小明同学在“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验中， 完成了如图所示的实验并记录了数据。
实验次数 物重G/N 使用定滑轮时测力计的示数F1/N 使用动滑轮时测力计的示数 F2/N
1 1.00 0.60 0.65
2 1.50 1.10 0.90
3 2.00 1.60 1.15


通过分析数据，她觉得与书中的结论有较大偏差。你一定也做过这样的实验，回想你的实验经历，回答下列问题：
（1）在使用定滑轮时，测力计的示数总是小于物体的重力， 这与使用定滑轮不省力相矛盾，请仔细观察实验装置图， 分析造成这一现象的原因是________；
（2）在使用动滑轮提升物体时，测力计的示数也不等于物重的一半。小明猜想是由于动滑轮本身也有重力且绳子与滑轮之间有摩擦的缘故，你同意小明的猜想吗？________。如果不考虑绳子与滑轮之间的摩擦，利用小明测得的数据可求出动滑轮的重力为________?N。
实验次数 物重
（N） 物体上升的高度
（m） 拉力（N） 绳子自由端移动的距离（m） 机械效率（%）
1 1 0.1 0.6 0.2 83.3
2 1 0.1 0.4 0.4 62.5
3 2 0.1 0.65 0.4 76.9
4 1 0.2 0.6 0.4 83.3

20.某班同学在“探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关”时，他们猜想滑轮组的机械效率可能与动滑轮的个数、物重和物体上升的高度等因素有关，各小组利用如图所示的装置进行验证，杨阳那组得到的实验数据如表：

（1）比较第1、2次实验数据得出：用不同的滑轮组提升相同的物体，动滑轮个数越多，________?；比较第2、3次实验数据得出：同一个滑轮组，提升的物体越重，________?；比较第1、4实验数据得出：同一个滑轮组的机械效率与物体上升的高度________ ．
（2）在测拉力时，某同学觉得很难使测力计做匀速直线运动，不便于读数，就让弹簧测力计处于静止状态时才读数，该同学的读数与实际相比________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”），测得机械效率________（选填“偏高”、“偏低”或“不变”），说明滑轮组的机械效率还与________?有关．
（3）有两个组所用的动滑轮重量相同，提升的物体也相同，测的机械效率却不同，原因可能是绳子滑轮或滑轮轴之间的________不同，影响了测量结果．所以，我们在生活中经常给各种机械加润滑油，是为了________?它的机械效率．


答案解析部分
一、密度计
1.【答案】 （1）=（2）q；都漂浮在液面上，浮力相等，液体密度越大，浸入液体中的体积就越小
2.【答案】 （1）=（2）仍在A处
3.【答案】 （1）（2）800（3）C（4）不能， 铁块无法进入水银中
4.【答案】 （1）ρ铁（2）1×103（3）丙（4）不能（5）3.2（6）不变
5.【答案】 （1）＞；ρ水H/ρ液（2）下；不均匀
（3）再向容器中加油或用更深的容器盛放食用油然后用这个密度计测量
二、浮力称
6.【答案】 （1）杯子漂浮在水面上时，
它受到的浮力F浮=G=mg=0.2kg×10n/kg=2N；
（2）此时杯子排开水的体积为：；
此时杯子浸入水中的深度为：；
（3）当浮力秤达到最大称量时，
它受到的浮力为：；
那么称量的最大重力为：G最大=F浮-G=8N-2N=6N；
那么最大称量的质量为：。

7.【答案】 （1）∵当秤盘上不放物体时，小筒漂浮∴小筒受到的浮力：F浮=G0=0.6N
（2）当秤盘上不放物体时V排= =6×10-5m3；h= =6×10-3m=6mm∴浮力秤零刻度标在小筒上距离筒底6mm的位置
（3）①此时小筒受到的浮力：F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m2×0.1m=10N②因为漂浮，所以物体、小筒和秤盘总重：G总=F浮=10N则物体的重：G=G总-G0=10N-0.6N=9.4N物体的质量：m= = =0.94kg
8.【答案】 （1）降低重心，使塑料瓶竖立（2）4
（3）浮力秤始终漂浮在水面，因此排开水的体积增加量；
此刻度线距离0刻度线的距离：； 即：；
因为此刻度线距离0刻度线的距离△h与质量m成正比，所以浮力秤的刻度是均匀的。

三、杠杆原理
9.【答案】 （1）是（2）右（3）1.5（4）实验结论具有普遍性（5）不变
10.【答案】 （1）平衡
（2）一次实验获得的实验数据有偶然性，不能反映普遍规律（3）M1L1/L2
11.【答案】 （1）水平（2）大于；竖直（3）反
12.【答案】 （1）作用点（2）变大（3）3（4）从支点到力作用线的
13.【答案】 （1）在T形板的槽口ab上标上刻度
（2）可以改变拉力方向，且方便测量出相应的力臂长度，使实验结论更加可靠（3）6
14.【答案】 （1）右（2）223）45；0.9（4）增加杠杆的长度（5）5
15.【答案】 （1）右；力臂的大小（2）6；不能（3）变大（4）4；3
四、滑轮原理
16.【答案】 （1）变小；忽略了测力计的重力
（2）动滑轮本身有重力；将动滑轮的重力计算在提升的物体的重力里;换用质量更小的动滑轮等，合理即可
17.【答案】 （1）0.2（2）拉力与竖直方向夹角越大，拉力也越大（3）甲
18.【答案】（1）匀速（2）0.6；83.3%（3）高
19.【答案】 （1）弹簧测力计本身有重力（2）同意；0.3
20.【答案】（1）机械效率越低；机械效率越高；无关（2）偏小；偏高；运动状态（3）摩擦；提高











































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