专题16 简单机械与机械能相关实验【四大题型】-【好题汇编】备战2023-2024学年八年级物理下学期期末真题分类汇编（人教版）

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【题型一 探究物体的动能跟哪些因素有关】
1．（2023•济宁期末）小希用如图1所示的实验装置探究影响物体动能大小的因素。
（1）本实验运用了物理研究方法中的转换法：用 木块被推动的距离 来表示小球动能的大小。
（2）小希通过实验探究。发现质量和速度都是影响动能大小的因素，得出实验结论后，又提出了新的问题：物体的质量和速度对物体动能的影响一样大吗？小希查阅了相关资料，收集了一些物体的动能（如表所示），结合生活经验分析表中数据，你认为在“质量”和“速度”这两个因素中，对物体动能影响较大的是 速度 。
（3）如图2为某段道路的标志牌，请结合所学知识解释：
①对机动车限定最高行驶速度： 质量一定，速度越快动能越大 。
②对不同车型限定不一样的最高行驶速度： 速度相同时，质量越大动能越大 。
（4）用如图1中的使用装置和器材探究阻力对物体运动的影响，必须增加的器材是 B （请从以下三个选项中选择）。
A．倾斜程度不同的斜面
B．粗糙程度不同的水平面
C．质量不同的钢球。
解：
（1）探究物体动能大小与哪些因素有关时，物体动能的大小无法直接体验，所以通过小球对木块外做功的多少来体现小球动能的多少，即通过木块被推动的距离来判断小球动能的大小，用到的是转换法；
（2）由表中的数据知牛的质量大，速度小，动能小；子弹的质量小，速度大，动能大，说明速度对物体动能的影响更大；
（3）①机动车质量一定，速度越快，动能越大，刹车时制动距离越大，容易出现交通事故，所以要限速行驶；
②在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，质量大的动能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同；
（4）探究阻力对物体运动的影响，需要比较小车在不同表面上运动的距离，据此可知必须增加的器材是粗糙程度不同的水平面，故B正确。
答案：
（1）木块被推动的距离；
（2）速度；
（3）①质量一定，速度越快动能越大；②速度相同时，质量越大动能越大；
（4）B。
2．（2023•洛阳期末）实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能的大小与质量和速度的关系”。将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。
（1）本实验使钢球获得动能的操作方法是 将钢球从某一高度由静止释放 ，钢球动能的大小是通过观察 木块运动的距离 来判断的。
（2）从表中数据可以看出，他们让质量不同的钢球从相同高度摆下，使钢球到达竖直位置的 速度 相同，从而探究动能与 质量 的关系。
（3）在第3次实验中，木块被撞后滑出木板，需要重做第3次实验，甲同学建议换用同样较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度。你认为应当采用 甲 同学的建议。
（4）由上述实验数据和现象可得出结论： 在速度一定时，质量越大动能越大 。
解：（1）让钢球从某一高度由静止释放，使钢球获得动能；钢球动能的大小是通过钢球对木块做功的多少来体现出来的，木块运动的距离越长，就表示钢球的动能越大；
（2）使质量不同的钢球从相同的高度摆下，可使钢球到达竖直位置时速度相同，从而探究动能与质量的关系；（3）三次实验的目的是探究动能的大小与质量的关系，所以第3次实验应保证钢球的质量、木块的质量、钢球下摆的高度都不变，现做实验时木块被撞后滑出木板，所以应换用同样较长的木板，应采用甲的建议；
（4）由表中的数据知：速度一定时，质量越大动能越大。
答案：（1）将钢球从某一高度由静止释放；木块运动的距离；（2）速度；质量；（3）甲；（4）在速度一定时，质量越大动能越大。
3．（2023•阳江期末）如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图。
（1）该实验装置要探究的是物体动能的大小与物体 速度 的关系（物体A、B质量不变）；
（2）该实验中所探究物体的动能是指物体 A （选填“A”或“B”）的动能；
（3）该实验物体动能的大小是通过 物体B移动的距离 来反映的；
（4）该实验物体的速度是指物体A从斜面上由静止滚下与物体B即将碰撞时的速度，它是通过 高度 （选填“高度”或“质量”）来改变的；
（5）实验表明，同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，物体B被撞得越远，可得结论 当物体质量相同时，物体的速度越大，动能越大 ；
（6）若要研究物体动能与质量的关系，则需不同质量的物体从斜面 相同 高度由静止滚下，并观察记录。
解：（1）动能的大小与物体的质量和速度都有关系，因此探究“物体动能的大小与什么因素有关？”的实验中，要探究的是物体动能的大小与物体速度的关系；
（2）该实验研究的主体是小球A，研究的是小球A动能的大小与速度和质量的关系；
（3）该实验中小球动能的大小是通过物体B移动的距离体现的，B被撞的越远，说明小球的动能越大，被撞的越近，说明小球的动能越小，这里采用了转换法的思想；
（4）该实验物体的速度是指物体A从斜面上静止滚下与物体B碰撞时碰撞前A的速度，这个速度的大小是通过控制小球A在斜面上的高度改变的；
（5）同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，物体B被撞得越远，说明动能越大，可得结论为：当物体质量相同时，物体的速度越大，动能越大；
（6）为了研究物体动能与物体质量的关系，实验中多次让不同质量的物体从斜面同一高度上静止滚下时，控制了小球的速度相同，应改变物体A的质量。
答案：（1）速度；（2）A； （3）B被撞的距离大小； （4）高度；（5）当物体质量相同时，物体的速度越大，动能越大；（6）相同。
4．（2023•泉州期末）兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究：
【提出问题】汽车的动能大小跟什么因素有关？
【猜想假设】由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟 速度 有关；由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟 质量 有关。
【进行实验】他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止开始滚下，碰到水平面上的物块，将物块撞出一段距离。物块被撞击得越远，说明金属球到达水平面时的动能就越 大 。
【分析论证】分析甲、丙两图的实验现象，可以初步得到的结论是： 质量一定时，物体的速度越大，动能越大 。
【实践应用】用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车 超载 （选填“超载”或“超速”）行驶时危险性大的原因。
解：“十次车祸九次快”指的是汽车的动能与速度有关，“安全驾驶莫超载”指的是汽车的动能与质量有关；
物块被撞击得越远，说明物块在水平面做的功越多，那么金属球到达水平面时的动能就越大。
分析甲、丙两图可知，此时物体的质量相等，到达水平面的速度不同，甲图小球到达水平面的速度越大，物体被撞击得更远，说明质量一定时，物体的速度越大，动能越大。
分析甲、乙两图可知，此时物体的质量不相等，初始速度相同，甲图小球的质量越大，物体被撞击得更远，可以解释汽车超载行驶时危险性大的原因。
答案：
【猜想假设】速度；质量；
【进行实验】大；
【分析论证】质量一定时，物体的速度越大，动能越大；超载。
【题型二 探究物体的势能跟哪些因素有关】
5．（2023•上海期末）如图所示是研究重力势能的大小与哪些因素有关的一种实验装置。某小组同学每次都让重锤从高处由静止下落，砸到铁钉上。他们观察到：在不同情况下，铁钉进入泡沫塑料的深度不同，深度越大，表明重锤对铁钉做的功越大，即重锤具有的重力势能越大。他们用m表示重锤的质量，H表示重锤升起的高度，h表示铁钉进入泡沫塑料的深度，并将实验数据详细记录在下面的表格中。
（1）分析比较实验序号1与2（或3与4或5与6）的数据及观察到的现象，可得出的初步结论是： 在质量相同的情况下，举得越高的物体，具有的重力势能就越大 。
（2）分析比较实验序号 1与4（或3与5） 的数据及观察到的现象，可得出的初步结论是：在高度相同的情况下，物体的质量越大，具有的重力势能就越大。
（3）进一步综合分析比较实验序号1与3，2与5或4与6中的实验数据，可得出的结论是： 物体的质量与举起的高度的乘积相等时，物体具有相同的重力势能，对铁钉做的功也相同 。
（4）进一步综合分析比较实验序号1与3、2与5和4与6中的实验数据，可得出的结论是： 物体的质量与高度的乘积越大，具有的重力势能越大，做的功也越大 。
解：（1）实验序号1与2（或3与4或5与6）的数据可知，重锤质量均相同，重锤举得越高，铁钉进入泡沫塑料深度越大，故可得出的结论：在质量相同的情况下，举得越高的物体，具有的重力势能就越大。
（2）从表中找出高度相同，质量不同的数据，可以看出实验序号1与4（或3与5）符合探究的要求。
（3）综合分析比较实验序号1与3，或2与5，或3与6中第二列、第三列及第四列中的数据，依次计算表中质量与高度的乘积，再观察乘积相等时铁钉进入泡沫塑料深度的大小，可以得出：物体的质量与举起的高度的乘积相等时，物体具有相同的重力势能，对铁钉做的功也相同；
（4）综合分析比较实验序号1与3和2与5和3与6中第二列、第三列及第四列中的数据，比较乘积不同的数据还可以看出，物体的质量与高度的乘积越大，具有的重力势能越大，做的功也越大。
答案：（1）在质量相同的情况下，举得越高的物体，具有的重力势能就越大；（2）1与4（或3与5）；（3）物体的质量与举起的高度的乘积相等时，物体具有相同的重力势能，对铁钉做的功也相同；（4）物体的质量与高度的乘积越大，具有的重力势能越大，做的功也越大。
6．（2023•广元期末）小苏同学的物理兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。
他们的实验装置如图所示，把弹簧放在水平面上，其左端固定在墙上，AO等于弹簧原长，水平面O点左侧光滑，右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点，然后由静止释放，当物体M运动到O点与弹簧分开，最终运动到Q点静止。请补充完成他们的探究过程：
（1）弹簧弹性势能的大小是通过 物体M被弹出的距离 来衡量的。
（2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用 相同 （选填“相同”或“不同”）弹簧进行实验，并先后改变 OP 之间的距离，测出OQ的距离，重复实验，测量多组数据并记录。
（3）小苏的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中，他们运用到了转换法和 控制变量法 两种物理思想方法。
解：
（1）实验中弹性势能的大小是通过物体M被弹出的距离来间接的反映，这用到了转换法；
（2）探究的是弹性势能和弹簧长度变化量之间的关系，必须控制弹簧的螺纹圈直径、弹簧的材料相同（即相同的弹簧），改变弹簧长度变化量，即OP间的距离；弹性势能通过弹簧推动物体在粗糙表面上运动的距离远近来体现，所以必须测出OQ间的距离；为了使结论具有普遍性，应改变弹簧长度变化量，即AP间的距离，多测几组数据；
（3）通过以上分析可以看出，本实验通过弹簧推动物体在粗糙表面上运动的距离远近来体现弹性势能的大小，用到了转换法；同时，探究与多个量的关系时，还用到了控制变量法。
答案：（1）物体M被弹出的距离；（2）相同；OP；（3）控制变量法。
7．（2023•汕头期末）在研究“影响重力势能大小的因素”时，同学提出了如下猜想：
猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关；
猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关；
猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。
他为了验证猜想，准备了如下实验器材：花泥（易产生塑性形变）若干块，刻度尺一把，体积相同、质量为m的小球3个和质量为2m的小球一个。所用实验装置如图甲、乙所示。
为验证猜想，他首先让质量分别为m、2m的小球A、B从距花泥表面高H处由静止下落，测得A、B小球陷入花泥的深度分别为h1和h2，如图甲所示；然后让质量为m的小球C从距花泥表面高3H处由静止下落，质量为m的小球D从距花泥表面高3H的光滑弯曲管道上端由静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。测得C、D小球陷入花泥的深度均为h3，且h1＜h2＜h3。请你完成下列内容：
（1）本实验是通过观察 小球陷入花泥中的深度 来判断重力势能大小的；
（2）分析图甲所示的实验现象，可得出结论：当物体的运动路径、 高度 相同时， 质量 越大，重力势能越大；
（3）分析图乙所示的实验现象，发现两球运动的路径不同，但陷入花泥的深度相同，由此可知物体的重力势能与物体运动的路径 无关 （选填“有关”或“无关”）；
（4）比较 AC 两球，可得出结论：当物体质量相同时，高度越高，物体具有的重力势能越大；
（5）小球在光滑管道中下落时（陷入花泥前），将重力势能转化为 动 能。
解：（1）本实验中，小球的重力势能大小是通过小球陷入花泥中的深度来反映；
（2）图甲中，比较A、B两球，下落高度和运动路径都相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入花泥深度更大，由此可得出结论：当物体的高度、运动路径相同时，物体的质量越大，重力势能越大；
（3）图乙中，比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，发现两球陷入花泥深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。
（4）甲、乙两图中，AC两球的质量和运动路径相同，高度不同，高度越高，陷入花泥深度越深，故结论为：当物体的运动路径、质量都相同时，所在的高度越高，重力势能越大。
（5）球在光滑管道中下落时（陷入花泥前），将重力势能转化为动能。
答案：（1）小球陷入花泥中的深度；（2）高度；质量；（3）无关；（4）AC；（5）动。
8．（2023•株洲期末）为了探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”，小雷同学有如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
猜想二：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。
为探究猜想一是否正确，小雷同学设计了如图所示的实验装置，探究方案如下（以下所有弹簧被压缩后都未超过其弹性限度）：
①将A、B两根外形完全相同，材料不同的弹簧分别按图甲安装好；
②将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为3cm（见图乙），放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离s1；
③将小球置于弹簧B的右端，使弹簧被压缩的长度为3cm，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离s2。
（1）本实验，将不易观测的弹性势能转换为 木块被推动的距离 来观测，这种转换思想在初中物体探究中经常用到，请再举出人教版八年级下册物理探究中出现的一例： 利用海绵凹陷程度反映压力的作用效果 。
（2）此实验中，若s1与s2 相等 （选填“相等”或“不相等”），说明弹性势能的大小与弹簧的材料无关。
（3）小雷用上述装置探究猜想二，实验数据如表一。分析表一数据，小雷得出“弹性势能大小与弹簧被压缩程度无关”的错误结论。小雷实验中存在的主要问题是 没有控制弹簧的材料相同 。
表一：
表二：
在老师指导下，小雷纠正错误重新正确实验，得出数据如表二。根据表中数据，小雷得出：在弹性限度内，同一弹簧的弹性势能大小与弹簧被压缩量成正比。小雷此结论是 错误 （选填“正确”或“错误”）的。分析表二数据，能得出的结论是： 在弹性限度内，同一弹簧被压缩距离越大，弹簧的弹性势能越大 。（不能和小雷同学的结论相同）
解：（1）实验中小球能够做功是体现在推动小木块运动，推动的距离越远，表示小球能够做的功越多，小球具有的动能就越大，从而说明弹簧的弹性势能越大，所以通过观察木块被推动的距离的大小，来判断弹簧的弹性势能大小，这是转换法的应用；
人教版八年级下册物理探究中运用转换法的实验有：利用海绵凹陷程度反映压力的作用效果、利用弹簧伸长的长度代表拉力大小、研究液体内部压强时利用U形管中液面高度差显示压强大小等实验，采用的都是转换法；
（2）为了探究弹性势能的大小与弹簧的材料是否有关，必须控制弹簧压缩程度相同，改变弹簧的材料，若s1与s2相等，说明弹性势能的大小与弹簧的材料无关；
（3）要探究弹性势能大小与弹簧被压缩程度的关系，根据控制变量法可知，应控制弹簧材料相同，弹簧被压缩的程度不同；由表一中的数据可知，弹簧的材料不同，弹簧被压缩的程度不同，故小雷得出的结论是错误的，小雷实验中存在的主要问题是没有控制弹簧的材料相同；
由表二中数据可知，弹簧被压缩距离与木块被推动距离没有正比关系，即同一弹簧的弹性势能大小与弹簧被压缩量成正比这一结论是错误的；
由表二中数据可知，弹簧被压缩距离越大，木块被推动距离越远，故能得出的结论是：在弹性限度内，同一弹簧被压缩距离越大，弹簧的弹性势能越大。
答案：（1）木块被推动的距离；利用海绵凹陷程度反映压力的作用效果；（2）相等；（3）没有控制弹簧的材料相同；错误；在弹性限度内，同一弹簧被压缩距离越大，弹簧的弹性势能越大。
【题型三 探究杠杆的平衡条件】
9．（2023•福州期末）如图所示是小明和小华探究“杠杆的平衡条件”的实验装置。
（1）实验前，将杠杆置于支架上，当杠杆静止时，如图甲所示，此时可以把右端的平衡螺母向 右 （选填“左”或“右”）调节，直至使杠杆在水平位置平衡；在后面的实验过程中 不能 （选填“能”或“不能”）再进行上述操作。
（2）如图乙，小明在实验时分别沿着竖直向下和斜向下两个方向拉弹簧测力计，都能使杠杆在水平位置平衡。同组的小华认为，竖直向下拉动测力计操作更方便，原因是 动力力臂可在杠杆上直接读出更加方便 。
（3）实验中，通过改变钩码和弹簧测力计的位置或钩码的个数来改变力臂或力的大小进行多次实验，目的是： 寻找普遍规律 。
（4）如图丙，调节好杠杆后在杠杆左边距离支点第3格处挂了4个钩码，每个钩码的重力均为0.5N，要使杠杆平衡，可以在支点右侧第4格A处挂个相同的钩码，或在左侧第2格B处竖直向拉动弹簧测力计，此时测力计的示数是 3 N。（杠杆上每小格等距）
（5）他们继续探究：保持钩码数量和位置不变，杠杆在水平位置平衡时，测出多组动力臂L1和动力F1的数据，绘制了L1﹣F1的关系图像，如图丁所示。请根据图像推算，当L1为25cm时，F1为 0.6 N。
解：（1）发现杠杆左端下沉，应把杠杆的平衡螺母向右调节，直至杠杆在水平位置平衡；
调节杠杆平衡后，在接下来的实验过程中不能再通过调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡；
（2）竖直向下拉动测力计操作更方便，原因是动力力臂可在杠杆上直接读出更加方便；
（3）通过实验总结归纳出物理规律时，一般要进行多次实验，获取多组实验数据归纳出物理规律才具有普遍性，结论才正确，所以在探究杠杆平衡的条件时，多次改变力和力臂的大小主要是为了获取多组实验数据归纳出物理规律；
（4）若杠杆上每个小格长度是L，根据杠杆的平衡条件有：4×0.5N×3L＝F×2L，解得F＝3N，
所以此时测力计的示数是3N；
（5）由于保持A点钩码数量和力臂不变，即阻力和阻力臂大小不变，根据F1L1＝F2L2，可知F2L2为一定值，
由图丁知：F1L1＝1N×0.15m＝3N×0.05m＝0.15N•m，
则当L1为25cm时，
拉力F1=0.15N⋅m0.25m=0.6N。
答案：（1）右；不能；（2）动力力臂可在杠杆上直接读出更加方便；（3）寻找普遍规律；（4）3；（5）0.6。
10．（2023•滨州期末）如图所示是探究“杠杆平衡条件”的实验。
（1）将杠杆放置在水平桌面上，发现杠杆静止时如图甲所示，此时杠杆处于 平衡 （选填“平衡”或“非平衡”）状态。为使杠杆在水平位置平衡，同学们应该将杠杆两端的平衡螺母向 右 （选填“左”或“右”）端调节。
（2）如图乙所示杠杆在水平位置平衡时，在杠杆左端A点处挂3个钩码，则应该在杠杆右端B点处挂 6 个相同的钩码。平衡后将两端的钩码分别向远离支点的位置移动一格，则杠杆将 右端下沉 （选填“保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”）。
（3）如图丙所示，换用弹簧测力计在C点竖直向上拉，已知每个钩码的质量为50g，杠杆上每小格的距离为2cm，则此时弹簧测力计的示数为 3 N。
（4）如图丁所示，当杠杆在水平位置平衡时，与图丙相比弹簧测力计的示数将 变大 ，原因是弹簧测力计拉力的力臂 变小 导致的。（均选填“变大”、“变小”或“不变”）
（5）实验结束后，同学们提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆中点时，杠杆的平衡条件是否依然成立”，于是同学们利用如图戊所示的装置进行探究，发现在杠杆左端不同的位置，用弹簧测力计测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是： 杠杆自重对实验结果有影响 。
解：（1）实验前，杠杆静止在如图甲所示的位置，杠杆静止，此时杠杆处于平衡状态；
为了便于测量力臂，应使杠杆在水平位置平衡，由图甲可知，杠杆右端偏高，为使杠杆在水平位置平衡，需要将平衡螺母向右调节；
（2）设杠杆一个格的长度是L，一个钩码重是G，设在B处挂了n个钩码，则3G×4L＝nG×2L，解得：n＝6，应在B点挂6个钩码；
若将两边的钩码同时朝远离支点方向移动一格，
则左边＝3G×5L＝15GL，
右边＝6G×3L＝18GL，
因为15GL＜18GL，
所以杠杆不能平衡，右端下沉；
（3）由杠杆平衡的条件F1L1＝F2L2可得，3×0.05kg×10N/kg×4×2cm＝F×2×2cm；
所以F＝3N；
（4）图丁中，当弹簧测力计从C点由竖直变成倾斜时，要保持杠杆仍在水平位置平衡，则拉力F将变大，这是因为，当拉力由竖直变成倾斜时，阻力、阻力臂不变，拉力F力臂变小，相应的力会变大，这样才能继续平衡；
（5）图中，杠杆的重心不在支点上，杠杆的重力对杠杆转动产生了影响，导致拉力F的大小比由杠杆平衡条件计算出来的数值偏大。
答案：（1）平衡；右；（ 2）6；右端下沉；（ 3）3；（4）变大；变小；（5）杠杆自重对实验结果有影响。
11．（2023•西安期末）利用轻质杠杆探究杠杆平衡条件的实验中。
（1）杠杆静止时如图甲所示，要使杠杆在水平位置平衡，则应将平衡螺母向 左 （选填“左”或“右”）调节；
（2）如图乙所示，在A点挂4个钩码，在B点挂 6 个钩码，仍可使其在水平位置平衡；
（3）用弹簧测力计代替钩码，如图丙所示，不断改变弹簧测力计的作用点和力的大小，使杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的拉力F与其力臂l1的图像如图丁所示，图像中每个点与两坐标轴围成的矩形面积 相等 （选填“相等”或“不等”），其原因是 阻力和阻力臂保持不变，根据杠杆的平衡条件可知，动力与动力臂的乘积保持不变 。
（4）该同学在科技创新实验中将此装置改装成了一个杠杆液体密度计，该装置可测量小桶内液体的密度，如图戊所示，将容积为20mL的小桶挂在M点，调节平衡螺母使杠杆水平平衡，已知OM＝OA＝6cm，则杠杆密度计的“0刻度”线应在 O （选填“O”或“A”）点，将待测液体倒满M点的小桶，在杠杆右端挂上重物并调节至N点位置时，杠杆刚好水平平衡，重物质量10g，ON＝15cm，N点位置应标注的密度刻度值是 1.25 g/cm3，改装后杠杆右端的密度刻度线 是 （选填“是”或“不是”）均匀分布的（g＝10N/kg）。
解：（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，说明杠杆的重心在支点右侧，要使其在水平位置平衡，应将杠杆平衡螺母向左调节，直到杠杆在水平位置平衡，目的是为了便于测量力臂和避免杠杆自重对实验的影响；
（2）设一个钩码的重力为G，杠杆的一个小格为L，
由杠杆的平衡条件F1L1＝F2L2知，
4G×3L＝nG×2L
解得：n＝6，即在B位置挂上6个钩码，使杠杆在水平位置平衡；
（3）由于此题中的阻力和阻力臂不变，利用图象中任意一组数据都能得出，F2l2＝F1l1＝3N×0.02m＝2N×0.03cm＝0.06N•m，图像中每个点与两坐标轴围成的方形面积相等，其原因是阻力和阻力臂保持不变，根据杠杆的平衡条件可知，动力与动力臂的乘积保持不变。
（4）小桶内没有液体时：根据杠杆平衡条件可知，当右侧挂上重物时杠杆不可能在水平位置平衡，只有重物在O点是杠杆才能在水平位置平衡，故密度计的“0刻度”在O点；
小桶内装入液体时：根据杠杆平衡条件可知，当杠杆处于水平平衡状态时，G液×lOM＝G物×lON，
小桶内所装液体的重力为G液＝ρ液gV，整理可得ρ液=G物×lONgV×lOM，代入数据可得：ρ液＝1.25g/cm3；
由于G物、gV和lOM都是定值，故ρ液与lON成正比，故改装后杠杆右端的密度刻度线是均匀分布的。
答案：（1）左；（2）6；（3）相等；阻力和阻力臂保持不变，根据杠杆的平衡条件可知，动力与动力臂的乘积保持不变；（4）O；1.25；是。
12．（2023•衡水期末）探究杠杆的平衡条件
（1）杠杆两端的螺母作用是 调节杠杆在水平位置平衡 。
（2）小明用如图甲所示装置，进行实验并收集了下表中的数据，分析数据可知，杠杆的平衡条件是 动力×动力臂＝阻力×阻力臂（F1l1＝F2l2） 。
（3）小明又用如图乙所示装置进行实验，请在图中画出拉力F的力臂，弹簧测力计的读数应是 2 N．（一个钩码重0.5N）
（4）如图丙所示，小红实验时在一平衡杠杆的两端放上不同数量的相同硬币，杠杆仍在水平位置平衡。她用刻度尺测出L1和L2，则2L1 ＞ （选填“＞”“＜”或“＝”）3L2。
【拓展】探究了杠杆的平衡条件后，小红对天平上游码的质量进行了计算，她用刻度尺测出L1和L2（如图丁所示），则游码的质量为 5L22L1 g。
解：（1）杠杆两端的螺母的作用是调节杠杆在水平位置平衡；
（2）由表格中数据，
①0.5N×0.2m＝1.0N×0.1m＝0.1N•m；
②1.0N×0.15m＝1.5N×0.1m＝0.15N•m；
③3N×0.1m＝2.0N×0.15m＝0.3N•m；
可知杠杆的平衡条件为：动力×动力臂＝阻力×阻力臂（F1l1＝F2l2）；
（3）过支点O向力的作用线作垂线，垂足与支点的距离，就是力臂，如下图：
设一格的长度为L，杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的拉力的力臂为12×6L，
由F1L1＝F2L2得，0.5N×3×4L＝F1×6L×12，
解得，F1＝2N；
（4）根据杠杆的平衡条件，F1l1＝F2l2，
设每个硬币的重量为G，半径为r，则由图可得，2G（r+L1）＝3G（r+L2），
2Gr+2GL1＝3Gr+3GL2，
2GL1＝Gr+3GL2，
所以2GL1＞3GL2，即2L1＞3L2，
拓展：以天平的刀口为杠杆的支点，天平的左盘和右盘的质量分别为m左和m右，游码的质量为m，当游码位于零刻度线时，由杠杆的平衡条件得m左g×12L2+mg×12L1＝m右g×12L2①；
当游码位于最大值5克时，由杠杆的平衡条件得（m左+5）g×12L2＝mg×12L1+m右g×12L2②；
由（2）﹣（1）得，5×12L2＝mL1，
解得 m=5L22L1。
答案：（1）调节杠杆在水平位置平衡；（2）动力×动力臂＝阻力×阻力臂（F1l1＝F2l2）；（3）2；（4）＞；5L22L1。
【题型四 测量滑轮组的机械效率】
13．（2023•石家庄期末）小明做“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验时，提出如下猜想：
猜想一：滑轮组的机械效率与物体提升的高度有关；
猜想二：滑轮组的机械效率与动滑轮所受的重力有关；
猜想三：滑轮组的机械效率与被提升物体所受的重力有关。
为了验证猜想，准备的器材如下：多个相同的滑轮、一根细绳、钩码若干、刻度尺和弹簧测力计。实验数据如表所示：
（1）根据表中第5次实验数据在图中画出滑轮组的绕线方式；此次实验时滑轮组的机械效率为 80% 。
（2）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与物体提升的高度 无关 。（选填“有关”或“无关”）
（3）通过比较1、3两次实验数据可得出：用同一滑轮组提升物体，当物体提升的高度相同时，物体越重，滑轮组的机械效率越 高 。（选填“高”或“低”）
（4）通过比较 3 、 4 （填写实验次数序号）两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，当物体提升的高度相同时，动滑轮越重滑轮组的机械效率越低。
解：（1）由s＝nh可得绳子的有效段数：n=sh=，从动滑轮的下挂钩开始向上绕起，依次经过上面的定滑轮、下面的动滑轮，下图所示：
第3次实验中测得滑轮组的机械效率：η=W有用W总×100%=GhFs×100%=6.0N××0.3m×100%＝80%；
（2）通过比较实验1、2数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，物体上升的高度不同，滑轮组的机械效率相同，所以滑轮组的机械效率与重物上升高度无关；
（3）1、3两次实验，s＝0.3m，h＝0.1m，由s＝nh可得n＝3，使用同样的滑轮组，即使用的甲、乙两图，通过得出的实验数据可知提升的物体重力越大，滑轮组的机械效率越高，得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高；
（4）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮的重力不同，机械效率不同，动滑轮越重机械效率越小。
答案：（1）见解答图；80%；（2）无关；（3）高；（4）3；4。
14．（2023•湛江期末）如图甲所示是小明“测量滑轮组的机械效率”的装置。
（1）在实验过程中，小明应 匀速（或缓慢） 向上拉动弹簧测力计。
（2）小明做实验测量的有关数据如表，其中第1次实验的拉力读数如图乙所示，则第1次实验的拉力为 0.6 N，第3次实验的机械效率为 83.3% 。
（3）分析表中的测量结果，得到的结论是：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 大 。
（4）该实验要进行三次测量其目的是 得到的结论具有普遍性 （填“取平均值减小误差”或“得到的结论具有普遍性”）。
（5）为了提高滑轮组机械效率，根据所学知识和生活经验，可采取的措施有 ABC （多选）。
A．减轻动滑轮重
B．增加所提物体重
C．机械加润滑油
D．增加重物上升高度
解：（1）当匀速提升钩码时，弹簧测力计的示数等于绳子自由端的拉力；
（2）由图读出，第1次实验的拉力：F＝0.6N，
由表中数据得：
η=W有W总=GhFs=3N××0.3m≈83.3%；
（3）由表格数据知：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高；
（4）该实验要进行三次测量其目的是得到的结论具有普遍性；
（5）要提高滑轮组的机械效率，可以：
A、减轻动滑轮重力，在提升相同重物、提升相同高度时，减小额外功，而有用功不变，总功减小，有用功与总功的比值增大，提高了滑轮组的机械效率；故A正确；
B、由实验得出的结论可知，增大提升的物体重力，可以提高滑轮组的机械效率，故B正确；
C、机械加润滑油，在提升相同重物、提升相同高度时，减小额外功，而有用功不变，总功减小，有用功与总功的比值增大，提高了滑轮组的机械效率；故C正确；
D、滑轮组的机械效率η=W有W总=GhFs=GhF×nh=GnF，可见滑轮组的机械效率与提升物体的高度无关，所以，增加重物上升高度，不能提高滑轮组的机械效率；故D错误。
答案：ABC。
答案：（1）匀速；（2）0.6；83.3%；（3）大；（4）得到的结论具有普遍性；（5）ABC。
15．（2023•苏州期末）在“测量滑轮组机械效率”的实验中，小明利用同一滑轮组先后提升不同重力的物体进行实验，如图甲和乙所示，不计空气阻力。实验测量的数据记录在表格中：
（1）根据测量的实验数据，可计算出表格中的横线上应填的数据为 62.5% ；
（2）分析实验数据，可初步得出的实验结论为：同一滑轮组的机械效率与 被提升物体的重力 有关；
（3）小明在实验操作中发现：一边拉动弹簧测力计一边读数，非常不方便，因为这样弹簧测力计示数不稳定，为了方便读数，小明认为可以让弹簧测力计保持静止时读数，如果让弹簧测力计保持静止时读数，则所测出的滑轮组机械效率将比其真实值 偏大 （偏大/偏小/不变）；
（4）如果不计绳重和摩擦，只是按照如图丙所示的绕绳方法组装滑轮组，并利用图丙方案提升相同重力的物体，对比图甲和图丙所示的滑轮组的机械效率，可知η甲 等于 η丙（大于/等于/小于）；
（5）结合生产实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可以提高机械效率的是 B 。
A.增大绳重
B.减轻动滑轮重
C.加快物体提升的速度
D.提升物体上升高度
解：（1）根据测量的实验数据，2的机械效率为：
η=W有用W总=GhFs=6N××0.3m×100%＝62.5%；
（2）从实验数据看，钩码上升的高度相同，钩码重不断增大，机械效率不断提高，所以可以看出滑轮组的机械效率与被提升物体的重力有关。
（3）在弹簧测力计静止时读出了数据，由于不会克服绳与轮之间的摩擦，所以测得的拉力偏小，她的想法是不正确的，实验过程中拉力F应该在弹簧测力计做匀速运动时读数，若为了方便，若在测力计静止时读数，则没有测量出机械的摩擦力，测量出的拉力变小，根据W＝Fs，求出的总功变小，故测出的机械效率将比真实值偏大；
（4）不计绳重和摩擦，只是按照如图丙所示的绕绳方法组装滑轮组，并利用图丙方案提升相同重量的物体，绳子的有效股数不同、动滑轮的个数相同、物体的重力相等，绳子的缠绕方式不同，两装置中，提升相同的物体上升相同的高度时所做的有用功相同，动滑轮的个数和摩擦力的大小相同所做的额外功相等，由η=W有用W总×100%=W有用W有用+W额×100%可知两者的机械效率相等，可知η甲等于η丙。
（5）根据η=W有用W总=GhFs=GhFnh=GnF×100%可知减轻动滑轮重可以提高机械效率。
答案：（1）62.5%；（2）被提升物体的重力；（3）偏大；（4）等于； （5）B。
16．（2022•西安期末）某兴趣小组的同学在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，提出了如下猜想：
猜想一：滑轮组的机械效率与绕绳方式有关；
猜想二：滑轮组的机械效率与物重有关；
猜想三：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关。
为了验证上述猜想，兴趣小组的同学进行了如下实验，实验装置如图所示。
（1）兴趣小组的小明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，应该静止读数，你认为他的想法 错误 （选填“正确”或“错误”）。
（2）组员通过更换滑轮组，改变钩码质量，测得数据如表所示：
①请将表中的数据填写完整；
②分析数据可知第3次实验是用 丙 （选填“丙”或“丁”）图所示装置做的实验；
③不计摩擦及绳重，分析1、2两次实验数据可知猜想一 错误 （选填“正确”或“错误”）；
④通过比较 2、3 两次实验数据可得出结论：使用相同滑轮组提升物体时，物体越重，滑轮组机械效率越 高 。
（3）根据表格中的数据分析可知：随着物重的增大，额外功 变大 （选填“变小”、“变大”或“不变”）。
（4）如果用图乙中滑轮组装置提升7N的重物，则它的机械效率可能是 B 。
A.73%；B.81%；C.88%
解：（1）测滑轮组的机械效率，需要匀速拉动绳子，并且要在拉动中读弹簧测力计的示数，如果静止读数，绳子与滑轮之间的摩擦力就不能测量，额外功就会减小，在有用功一定时，会导致机械效率变大，故该做法错误；
（2）①第四次实验时滑轮组的机械效率η=GhFs×100%=8N××0.4m×100%＝80%；
②第3次实验时，吊着动滑轮绳子段数n=sh=；故选丙；
③在比较滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时，应保持滑轮组相同、物重相同，只改变绳子绕法，据此分析第1、2两次实验可知机械效率都为74%；故猜想一错误；
④研究同一滑轮组提升重物时，滑轮组机械效率与提升物体的重力的关系时，要控制滑轮组相同、绕绳方式也相同；只改变提升物体的重力，故通过比较2、3可得出同一滑轮组提升物重越大滑轮组机械效率越大；
（3）第2次实验时，额外功W1＝Fs﹣Gh＝1.8N×0.3m﹣4N×0.1m＝0.14J；同理可求出第3次实验时的额外功W2＝0.16J；故可知随着提升物重的增大，额外功增大；
（4）同一滑轮组提升物重越大滑轮组机械效率越大，故物重7N时的机械效率小于物重8N但大于物重4N的，答案：B；
答案：（1）错误；（2）①80%；②丙；③错误；④2、3；高；（3）变大；（4）B。
一些物体的动能
行走的牛
约60J
跑百米的运动员
约3×103J
飞行的步枪子弹
约5×103J
实验次数
钢球质量/g
钢球下摆高度/cm
木块滑行距离/cm
1
20
20
20
2
40
20
58
3
60
20
实验序号
弹簧编号
弹簧被压缩距离/cm
木块被推动距离/cm
1
A
3
24
2
B
6
24
实验序号
1
2
3
弹簧被压缩距离/cm
2
4
6
木块被推动距离/cm
3
11
24
实验次数
动力/N
动力臂/m
阻力/N
阻力臂/m
1
0.5
0.2
1.0
0.1
2
1.0
0.15
1.5
0.1
3
3.0
0.1
2.0
0.15
实验
次数
钩码所受
的重力G/N
提升高度
h/m
拉力
F/N
绳端移动
的距离s/m
机械效率
η
1
2.0
0.1
1.2
0.3
55.6%
2
2.0
0.2
1.2
0.6
55.6%
3
4.0
0.1
1.9
0.3
70.2%
4
4.0
0.1
1.3
0.5
61.5%
5
6.0
0.1
2.5
0.3
次数
钩码所受的重力G/N
提升高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率
1
1
0.1
0.3
55.6%
2
2
0.1
0.9
0.3
74.1%
3
3
0.1
1.2
0.3
次数
物重/N
提升高度/m
拉力/N
绳端移动距离/m
机械效率η
1
3
0.1
2.0
0.3
50%
2
6
0.1
3.2
0.3
62.5%
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η
1
4
0.1
2.7
0.2
74%
2
4
0.1
1.8
0.3
74%
3
8
0.1
3.2
0.3
83%
4
8
0.1
2.5
0.4