第十一章 简单机械和功单元测试卷附答案一、初三物理第十一章 简单机械和功 易错压轴题提优（难）1．图甲是某型号的抽水马桶水箱进水控制装置的示意图，浮子是有上底无下底的圆柱形容器，中间有圆柱形的孔（图乙是浮子的放大示意图），壁的厚度忽略不计，浮子通过圆孔套在直杆上，并与调节螺母紧密相连，手动上下移动调节螺母，可以使浮子的位置随之上下移动，轻质细杆AB 可绕O 点旋转，A 端与直杆底端相连，B 端装有塞子当水箱的进水孔进水，水面接触到浮子下端后，浮子内的空⽓开始被封闭压缩，随着水位继续上升，浮子上升带动直杆向上运动，当水位上升到一定高度，AB 杆处于水平位置时，塞子压住进水孔，进水孔停止进水。
(1)为测出浮子上底面的面积，现有刻度尺、量筒和水，请完成实验： ①将浮子倒置后，用刻度尺测出浮子内的深度h ； ②将浮子装满水，用_______________________；③浮子上底面的面积表达式：S 上=_________（用所测量物理量的符号表示）。
(2)若浮子上升的过程中内部被封闭的空气不泄露，用上述方法测得的浮子上底面的面积为10cm 2，外界大气压为1.0×105Pa ，浮子、直杆、细杆AB 、塞子的重力及所受浮力均不计，忽略所有摩擦，当进水孔停⽓进水时，浮子内的⽓体压强为外界大气压强的1.2倍，OA =6cm ，OB =4cm ，塞子受到水的压力为___________N 。
(3)科学研究表明，⽓定质量的⽓体，在温度不变时，其压强与体积成反比，当进水孔的水压过大时，塞子被冲开，水箱内的水位超过⽓定⽓度，会使水溢出，若通过移动调节螺母的方法保证⽓桶正常使用，应如何移动调节螺母：__________。
【答案】量筒测出浮子里面水的体积V Vh30 适当向下移动 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]将浮子装满水，利用量筒测出浮子里面水的体积V 。
[2]根据体积计算公式，可知浮子上底面的面积表达式为V S h=上(2)[3]已知浮子内的气体压强为01.2p p =则浮子内外气体压强差为000.2p p p p ∆=-=浮子上底面所受内外气体压力差方向向上，为00.2F pS p S ∆=∆=浮子对直杆A 端向上的作用力为A F F =∆以细杆为研究对象，处于水平位置时，根据杠杆平衡条件可知A B F OA F OB ⋅=⋅则塞子受到水的压力为54200.06m0.20.210Pa 1010m 30N 0.04mB A OA OA F F p S OB OB -=⋅=⋅=⨯⨯⨯⨯= (3)[4]当进水孔的水压过大时，应适当向下移动螺母，减小浮子内部气体的体积，使浮子内部的压强变大，则A 端受到的向上的拉力就变大，根据杠杆平衡条件可知塞子对水的压力就变大，则塞子就不容易冲开。
2．某同学在河边玩耍时捡到一块石头：(1)将木杆的中点O 悬挂于线的下端，使杆在水平位置平衡，这样做的好处是可以消除_____对杆平衡的影响；(2)将左端A 与弹簧测力计相连，用细线把石头挂于OA 的中点C ，弹簧测力计竖直向上提起A 端，使杆保持水平，测力计示数如图所示，则拉力大小为_____N ；将石头浸没于装有水的玻璃杯中且不与杯子接触，保持杆水平，记下弹簧测力计此时示数为2.7N ； (3)通过计算，浸没后石头受到的浮力大小为_____N ，石头的密度为_____kg/m 3（已知ρ水＝1.0×103kg/m 3）；(4)若上述(2)步骤中，只是杆未保持水平，则测量结果_____（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【答案】杠杆自重 4.2 3 2.8×103 不变 【解析】 【分析】本题考查固体密度的测量。
【详解】(1)[1]将木杆的中点O 悬挂于线的下端，使杆在水平位置平衡，这样做的好处是可以消除杠杆自重对杆平衡的影响。
(2)[2]如图弹簧测力计的分度值是0.2N，所以拉力大小为4.2N。
(3)[3]根据杠杆的平衡条件以及C是OA的中点，可得122112F LF L==解得G=F1=2F2= 2×4.2N=8.4N而石头的质量8.4N=0.84kg10N/kgGmg==石石头浸没于装有水的玻璃杯中且不与杯子接触，保持杠杆水平，弹簧测力计此时示数为2.7N，再次根据杠杆的平衡条件计算出此时石头对C点的拉力为5.4N，则浸没后石头受到的浮力大小F浮=G﹣F=8.4N﹣5.4N=3N[4]又F浮=ρ液gV排，所以43333N==310m1.010kg/m10N/kgFV Vgρ-==⨯⨯⨯浮石排液所以石块的密度33430.84kg= 2.810kg/m310mmVρ-==⨯⨯石石石(4)[5]若上述(2)步骤中，只是杠杆未保持水平，虽然力的作用线不在杠杆上，但是两个力的力的作用线的比值是不变的，所以不会影响最终的结果。
【点睛】关键是将课本知识内容记忆清楚，仔细分析即可。
3．某兴趣小组的同学在探究“风力发电机发电时的输出功率与风速的关系”时，设计了如下实验步骤：①如图乙，将自制的小型风叶安装在风车底座上，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1米处放置电风扇的风速调到1挡位，用秒表记录提升钩码到A点所需的时间；③将电风扇换到2、3挡位，重复以上实验，并将数据记录在表格中：(注：电风扇挡位越高，风速越大)表一：请你回答：(1)这个实验是通过测量提升钩码到A点的_____来比较风车输出功率的大小。
这种方法是______(选填“控制变量法”或“转换法”)；(2)通过实验可以得到的结论是：风速越大，风力发电机发电时的输出功率__________；为了进一步研究风力发电机，他又从电厂查到一台1500kW的发电机组的相关数据：表二：输出功率与风速的关系表三：不同风速下风力发电机每秒获得的风能：(3)风能是清洁能源，也是_____(选填“可再生”或“不可再生”)能源。
发电机的工作原理是_____；(4)风速10m/s时，这台发电机的发电效率为__________，有同学认为风速越大，发电机的发电效率越高，他的观点是_____(选填“正确”或“错误”)的。
你认为的原因是______。
【答案】时间转换法越大可再生电磁感应现象 60% 错误风速越大发电效率越低【解析】【分析】【详解】(1)[1]因提升高度要相同，通过提升时间，可知提升速度的大小，则由W mgh===P mgvt t可知输出功率的大小，故比较测量提升钩码到A点的时间来比较风车输出功率的大小。
[2]转换法可将不可测的量转换为可测的量进行测量，也可将不易测准的量转换为可测准的量，提高测量精度。
此实验将风车输出功率的大小转化为通过测量提升钩码到A 点的时间。
(2)[3]分析表一数据可见，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，风车的输出功率越大。
(3)[4]风能是一种很清洁的可再生能源，资源丰富，无污染。
[5]风力发电是将风能转化为电能，发电机是通过机械运动产生电能，即是利用电磁感应现象制成的，所以发电机的工作原理是电磁感应现象。
(4)[6]风速为10m/s 时，1s 内获得的能量为61.210J ⨯，风车工作1h 获得的能量为639=1.210J/s 3.610s=4.3210J W ⨯⨯⨯⨯总风车工作1h 产生的电能为9=720kW 1h=720kW h=2.59210J W ⨯⋅⨯电风车发电的效率为992.59210J =100%=100%=60%4.3210JW W η⨯⨯⨯⨯电总 [7][8]风速为15m/s 时，1s 内获得的能量为64.0510J ⨯；风车工作1s 产生的电能为61.510J ⨯，风车发电的效率为661.510J =100%=100%=37.04%4.0510JW W η⨯⨯⨯⨯电1总1 由此可知，风速越大，发电机的发电效率越低，所以他的观点是错误的。
4．如图所示是小明和小红利用刻度均匀的杠杆探究“杠杆平衡条件”的实验装置。
（1）在实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，此时杠杆处于_______（选填“平衡”或“不平衡”）状态；调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡的目的是消除杠杆自重对实验的影响，同时方便___________；（2）杠杆平衡后，小明在左右两侧分别挂上如图乙所示的钩码，杠杆不能在水平位置平衡，在不增加钩码且不改变钩码悬挂点位置的前提下为了使杠杆重新在水平位置平衡，只需将____________即可；（3）为获得更多组数据，他们取下右侧钩码，小明和小红分别设计了两种实验方案，小明的方案如图丙所示，小红的方案如图丁所示。
你认为__________（“小明”或“小红”）的方案更合理，理由是___________；（拓展）探究杠杆的平衡条件后，小明又利用杠杆测量了石块的密度，实验装置如图所示。
实验步骤如下：①将石块悬挂在杠杆左侧，通过调节细线长度使石块缓慢浸没在下方裝满水的溢水杯中（未触底），同时用质量忽略不计的薄塑料桶接住溢出的水；②将薄塑料桶悬挂在杠杆右侧，调节塑料桶的悬挂位置，使杠杆在水平方向平衡，如图所示；③测量出AB 两悬挂点距支点O 的距离分别为10m 和15cm ，则石块密度为___________kg/m 3。
【答案】平衡 测量力臂 左侧的钩码去掉一个 小明 排除测力计的重力对实验的影响 2.5×103 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]杠杆静止时，无论杆身是否水平，都为杠杆的平衡状态。
[2]杠杆在水平位置平衡，其力臂和杆身重合，可以方便测量力臂的大小。
(2)[3]在乙图中，杠杆左右两侧所挂钩码的重力可分别视为动力和阻力，两侧钩码的悬挂点可分别视为动力臂和阻力臂，根据杠杆的平衡条件1122Fl F l =可知，只需将左侧的钩码去掉一个即可满足杠杆在水平位置平衡。
(3)[4][5]对比丙、丁两图可知，小明的实验方案更加理想；因为弹簧测力计本身受到重力，小明的方案可以排除测力计的重力对实验的影响。
(3)①[6]设石块排开的水的重力为G 水，由阿基米德原理可知，石块受到的浮力F G =浮水水中的石块为平衡状态，故其对绳的拉力F G F G G =-=-石石浮水根据杠杆和平衡条件可得F OAG OB ⨯=⨯水即153102G G OB cm G OA cm -===石水水由上式整理可得32V g V g V g ρρρ-=石石水水水水由于石块排开水的体积和石块自身体积相等，所以上式可简化为32ρρρ-=石水水 所以石块的密度333355 1.010kg/m 2.510kg/m 22ρρ==⨯⨯=⨯石水5．小融和小侨利用如图所示装置探究杠杆的平衡条件。
(1)若实验前杠杆静止，如图甲所示，______ (选填“是”或“不是”)处于杠杆平衡状态。