专题11 设备原理探究（解析版）

决胜2020年中考科学压轴题全揭秘专题11设备原理探究【考点1】密度计原理【例1-1】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________。【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【解析】【分析】（1）根据二力平衡的知识分析密度计受到浮力的大小关系；

（2）根据公式F浮=ρ液gV排可知，当浮力相同时，物体的V排与液体的密度成反比，据此判断密度为1.1g/cm3时的V排和1.0g/cm3时的V排大小关系即可。【解答】（1）同一支密度计在甲和乙液体中都处于漂浮状态，那么它们受到的浮力都等于自身重力；因为密度计的重力不变，所以两次受到的浮力相等，即F水=F酒精；

（2）根据公式F浮=ρ液gV排可知，密度为1.1g/cm3时的V排小于密度1.0g/cm3时的V排；那么我认为刻度1.1应该标再q点，理由是：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。【变式1-1】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”）。【答案】（1）=（2）仍在A处【解析】【分析】（1）根据二力平衡的条件分析浮力和重力的关系；

（2）细铁丝的形状发生变化，但它的重力不变，根据漂浮条件和阿基米德原理分析V排的变化即可。

【解答】（1）当密度计在杯中漂浮时，那么它处于平衡状态，即它受到的浮力和重力是一对平衡力，即浮力等于重力；

（2）细铁丝的形状改变，但重力不变，那么密度计受到的浮力不变；

根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，当液体密度相同时，密度计排开液体的体积相同；

那么杯子中的液面将仍在A处。【变式1-2】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：________。【答案】（1）(G−FG)【解析】【分析】（1）首先根据密度公式计算出物体的体积，即浸没时物体排开液体的体积，然后根据F浮=G-F计算出金属块浸没时受到的浮力，然后根据ρ液=F浮gV排计算液体的密度；

（2）将F=7.1N带入公式计算即可；

（3）根据液体密度的表达式分析液体密度和测力计F的变化规律；

（4）利用此方法的前提条件是：铁块必须浸没在液体中，即所测液体的密度必须小于铁块。

【解答】（1）铁块的体积为：V=Ggρ铁；

铁块浸没时受到的浮力：F浮=G-F；

那么液体的密度为：ρ液=F【考点2】浮力秤原理【例2-1】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？【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：V排=F浮ρ水g=2N103kg/m3×10N/kg=2×10−4m3【解析】【分析】（1）当杯子漂浮时，根据F浮=G=mg计算浮力；

（2）首先根据V排=F浮ρ水g计算出杯子进入水中的体积，然后根据ℎ=【变式2-1】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)【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=F浮ρ水g=0.6N1.0×103kg/m3×10N/kg=6×10-5m3；h=V排S=6×10−5m30.01m2=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【解析】【分析】（1）当小筒在液面漂浮时，浮力等于重力，即：F浮=G0；

（2）首先根据公式V排=F浮ρ水g计算出浮力秤排开水的体积，然后根据公式ℎ=V排S计算出这时水面的深度，这个位置就是浮力秤上0刻线的位置；

（3）首先根据F浮=ρ水gV排计算出小筒受到的浮力，即小筒和秤盘的总重力，

也就是G总【变式2-2】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)【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△V排=△F浮ρ水g=Gρ水g；【解析】【分析】（1）如果没有小石块，那么饮料瓶会躺倒在水面上；加上小石块，整体的重心下降，饮料瓶就可以竖立在水中；

（2）浮力秤始终漂浮在水面，因此排开水的体积增加量△V排=△F浮ρ水g=Gρ水g，再根据△ℎ=△V排S计算200g刻度线与零刻度线的距离；

（3）首先通过阿基米德原理和体积公式推导出刻度的变化量△h与物体质量的数学关系式，然后再分析它们之间的定量关系即可。

【解答】（1）装置中小石块的作用是：降低重心，使塑料瓶竖立；

（2）饮料瓶中放上200g物体后，排开水的体积增大量：△V排=△F【考点3】杠杆原理【例3-1】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）【答案】（1）是（2）右（3）1.5（4）实验结论具有普遍性（5）不变【解析】【分析】（1）杠杆静止或匀速转动时，它处于平衡状态；

（2）平衡螺母总是向轻的那端调节；

（3）根据杠杆的平衡条件列式计算；

（4）做的实验次数越多，收集到的数据越多，那么得到的结论就更具有普遍性；

（5）分析动力臂和阻力臂的比值是否发生变化即可。【解答】（1）杠杆在如图甲所示的位置静止时是处于杠杆平衡状态的；

（2）杠杆的右端上翘，那么右端轻，因此平衡螺母应该向右调节；

（3）根据杠杆的平衡条件得到：（0.5N×2）×3L=F×2L；

解得：F=1.5N；

（4）小华改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是使实验结论更具有普遍性；

（5）如下图所示：

当杠杆倾斜后，△AOA'与△BOB'相似，

那么OAOB=OA'OB'；

根据杠杆的平衡条件得到：OAOB=【变式3-1】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）。【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【解析】【分析】（1）杠杆平衡的判断：①静止；②匀速转动；

（2）为了保证实验结论的准确性，我们通常需要换用不同的实验器材多次进行实验，收集更多的实验数据；

（3）当刻度尺平衡时，刻度尺的重力为杠杆的阻力，物体的重力为动力，根据杠杆的平衡条件列式计算即可。【解答】（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，此时杠杆处于平衡状态。

（2）我认为小明的结论不合理，理由是：一次实验获得的实验数据有偶然性，不能反映普遍规律；

（3）根据杠杆的平衡条件得到：

G×L2=G1×L1；

mg×L2=M1g×L1；

m×L2=M1×L1；

解得：m=M【变式3-2】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。【答案】（1）水平（2）大于；竖直（3）反【解析】【分析】（1）调节杠杆平衡的步骤：①游码归零；②调节平衡螺母；

（2）首先根据杠杆的平衡条件计算出测力计竖直向上拉时的示数，然后判断斜拉时动力臂的变化，进而对测力计的示数大小进行判断。当杠杆在水平位置平衡时，如果拉力方向与杠杆垂直，那么从支点到力的作用点的杠杆长度正好等于力臂，因此方便读出力臂的大小；

（3）首先根据图像分析拉力F与1L【解答】（1）杠杆两端的平衡螺母的作用是：调节杠杆在水平位置平衡。

（2）当弹簧测力计竖直向上拉时

根据杠杆的平衡条件得到：1N×4L=F×2L；

解得：F=2N；

如甲图中，如果测力计斜拉，那么动力臂会减小，因此动力会增大，即测力计的示数大于2N；

如果要便于测量力臂，那么弹簧测力计应沿竖直方向拉着杠杆。

（3）根据丙图可知，拉力F与1L【考点4】滑轮原理【例4-1】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）11.00.641.00.771.00.822.01.152.01.382.01.633.01.663.01.893.02.3（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”）。【答案】（1）0.2（2）拉力与竖直方向夹角越大，拉力也越大（3）甲【解析】【分析】（1）当使用动滑轮提升重物时，只有拉力沿竖直方向才能省一半的力，因此应该选甲组中数据根据公式2F=G+G动计算即可；

（2）根据1、4、7中实验可知，拉力与竖直方向的夹角越来越大，分析对应的拉力大小变化即可；

（3）根据（2）中得到的结论进行判断即可。

【解答】（1）当使用动滑轮提升重物时，只有拉力沿竖直方向才能省一半的力，

所以我们应该选择甲组的数据计算动滑轮的重力；

根据甲组（1）中数据得到：

动滑轮的重力：G动=2F-G=2×0.6N-1N=0.2N；

（2）实验序号1、4、7中，拉力与竖直方向的夹角越大，拉力就越大；

（3）如果家里安装日光灯，由于它的重力是不变的，因此灯线与竖直方向的夹角越小，受到的拉力就越小，就更不容易断掉，因此应该选甲图。

故答案为：（1）0.2N；（2）同解析；（3）甲【变式4-1】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。（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________。实验次数物重G/N测力计的示数F/N11.000.6521.500.9032.001.15【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【解析】【分析】（1）当挂钩系在拉绳上时，细绳上的拉力和测力计弹力的拉力是平衡力，即F绳=F弹；当测力计的吊环系在拉绳上时，细绳上的拉力与弹簧的拉力、测力计的重力之和平衡，即：F绳=F弹+G，即F弹<F拉，因此测力计的示数会变小；

（2）使用动滑轮提升重物时，我们不但要提升重物，还要提升动滑轮，此外还有摩擦和绳重，因此测力计的示数肯定会大于物体重力的一半；可以根据上面的分析确定减小差异的方法。

【解答】（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，测力计的示数会变小，其理由是：忽略了测力计的重力。

（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：动滑轮本身有重力。请给出一条减小此差异的建议：换用质量更小的动滑轮。【变式4-2】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．

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120.11.00.3667%240.11.70.378.4%360.12.40.3（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”）．【答案】（1）匀速（2）0.6；83.3%（3）高【解析】【解答】（1）测绳端拉力F时，应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数；

（2）由第三组数据知，W有用=Gh=6N×0.1m=0.6J；

W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J；

则η=×100%=0.6J0.72J100%≈83.3%；

（3）由表格中数据可知，同一滑轮组，被提升的钩码越重，机械效率越高．

故答案为：（1）匀速；（2）0.6；83.3%；（3）高．

【分析】（1）要正确测量拉力，需竖直向上匀速拉动测力计；

（2）根据W有用=Gh计算出有用功，根据W总=Fs计算出总功，有用功与总功之比可得机械效率；

（3）分析表格中数据，得出机械效率与钩码重力的关系．1.珍珍非常喜欢玩橡皮泥。一天她将一块重为0.5N的长方体橡皮泥侧放于水平桌面上，（1）如果珍珍将这块橡皮泥分成相同的两块，并做成实心球形和碗形，分别放入相同的甲、乙两杯水中，则静止时甲杯________乙杯中橡皮泥所受的浮力（选填“大于”、“小于”或“等于”）；而________杯中水面升高得较多。（2）珍珍又将适量的橡皮泥捏黏在铅笔的一端（能使铅笔竖直浮在液体中），这就制成了一个很有用的土仪器.将它分别放到盛不同液体的杯中，静止时的情景如图所示。对于这个土仪器所运用的知识或用途，下列说法中不正确的是

A.

运用了二力平衡的知识

B.

运用了物体的漂浮条件

C.

用它可以比较不同液体密度的大小

D.

土仪器在图甲中受到的浮力大于图乙【答案】（1）小于；2（2）D【解析】【分析】（1）根据浮沉条件判断两块橡皮泥受到浮力的大小关系；根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，当液体密度相同时，浮力越大，物体排开水的体积越大；

（2）密度计在工作时，它必须在液面漂浮，根据二力平衡的知识可知，此时浮力等于重力，且保持不变；根据公式F浮=ρ液gV排可知，密度计排开液体的体积越小，液体的密度越大。据此分析判断即可。

【解答】（1）橡皮泥在甲中下沉，那么受到的浮力F浮<G；橡皮泥在乙中漂浮，那么受到的浮力F浮<G；因为橡皮泥的重力相等，因此静止时甲杯小于乙杯中受到的浮力；

根据公式F浮=ρ液gV排可知，乙杯中橡皮泥排开水的体积大，那么水面升高的多；

（2）A.密度计在液面漂浮，那么浮力等于重力，利用了二力平衡的知识，故A正确不合题意；

B.密度计工作时，必须在液面漂浮，保持浮力不变，故B正确不合题意；

C.当密度计漂浮时，V排大的液面密度小，故C正确不合题意；

D.密度计在甲和乙中浮力大小相等，故D错误符合题意。

故选D。2.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”）．【答案】（1）ρ铁（2）1×103（3）丙（4）不能（5）3.2（6）不变【解析】【分析】（1）首先根据F浮=G-F计算出铁块受到的浮力，然后再根据V排=V=Gρ铁g计算出排开液体的体积，最后根据阿基米德原理计算液体密度即可；

（2）将F=6.9N带入上面的公式计算即可；

（3）根据公式分析液体密度和测力计示数的数学关系，据此分析它们的图像特点；

（4）使用此方法测量液体密度的前提是，液体的密度小于铁块的密度，据此分析即可；【解答】（1）铁块受到的浮力为：F浮=G-F；

铁块排开液体的体积为：V排=V=Gρ铁g；

那么液体的密度为：ρ液=F浮V排g=G−FGρ铁gg=G−FGρ铁；

（2）当指针在6.9N的位置时，测力计的示数F=6.9N；

代入公式得到：ρ液=F浮V排g=G−FGρ铁g3.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：________．【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【解析】【分析】（1）吸管的形状为圆柱形，因此它的V排=Sh；吸管在不同液体中始终漂浮，那么它们受到的浮力等于重力，即浮力相同，根据阿基米德原理推导二者的密度关系即可；

（2）根据（1）中的结果推导出密度计浸入液体的深度h与液体密度的关系式，据此分析二者的数学关系即可；

（3）密度计在液体中必须漂浮，而现在下沉，说明浮力小，因此必须想办法增大它受到的浮力。

【解答】（1）由于吸管在不同液体中都处于漂浮状态，

那么它受到的浮力F浮a=F浮b=G；

根据阿基米德原理得到：

ρ水gV排a=ρ液gV排b；

因为V=Sh，

所以：ρ水gSH=ρ液gSh；

解得：ρ液=Hℎρ水。因为H>h，所以ρ液>ρ水；ℎ=ρ水ρ4.如图甲所示是某同学自制的“液体重力对容器底部压力测试仪”，用此测试仪来研究液体对容器底部压强与液体重力之间的关系。调节好测试仪的零刻度，将一定量的水倒入装在两滑板之间定制的塑料袋内，分别调节滑板的位置如图乙所示（滑板底部位置保持不变），测得有关的实验数据如下表：组别液体重力/牛侧壁朝向深度/厘米台秤示数/千克压力/牛压强/帕133向外122.43423.851060233竖直153.32832.611450333向内173.69836.241611435向内173.69836.241611537竖直173.65235.791591638向外173.61935.471576实验分析：（1）实验中该同学将滑板分别向里和向外调节的目的是________。（2）分析第1、2、3组实验，判断并说明能否得出液体对容器底部的压强随液体深度增加而增大的结论________。（3）分析实验数据，你能初步得出的实验结论是________。【答案】（1）调节或控制液体的深度

（2）不能，因为只以一种液体为材料进行实验，不具有普遍性，应选几种液体做重复实验以研究普遍规律

（3）相同重力的液体能对容器底部产生不同的压强；深度相同，重力不同的同种液体能对容器底部产生相同的压强；液体的压强与液体的重力无关【解析】【分析】（1）当调节滑板的朝向时，容器的形状发生改变，导致液体的深度发生改变；

（2）为了使得到的实验结论更客观更准确，应选用不同液体多做几组实验；

（3）比较实验数据，分析液体的压强和液体重力之间是否有必然联系。

【解答】（1）实验中该同学将滑板分别向里和向外调节的目的是：调节或控制液体的深度；

（2）根据实验1、2、3，不能得到液体对容器底部的压强随深度的增加而增大，原因是：只以一种液体为材料进行实验，不具有普遍性，应选几种液体做重复实验以研究普遍规律；

（3）分析实验1、2、3得到：相同重力的液体能对容器底部产生不同的压强；分析实验3、4得到：深度相同，重力不同的同种液体能对容器底部产生相同的压强；二者综合在一起得到：液体的压强与液体的重力无关。5.小金在老师的指导下进行实验，研究杠杆平衡条件。（1）杠杆如图甲，为使它在水平位置平衡，小金将平衡螺母向________调节；（2）杠杆在水平位置平衡后，按图乙所示，通过加挂钩分别改变F1、F2，仍使杠杆在水平位置平衡，并用刻度尺在杠杆上测出对应的L1和L2，记录的实验数据如表：次数F1/NL1/cmF2/NL2/cm11824228116321238小金通过数据分析得出杠杆平衡的条件是:F1×L1=F2×L2。老师认为他的实验存在不足，建议将图乙中的F1改用弹簧秤拉，小金接下来的操作是：用弹簧秤在杠杆的________（选填“不同位置”或“同一位置”）向不同的方向拉，使杠杆在水平位置平衡；（3）改进后小金进一步研究拉力角度与拉力大小的关系。他把弹簧测力计的作用点固定，改变测力计与水平方向的角度Ɵ，当Ɵ从90度变为60度时，测力计示数F________（选填“变大”或“变小”）；（4）实验结束后，小金明白了实验室做杠杆平衡条件实验时通常将杠杆调节至水平平衡的原因是________【答案】（1）右（2）同一位置（3）变大（4）方便在杠杆上直接读出力臂【解析】【分析】（1）平衡螺母总是向杠杆轻的那端调节；

（2）因为杠杆在水平位置平衡，而钩码产生的拉力竖直向下，二者相互垂直，因此力臂正好等于作用点到支点之间杠杆的长度；为了理解力臂的概念，这时需要保持力的作用点不变，用弹簧测力计沿不同方向拉，观察杠杆平衡时测力计的示数是否相同；

（3）首先分析动力臂的长度变化，再根据杠杆的平衡条件判断测力计示数的改变；

（4）根据（2）中的分析解答即可。【解答】（1）根据图甲可知，杠杆的右端上翘，即右端轻，因此小金将平衡螺母向右调节；

（2）小金接下来的操作是：用弹簧秤在杠杆的同一位置向不同的方向拉，使杠杆在水平位置平衡；

（3）当Ɵ从90度变为60度时，动力臂变小，根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知，此时动力增大，即测力计示数F变大；

（4）实验结束后，小金明白了实验室做杠杆平衡条件实验时通常将杠杆调节至水平平衡的原因是：方便在杠杆上直接读出力臂。

6.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”。【答案】（1）作用点（2）变大（3）34）从支点到力作用线的【解析】【分析】（1）力的作用效果与力的大小、方向和作用点有关；

（2）根据力的三要素分析解答；

（3）如果拉力的作用线与同一个圆相切，那么这些力的力臂都等于圆的半径，那么肯定杠杆能够保持平衡；

（4）根据力臂的定义分析解答。【解答】（1）F1和F2的方向相同，大小不同，但是作用效果相同，只能说明弹簧测力计在杠杆上的作用点变化了；

（2）F3的方向改变了，那么拉力的动力臂变小了，为了保持杠杆平衡，产生相同的效果，必须保证测力计的示数变大；

（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3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“从支点到力作用线的距离”来表达，给它一个名称叫“力臂”。7.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。【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【解析】【分析】（1）（2）实验中需要测量ab的长度，只要知道ab的长度即可完成实验中的计算，且测量力臂更加方便；

（3）分析图像可知，此图像为反比例函数的图像，根据反比例函数的定义式进行计算。

【解答】（1）实验中需要测量ab的长度，只要在ab上标出刻度，即可知道动力臂的长度；

（2）在ab上标出刻度，无论怎样改变力的方向，都能很快地读出动力臂的长度；

（3）图丙的图像为反比例函数的图像，表达式为F＝kL1代入图中数据计算可得：k=30,当L18.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）。【答案】（1）右（2）22（3）45；0.9（4）增加杠杆的长度（5）5【解析】【分析】（1）平衡螺母总是向轻的那边调节；

（2）当容器中没有液体时，作用在天平左边的就是容器的重力，阻力臂是10cm，右侧钩码的重力是动力，动力臂就是“零刻线”到支点O的距离，根据杠杆平衡条件G容L2=G砝码L1计算即可；

（3）首先根据杠杆的平衡条件计算出容器和液体的总质量，然后根据m=m总−m容计算出液体的重力，最后根据ρ=【解答】（1）杠杆的左端下沉，说明右盘轻，那么平衡螺母应该向右调节；

（2）根据杠杆的平衡条件得到：

G容L2=G砝码L1

0.11kg×10N/kg×10cm=0.05g×10N/kg×L1

L1=22cm；

（3）钩码在距离支点右侧31cm处，根据杠杆平衡条件得到：

G总L2=G砝码L1

m总×10cm=50g×31cm

m总=155g；

液体的质量为：m=m总−m容=155g−110g=45g；

液体的密度为：ρ=mV=45g50cm9.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/N11.000.600.6521.501.100.9032.001.601.15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。【答案】（1）弹簧测力计本身有重力（2）同意；0.3【解析】【分析】（1）一般情况下，我们是忽略弹簧测力计的重力的，但当物体重力比较小时，它的影响就比较明显；

（2）克服滑轮与绳子之间的摩擦、绳子自身的重力，都会影响弹簧测力计的示数；一个动滑轮上承担重物的绳子有2段，可根据2F=G+G【解答】（1）观察实验装置图可知，定滑轮左边绳子的拉力等于钩码的重力，右边绳子的拉力等于弹簧测力计和人的拉力之和；而两个绳子上的拉力相等，所以测力计的示数会小于物体的重力，即造成这一现象的原因是：弹簧测力计本身有重力；

（2）动滑轮的重力赫尔绳子与滑轮之间的摩擦都会影响测力计的示数，所以我同意小明的猜想；

根据实验（1）得到，

那么动滑轮的重力：G动=2F−G=2×65N−1N=0.3N。10.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。【答案】（1）右；力臂的大小（2）6；不能（3）变大（4）4；3【解析】【分析】（1）平衡螺母总是向轻的那端调节；如果杠杆在水平方向平衡，那么力臂正好等于从支点到力的作用点之间杠杆的长度，读出力臂很方便；

（2）根据杠杆的平衡条件计算即可；比较钩码移动位置后支点两侧力和力臂的乘积是否相等即可；

（