专题训练 简单机械实验探究
1．小力在探究杠杆平衡条件时，使用的所有钩码质量均相等，杠杆上相邻刻度线间的距离相等。
（1）实验前杠杆静止时如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向______调（选填“左”或“右”）；
（2）杠杆水平平衡时，在杠杆上A点悬挂了3个钩码，如图乙所示，为使杠杆仍保持水平平衡，应在B点悬挂______个钩码；
（3）如图丙所示，在杠杆C点悬挂了2个钩码，若每个钩码重1N，为使杠杆水平平衡，在杠杆D点用弹簧测力计竖直上提，则弹簧测力计的示数为______N；如果保持弹簧测力计拉力作用点的位置不变，把弹簧测力计沿虚线方向斜向上拉，杠杆水平平衡，则弹簧测力计示数______（选填“变大”、“不变”或“变小”）。
2．在探究“杠杆的平衡条件”的实验中：
（1）实验前，将杠杆安装到支架上后静止如图甲所示，此时应将杠杆的平衡螺母A应向 ___________调节，或者B向___________调节（上两空均选填“左”或“右”），使杠杆在水平位置静止；
（2）如图乙所示，杠杆上每格均匀等距，每个钩码的质量都相同，若在C位置挂4个钩码，在D处挂 ___________个钩码，仍可使其在水平位置平衡；
（3）以上实验结束后，小明用弹簧测力计代替钩码，如图丙所示，保持所挂钩码位置不变，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L的图像如图丁所示，由图像得每次播出的点与两坐标轴围成的方形面积（如图丁中阴影部分） ___________（选填“相等”或“不等”），其原因是 ___________；
（4）小明看到爸爸利用如图的工具抬起大花盆，取出托水盘清洗，结合上面的探究，为了抬起花盆时更省力，他建议爸爸将支架向 ___________移动一些距离。
3．小华同学进行了“探究杠杆平衡条件”的实验。
（1）实验前，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，放手后发现杠杆左端下沉，如图甲所示，此时杠杆处于______（平衡/不平衡）状态，欲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；
（2）如图乙所示，杠杆在水平位置平衡，若将A、B两点下方挂的钩码同时朝靠近支点O方向移动一小格，则杠杆将_____（选填“仍保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”）；
（3）完成以上实验后，小华利用杠杆来测量杠杆的机械效率，如图丙，实验时竖直向上拉动弹簧测力计，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。如果把弹簧测力计由C移至B，两次都将钩码移动相同高度，则弹簧测力计的示数______，对物体所做的有用功将______，此杠杆的机械效率将______（三空均选填“变大”、“变小”或“不变”）（不计摩擦）。
4．在“探究杠杆的平衡条件”的实验中。
（1）杠杆在如图甲的位置静止时，______（选填“是”或“不是”）处于平衡状态。为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆左端螺母向______边旋一些（选填“左”或“右”）；
（2）杠杆平衡后，在左侧挂三个钩码，每个钩码重1N，如图乙所示，在右端用弹簧测力计竖直向下拉，使杠杆在水平位置平衡；此时弹簧测力计的示数F=______N；
（3）重复上述实验总结得出：“杠杆平衡时，动力×动力臂=阻力×阻力臂”；学习小组继续用弹簧测力计沿图丙中的方向斜拉，想使杠杆仍在水平位置平衡，弹簧测力计的示数将______（选填“变大”“变小”“不变”）；若用与（2）问中相同大小的力F，沿图丙方向斜拉，还要使杠杆在水平位置平衡，应将图丙中的钩码向______（选填“左”或“右”）移动适当的距离。
5．研究定滑轮的特点：
(1)在研究使用定滑轮是否省力时，用如图甲所示装置匀速提升重物，需要测量的物理量是______和______。
(2)如图乙所示，分别用拉力F1、F2、F3匀速提升重物，则三个力的大小关系是______。
(3)旗杆顶部有一个定滑轮，给我们升国旗带来了便利。这是利用定滑轮______的特点。
6．某小组同学研究动滑轮的使用特点，他们先用弹簧测力计缓慢提起重物（重力为2牛），如图1（a）所示，再用动滑轮缓慢提起相同重物，如图1（b）所示；接着他们换了重物（重力为3牛）再做一次实验，并将实验数据记录在表格中。
序号 拉力F2（牛） 使用动滑轮拉力F1（牛）
第一次 2 1
第二次 3 2.3
(1)小明看了记录的数据后，认为第一次的数据是正确的，第二次的数据是错的。小明为了说明理由，画了动滑轮工作示意图（如图2所示），并做了如下分析：
根据如图2所示可知，动滑轮工作时，动力臂（l1）是直径，阻力臂（l1）是半径，再根据杠杆平衡条件：F1l1=F2l2，因为l1=2l2，所以F1=F2，因此第一次数据是正确的，第二次数据是错误。
你认为小明的分析和判断是否合理，请简要说明理由；______
(2)小明进一步分析第二次实验数据，发现：使用动滑轮提升重物，虽然能省力但做的功要比不用滑轮直接提升重物所做的功要多，请你分析一下，多做功的原因可能是______。
7．某同学用如图所示的实验装置探究滑轮组的特点，相关数据记录在下表中。
实验次数 钩码重/N 钩码上升的高度/m 绳端的拉力/N 绳端移动的距离/m
1 4 0.10 1.8 0.3
1 6 0.10 2.5 0.3
3 6 0.15 2.5
（1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上______拉动弹簧测力计；
（2）第二次实验中，2s内钩码上升的高度为0.1m，则它运动的速度为______ m/s；
（3）第三次实验中，绳端移动的距离为______ m。
8．如图所示，在测定杠杆机械效率的实验中，始终保持竖直向上缓慢拉动弹簧测力计，使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置：
（1）请分析杠杆在虚线位置时，此杠杆是___________杠杆（选填“省力”、“费力”、“等臂”）；
（2）图中测力计的示数F始终为2.5N，测力计上升的高度s为0.2m，物块重G为1.5N物块上升高度h为0.3m，则拉力做的总功为___________ J，机械效率为___________。
9．对于“动滑轮的机械效率跟动滑轮所受重力是否有关？”这一探究问题，小明选用带横杆的铁架台、刻度尺、弹簧测力计、细绳，另外还有钩码一盒，质量不等的滑轮2个进行实验（滑轮的轮与轴之间的摩擦很小，可忽略不计）。
（1）该实验的自变量是________，因变量是________；
（2）以下是他的部分实验步骤，请你帮他补充完整：
①用调好的弹簧测力计分别测出对一个钩码、一个动滑轮所受的重力，分别用T、G动1表示。如图所示组装实验器材，用弹簧测力计拉自由端，使钩码_____上升，此时动滑轮对钩码的拉力为T，T=G，绳子自由端所受拉力用F表示，绳子自由端移动的距离用s表示，钩码上升的高度用h表示。用弹簧测力计测出F，用刻度尺分别测出s、h，并把测量数据记录在表格中；
②用弹簧测力计测出另一动滑轮所受重力G动2，保证__________不变，仿照步骤①分别测量对应的F、s、h，并把测量数据记录在表格中；
（3）利用公式，计算两次实验中动滑轮的机械效率η，由η1_______η2（选填“=”或“≠”），可以得出“动滑轮的机械效率跟动滑轮所受重力有关”。
10．在探究“滑轮组机械效率”时，小强利用两组滑轮组进行了4次测量，用一个动滑轮和一个定滑轮测得前3组数据，用两个动滑轮和两个定滑轮测得第4组数据，如表：
实验次数 物重 动滑轮重 钩码上升的高度 动力 动力作用点移动的距离 滑轮组的机械效率
1 1
2 2
3 4 2
4 4 1
（1）在实验中，测量绳端拉力F时，应尽量___________匀速拉动弹簧测力计；
（2）第3次实验时滑轮组的机械效率为___________（保留一位小数）；
（3）读出第4次实验时图乙中弹簧测力计的示数为___________N；
（4）第4组实验中克服动滑轮重力和摩擦力所做的额外功为___________J（不计绳重）。
11．“某班同学在“测量斜面的机械效率”实验时，所用实验器材有：长木板、支架、弹簧测力计、刻度尺、重力为5.4N木块（带挂钩）如图所示，将长木板和支架搭成长1.0m、高0.2m的斜面，用弹簧测力计沿斜面向上匀速拉动木块。
（1）如图所示，此时弹簧测力计对木块的拉力为______N；
（2）将木块匀速拉到斜面顶端，有用功为______ J，总功为______ J，斜面的机械效率为______；
（3）木块与斜面的摩擦力为______N；
（4）在实验中若加速拉动木块到斜面顶端，则测得的机械效率与匀速拉动木块比较______（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）请分析原因______。
12．图甲是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着他年迈的父亲缓缓上行，图乙是该通道斜面示意图。为了解中年人推轮椅时所用力的大小，小红和小华进行了探究。她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点。B点的高度为9cm。（g取10N/kg）
（1）选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作：
①正确使用弹簧测力计，测出小车重为2.0N；
②将弹簧测力计与斜面平行放置并进行调零，然后沿斜面方向__________拉动小车，如图乙，弹簧测力计示数为0.3N；
③计算出将小车从A点拉到B点的过程中，拉力所做的功为__________J；利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为__________。
（2）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出拉小车从A点到B点所做的功W1；计算出竖直向上将小车（包含重物）从水平地面提升到B点所做的功W2。以功为纵坐标，以小车总重为横坐标，建立平面直角坐标系，作出W1和W2与小车总重G的关系图像，分别如图丙中的线段a和b；
①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重__________（选填“有关”或“无关”）；
②若这位父亲的质量60kg，所坐的轮椅质量20kg，则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，推力的大小为__________N。
（3）某同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，如图丁所示。她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面匀速拉动小车。调节斜面倾角θ的大小多次测量，得到如表所示的数据：
斜面倾斜角θ 小车重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有用/J 总功W总/J 机械效率η
12° 5 0.2 1 2.4 1 2.4 41.7%
30° 5 0.5 1 3.7 2.5 3.7 67.6%
45° 5 0.7 1 4.3 3.5 4.3 81.3%
分析表中的数据，可以得出的探究结论是：斜面倾斜角θ越大，斜面的机械效率__________，小车与斜面间的摩擦__________（选填“越大”或“越小”）。
参考答案
1．右 2 4 变大
2．右 右 3 相等 右
3．平衡 右 右端下沉 变大 不变 不变
4．是 右 2.4 变大 右
5．弹簧测力计对绳子末端的拉力 物体的重力 F1=F2=F3 可以改变力的方向
6．见解析 不仅要克服物重做有用功，还克服动滑轮重、绳子重以及摩擦做额外功
7．匀速 0.05 0.45
8．费力 0.5 90%
9．动滑轮重力 动滑轮的机械效率 匀速 钩码重力 ≠
10．竖直方向 66.7% 1.6 0.3
11．1.8 1.08 1.8 60% 0.72 偏小
12．匀速 0.3 60% 无关 120 越大 越小
