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13. (2025·无锡经开区期中)如图所示,质量不计的晾晒架钩在竖直固定的支撑物上,挂上衣服后,晾晒架可看成以 O 为支点的杠杆,A、B、C、D 四点在同一水平线上.当把重为 3.6 N 的衣服挂在
D
(填“B”“C”或“D”)点时,作用在 A 点的阻力最大,最大值为 6.8
N,阻力的方向是 水平向右
.答案
13. D 6.8 水平向右 解析:由图示知,晾晒架可看作绕O点转动的杠杆,衣服对晾晒架的作用力相当于动力,A点受到的作用力相当于阻力,当动力和阻力臂不变时,动力臂越大,阻力越大.所以同一件衣服挂在D点时,作用在A点的阻力最大,阻力是A点受到的作用力,方向水平向右.衣服重为3.6 N,阻力臂为0.18 m,动力臂为0.34 m,则有$3.6\ \mathrm{N}×0.34\ \mathrm{m}=F×0.18\ \mathrm{m}$,解得阻力的最大值$F=6.8\ \mathrm{N}$.
解析
【分析】
首先明确本题核心是杠杆平衡条件的应用，第一步先确定杠杆支点为O，将衣服的重力视作使杠杆转动的动力，A点受到支撑物的作用力视作阻碍杠杆转动的阻力。已知动力大小（衣服重力3.6N）固定不变，阻力臂是支点O到A点阻力作用线的距离，为0.18m也保持不变，根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂可知，动力臂越大，对应的阻力就越大。接下来对比B、C、D三点对应的动力臂长度，选择动力臂最大的点即可得到A点的最大阻力，之后代入公式计算阻力大小，最后结合杠杆的转动趋势判断阻力的方向。
【解析】
1. 确定动力臂最大的悬挂点：
晾晒架以O为支点，衣服的重力为动力，大小恒为G=3.6N，A点受到的支撑物的作用力为阻力，阻力臂为O点到A点的竖直距离L阻=0.18m。根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂，在动力F₁、阻力臂L阻不变时，动力臂L动越大，阻力F₂越大。B、C、D三点中，D点对应的动力臂为0.34m，是三者中最大的，因此衣服挂在D点时，作用在A点的阻力最大。
2. 计算最大阻力：
将已知数值代入杠杆平衡公式：
$G × L_{\mathrm{动}} = F × L_{\mathrm{阻}}$
即 $3.6\ \mathrm{N} × 0.34\ \mathrm{m} = F × 0.18\ \mathrm{m}$
解得 $F = \frac{3.6\ \mathrm{N} × 0.34\ \mathrm{m}}{0.18\ \mathrm{m}} = 6.8\ \mathrm{N}$
3. 判断阻力方向：
晾晒架挂上衣服后，有绕O点顺时针转动的趋势，A点会向左挤压竖直支撑物，根据力的作用是相互的，支撑物对A点的阻力方向为水平向右。
【答案】
D；6.8；水平向右
【知识点】
杠杆平衡条件；力臂判断
【点评】
本题是生活场景中的杠杆应用题，易错点在于阻力方向的判断和力臂的正确识别，需要结合杠杆的转动趋势分析受力，避免误将竖直方向的长度当作动力臂、水平方向长度当作阻力臂，能很好地考查学生对杠杆核心概念的理解应用能力。
【难度系数】
0.4
首先明确本题核心是杠杆平衡条件的应用，第一步先确定杠杆支点为O，将衣服的重力视作使杠杆转动的动力，A点受到支撑物的作用力视作阻碍杠杆转动的阻力。已知动力大小（衣服重力3.6N）固定不变，阻力臂是支点O到A点阻力作用线的距离，为0.18m也保持不变，根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂可知，动力臂越大，对应的阻力就越大。接下来对比B、C、D三点对应的动力臂长度，选择动力臂最大的点即可得到A点的最大阻力，之后代入公式计算阻力大小，最后结合杠杆的转动趋势判断阻力的方向。
【解析】
1. 确定动力臂最大的悬挂点：
晾晒架以O为支点，衣服的重力为动力，大小恒为G=3.6N，A点受到的支撑物的作用力为阻力，阻力臂为O点到A点的竖直距离L阻=0.18m。根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂，在动力F₁、阻力臂L阻不变时，动力臂L动越大，阻力F₂越大。B、C、D三点中，D点对应的动力臂为0.34m，是三者中最大的，因此衣服挂在D点时，作用在A点的阻力最大。
2. 计算最大阻力：
将已知数值代入杠杆平衡公式：
$G × L_{\mathrm{动}} = F × L_{\mathrm{阻}}$
即 $3.6\ \mathrm{N} × 0.34\ \mathrm{m} = F × 0.18\ \mathrm{m}$
解得 $F = \frac{3.6\ \mathrm{N} × 0.34\ \mathrm{m}}{0.18\ \mathrm{m}} = 6.8\ \mathrm{N}$
3. 判断阻力方向：
晾晒架挂上衣服后，有绕O点顺时针转动的趋势，A点会向左挤压竖直支撑物，根据力的作用是相互的，支撑物对A点的阻力方向为水平向右。
【答案】
D；6.8；水平向右
【知识点】
杠杆平衡条件；力臂判断
【点评】
本题是生活场景中的杠杆应用题，易错点在于阻力方向的判断和力臂的正确识别，需要结合杠杆的转动趋势分析受力，避免误将竖直方向的长度当作动力臂、水平方向长度当作阻力臂，能很好地考查学生对杠杆核心概念的理解应用能力。
【难度系数】
0.4
14. 如图所示,甲、乙均为理想电表,当开关S闭合后灯$\mathrm{L}_{1}$、$\mathrm{L}_{2}$都能发光,灯$\mathrm{L}_{1}$和$\mathrm{L}_{2}$是
并
联在电路中的,甲为电流
表,乙为电压
表.答案
14. 并 电流 电压 解析:由图可知,电表乙与L₁、L₂均并联,若乙为电流表,则两灯均被短路,故乙为电压表,L₁、L₂并联.电表甲接在干路中,两灯正常发光,故甲为电流表.
解析
【分析】
我们可以结合理想电表的特性，用假设法逐步推导：首先回忆电流表相当于导线、电压表相当于开路的特点，题目要求开关闭合后两灯都发光，先假设甲是电压表，会发现整个电路断路，两灯都不亮，不符合要求，因此甲只能是串联在电路中的电流表；再假设乙是电流表，会发现电源被短路，两灯都无法工作，不符合要求，因此乙只能是并联的电压表，此时梳理电流路径就能判断两灯的连接方式。
【解析】
1. 明确理想电表的特性：理想电流表电阻极小，等效为导线，使用时需串联在电路中；理想电压表电阻极大，等效为开路，使用时需并联在被测电路两端。
2. 判断甲的类型：若甲为电压表，电路在甲所在位置相当于断开，整个电路无电流，L₁、L₂都无法发光，与题意矛盾，因此甲一定是电流表，串联在电路的干路中。
3. 判断乙的类型：若乙为电流表，电流经过甲后会直接通过乙回到开关侧，造成电源短路，两灯均被短路无法发光，与题意矛盾，因此乙一定是电压表，并联在电路两端。
4. 判断电路连接方式：此时电流从电源正极流出，经过电流表甲后分为两条独立路径：一条路径经过L₁，另一条路径经过L₂，最终两条路径的电流都经过开关S回到电源负极，因此L₁和L₂是并联关系。
【答案】
并；电流；电压
【知识点】
电流表的使用，电压表的使用，串并联电路识别
【点评】
本题是电路电表判断的经典基础题型，通过假设排除法就能快速推导结果，既巩固了电流表、电压表的使用规则，也锻炼了学生梳理电流路径、判断电路连接方式的能力，规避短路、断路的分析误区。
【难度系数】
0.7
我们可以结合理想电表的特性，用假设法逐步推导：首先回忆电流表相当于导线、电压表相当于开路的特点，题目要求开关闭合后两灯都发光，先假设甲是电压表，会发现整个电路断路，两灯都不亮，不符合要求，因此甲只能是串联在电路中的电流表；再假设乙是电流表，会发现电源被短路，两灯都无法工作，不符合要求，因此乙只能是并联的电压表，此时梳理电流路径就能判断两灯的连接方式。
【解析】
1. 明确理想电表的特性：理想电流表电阻极小，等效为导线，使用时需串联在电路中；理想电压表电阻极大，等效为开路，使用时需并联在被测电路两端。
2. 判断甲的类型：若甲为电压表，电路在甲所在位置相当于断开，整个电路无电流，L₁、L₂都无法发光，与题意矛盾，因此甲一定是电流表，串联在电路的干路中。
3. 判断乙的类型：若乙为电流表，电流经过甲后会直接通过乙回到开关侧，造成电源短路，两灯均被短路无法发光，与题意矛盾，因此乙一定是电压表，并联在电路两端。
4. 判断电路连接方式：此时电流从电源正极流出，经过电流表甲后分为两条独立路径：一条路径经过L₁，另一条路径经过L₂，最终两条路径的电流都经过开关S回到电源负极，因此L₁和L₂是并联关系。
【答案】
并；电流；电压
【知识点】
电流表的使用，电压表的使用，串并联电路识别
【点评】
本题是电路电表判断的经典基础题型，通过假设排除法就能快速推导结果，既巩固了电流表、电压表的使用规则，也锻炼了学生梳理电流路径、判断电路连接方式的能力，规避短路、断路的分析误区。
【难度系数】
0.7
15. (2025·南京鼓楼区期中)如图甲所示,当开关
S₁、S₃
闭合,其他开关断开时,灯$\mathrm{L}_{1}$、$\mathrm{L}_{2}$并联,电流表$\mathrm{A}_{1}$、$\mathrm{A}_{2}$的示数如图乙、丙所示,则通过灯泡$\mathrm{L}_{1}$的电流是1
A;只闭合开关$\mathrm{S}_{1}$、$\mathrm{S}_{2}$时,灯L₂
发光;当开关S₁、S₂、S₃
同时闭合时,会造成电源短路,应坚决避免.答案
15. S₁、S₃ 1 L₂ S₁、S₂、S₃ 解析:要使灯L₁、L₂并联,则电流应分别经过两灯泡,故应闭合开关S₁、S₃,断开S₂.由并联电路特点可知$I_{1}+I_{2}=I$,并且支路电流小于干路电流.观察乙图可知,电流表A₁的量程应为0~3 A,分度值为0.1 A,所以干路电流$I=1.5\ \mathrm{A}$.观察丙图可知,电流表A₂的量程应为0~0.6 A,分度值为0.02 A,支路电流$I_{2}=0.5\ \mathrm{A}$,则通过灯泡L₁的电流$I_{1}=I-I_{2}=1.5\ \mathrm{A}-0.5\ \mathrm{A}=1\ \mathrm{A}$.只闭合开关S₁、S₂时,灯L₁被短路,电路为L₂的简单电路,所以只有L₂发光.当开关S₁、S₂、S₃同时闭合时,电流从正极出发,不经过用电器直接回到负极,造成电源短路,所以应坚决避免.
解析
【分析】
首先第一步先明确并联电路的特征：电流从电源流出后要分成两条独立路径，分别经过L₁、L₂两个灯泡，再汇合回到电源负极，据此排查开关组合，就能找到让两灯并联的开关状态。接下来并联电路中干路总电流一定大于任意支路的电流，结合两个电流表的指针偏转角度，偏角更小的A₁是干路电流表，要选大量程读数，偏角更大的A₂是测L₂支路的电流表，选小量程读数，用干路电流减去L₂的支路电流就能得到L₁的电流。之后分析只闭合S₁、S₂的情况，观察电流路径可以发现L₁被导线直接短路，只有L₂接入电路。最后判断电源短路：当所有开关都闭合时，电流会不经过任何用电器直接从电源正极回到负极，形成电源短路，是错误操作。
【解析】
1. 要让L₁、L₂并联，电流需要形成两条独立支路：一条经过L₁，一条经过L₂，因此需要闭合开关S₁、S₃，断开S₂，此时两灯两端都直接接在电源两端，满足并联要求。
2. 并联电路干路总电流等于各支路电流之和，干路电流大于支路电流：
电流表A₁测干路总电流，指针偏转角度更小，因此选用0~3A量程，分度值0.1A，读数为1.5A；
电流表A₂测L₂的支路电流，指针偏转角度更大，因此选用0~0.6A量程，分度值0.02A，读数为0.5A；
计算通过L₁的电流：$I_1 = I - I_2 = 1.5\ \mathrm{A} - 0.5\ \mathrm{A} = 1\ \mathrm{A}$。
3. 只闭合S₁、S₂时，S₂的导线直接连通L₁的两端，L₁被短路，电路只有L₂接入通路，因此只有L₂发光。
4. 当S₁、S₂、S₃同时闭合时，电流从电源正极出发，不经过任何用电器直接沿导线回到电源负极，造成电源短路，会烧坏电源，必须坚决避免。
【答案】
S₁、S₃；1；L₂；S₁、S₂、S₃
【知识点】
并联电路电流规律；电流表读数；电源短路判断
【点评】
本题是典型的开关型动态电路分析题，重点考察串并联电路识别和并联电流规律的应用，易错点是根据干路电流大于支路电流的特点判断两个电流表的量程，很多同学容易误将两个电流表的量程选反导致计算错误，同时要区分用电器局部短路和电源短路的不同特点。
【难度系数】
0.6
首先第一步先明确并联电路的特征：电流从电源流出后要分成两条独立路径，分别经过L₁、L₂两个灯泡，再汇合回到电源负极，据此排查开关组合，就能找到让两灯并联的开关状态。接下来并联电路中干路总电流一定大于任意支路的电流，结合两个电流表的指针偏转角度，偏角更小的A₁是干路电流表，要选大量程读数，偏角更大的A₂是测L₂支路的电流表，选小量程读数，用干路电流减去L₂的支路电流就能得到L₁的电流。之后分析只闭合S₁、S₂的情况，观察电流路径可以发现L₁被导线直接短路，只有L₂接入电路。最后判断电源短路：当所有开关都闭合时，电流会不经过任何用电器直接从电源正极回到负极，形成电源短路，是错误操作。
【解析】
1. 要让L₁、L₂并联，电流需要形成两条独立支路：一条经过L₁，一条经过L₂，因此需要闭合开关S₁、S₃，断开S₂，此时两灯两端都直接接在电源两端，满足并联要求。
2. 并联电路干路总电流等于各支路电流之和，干路电流大于支路电流：
电流表A₁测干路总电流，指针偏转角度更小，因此选用0~3A量程，分度值0.1A，读数为1.5A；
电流表A₂测L₂的支路电流，指针偏转角度更大，因此选用0~0.6A量程，分度值0.02A，读数为0.5A；
计算通过L₁的电流：$I_1 = I - I_2 = 1.5\ \mathrm{A} - 0.5\ \mathrm{A} = 1\ \mathrm{A}$。
3. 只闭合S₁、S₂时，S₂的导线直接连通L₁的两端，L₁被短路，电路只有L₂接入通路，因此只有L₂发光。
4. 当S₁、S₂、S₃同时闭合时，电流从电源正极出发，不经过任何用电器直接沿导线回到电源负极，造成电源短路，会烧坏电源，必须坚决避免。
【答案】
S₁、S₃；1；L₂；S₁、S₂、S₃
【知识点】
并联电路电流规律；电流表读数；电源短路判断
【点评】
本题是典型的开关型动态电路分析题，重点考察串并联电路识别和并联电流规律的应用，易错点是根据干路电流大于支路电流的特点判断两个电流表的量程，很多同学容易误将两个电流表的量程选反导致计算错误，同时要区分用电器局部短路和电源短路的不同特点。
【难度系数】
0.6
三、解答题(共54分)
16. (4分)图中,用直棒提升重物,画出图示位置所用最小力$F_1$和阻力$F_2$的力臂$l_2$.
17. (4分)小明设计了一款道路井盖移动报警电路,由电源、警示灯L、保护电阻$R_0$、开关S和$S_1$组成.闭合开关S,当井盖未被移动时,相当于开关$S_1$闭合,警示灯L不亮;当井盖被移动时,相当于开关$S_1$断开,警示灯L发光提醒路人.请根据以上要求,将图中的电路补充完整.
16. (4分)图中,用直棒提升重物,画出图示位置所用最小力$F_1$和阻力$F_2$的力臂$l_2$.
17. (4分)小明设计了一款道路井盖移动报警电路,由电源、警示灯L、保护电阻$R_0$、开关S和$S_1$组成.闭合开关S,当井盖未被移动时,相当于开关$S_1$闭合,警示灯L不亮;当井盖被移动时,相当于开关$S_1$断开,警示灯L发光提醒路人.请根据以上要求,将图中的电路补充完整.
答案
16. 如图所示
解析:根据杠杆平衡条件,力最小,则力臂最大,则OB为最大力臂,过B点作垂直于OB向上的力$F_{1}$为最小力;将$F_{2}$的作用线反向延长,过O点作力$F_{2}$的作用线的垂直线段即为力臂$l_{2}$.
17. 如图所示
解析:根据题意可知,闭合开关S,当井盖未被移动时,相当于开关S₁闭合,警示灯L不亮,说明警示灯L被短路了;当井盖被移动时,相当于开关S₁断开,警示灯L发光,说明开关S是总开关,$R_{0}$串联在电路中,保护电路.
解析
【分析】
先梳理两道题的解题思路：
1. 第16题是杠杆作图题，要得到最小动力，根据杠杆平衡条件，在阻力和阻力臂确定的情况下，动力臂越长动力越小，所以首先找到杠杆上距离支点O最远的点，支点和该点的连线就是最长动力臂，垂直于这个最长力臂作出的动力就是最小力；而阻力臂的本质是支点到阻力作用线的垂直距离，按照力臂的标准画法从支点向阻力作用线作垂线即可。
2. 第17题是电路设计作图题，根据题目的状态要求：S₁闭合时灯不亮、S₁断开时灯亮，说明S₁闭合时灯被短路，因此S₁需要和警示灯L并联；同时为了防止S₁直接把电源短路，必须把保护电阻R₀串联在干路中，总开关S控制整个电路也串联在干路，按照这个逻辑补全电路即可。
【解析】
16. 作图步骤：
① 依据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，取杠杆上距离支点O最远的点B，OB即为最长动力臂，过B点作垂直于OB向上的带箭头线段，标注为$F_1$，即为所求最小动力；
② 反向延长阻力$F_2$的作用线，从支点O向$F_2$的作用线作垂线段，标注该垂线段为$l_2$，即为阻力$F_2$的力臂。
17. 作图步骤：
① 由题意可知，井盖未移动时$S_1$闭合警示灯不亮，说明$S_1$与警示灯L并联，$S_1$闭合时将L短路；
② 为避免$S_1$闭合时电源直接短路，保护电阻$R_0$串联在干路中，总开关S也串联在干路控制整个电路，按上述连接规则补全电路即可。
【答案】
【知识点】
杠杆力臂作图，最小动力判断，电路设计
【点评】
这两道题均为初中物理高频基础作图题，杠杆作图部分要牢记“最长动力臂为支点到力的作用点的连线”这个核心规律，避免出现动力方向画反、力臂标注不规范的错误；电路设计部分要抓住短路的特性分析元件连接关系，注意不能遗漏串联保护电阻，防止出现电源短路的设计漏洞。
【难度系数】
0.7
先梳理两道题的解题思路：
1. 第16题是杠杆作图题，要得到最小动力，根据杠杆平衡条件，在阻力和阻力臂确定的情况下，动力臂越长动力越小，所以首先找到杠杆上距离支点O最远的点，支点和该点的连线就是最长动力臂，垂直于这个最长力臂作出的动力就是最小力；而阻力臂的本质是支点到阻力作用线的垂直距离，按照力臂的标准画法从支点向阻力作用线作垂线即可。
2. 第17题是电路设计作图题，根据题目的状态要求：S₁闭合时灯不亮、S₁断开时灯亮，说明S₁闭合时灯被短路，因此S₁需要和警示灯L并联；同时为了防止S₁直接把电源短路，必须把保护电阻R₀串联在干路中，总开关S控制整个电路也串联在干路，按照这个逻辑补全电路即可。
【解析】
16. 作图步骤：
① 依据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，取杠杆上距离支点O最远的点B，OB即为最长动力臂，过B点作垂直于OB向上的带箭头线段，标注为$F_1$，即为所求最小动力；
② 反向延长阻力$F_2$的作用线，从支点O向$F_2$的作用线作垂线段，标注该垂线段为$l_2$，即为阻力$F_2$的力臂。
17. 作图步骤：
① 由题意可知，井盖未移动时$S_1$闭合警示灯不亮，说明$S_1$与警示灯L并联，$S_1$闭合时将L短路；
② 为避免$S_1$闭合时电源直接短路，保护电阻$R_0$串联在干路中，总开关S也串联在干路控制整个电路，按上述连接规则补全电路即可。
【答案】
【知识点】
杠杆力臂作图，最小动力判断，电路设计
【点评】
这两道题均为初中物理高频基础作图题，杠杆作图部分要牢记“最长动力臂为支点到力的作用点的连线”这个核心规律，避免出现动力方向画反、力臂标注不规范的错误；电路设计部分要抓住短路的特性分析元件连接关系，注意不能遗漏串联保护电阻，防止出现电源短路的设计漏洞。
【难度系数】
0.7
18. (6分)(2025·江苏苏州一模)小丽在校园景观湖水质调查活动中,想测出湖水的密度,利用手边现有的水杯、硬木尺、金属块、重物和一些细线等设计了一个测量湖水密度的实验方案,如图所示.以下是小丽测出$\rho_{湖水}$的部分实验步骤,请将其补充完整.(已知金属块的密度为$\rho_{0}$)
(1)步骤一:细线系在木尺的某一适当位置$O$,悬挂在固定点上,使木尺在
(2)步骤二:把金属块$B$浸没在盛有湖水的水杯中,保持金属块的悬挂点不变,把重物$A$从$E$处移动到$D$处时,木尺再次在水平位置平衡,测出$OD$的长度$L_{3}$.
(3)步骤三:利用上述测量出的物理量和已知量计算湖水密度的表达式为$\rho_{湖水}=$
(1)步骤一:细线系在木尺的某一适当位置$O$,悬挂在固定点上,使木尺在
水平位置
平衡,然后将金属块$B$挂在木尺左端$C$处,重物$A$挂在木尺右端,调节重物$A$的位置,待木尺水平平衡,此时重物$A$挂在木尺上的位置为$E$,测出$OC$长度为$L_{1}$、$OE$长度为$L_{2}$.(2)步骤二:把金属块$B$浸没在盛有湖水的水杯中,保持金属块的悬挂点不变,把重物$A$从$E$处移动到$D$处时,木尺再次在水平位置平衡,测出$OD$的长度$L_{3}$.
(3)步骤三:利用上述测量出的物理量和已知量计算湖水密度的表达式为$\rho_{湖水}=$
$\frac{\rho_{0}(L_{2}-L_{3})}{L_{2}}$
.答案
18. (1)水平位置 (3)$\frac{\rho_{0}(L_{2}-L_{3})}{L_{2}}$解析:(1)此处利用杠杆平衡原理,必须使杠杆在水平位置平衡,因为水平平衡时力臂在杠杆上便于测量力臂.
(3)当A在空气中时,根据杠杆的平衡条件得$\rho_{0}gV_{B}·L_{1}=$$\rho_{A}gV_{A}·L_{2}$…①;把金属块B浸没在湖水中时,B将受到湖水向上的浮力作用,其浮力$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{湖水}}gV_{B}$,则根据杠杆的平衡条件得$(\rho_{0}gV_{B}-\rho_{\mathrm{湖水}}gV_{B})·L_{1}=\rho_{A}gV_{A}·L_{3}$…②;由①②得$\rho_{\mathrm{湖水}}=\frac{\rho_{0}(L_{2}-L_{3})}{L_{2}}$.
(3)当A在空气中时,根据杠杆的平衡条件得$\rho_{0}gV_{B}·L_{1}=$$\rho_{A}gV_{A}·L_{2}$…①;把金属块B浸没在湖水中时,B将受到湖水向上的浮力作用,其浮力$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{湖水}}gV_{B}$,则根据杠杆的平衡条件得$(\rho_{0}gV_{B}-\rho_{\mathrm{湖水}}gV_{B})·L_{1}=\rho_{A}gV_{A}·L_{3}$…②;由①②得$\rho_{\mathrm{湖水}}=\frac{\rho_{0}(L_{2}-L_{3})}{L_{2}}$.
解析
【分析】
这是一道结合杠杆平衡条件、阿基米德原理测量液体密度的实验题。首先第一空，回忆杠杆实验的操作规范，让杠杆在水平位置平衡时，拉力方向竖直向下，力臂会与杠杆本身重合，可以直接通过杠杆上的刻度/测量线段长度得到力臂，极大方便力臂的测量，同时还能消除杠杆自身重力对实验的影响。推导密度表达式时，我们可以对两次杠杆平衡的状态分别列平衡方程：第一次金属块B在空气中，左侧拉力等于B的重力，右侧是重物A的重力，代入对应力臂得到第一个等式；第二次B浸没在湖水中，B受到向上的浮力，对杠杆的拉力变为自身重力减去浮力，再次列杠杆平衡方程，两个方程联立消去金属块体积、重物A的重力等未知公共项，就能推导出湖水的密度表达式。
【解析】
(1) 实验中利用杠杆平衡规律完成测量，将木尺悬挂后，需要先调节使木尺在水平位置平衡，此时既可以抵消木尺自身重力对实验的干扰，后续测量力臂时也可以直接读取木尺上对应线段的长度，操作十分便捷。
(3) 第一次木尺水平平衡时，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$：
金属块B的重力$G_B=\rho_0 g V_B$，代入平衡条件可得：
$\rho_0 g V_B · L_1 = G_A · L_2 \tag{1}$
当金属块B完全浸没在湖水中时，根据阿基米德原理，B受到的浮力$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{湖水}} g V_B$，此时B对杠杆左侧的拉力为$G_B-F_{\mathrm{浮}}$，再次根据杠杆平衡条件可得：
$(\rho_0 g V_B - \rho_{\mathrm{湖水}} g V_B) · L_1 = G_A · L_3 \tag{2}$
将(1)式和(2)式相除，消去公共项$g、V_B、L_1、G_A$，整理变形后可得：
$\rho_{\mathrm{湖水}}=\frac{\rho_0(L_2-L_3)}{L_2}$
【答案】
(1) 水平位置 (3) $\frac{\rho_{0}(L_{2}-L_{3})}{L_{2}}$
【知识点】
杠杆平衡条件，阿基米德原理
【点评】
本题是经典的杠杆巧测密度实验，没有常规的天平、量筒器材，通过两次杠杆平衡联立方程消去中间未知量完成密度推导，设计十分巧妙，重点考察学生对力学综合知识的灵活运用能力，不需要额外测量金属块体积、重物A的重力，简化了实验操作。
【难度系数】
0.6
这是一道结合杠杆平衡条件、阿基米德原理测量液体密度的实验题。首先第一空，回忆杠杆实验的操作规范，让杠杆在水平位置平衡时，拉力方向竖直向下，力臂会与杠杆本身重合，可以直接通过杠杆上的刻度/测量线段长度得到力臂，极大方便力臂的测量，同时还能消除杠杆自身重力对实验的影响。推导密度表达式时，我们可以对两次杠杆平衡的状态分别列平衡方程：第一次金属块B在空气中，左侧拉力等于B的重力，右侧是重物A的重力，代入对应力臂得到第一个等式；第二次B浸没在湖水中，B受到向上的浮力，对杠杆的拉力变为自身重力减去浮力，再次列杠杆平衡方程，两个方程联立消去金属块体积、重物A的重力等未知公共项，就能推导出湖水的密度表达式。
【解析】
(1) 实验中利用杠杆平衡规律完成测量，将木尺悬挂后，需要先调节使木尺在水平位置平衡，此时既可以抵消木尺自身重力对实验的干扰，后续测量力臂时也可以直接读取木尺上对应线段的长度，操作十分便捷。
(3) 第一次木尺水平平衡时，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$：
金属块B的重力$G_B=\rho_0 g V_B$，代入平衡条件可得：
$\rho_0 g V_B · L_1 = G_A · L_2 \tag{1}$
当金属块B完全浸没在湖水中时，根据阿基米德原理，B受到的浮力$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{湖水}} g V_B$，此时B对杠杆左侧的拉力为$G_B-F_{\mathrm{浮}}$，再次根据杠杆平衡条件可得：
$(\rho_0 g V_B - \rho_{\mathrm{湖水}} g V_B) · L_1 = G_A · L_3 \tag{2}$
将(1)式和(2)式相除，消去公共项$g、V_B、L_1、G_A$，整理变形后可得：
$\rho_{\mathrm{湖水}}=\frac{\rho_0(L_2-L_3)}{L_2}$
【答案】
(1) 水平位置 (3) $\frac{\rho_{0}(L_{2}-L_{3})}{L_{2}}$
【知识点】
杠杆平衡条件，阿基米德原理
【点评】
本题是经典的杠杆巧测密度实验，没有常规的天平、量筒器材，通过两次杠杆平衡联立方程消去中间未知量完成密度推导，设计十分巧妙，重点考察学生对力学综合知识的灵活运用能力，不需要额外测量金属块体积、重物A的重力，简化了实验操作。
【难度系数】
0.6
19. 核心素养科学思维（12分）某品牌的一款风扇如图1所示，它的控制装置主要有开关、定
时器、调速器以及安装在内部的保护装置.
(1)保护装置的结构如图2所示,当风扇发生倾斜或倾倒时,小球会滚向一侧,使电路
A.铜
B.铝
C.铁
D.陶瓷
E.塑料
F.玻璃
(2)在图3中,展示了该风扇在某一挡时的电路元件,请你用曲线把它们连接起来,使得风扇开关能控制风扇的工作与不工作,定时器可以在设定时间之后控制风扇停转,风扇在调速器设定的某一挡转速下转动,当风扇工作时,一旦发生倾斜,风扇会停止工作.
时器、调速器以及安装在内部的保护装置.
(1)保护装置的结构如图2所示,当风扇发生倾斜或倾倒时,小球会滚向一侧,使电路
断路
（填“断路”或“短路”）,起到保护风扇的作用.由此判断,小球不可以使用以下DEF
（填字母,多选）的材料制作.A.铜
B.铝
C.铁
D.陶瓷
E.塑料
F.玻璃
(2)在图3中,展示了该风扇在某一挡时的电路元件,请你用曲线把它们连接起来,使得风扇开关能控制风扇的工作与不工作,定时器可以在设定时间之后控制风扇停转,风扇在调速器设定的某一挡转速下转动,当风扇工作时,一旦发生倾斜,风扇会停止工作.
答案
19. (1)断路 DEF (2)如图所示
解析:(1)由图可知,两金属片不是接通的,小球滚向一侧会使电路断开,起到保护作用,小球起到断开或闭合电路的作用,应该选用导体材料制作,由选项知DEF属于绝缘体,不符合要求.
(2)风扇开关能控制风扇的工作与不工作,所以风扇开关要和风扇串联,定时器可以在设定时间之后控制风扇停转,所以定时器也要与风扇串联,一旦发生倾斜,风扇会停止工作,所以保护装置也要和风扇串联,所以得出实物图如答案图所示.
解析
【分析】
先从第一小问入手：首先观察保护装置的结构，正常状态下小球在底部连通两个金属片，风扇倾倒后小球移位，原本的通路就会断开，由此判断电路状态；再根据小球需要正常导通电路的要求，判断小球必须是导体，选出不能用来制作小球的绝缘体材料。第二小问，题目要求开关、定时器、保护装置都能独立切断电路让风扇停止工作，调速器要控制电动机的转速，根据串联电路各元件互相影响的特点，把所有控制元件和电动机依次串联在电源线之间，就能满足所有功能要求。
【解析】
(1) 当风扇倾斜或倾倒时，小球滚向一侧，两个原本被小球连通的金属片之间出现空隙，电路被切断，处于断路状态，避免风扇倾倒后持续工作引发安全事故。该小球在风扇正常放置时需要导通两个金属片，因此必须选用导体材料制作，选项中铜、铝、铁属于导体，陶瓷、塑料、玻璃属于绝缘体，无法导通电路，因此不能用来制作小球。
(2) 要实现开关控制风扇启停、定时器到点后风扇停转、风扇倾倒后保护装置断开停转、调速器控制风扇转速的全部功能，所有控制元件都需要串联在电路中，电流从电源线的一端出发，依次经过开关、定时器、保护装置、调速器，最终流入电动机，再回到电源线的另一端，任意一个元件断开，整个电路都会断路，满足所有设计要求。
【答案】
(1) 断路；DEF
(2)
【知识点】
电路断路，导体绝缘体，串联电路连接
【点评】
本题以家用风扇为实际场景，将电路基础知识点融入生活应用中，既考察了导体绝缘体的区分、电路状态的判断，也考察了串联电路特点在实际电路设计中的应用，引导学生用物理知识解决身边的实际问题，难度适中。
【难度系数】
0.6
先从第一小问入手：首先观察保护装置的结构，正常状态下小球在底部连通两个金属片，风扇倾倒后小球移位，原本的通路就会断开，由此判断电路状态；再根据小球需要正常导通电路的要求，判断小球必须是导体，选出不能用来制作小球的绝缘体材料。第二小问，题目要求开关、定时器、保护装置都能独立切断电路让风扇停止工作，调速器要控制电动机的转速，根据串联电路各元件互相影响的特点，把所有控制元件和电动机依次串联在电源线之间，就能满足所有功能要求。
【解析】
(1) 当风扇倾斜或倾倒时，小球滚向一侧，两个原本被小球连通的金属片之间出现空隙，电路被切断，处于断路状态，避免风扇倾倒后持续工作引发安全事故。该小球在风扇正常放置时需要导通两个金属片，因此必须选用导体材料制作，选项中铜、铝、铁属于导体，陶瓷、塑料、玻璃属于绝缘体，无法导通电路，因此不能用来制作小球。
(2) 要实现开关控制风扇启停、定时器到点后风扇停转、风扇倾倒后保护装置断开停转、调速器控制风扇转速的全部功能，所有控制元件都需要串联在电路中，电流从电源线的一端出发，依次经过开关、定时器、保护装置、调速器，最终流入电动机，再回到电源线的另一端，任意一个元件断开，整个电路都会断路，满足所有设计要求。
【答案】
(1) 断路；DEF
(2)
【知识点】
电路断路，导体绝缘体，串联电路连接
【点评】
本题以家用风扇为实际场景，将电路基础知识点融入生活应用中，既考察了导体绝缘体的区分、电路状态的判断，也考察了串联电路特点在实际电路设计中的应用，引导学生用物理知识解决身边的实际问题，难度适中。
【难度系数】
0.6
