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4. 使用如图所示器材，探究“使用机械是否省功”。实验中保持重物缓慢上升，用弹簧测力计测量钩码的重力和拉力，记录钩码和绳子自由端的始、末位置。
(1)此实验中，一般要求拉动弹簧测力计应该保持
(2)请补充表格中的数据：
| 力/N | 移动距离/m | 力做的功/J |
| ---- | ---- | ---- |
| $G_1=3$ | $h_1=0.2$ | $W_1=G_1h_1=\boldsymbol{①}$
| $F_1=1.6$ | $s_1=\boldsymbol{②}$
(3)为了让实验结论更具普遍性，除了改变钩码的
(4)分析上表中数据，根据$W_1$与$W_2$的实际关系，可以判断使用机械多做了功，其原因是
(1)此实验中，一般要求拉动弹簧测力计应该保持
缓慢匀速
移动；(2)请补充表格中的数据：
| 力/N | 移动距离/m | 力做的功/J |
| ---- | ---- | ---- |
| $G_1=3$ | $h_1=0.2$ | $W_1=G_1h_1=\boldsymbol{①}$
0.6
|| $F_1=1.6$ | $s_1=\boldsymbol{②}$
0.4
| $W_2=F_1s_1=0.64$ |(3)为了让实验结论更具普遍性，除了改变钩码的
重力
重复进行实验外，还可以换用一个不同重力的动滑轮
，再重复实验获取数据，最后分析实验数据得出较可靠的结论。(4)分析上表中数据，根据$W_1$与$W_2$的实际关系，可以判断使用机械多做了功，其原因是
克服摩擦力、绳子重力和动滑轮的重力也要做功
。答案
4.(1)缓慢匀速
(2)①0.6 ②0.4
(3)重力 不同重力的动滑轮
(4)克服摩擦力、绳子重力和动滑轮的重力也要做功
(2)①0.6 ②0.4
(3)重力 不同重力的动滑轮
(4)克服摩擦力、绳子重力和动滑轮的重力也要做功
解析
【分析】
本实验以动滑轮为研究对象，探究使用机械是否省功。解题思路如下：
1. 实验操作要求：拉动弹簧测力计需保持匀速缓慢移动，保证动滑轮处于平衡状态，拉力大小稳定，便于准确测量拉力；
2. 功的计算：有用功是提升钩码做的功，公式为$W=Gh$；总功是拉力做的功，公式为$W=Fs$，据此计算表格中的数据；
3. 实验结论的普遍性：需改变实验变量（如钩码重力），更换不同机械（如不同重力的动滑轮）重复实验，避免偶然性；
4. 功的关系：使用机械时，总功等于有用功与额外功之和，额外功来自克服机械自重、摩擦等做功，因此总功大于有用功，说明使用机械不省功。
【解析】
(1) 实验中，为使动滑轮处于平衡状态，拉力大小稳定，便于准确测量，拉动弹簧测力计应保持缓慢匀速移动；
(2) ①有用功：$W_1=G_1h_1=3N×0.2m=0.6J$；
②由$W_2=F_1s_1$得，绳子自由端移动距离：$s_1=\frac{W_2}{F_1}=\frac{0.64J}{1.6N}=0.4m$；
(3) 为让实验结论更具普遍性，需改变钩码的重力重复实验，还可换用不同重力的动滑轮重复实验，避免实验偶然性；
(4) 使用机械时，总功等于有用功与额外功之和，额外功是克服摩擦力、绳子重力和动滑轮的重力做的功，因此总功大于有用功，即使用机械多做了功。
【答案】
4.(1)缓慢匀速；(2)①0.6；②0.4；(3)重力；不同重力的动滑轮；(4)克服摩擦力、绳子重力和动滑轮的重力也要做功
【知识点】
功的计算、探究使用机械是否省功
【点评】
本题是探究使用机械是否省功的基础实验题，考查实验操作要点、功的计算、实验设计的普遍性原则及额外功的来源，注重对实验过程和原理的理解，难度适中，属于力学实验的基础题型。
【难度系数】
0.6
本实验以动滑轮为研究对象，探究使用机械是否省功。解题思路如下：
1. 实验操作要求：拉动弹簧测力计需保持匀速缓慢移动，保证动滑轮处于平衡状态，拉力大小稳定，便于准确测量拉力；
2. 功的计算：有用功是提升钩码做的功，公式为$W=Gh$；总功是拉力做的功，公式为$W=Fs$，据此计算表格中的数据；
3. 实验结论的普遍性：需改变实验变量（如钩码重力），更换不同机械（如不同重力的动滑轮）重复实验，避免偶然性；
4. 功的关系：使用机械时，总功等于有用功与额外功之和，额外功来自克服机械自重、摩擦等做功，因此总功大于有用功，说明使用机械不省功。
【解析】
(1) 实验中，为使动滑轮处于平衡状态，拉力大小稳定，便于准确测量，拉动弹簧测力计应保持缓慢匀速移动；
(2) ①有用功：$W_1=G_1h_1=3N×0.2m=0.6J$；
②由$W_2=F_1s_1$得，绳子自由端移动距离：$s_1=\frac{W_2}{F_1}=\frac{0.64J}{1.6N}=0.4m$；
(3) 为让实验结论更具普遍性，需改变钩码的重力重复实验，还可换用不同重力的动滑轮重复实验，避免实验偶然性；
(4) 使用机械时，总功等于有用功与额外功之和，额外功是克服摩擦力、绳子重力和动滑轮的重力做的功，因此总功大于有用功，即使用机械多做了功。
【答案】
4.(1)缓慢匀速；(2)①0.6；②0.4；(3)重力；不同重力的动滑轮；(4)克服摩擦力、绳子重力和动滑轮的重力也要做功
【知识点】
功的计算、探究使用机械是否省功
【点评】
本题是探究使用机械是否省功的基础实验题，考查实验操作要点、功的计算、实验设计的普遍性原则及额外功的来源，注重对实验过程和原理的理解，难度适中，属于力学实验的基础题型。
【难度系数】
0.6
5.在生产生活中，人们常用的简单机械除了杠杆、滑轮，还有轮轴和斜面。如图甲所示，盘山公路就相当于一个
斜面
。汽车上陡坡时，司机常要换用低速挡，这样做是在发动机输出功率一定时，增大
（选填“增大”或“减小”）爬坡时的牵引力。图乙和图丙所示是生活中常见的两种钉子，其中与盘山公路的力学原理相同的是图乙
（选填“乙”或“丙”）所示的钉子。答案
5.斜面 增大 乙
解析
【分析】
要解决这道题，需结合简单机械的特点、功率与牵引力的关系来分析：首先，盘山公路通过延长路程实现省力，对应斜面这种简单机械；其次，根据功率公式，功率一定时，速度越小牵引力越大，换低速挡是为了增大牵引力；最后，螺丝的螺纹相当于斜面，和盘山公路原理一致，图钉利用压强原理，因此对应乙。
【解析】
1. 盘山公路的结构特点是加长了爬坡的路程，从而省力，属于简单机械中的斜面，故第一空填斜面。
2. 根据功率公式 $ P = Fv $，当发动机输出功率 $ P $ 一定时，速度 $ v $ 越小，牵引力 $ F $ 越大，所以换用低速挡是为了增大爬坡时的牵引力，故第二空填增大。
3. 图乙是螺丝，其螺纹相当于斜面，与盘山公路的斜面力学原理相同；图丙是图钉，利用的是减小受力面积增大压强的原理，因此与盘山公路原理相同的是图乙，故第三空填乙。
【答案】
斜面 增大 乙
【知识点】
斜面、功率与牵引力关系、简单机械
【点评】
本题结合生活实例考查物理知识的应用，将简单机械、功率公式与实际场景结合，难度适中，需要学生掌握斜面的特点和功率与牵引力的关系。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合简单机械的特点、功率与牵引力的关系来分析：首先，盘山公路通过延长路程实现省力，对应斜面这种简单机械；其次，根据功率公式，功率一定时，速度越小牵引力越大，换低速挡是为了增大牵引力；最后，螺丝的螺纹相当于斜面，和盘山公路原理一致，图钉利用压强原理，因此对应乙。
【解析】
1. 盘山公路的结构特点是加长了爬坡的路程，从而省力，属于简单机械中的斜面，故第一空填斜面。
2. 根据功率公式 $ P = Fv $，当发动机输出功率 $ P $ 一定时，速度 $ v $ 越小，牵引力 $ F $ 越大，所以换用低速挡是为了增大爬坡时的牵引力，故第二空填增大。
3. 图乙是螺丝，其螺纹相当于斜面，与盘山公路的斜面力学原理相同；图丙是图钉，利用的是减小受力面积增大压强的原理，因此与盘山公路原理相同的是图乙，故第三空填乙。
【答案】
斜面 增大 乙
【知识点】
斜面、功率与牵引力关系、简单机械
【点评】
本题结合生活实例考查物理知识的应用，将简单机械、功率公式与实际场景结合，难度适中，需要学生掌握斜面的特点和功率与牵引力的关系。
【难度系数】
0.6
6.如图装置为某学生在科技创新大赛时发明的可以直接测量液体密度的“密度天平”。其制作过程和原理如下：选择一根长1 m的杠杆，调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡。在左侧离中点10 cm的A位置用细线固定一个质量为200 g、容
积为60 mL的容器。右侧用细线悬挂一质量为50 g的钩码（细线的质量忽略不计）。测量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，在钩码悬挂位置直接读出液体的密度。
（1）该“密度天平”的“零刻度”应标在右端离支点O
（2）该“密度天平”的测量范围为
（3）若将钩码的质量适当增大，该“密度天平”的测量范围将
积为60 mL的容器。右侧用细线悬挂一质量为50 g的钩码（细线的质量忽略不计）。测量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，在钩码悬挂位置直接读出液体的密度。
（1）该“密度天平”的“零刻度”应标在右端离支点O
40
cm处。（2）该“密度天平”的测量范围为
0～0.83 g/cm³
。（3）若将钩码的质量适当增大，该“密度天平”的测量范围将
变大
（选填“变大”“变小”或“不变”）。答案
6.(1)40
(2)0～0.83 g/cm³
(3)变大
(2)0～0.83 g/cm³
(3)变大
解析
【分析】
本题利用杠杆平衡条件（$F_1L_1=F_2L_2$）结合密度公式解决“密度天平”的测量问题，核心是明确不同状态下的力和力臂关系。第（1）问求“零刻度”，即容器未装液体时，杠杆平衡时钩码的力臂，代入杠杆平衡公式即可计算；第（2）问求测量范围，需考虑杠杆的最大量程，即钩码移动到右侧最大力臂处，算出液体最大密度后确定测量范围；第（3）问分析钩码质量增大对测量范围的影响，根据杠杆平衡条件判断变化趋势。
【解析】
根据杠杆平衡条件：$F_{左}L_{左}=F_{右}L_{右}$，其中$F=mg$，约去$g$得：$m_{左}L_{左}=m_{右}L_{右}$。
（1）“零刻度”时，容器中无液体，左侧质量$m_{容器}=200g$，力臂$L_{左}=OA=10cm$，右侧钩码质量$m_{钩}=50g$，设右侧力臂为$L_{右1}$，代入公式：
$200g×10cm=50g×L_{右1}$
解得：$L_{右1}=\frac{200g×10cm}{50g}=40cm$。
（2）当容器装满液体时，钩码移动到右侧最大力臂处，杠杆总长1m，支点在中点，故右侧最大力臂$L_{右max}=50cm$。设此时液体质量为$m_{液}$，左侧总质量为$m_{容器}+m_{液}$，代入杠杆平衡公式：
$(200g+m_{液})×10cm=50g×50cm$
解得：$m_{液}=50g$。
液体容积$V=60mL=60cm³$，液体最大密度：
$ρ_{max}=\frac{m_{液}}{V}=\frac{50g}{60cm³}≈0.83g/cm³$，因此测量范围为$0～0.83g/cm³$。
（3）若钩码质量增大，根据杠杆平衡条件，右侧最大力臂不变时，左侧可承受的总质量（容器+液体）增大，液体质量更大，对应密度更大，故测量范围变大。
【答案】
(1)40；(2)0～0.83 g/cm³；(3)变大
【知识点】
杠杆平衡条件、密度计算
【点评】
本题将杠杆平衡原理与密度测量结合，考查力学综合知识的应用，关键是明确“密度天平”的工作原理，步骤清晰，属于中等难度的力学应用题。
【难度系数】
0.5
本题利用杠杆平衡条件（$F_1L_1=F_2L_2$）结合密度公式解决“密度天平”的测量问题，核心是明确不同状态下的力和力臂关系。第（1）问求“零刻度”，即容器未装液体时，杠杆平衡时钩码的力臂，代入杠杆平衡公式即可计算；第（2）问求测量范围，需考虑杠杆的最大量程，即钩码移动到右侧最大力臂处，算出液体最大密度后确定测量范围；第（3）问分析钩码质量增大对测量范围的影响，根据杠杆平衡条件判断变化趋势。
【解析】
根据杠杆平衡条件：$F_{左}L_{左}=F_{右}L_{右}$，其中$F=mg$，约去$g$得：$m_{左}L_{左}=m_{右}L_{右}$。
（1）“零刻度”时，容器中无液体，左侧质量$m_{容器}=200g$，力臂$L_{左}=OA=10cm$，右侧钩码质量$m_{钩}=50g$，设右侧力臂为$L_{右1}$，代入公式：
$200g×10cm=50g×L_{右1}$
解得：$L_{右1}=\frac{200g×10cm}{50g}=40cm$。
（2）当容器装满液体时，钩码移动到右侧最大力臂处，杠杆总长1m，支点在中点，故右侧最大力臂$L_{右max}=50cm$。设此时液体质量为$m_{液}$，左侧总质量为$m_{容器}+m_{液}$，代入杠杆平衡公式：
$(200g+m_{液})×10cm=50g×50cm$
解得：$m_{液}=50g$。
液体容积$V=60mL=60cm³$，液体最大密度：
$ρ_{max}=\frac{m_{液}}{V}=\frac{50g}{60cm³}≈0.83g/cm³$，因此测量范围为$0～0.83g/cm³$。
（3）若钩码质量增大，根据杠杆平衡条件，右侧最大力臂不变时，左侧可承受的总质量（容器+液体）增大，液体质量更大，对应密度更大，故测量范围变大。
【答案】
(1)40；(2)0～0.83 g/cm³；(3)变大
【知识点】
杠杆平衡条件、密度计算
【点评】
本题将杠杆平衡原理与密度测量结合，考查力学综合知识的应用，关键是明确“密度天平”的工作原理，步骤清晰，属于中等难度的力学应用题。
【难度系数】
0.5
