專題三 物理儀器原理探究（原卷版）

專題三物理儀器原理探究[考點導航]密度計??浮力秤??杠桿平衡??[例題1][密度計]善于奇思妙想的小強及其興趣小組在實驗室（溫度為20℃）進行綜合實驗。該小組想研究“密度計的工作原理”。圖甲所示是密度計的簡化模型，在一根粗細均勻的玻璃管內(nèi)放一些小鉛粒使其能豎直漂浮在液體中，設玻璃管浸入液體的深度為h液，該液體密度為ρ液，密度計漂浮在水中時浸入水中的深度為h水，水的密度為ρ水，則浸入液體的深度h液＝（用給出的物理量表示），由此可知，此密度計漂浮在煤油（密度為0.8×103kg/m3）中時浸入深度h煤油＝h水（填數(shù)值），密度計刻度特點是（選填選項前序號）①上小下大；②上大下??；③均勻；④上疏下密；⑤上密下疏。[練習1]如圖是調(diào)酒師調(diào)制的一款彩虹雞尾。他用到的調(diào)制方法叫做懸浮法，主要用于彩虹的調(diào)制，調(diào)制的時候要求酒水間不混合，層次分明，色彩絢麗，其中要求酒師熟知各種酒水果汁的密度。小明對此產(chǎn)生了濃厚的興趣，為了了解和測量不同的液體密度，他想利用彈簧測力計制成密度計、實驗器材有木塊、彈簧測力計（0﹣5N）、底部固定一個定滑輪的水槽、細線及定量的水。（1）如圖乙所示，使用彈簧測力計測出木塊的重力為N。（2）如圖丙所示，彈簧測力計通過細繩和定滑輪拉著木塊浸沒在水中靜止，此時彈簧測力計的示數(shù)為1.6N，則木塊在水中受到的浮力為N。（3）若把水成另一種液體，保持木塊始終浸沒，弾簧測力計的示數(shù)就會（選填“相同”或“不同”），于是他把彈簧測力計的刻度改成相應的密度值，將該裝置改為測量液體密度的“密度計”，彈簧測力計的0N刻度處標注為kg/m3。（4）為了使“密度計”的量程是原來的2倍，小明設計了兩種方案，其中可行的是方案。方案一：用一個與木塊體積相同，重力為其2倍的物體替換木塊；方案二：用一個與木塊重力相同，體積為其一半的物體替換木塊。[例題2][浮力秤]小科同學在科技制作中，受《曹沖稱象》故事的啟發(fā)，制作了一個可以測量物體重力的浮力秤。他將一橫截面積為200cm2的空心圓柱形容器作為秤盤，豎直漂浮在一個盛水容器的水中，在水面處刻下零刻度線，然后在距離零刻度線上方10cm處刻下最大稱量值，如圖所示。（g取10N/kg）（1）當水面處于秤盤零刻度線位置時，若秤盤底受到水的壓強為500Pa，求秤盤的重力。（2）該浮力秤的最大稱量值是多少？[練習2]某同學學習了浮力的有關(guān)知識后，制作了一臺浮力秤，可方便地稱量物體的質(zhì)量，其構(gòu)造如圖甲所示。已知小筒底面積為0.001m2，小筒和秤盤總重為0.6N。（1）如圖甲所示，當秤盤上不放物體時，小筒受到的浮力是N。（2）如圖甲所示，當秤盤上不放物體時，應在小筒A處標出該浮力秤的刻度。（3）如圖乙所示，在秤盤上放一物體后，小筒浸入水中的深度h為0.1m，則該物體的質(zhì)量為kg。（g取10N/kg）[例題3][杠桿平衡]現(xiàn)有一根形變不計、長為L的鐵條AB和兩根橫截面積相同、長度分別為La、Lb的鋁條a、b，將鋁條a疊在鐵條AB上，并使它們的右端對齊，然后把它們放置在三角形支架O上，AB水平平衡，此時OB的距離恰好為La，如圖所示。取下鋁條a后，將鋁條b按上述操作方法使鐵條AB再次水平平衡，此時OB的距離為Lx．下列判斷正確的是（）A．若La＜Lb＜L，則La＜Lx＜LaB．若La＜Lb＜L，則Lx＞LaC．若Lb＜La，La+Lb2＜LD．若Lb＜La，則Lx＜L[練習3]王強同學設計了如圖所示的裝置進行實驗，其中杠桿OAB支點為O（杠桿OAB質(zhì)量不計），OA：OB＝1：3．他實驗的步驟如下：步驟一：用一細繩將體積為180cm3的金屬塊懸掛于A點，然后向容器中加水，使金屬塊浸沒在水中。步驟二：使杠桿OAB在水平位置靜止，讀出彈簧測力計此時的讀數(shù)為1.2N。（1）金屬塊浸沒在水中時受到的浮力為N。（2）被測金屬塊密度：ρ＝。

[猜押題專練]一．選擇題（共6小題）1．將一支密度計先后放入甲、乙兩容器中，如圖，兩容器中液體的密度分別是ρA、ρB，密度計受到液體的浮力是FA、FB，則密度和浮力的關(guān)系分別是（）A．ρA＜ρBFA＝FB B．ρA＜ρBFA＞FB C．ρA＞ρBFA＝FB D．ρA＝ρBFA＞FB2．如圖，小明用一輕質(zhì)杠桿自制簡易密度秤的過程中，在A端的空桶內(nèi)分別注入密度已知的不同液體，改變物體M懸掛點B的位置，當杠桿在水平位置平衡時，在M懸掛點處標出相應液體的密度值。下列關(guān)于密度秤制作的說法中，錯誤的是（）A．每次倒入空桶的液體體積相同 B．懸點O適當右移，秤的量程會增大 C．秤的刻度值向右越來越大 D．增大M的質(zhì)量，秤的量程會增大3．如圖所示，某人用扁擔擔起兩筐質(zhì)量為m1、m2的貨物，當他的肩處于O點時，扁擔水平平衡，已知L1＞L2，扁擔和筐的重力不計。若將兩筐的懸掛點向O點移近相同的距離△L，則（）A．扁擔仍能水平平衡 B．扁擔右端向下傾斜 C．要使扁擔恢復水平平衡需再往某側(cè)筐中加入貨物，其質(zhì)量為（m2﹣m1）△LLD．要使扁擔恢復水平平衡需再往某側(cè)筐中加入貨物，其質(zhì)量為（m2﹣m1）△L4．如圖，一塊厚度、密度均勻的長方形水泥板放在水平地面上，用一豎直向上的力，欲使其一端抬離地面，則（）A．F1＝F2，因為動力臂都是阻力臂的2倍 B．F1＞F2，因為甲方法的動力臂長 C．F1＞F2，因為乙方法的動力臂短 D．F1＜F2，因為乙方法的動力臂長5．小華在做實驗時提出了如圖所示兩個模型，兩杠桿均處于平衡狀態(tài)，甲杠桿上平衡的是兩個同種密度但體積不同的實心物體，乙杠桿上平衡的是兩個體積相同但密度不同的實心物體，如果將它們都浸沒在水中，則兩杠桿將（）A．仍保持平衡 B．都失去平衡 C．甲仍保持平衡，乙失去平衡 D．甲失去平衡，乙仍保持平衡6．一根由粗到細均勻變化的勻質(zhì)木棒，于C處懸掛恰好平衡，今將其在C處沿掛線鋸斷，如圖所示，比較A、B兩段則（）A．兩段重力一定相等 B．粗段較重 C．細段較重 D．無法比較二．填空題（共2小題）7．如圖是將銅絲纏繞在木棒的一端做成的自制簡易液體密度計。將其分別放入密度為ρ甲和ρ乙兩液體中，若密度計兩次測量中排開液體的質(zhì)量分別為m甲、m乙，可以判斷：ρ甲ρ乙，m甲m乙。（均選填“＜”、“＝”或“＞”）8．學習了杠桿知識后，小金自制了一個桿秤，如圖。秤桿、秤鉤及秤紐的總質(zhì)量為0.05千克，秤砣的質(zhì)量為0.1千克，秤鉤懸掛處A與秤紐O間的距離為4厘米。（1）已知秤桿、秤鉤及秤紐組成的系統(tǒng)重心在O點。掛上重物后，將秤砣移至距O點16厘米的B處時，秤桿恰好處于水平平衡，則所掛重物為千克。手提秤紐O的拉力為牛頓；（2）稱完以后，小金發(fā)現(xiàn)使用的秤砣生銹了，則稱得的質(zhì)量（選填“偏大”或”“偏小”或“不變”）。三．實驗探究題（共2小題）9．小明同學用底面積為20cm2、高50cm的圓柱形玻璃桶制作了一個簡易的浮力秤，可以測量物體的質(zhì)量，它的底部放入適量的沙子，可以使其在水中豎直漂浮，放入沙子后浮力秤的總質(zhì)量為0.2kg，放入水中后漂浮，它的底部在水面以下的深度為10cm，此時，在與水面相齊的玻璃桶壁處標上質(zhì)量為“0”的刻度線，如圖所示。已知：水槽的底面積為50cm2，高30cm.（1）不放物體時，該裝置所受的浮力是N。（2）如圖乙所示，在該裝置中放入一個體積為50cm3的石塊，此時該浮力秤的底部在水面下的深度h＝20cm。此時，該裝置與水面所對應位置處的刻度線應標為kg.（3）石塊的密度是g/cm3.（4）若將乙圖中的石塊取出放入水中，液面靜止時，水對容器底的壓強減小了Pa。10．小明自制土密度計并測定鹽水的密度。實驗器材：刻度尺、圓柱形竹筷、細鉛絲、燒杯、水、待測鹽水。（1）實驗步驟：①在竹筷的一端纏上適量細鉛絲，制成土密度計。②用刻度尺測出竹筷的長度L。③把土密度計放入盛水的燒杯中，靜止后用刻度尺測出液面上竹筷的長度h1（如圖所示）。④。請將上面實驗步驟④補充完整：（2）竹筷一端纏上鉛絲，是為了。（3）密度計是利用條件工作的，被測液體的密度越大，密度計排開液體的體積（選填“越小”或“越大”）。（4）被測鹽水的密度表達式：（不計鉛絲體積，水的密度用ρ水表示）。（5）小明計算得出鹽水的密度為1.05g/cm3，已知燒杯中鹽水的體積為400cm3，鹽的密度為2.6g/cm3，則鹽水中含鹽g。（鹽放入水中溶解后，鹽和水的總體積不變）四．計算題（共4小題）11．“曹沖稱象”是婦孺皆知的故事。小邦和小冊仿效曹沖，制作了一臺“浮力稱”，用來稱量物體的質(zhì)量。如圖所示，浮力稱由浮體和外筒構(gòu)成，浮體包括秤盤和長度為L0、底面積為S0的圓柱體，浮體質(zhì)量m0＝0.23kg，外筒是足夠高的、底面積為S的圓柱形玻璃容器，容器器壁厚度可忽略不計。向外筒中加入適量水，將浮體豎直放入水中，浮體漂浮在水面上，被稱物體放在秤盤上，測出浮體的圓柱體浸入水中的深度就可以“稱”出物體的質(zhì)量。已知水的密度為ρ。（1）當秤盤上不放物體時，浮體所受到的浮力為N（g＝10N/kg）。（2）當秤盤上不放物體時，浮體的圓柱體浸入水中的深度h0＝（用S0、m0、ρ表示）。（3）被稱物體質(zhì)量m與浮體的圓柱體浸入水中深度h之間的關(guān)系式為m＝（用h、S0、m0、ρ表示）。（4）有同學認為，在外筒的外表面同樣可以標注“浮力秤”的刻度值。這與在浮體上標注刻度值相比較，哪種方法更好？為什么？12．小金學了浮力的知識后，想制造一臺浮力秤，他將一段密度為0.5×103千克/米3，粗細均勻的木料，先進行不吸水處理，再將其豎立水中、如圖所示，這段木料長為40厘米，橫截面積為0.1米2，其上面可以作為秤盤，問：（g＝10N/kg）（1）質(zhì)量為0的刻度線的位置在哪里？（寫出計算過程）（2）距離上表面10厘米處的刻度對應的質(zhì)量為多少？（寫出計算過程）13．一塊質(zhì)量分布均勻的光滑薄平板AB可以繞水平轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動（截面圖中以O點表示），平板與水平地面的夾角為30°，AO長為0.6米，OB長為0.4米，平板質(zhì)量為2千克。重為5N的小球離地面高度為H處由靜止開始釋放，沿光滑軌道到達AB上。（所有運動過程均無機械能轉(zhuǎn)化為其他能量，g＝10N/kg）（1）要使平板會繞水平軸轉(zhuǎn)動起來，則小球離地高度H至少為多少？（2）如果一個重量為46N的小球從離地高度為0.2米的地方由靜止開始釋放，能否使平板翻轉(zhuǎn)？請判斷并說明理由。14．如圖甲所示，鉛筆和羊角錘用一根細繩連接恰好能在桌子邊緣靜止，每次擺動羊角錘，最后都能靜止如圖甲，此時只有筆尖跟桌面接觸，并且鉛筆恰好水平。分析時可以把鉛筆、羊角錘和繩子組成的整體看成一個杠桿，示意圖（忽略了粗細）如圖乙。假設錘頭重力集中在D點，木柄重力集中在AD中點H處，F(xiàn)點在木柄上且處于O點正下方。羊角錘錘頭質(zhì)量m1＝0.6kg，木柄質(zhì)量m2＝0.4kg，鉛筆和細繩質(zhì)量不計。測得OB＝15cm，AD＝30cm。求：（1）O點處的筆尖受到的支持力。（2）FD的長度。五．解答題（共2小題）15．自制密度計時，小揚用兩根小鐵絲繞在木條的下端（如圖1所示），將密度計置于水中豎直漂浮時，水面剛好與刻度線“B”相平。（1）用“●”表示密度計，在圖2中畫出它在水中靜止時的受力示意圖。（2）把密度計置于濃鹽水中漂浮時，和在水中相比，在濃鹽水中的密度計所受浮力（選填“變大”、“變小”或“不變”），鹽水液面剛好與密度計上面的某條刻度線相平，則該刻度線是（選填“A”或“C”），判