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1、精品资源备战中考2020年中考科学压轴专题汇编 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“铁 铁块无法进入水银中 【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
2、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=Gg铁; 铁块浸没时受到的浮力:F浮=G-F; 那么液体的密度为:液=F浮gV排=G-FgGg铁=G-FG铁; (2)当F=7.1N时,液体的密度为:液=G-FG铁=7.9N-7.1N7.9N7.9103kg/m3=0.8103kg/m3; (3)根据公式液=G-FG铁=-铁GF+铁可知,液体的密度和测力计的的拉力为一次函数关系,且随着测力计示数的增大,液体密度减小,故选C; (4)利用该密度计不能测水银的密度,因此: 水银铁 , 铁块无法浸没在水银中。【考点
3、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(水的密度水1103kg/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=0.2kg10n/kg=2N;(2)此时杯子排开水的体积为:V排=F浮水g=2N103kg/m310N/k
4、g=210-4m3=200cm3;此时杯子浸入水中的深度为:h=V排S=200cm340cm2=5cm(3)当浮力秤达到最大称量时,它受到的浮力为:F浮=水gV排=103kg/m310N/kg4010-4m20.2m=8N;那么称量的最大重力为:G最大=F浮-G=8N-2N=6N;那么最大称量的质量为:m最大=G最大g=6N10N/kg=0.6kg。 【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浮水g计算出杯子进入水中的体积,然后根据h=V排S计算杯子浸入水中的深度; (3)当水面高度达到20cm时,浮力秤的称量达到最大,根据F浮=G+G最大计算即可
5、。【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浮水g=0.6N1.0103kg/m310N/kg =610-5m3;h= V排S=610-5m30.01
6、m2 =610-3m=6mm浮力秤零刻度标在小筒上距离筒底6mm的位置(3)此时小筒受到的浮力:F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg0.01m20.1m=10N因为漂浮,所以物体、小筒和秤盘总重:G总=F浮=10N则物体的重:G=G总-G0=10N-0.6N=9.4N物体的质量:m= Gg = 94N10N/kg =0.94kg 【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=水gV排 计算
7、出小筒受到的浮力,即小筒和秤盘的总重力,也就是G总=F浮 ;然后根据 G=G总-G0 计算出上面物体的重力,最后根据公式m=Gg计算物体的质量【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
8、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) 【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浮水g=G水g;此刻度线距离0刻度线的距离:h=V排S=G水gS=mgS水g=mS水;即:S水=mh;因为此刻度线距离0刻度线的距离h与质量m成正比,所以浮力秤的刻度是均匀的。 【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
9、水面,因此排开水的体积增加量V排=F浮水g=G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浮水g=G水g=0.2kg10N/kg103kg/m310N/kg=210-4m3=200cm3;那么 200g刻度线与零刻度线的距离是 :h=V排S=200cm350cm2=4cm;(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浮水g=G水g
10、;此刻度线距离0刻度线的距离:h=V排S=G水gS=mgS水g=mS水;即:S水=mh;因为此刻度线距离0刻度线的距离h与质量m成正比,所以浮力秤的刻度是均匀的【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