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專題05 簡單的機械相關問題
【課程標準】
1、杠桿
①指認杠桿的支點、動力、阻力、動力臂和阻力臂等
②繪制杠桿的動力臂和阻力臂圖示
③概述杠桿的平衡條件
④應用杠桿平衡條件解決簡單的問題
⑤指認人體中的桿桿
2、滑輪
①知道定滑輪和動滑輪的特點
②知道滑輪組的特點（限于兩個滑輪的滑輪組）
③使用滑輪組（限于兩個滑輪的滑輪組）解決簡單的問題
【學業要求】
①繪制杠桿的動力臂和阻力臂圖示。
②應用杠桿平衡條件解決簡單的問題
③知道滑輪組的特點（限于兩個滑輪的滑輪組）
④使用滑輪組（限于兩個滑輪的滑輪組）解決簡單的問題。
【命題重點】認識杠桿的五要素，平衡條件及解決簡單的問題。知道滑輪組的特點(限于兩個滑輪的滑輪組)及使用滑輪組(限于兩個滑輪的滑輪組)解決簡單的問題。題型較分散:選擇、填空、實驗、計算都會出現。
【方法要點】杠桿需要先尋找五要素，再利用杠桿平衡解題。滑輪要分析力與運動距離的大小，再結合功與功率解題。
考點1：人體中的杠桿
考點解讀：人體中有很多的杠桿，例如①抬頭時，可以在頸部找到杠桿，杠桿的支點在脊柱之頂，支點后的肌肉收縮提供動力，頭顱的重量是阻力。這個杠桿幾乎是個等臂杠桿②手臂拿物體時，肘關節是支點，肱二頭肌肉所用的力是動力，手拿的重物的重力是阻力顯然我們的前臂是一種費力力杠桿。雖然費力，但是可以省距離(少移動距離)，提高工作效率。③走路時的腳，腳掌前部是支點，人體的重力就是阻力，腿肚肌肉產生的拉力就是動力。這種杠桿可以克服較大的體重。
例1：俯臥撐是一項常見的健身項目，采用不同的方式做俯臥撐，健身效果通常不同。圖1甲所示的是小京在水平地面上做俯臥撐保持靜止時的情境，他的身體與地面平行，可抽象成如圖1乙所示的杠桿模型，地面對腳的力作用在O點，對手的力作用在B點，小京的重心在A點。已知小京的體重為750N，OA長為1m，OB長為1.5m。
（1）圖乙中，地面對手的力F1與身體垂直，求F1的大小。
（2）圖2所示的是小京手扶欄桿做俯臥撐保持靜止時的情景，此時他的身體姿態與圖甲相同，只是身體與水平地面成一定角度，欄桿對手的力F2與他的身體垂直，且仍作用在B點，請列式說明F1與F2的大小關系。
【答案】（1）解：；
（2）解：依據杠桿的平衡條件，可得：，
由圖可知：【解析】（1） 如圖1所示，O為支點，重力的力臂為lA=OA，F1的力臂為lB=OB，由杠桿平衡條件F1lB=GlA，可得F1=GlA/lB，數據代入可計算出F1大小。
（2）小京手扶欄桿時的杠桿模型如圖2所示， ，O為支點，重力的力臂為 lA′＜OA，F2的力臂為 lB′=OB，由杠桿平衡條件 F2 lB′ =G lA′ 可得：，因為 lA′ ＜lA， lB′=lB，所以F2＜F1。
考點2：杠桿中最小力和杠桿的動態平衡問題
考點解讀：使杠桿繞著轉動的點叫支點，作用在杠桿上使杠桿轉動的力叫動力，作用在杠桿上阻礙杠桿轉動的力叫阻力，從支點到動力作用線的垂直距離叫動力臂，從支點到阻力作用線的垂直距離叫阻力臂。做此類題，必須先找準杠桿的動力、阻力、動力臂、阻力臂，以及各力臂的變化，從而分析出其他因素的變化。
例2：（2023九下·義烏模擬）小金推著購物車在超市購物，如圖所示，購物車和貨物的總重為120牛(整體重力示意圖如圖所示)，B、C點為車輪軸心。
（1）當購物車前輪遇到障礙物時，小金在A點對購物車施加了最小作用力，使車的前輪越過障礙物。在答卷上畫出施力的示意圖
（2）當該車靜止在地面時(小金未接觸車子)，求前輪輪所受的地面支持力Fc后輪所受的地面支持力FB
【答案】（1）
（2）解：以B為支點 G×0.2m=Fc×0.6mFc=40N
以C為支點G×0.4m=FB×0.6mFB=80N
【解析】（1）根據圖片確定杠桿的支點，當以杠桿的支點到力的作用點之間的線段為動力臂時最長，此時最省力；
（2）根據圖片可知，當該車靜止在地面上時，以B點為支點，車和貨物的總重力為阻力，地面對C點的支持力為動力，根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2列式計算即可；
以C點為支點，車和貨物的總重力為阻力，地面對B點的支持力為動力，根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2列式計算即可。
【解答】（1）當購物車前輪遇到障礙物時，小金在A點對購物車施加了最小作用力，此時B點相當于支點，只需抬起前輪即可。將支點B和手柄上的A點連接起來作為最長的動力臂，然后通過A點做AB的垂線，在向下的方向上標上箭頭即可，如下圖所示：
考點3：探究杠桿的平衡條件
考點解讀：在研究杠桿的平衡條件時，需要調節杠桿在水平位置平衡，其目的是便于直接從杠桿上讀出力臂的大小。探究杠桿的平衡條件的實驗，一般需測多組不同的數據，其目的是排除實驗的偶然性，增加實驗結論的可信度。
例3：（2024·湖州模擬）小德帶了一個西瓜到學校與同學分享，在分享前同學們想測出它的重力，發現西瓜的重力超出了現有彈簧測力計的量程，但又找不到其它合適的測量工具，于是小德找來了一些細繩(不計重力)、一把米尺等物品按如圖所示進行了改進實驗：
步驟一：將細繩系在米尺50厘米刻度線處，米尺剛好能在水平位置平衡。
步驟二：將彈簧測力計在豎直方向調零(如圖甲左)。
步驟三：如圖甲所示，在米尺 45 厘米刻度線處掛上西瓜，用細繩把彈簧測力計的拉環系在 75厘米刻度線處，并豎直向下拉掛鉤，使米尺在水平位置平衡。
（1）在步驟一中將細繩系在米尺中間，使米尺在水平位置平衡，是為了避免　 　對測量結果的影響。
（2）當小德在操作步驟三時，有同學指出彈簧測力計的使用存在問題，你認為小德這樣使用彈簧測力計會使測量結果　 　(選填“偏大”或“偏小”)。
（3）小德分析后改用如圖乙所示的正確方法操作：他將彈簧測力計倒置使掛鉤朝上后，重新調零(如圖乙左)，并重新測出拉力為5牛，最后計算出西瓜的重力為　 　牛。
（4）在測量過程中小德發現：如果斜向下拉彈簧測力計，且使杠桿在水平位置平衡(如圖丙所示)， 彈簧測力計示數　 　5 牛(選填“>”“<”或“=”) 。
【答案】（1）重力
（2）偏大
（3）25
（4）>
【解析】使米尺在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測量力臂，力臂變化時，根據杠桿平衡的條件進行分析。
【解答】（1）探究杠桿平衡條件時，使米尺在水平位置平衡，力臂在杠桿上，便于測量力臂，同時可以消除杠桿重力對實驗的影響。
（2）圖中所示，彈簧測力計的使用，力臂變小，彈簧測力計的示數會變大。
（3）根據杠桿平衡的條件可得解得G=25N。
（4）按斜向下拉彈簧測力計，此時動力臂變小，則動力變大，即彈簧測力計的示數會大于5N。
考點4：滑輪組的使用
考點解讀：滑輪組既可省力，又可改變力的作用方向。在解題時要注意以下幾點：①繩子的繞法：“奇動偶定”，即繩子為奇數段時，要以動滑輪的掛鉤為起點開始繞；繩子為偶數段時，要以定滑輪的掛鉤為起點開始繞。如圖所示：②拉力F的大小：若不計動滑輪的重力及繩子的磨擦，則有F=G/n(n為承擔阻力的繩子段數)；若考慮動滑輪的重力(不計磨擦)，則有F=(G+G動滑輪)/ n。2③繩子自由端移動的距離和速度：S=nh物 v=nv物
例4：如圖所示的滑輪組，纏繞滑輪的繩子能承受的最大拉力為300牛，在保證繩子未斷的情況下，計算并回答下列問題：(已知動滑輪重 80牛，摩擦及繩重不計)
（1）物體重為200N，在10s內被勻速拉升1m．求提升重物的過程中拉力做功的功率為多少？此時滑輪組的機械效率大小為多少？(精確到 0.1%)
（2）利用該滑輪組能提起物體的最大質量是多少？
【答案】（1）解：F=280N/2=140N s=2h=2×1m=2m
W=Fs=140N×2m=280J P=W/t=28W
=W有用/W總=200J/280J=71.4%
（2）解：G=2×300N-80N=520N， m=G/g=52kg
【解析】（1）根據圖片可知，承擔重力的繩子段數n=2，首先根據
計算出繩子上的拉力，再根據s=nh計算出繩子移動的距離，接下來根據W總=Fs計算出拉力所做的功，最后根據
計算出拉力做功的功率。
根據W有=Gh計算出滑輪組做的有用功，再根據公式
計算出滑輪組的機械效率。
（2）當提起物體的質量達到最大時，繩子上的拉力為300N，根據公式
計算出能夠提起物體的最大重力，再根據
計算出提起物體的最大質量。
考點5：應用機械效率進行相關分析與計算
考點解讀：測量斜面的機械效率：①光滑斜面：Fl＝Gh　W額＝0　η＝100% ②有摩擦的斜面：η＝Gh/Fl ③斜面的機械效率與斜面的光滑程度和傾斜程度有關。測量滑輪組的機械效率：多數情況下僅考慮由于動滑輪自重所帶來的額外功，而不考慮繩子的重力和摩擦。此時對于用滑輪組提升物體時有：η＝＝＝。測量杠桿的機械效率：η= =
例5：（2023·紹興）如圖所示，小寧用豎直向上的拉力F提升物體，使物體在2s內勻速上升了0.1m已知物體重為1N，動滑輪重為0.25N，不計繩重和摩擦，這一過程中，下列說法錯誤的是（　　）
A．繩子自由端移動速度為0.05m/s B．拉力F的大小為0.625N
C．拉力F做功為0.125J D．該滑輪的機械效率為80%
【答案】A
【解析】（1）根據圖片確定承擔重力的繩子段數n，然后根據s=nh計算繩子自由端移動的距離，再根據計算自由端移動的速度；
（2）根據計算拉力大小；
（3）根據W總=Fs計算拉力做功；
（4）根據計算滑輪組的機械效率。
【解答】根據圖片可知，承擔重力的繩子段數n=2，則自由端移動的距離s=nh=2×0.1m=0.2m。
那么自由端移動的速度，故A錯誤符合題意；
拉力為，故B正確不合題意；
拉力做的功：W總=Fs=0.625N×0.2m=0.125J，故C正確不合題意；
該滑輪的機械效率：，故D正確不合題意。
一、選擇題
1．（2024·溫州三模）小明將如圖所示拔草器前端插入植株根部，對拔草器后端施力，可將植株連根拔起。若忽略拔草器自身重力，為了將同一植株拔起，施力最小的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】明確拔草器拔草時杠桿的五要素，然后根據杠桿平衡條件（F1L1=F2L2），結合圖示分析解答。
【解答】如圖所示，拔草器相當于一個杠桿，拔草時支點在拐點，若拔同一植株，則草對拔草器的阻力一定，由杠桿平衡條件F1L1=F2L2可知，阻力臂越小，動力臂越大，動力越小。
AC圖相比，動力臂相等，A圖中的阻力臂更小，所以A圖動力更小；B圖與D圖相比，動力臂相同，B的阻力臂小，B圖的動力較小；A和B的阻力臂相同，A的動力臂大，所以A圖動力更小，符合要求的只有A圖。
故選：A。
2．（2023·臺州）某同學研究滑輪的作用，用重為0.2牛的滑輪，把2牛的鉤碼勻速提升1米。在不計繩重和摩擦的情況下，拉力F做的功為（　　）
A．0焦 B．1.1焦 C．2.2焦 D．4.4焦
【答案】C
【解析】 動滑輪特點：使用動滑輪能省一半力，費距離。這是因為使用動滑輪時，鉤碼由兩段繩子吊著，每段繩子只承擔鉤碼重的一半。使用動滑輪雖然省了力，但是動力移動的距離是鉤碼升高的距離的2倍，即費距離，不能改變力的方向。
【解答】；
3.（2024·慈溪模擬）用圓形磁塊將一長方形硬卡紙固定在黑板上，則松手后下列固定方式中硬卡紙最容易轉動的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】D
【解析】根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2分析判斷。
【解答】當硬卡紙在黑板上處于平衡狀態時，磁塊所在的位置相當于支點，手施加動力，而卡紙的重力相當于阻力，如下圖所示：
當松手后，硬卡片的重力不變，而D中的阻力臂L2最長，則G×L2的乘積最大，則D中的卡片紙最容易轉動。故選D。
4.（2024·寧波模擬）如圖所示，用10N的力F沿水平方向拉滑輪，可使物體A以0.2m/s的速度在水平面上勻速運動。彈簧測力計的示數恒為2N（不計滑輪、測力計、繩子的重力，滑輪的轉軸光滑）。下列說法不正確的是（　　）
A．物體A受到地面水平向右3N的摩擦力
B．物體A受到B的摩擦力是2N
C．滑輪移動的速度是0.1m/s
D．拉力F做功功率為4W
【答案】D
【解析】（1）（2）首先以動滑輪為對象進行受力分析，根據二力平衡的知識計算出物體A受到繩子的拉力。然后以物體B為對象，根據二力平衡的知識計算出A和B之間摩擦力的大小和方向。最后以物體A為受力對象，再次根據二力平衡的原理分析地面對A的摩擦力的大小和方向；
（3）根據動滑輪的特點及A的移動速度判斷滑輪的移動速度；
（4）根據公式P=Fv計算出拉力F的功率。
【解答】以動滑輪為研究對象，兩段繩子向右的拉力與向左的拉力平衡，
所以2F拉=F，
則A物體對滑輪的拉力；
根據相互作用力原理可知，滑輪對A的拉力也為5N；
物體B始終處于靜止狀態，
則測力計對B向右的拉力與A對B向左的摩擦力平衡，
所以fA對B=F示=2N；
根據相互作用力原理可知，物體B對A的摩擦力為2N，方向向右，故B正確不合題意；
物體A向左勻速運動，由力的平衡條件F拉=fB對A+f地可知，
地面對物體A還有向右的摩擦力，
所以物體A受到地面的摩擦力：f地=F拉-fB對A=5N-2N=3N，故A正確不合題意；
由圖知，拉力作用在動滑輪的軸上，
此時動滑輪費力但省一半的距離，
所以滑輪移動的速度：，故C正確不合題意；
水平拉力F的功率：P=Fv滑輪=10N×0.1m/s=1W，故D錯誤符合題意；。
故選D。
5．（2024九下·慈溪模擬）在實踐活動基地，同學們體驗使用勞動器具。如圖所示，分別用甲、乙兩種形式的滑輪組把重為600N的物體勻速向上提起相同的高度。已知每個滑輪重為20N，忽略繩子的重力及滑輪與繩子的摩擦。下列判斷正確的是（　　）
A．甲方式中車對繩子的拉力為620N
B．乙方式中人對繩子的拉力為300N
C．使用甲、乙兩種方式都不能省功
D．甲、乙兩種方式的機械效率相等
【答案】C
【解析】（1）使用定滑輪不能省力，忽略繩重和摩擦，F＝G；
（2）由圖乙知n＝2，忽略繩重和摩擦，拉力F＝（G+G動）；
（3）使用任何機械不能省功；
（4）忽略繩重和摩擦，在甲圖中，額外功為0，在乙圖中，需要克服動滑輪重力做額外功，再結合機械效率的定義來比較。
【解答】A、因為圖甲中兩個滑輪都是定滑輪，忽略繩子的重力及滑輪與繩子的摩擦，繩子的拉力應該為600N，故A錯誤；
B、乙方式人對繩子的拉力
故B錯誤；
C、根據功的原理，使用任何機械都不省功，故C正確；
D、甲方式兩個滑輪都是定滑輪，不計繩重和摩擦，不用做額外功，機械效率100%；乙方式有一個動滑輪，需要做額外功，機械效率小于100%，故D錯誤。
故答案為：C。
6.（2023·杭州模擬）如圖所示，滑輪組懸掛在水平鋼架上，某工人站在水平地面上，豎直向下拉動繩子自由端，5s內使物體A勻速上升1.5m，提升過程中繩子自由端拉力F的功率為180W。已知物體A重540N，該工人重700N。不計繩重和摩擦，下列關于該過程的說法正確的是（　　）
A．繩子自由端移動的速度為0.3m/s
B．動滑輪重160N
C．該工人對地面的壓力為400N
D．繩子自由端受到豎直向下的拉力為200N
【答案】C
【解析】（1）首先根據s=nh計算自由端移動的距離，再根據公式計算自由端的速度；
（2）（4）首先根據計算出自由端的拉力，再根據nF=G+G動計算動滑輪的重力；
（3）對人進行受力分析，根據二力平衡的知識計算出地面對工人的支持力，再根據力的作用的相互性計算工人對地面的壓力。
【解答】繩子自由端移動的距離s=nh=1.5m×2=3m，
則自由端移動的速度：，故A錯誤；
繩子自由端的拉力；
根據nF=G+G動得到：2×300N=540N+G動；解得：G動=60N，故B、D錯誤；
根據二力平衡的知識可知，地面對工人的支持力FN=G人-F=700N-300N=400N。
根據相互作用力的原理可知，工人對地面的壓力等于地面對工人的支持力，即壓力為400N，故C正確。故選C。
7．（2023·慈溪模擬）輕質杠桿每小格的長度相等，O為支點．在杠桿左側掛一物體甲，若在杠桿右側掛一物體乙，并在物體乙的下方拴接一個彈簧，如圖17所示，當杠桿在水平位置時，整個裝置處于平衡狀態．已知物體乙的重力為600N，彈簧對物體乙的作用力為300N．下列說法正確的是（　　）
A．物體甲的重力不可能為450N
B．物體甲的重力可能為300N
C．物體乙受到彈簧的一定處于壓縮狀態
D．物體乙受到繩子的拉力可能為900N或300N
【答案】D
【解析】物體乙所受所受彈簧的力有兩種可能，即可能是乙受到彈簧對它向上的彈力，也可能是乙受到彈簧對它向下的彈力，結合杠桿的平衡條件分析計算即可判斷。
【解答】若物體乙受到的彈簧的作用力方向向上，
則此時乙物體對杠桿拉力是F拉=G-F彈=600N-300N=300N；所以據杠桿的平衡條件知：G甲L甲=F拉L乙，
G甲×4L=300N×2L；解得：G甲=150N；
若物體乙受到的彈簧的作用力方向向下，
此時乙物體對杠桿拉力是F拉=G+F彈=600N+300N=900N，
故此時乙受到繩子的拉力是900N，即D正確；
物體乙受到的彈簧的作用力方向向下，根據杠桿平衡條件知：
G甲L甲=F拉L乙，
G甲×4L=900N×2L；
解得：G甲=450N；
故A、B錯誤；
乙受到的彈簧的作用力可能向上，也可能向下，所以彈簧可能處于拉伸也可能處于壓縮狀態，故C錯誤。故選D。
二、填空
8．（2024九下·余姚模擬）胡柚大豐收，小金需要幫爺爺奶奶把一箱質量為240kg的胡柚搬到2m高的車上，為了省力（如圖）。搬運過程中，他用沿斜面向上1200N的力，此過程中斜面對重物做的有用功 　 　，簡易斜面裝置的機械效率為 　 　%，斜面與箱子間的摩擦力為 　 　。
【答案】4800J；80；240N
【解析】斜面題型中，有用功為克服重力所做的功；總功為拉力所做的功，額外功為克服摩擦所做的功。【解答】此過程中斜面對重物做的有用功
拉力做的總功
斜面的機械效率
額外功
根據可得，物體受到的摩擦力
9．（2024·濱江模擬）T型杠鈴是一種健身器材，如圖甲，小濱在水平地面將杠鈴拉至水平靜止，杠鈴離開地面后，與水平地面平行，可抽象成圖乙模型，杠鈴的固定軸為O，手對杠鈴的拉力作用在B點，杠鈴(包括桿和配重)的重心在A點。已知杠鈴的總重為600N， OA 長1.6m， OB 長1.2m。
（1）圖乙中，小濱手對杠鈴的拉力F1與杠鈴垂直，求F1=　 　N。
（2）圖丙中，小濱手對杠鈴拉力F2始終與杠鈴垂直，且仍作用在 B點，他將杠鈴從水平位置拉至圖丙的過程中，拉力F2　 　(選填“一直變大”、“一直變小”、“始終不變”、“先變小后變大”)
【答案】（1）800
（2）一直變小
【解析】（1）根據杠桿平衡條件F1L1=F2L2計算F1的大小；
（2）根據杠桿平衡條件F1L1=F2L2分析F2的大小變化。
【解答】（1）杠鈴離開地面后，小濱手對杠鈴的拉力F1與杠鈴垂直，動力臂等于OB長，而阻力臂等于OA長，根據杠桿平衡條件可得F1lB=GlA，代入數據可得：F1×1.2m=600N×1.6m，解得：F1=800N；
（2）小濱手對杠鈴拉力F2始終與杠鈴垂直，且仍作用在B點，轉動過程中動力臂大小不變，阻力大小不變，阻力臂減小，根據杠桿的平衡條件可知，動力減小，即拉力F2一直變小。
10．（2023·麗水）“認真觀察和仔細分析”是科學研究的基本要求。
（1）如圖甲，在靜止指向南北方向的小磁針上方平行地放一根直導線。閉合開關，原來靜止的小磁針發生轉動，原來靜止的直導線仍然未動。
①小磁針發生轉動，可以說明它一定受到力的作用，因為　 　。
②直導線仍然未動，此時偏轉的小磁針對直導線　 　(填“有”或“沒有")力的作用。
（2）如圖乙是某飲水器水龍頭的結構示意圖，A是固定的出水口，B是一根手柄，C是一根連接在閥門上的桿，由彈簧將它拉緊，O1是連接B、C的一根銷釘。可將手柄簡化為一根杠桿，手柄與A的接觸點O2為支點，下壓手柄，C就上升，閥門打開水流出；放手后，C自動恢復原位，水龍頭關閉。
①請在答題紙相應位置圖中畫出動力F1的力臂l1　 　。
②正常使用手柄取水時，手柄屬于　 　杠桿。
【答案】（1）力是改變物體運動狀態的原因；有
（2）；省力
【解析】（1）①根據力與運動的關系分析解答；
②根據物體間力的作用的相互性分析解答；
（2）①力臂是從杠桿的支點到力的作用線的垂線段的長度；
②比較動力臂和阻力臂的大小，從而確定杠桿的分類。
【解答】（1）①小磁針發生轉動，可以說明它一定受到力的作用，因為力是改變物體運動狀態的原因；
②物體間力的作用是相互的，雖然直導線未動，但此時偏轉的小磁針對直導線有力的作用。
（2）①通過支點O2作F1的作用線的垂線，O2到垂足之間的距離就是動力臂L1，如下圖所示：
②根據圖片可知，在正常使用手柄取水時，動力臂大于阻力臂，則手柄屬于省力杠桿。
三、解答
11.已知一根質量分布均勻的圓柱體木料質量為60kg，體積為0.1m3。問：
（1）此木料的密度為多少
（2）如圖所示，甲、乙兩人分別在A點和B點共同扛起此本料并恰好水平，其中AO=OB，O為木料的中點。求此時乙對木料的作用力大小。
（3）若在(2)中當乙作用點從B點向O點靠近時，請列式分析此過程中甲對木料作用力大小變化情況。
【答案】（1）解：ρ= =600 Kg/m3
（2）解：G=mg=60kg×10N/kg=600N
以A為支點，根據杠桿平衡條件F1×l1=F2×l2 得F乙×AB=G
即F乙= =0.5G=300N
（3）解：當乙的作用點向O點靠近時，此時作用點記為B’
以A為支點，根據杠桿平衡條件： F1×l1=F2×l2 得：F×AB’= G×AO
即F乙=G×AO /AB’
因為AB’減小，而G×AO不變，所以F乙變大 而F乙+F甲=G，所以F甲變小
【解析】（1）已知質量和體積，根據公式 計算木料的密度；
（2）首先根據G=mg計算出木料的重力，然后將A看做杠桿的支點，木料的重力看做阻力，阻力臂為AO，B點的支持力為動力，動力臂為AB，然后根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2計算乙對木料的作用力。
（3）當乙的作用點向O點靠近時，乙的動力臂逐漸減小，根據杠桿的平衡條件 F1×l1=F2×l2 分析乙對木料作用力的變化，最后根據二力平衡F乙+F甲=G判斷甲對木料作用力的大小即可。
12．（2024九下·蕭山模擬）隨著旅游產業的發展，“露營熱”持續高漲，帳篷、燒烤架、天幕、露營車等戶外裝備銷量激增。如圖是一輛戶外便攜式折疊露營小推車，露營車拉桿角度可以調節，自重為8千克。小金一家使用這輛車運載約20千克的物資，在戶外游玩的時候他們遇到了幾種情景，請你幫小金解決他的疑問。
（1）越過障礙物的推車可以視為杠桿，若把拉桿固定在豎直方向，當前輪遇到障礙時，需向上提把手，這時露營車可視為　 　杠桿；
（2）當后輪遇到障礙物時，小金用腳抵住前輪，然后用力向左拉拉桿，恰好能將后輪翹起，杠桿的支點是　 　（填“前輪”或“后輪”），小金想知道用水平向左的拉力為多少，于是畫出了模型（a為前輪，b為后輪，c為拉手），并根據產品說明得到了相關數據，ab=100cm，ac=80cm，假設整車的重力集中在ab的中點d，請計算拉扶手的力F　 　；
（3）在第（2）小題中，如果拉桿向左傾斜，并固定在如右圖位置。用腳抵住前輪，用水平力向左拉拉桿，恰好能將后輪翹起，分析拉力F將如何變化　 　。
【答案】省力；前輪；175N；變大
13.（2024·鹿城模擬）小實設計的“井蓋丟失自動警示裝置”如圖所示，當井蓋丟失時上方沒了壓力，彈簧的彈力將標志彈起，起到警示作用。已知標志牌的重力為20牛，重心在A點，OA長度為1米。(輕質桿和彈簧的質量忽略不計)
（1）裝置中的彈簧將標志彈起至豎直位置，是將彈簧的彈性勢能轉化為標志牌的　 　能。
（2）若將標志牌從水平地面彈起至豎直位置，則克服標志牌重力做功　 　焦。
（3）將彈簧固定在B點，若產生的彈力始終豎直向上，OB長0.4米。現有三種最大彈力不同的彈簧，請你選擇最合適的彈簧并說明理由　 　。
彈簧種類 A B C
最大彈力 10牛 30牛 60牛
【答案】（1）重力勢能(機械能)
（2）20
（3）選擇彈簧C，根據杠桿的平衡條件20牛×1米=F×0.4米，彈簧需要提供的最大彈力為50牛
【解析】（1）物體由于被舉高而具有的能量叫重力勢能。
（2）根據W=Gh計算標志牌克服重力做的功；
（3）根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2列式，計算處彈簧需要產生的最大彈力即可。
【解答】（1）裝置中的彈簧將標志牌彈起時，標志牌的高度增大，則將彈簧的彈性勢能轉化為標志牌的重力勢能。
（2）克服標志牌重力做功：W=Gh=20N×1m=20J。
14.（2024·浙江）圖1是某興趣小組設計的一款“高空修枝”工具的示意圖。使用時，一只手握緊桿子保持靜止，另一只手用F1的力緩慢拉繩子，帶動滑輪組工作，在A點產生的拉力為F2，從而使修剪刀繞O點轉動，其刀口對樹枝的力為F3。請回答：
（1）該工具可用于剪下高處的枝葉。其中，葉屬于生物體結構層次中的____（填字母）。
A．細胞 B．組織 C．器官
（2）為了探究制作修剪刀的碳鋼合金（含Fe、C兩種元素）類型，興趣小組取制作修剪刀的廢料進行了實驗檢測：取樣品1.00克與足量的稀硫酸充分反應后，收集到428毫升（按0.035克計）氫氣。通過計算并結合下表判斷修剪刀材質屬于哪種合金類型？
合金類型 低碳鋼 中碳鋼 高碳鋼
碳的質量分數 低于0.3% 0.3%～0.6% 高于0.6%
（3）某時刻，彈簧處于原長，若修剪刀的刀口對樹枝施加的力F3為960牛，F3'是樹枝對刀口的力（如圖2），此時繩子端需施加的力F1為多大？（已知OB=8厘米，OC=2厘米，滑輪中各股繩子視為平行，工具自重和摩擦忽略不計。）
【答案】（1）C
（2）設鐵Fe的質量為x
碳的質量為：；碳的質量分數為：，故屬于高碳鋼；
（3）由圖2可知，O為支點，F3為阻力，OC為阻力臂，AB為動力臂，根據桿平衡條件F1l1=F2l2可得960N×2cm=F2×8cm，則F2=240N；工具自重和摩擦忽略不計，對上面定滑輪受力分析，F2=3F1，則F1=80N。
【解析】（1）植物的結構層次：細胞→組織→器官→植物個體；其中根、莖、葉屬于營養器官；花、果實、種子屬于生殖器官；
（2）碳鋼合金中Fe能與稀硫酸反應產生氫氣，根據質量守恒定律，由氫氣的質量計算Fe的質量，從而計算碳的含量及質量分數，從而確定合金類型；
（3）根據杠桿平衡條件F1l1=F2l2可得F2，再對上面的動滑輪受力分析可計算F1的大小。
【解答】（1）葉在生物體結構層次中屬于器官，故選：C。
15．（2024·浙江模擬） 近年來，各地接連發生多起抽屜柜倒塌壓死/傷兒童事件，再一次警示人們家裝安全的重要性。如圖甲所示為一款家庭常用的抽屜柜，柜高 109cm，長60cm，寬40cm，空柜質量為20kg。
（1）若柜子中所裝物品的總質量為6kg，求抽屜柜對地面的壓強。(結果保留整數)
（2）如圖乙所示為抽屜柜的側視圖，此時抽屜的拉開距離為30cm，點O為抽屜柜的重心所在位置，假設體重為18kg的小文將身體的全部重量均壓在與抽屜相接觸的作用點A 上，問此時抽屜柜是否會被拉動
（3）為避免抽屜柜倒塌意外的發生，請你提出一條合理的建議　 　。
【答案】（1）根據題意可知，柜子的底面積S=ab=0.6m×0.4m=0.24m2；
柜子對地面的壓力F=G總=（20kg+6kg）×10N/kg=260N；
則柜子對地面的壓強：。
（2）會被拉動
將柜子的右下角看作支點，柜子的重力看作阻力，阻力臂為0.2m；小文的重力看作動力，動力臂為0.3m，
則阻力和阻力臂的乘積：260N×0.2m=52Nm；
動力和動力臂的乘積：180N×0.3m=54Nm；
即動力和動力臂的乘積大于阻力和阻力臂的乘積；
因此抽屜柜會被拉動。
（3）增加可固定在墻體的裝置
【解析】（1）根據S=ab計算柜子的底面積，根據F=G總計算柜子的壓力，根據計算柜子對地面的壓強；
（2）根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2分析判斷；
（3）從外面給柜子一個固定的拉力，可以保證柜子不會輕易被拉動。
【解答】（3）避免抽屜柜倒塌意外的發生，合理的建議：增加可固定在墻體的裝置。
16．（2023·紹興）如圖所示為自動升降單桿晾衣架，頂盒中有牽引裝置，甲、乙是連接牽引裝置和水平晾桿的豎直鋼絲繩，水平晾桿上有7個掛衣孔，相鄰兩孔間距相等，甲、乙鋼絲繩懸掛晾桿的點分別與1號、7號孔中心對齊。現把重為30N的衣服（含衣架）掛在5號孔（不計晾桿和繩的重力，不計摩擦和空氣阻力）。
（1）繩甲對晾桿的拉力為F甲，繩乙對晾桿的拉力為F乙，則F甲　 　F乙（選填“大于”“等于”或“小于”）。
（2）此時繩甲對晾桿的拉力F甲為多少？
（3）閉合開關，牽引裝置工作，將晾桿保持水平狀態勻速提升1.2m，用時10s，此過程該裝置牽引鋼絲繩做功的功率是多少？
【答案】（1）小于
（2）設兩孔之間距離為l
根據杠桿平衡條件：F甲l甲=Gl乙
答：繩子甲對晾桿的拉力F甲為10N。
（3）
答：根據題設，裝置牽引鋼絲繩做功的功率等于裝置拉衣服的功率是3.6W。
【解析】（1）將5號孔看做杠桿的支點，根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2比較兩個拉力大小；
（2）將乙看做支點O，此時阻力臂為2L，動力臂為6L，根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2計算即可；
（3）根據W=Gh計算出克服衣服重力做功，再根據計算鋼絲繩做功的功率。
【解答】（1）將5號孔看做杠桿的支點，則動力甲的力臂為4L，動力乙的力臂為2L，根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2得到：F甲×4L=F乙×2L，解得：F甲：F乙=1：2，那么F甲17.（2023·衢州）賽龍舟自古以來在我國廣為流傳，現已成為亞運會比賽項目。如圖是運動員在室內進行劃槳訓練的兩個場景，圖甲是訓練裝置的結構示意圖，繩子系在”船槳”的A端，運動員坐在位置上用力將”船槳”從位置“1”劃到位置”2”，重物的位置也發生了相應的變化。若重物的質量為20千克，”劃槳”一次拉過繩子的距離為60厘米。(船槳重、繩重與摩擦均不計)
（1）該裝置中兩個滑輪的作用是　 　。
（2）”劃槳”一次，人至少做功　 　焦。
（3）圖乙是某種耐力練習示意圖，保持”船槳”與繩子垂直并靜止。若OA為60厘米，OB為40厘米，當一只手握在O端，另一只手握在B點并施加垂直”船槳”的力F。求此時力F的大小。
【答案】（1）改變力的方向
（2）120
（3）FA×OA=F×OB
200牛×60厘米=F×40厘米
F=300牛
【解析】（1）定滑輪不省力不費力，只能改變用力方向；動滑輪不能改變用力方向，但是能最多省一半的力。
（2）根據W=Gh計算劃槳一次做的功；
（3）根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2分析計算。
【解答】（1）根據圖片可知，兩個滑輪都是固定不動的，都是定滑輪，作用是改變力的方向。
（2）當劃槳一次拉動繩子的距離為60cm時，重物上升60cm，
則一次做功：W=Gh=20kg×10N/kg×0.6m=120J；
18．（2021·衢州）是某簡易吊裝機、其簡化結構如圖乙所示。
（1）吊裝機工作時，頂端定滑輪的作用是　 　。
（2）吊裝機總重為1500牛，其重力作用線通過A點。結合乙圖數據計算，當吊裝機勻速吊起重物時，為防止翻倒，最多能吊起多少牛的重物？
（3）吊裝機在使用時，通常在一定位置壓上配重防止翻倒。將同一配重分別放在圖中D，E，F處時，能達到最佳防翻效果的是　 　。
（4）電動機的額定功率是1200瓦，正常工作時消耗的電能有75%轉化為重物的機械能。當吊裝機配重足夠時，可在10秒內使重物勻速上升3米，求所吊重物受到的重力大小。
【答案】（1）改變力的方向
（2）設物體重為G，動力臂L1=1.25m，阻力為吊裝機總重，F2=1500N，阻力臂L2=1.5-1.25=0.25m。
根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2得到：GL1=F2L2，
G×1.25m=1500×0.25m，
解得：G=300N。
（3）F
（4）電機工作產生的機械能全部用來使抬升物體，
所以W物=G物h=ηW電；
G物h=ηPt；
G物×3m=75%×1200W×10s；
代入數據即可解得：G物=3000N。
【解析】（1）根據定滑輪的特點解答；
（2）當所掛物體較重時，吊裝機會向左繞B(C)點傾斜，此時可以把整個吊裝機看做一根杠桿。B(C)點為支點，動力為所吊物體重，根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2列式計算即可。
（3）配重對杠桿施加阻力，且阻力和阻力臂的乘積越大，防翻效果越好，據此分析判斷；
（4）根據W=ηPt計算出計算出電動機轉化成的機械能，再根據W=Gh計算機械能，二者的大小相等，據此列出方程計算即可。
【解答】(1)吊裝機工作時，頂端定滑輪的作用是改變力的方向。
(2)設物體重為G，動力臂L1=1.25m，阻力為吊裝機總重，F2=1500N，阻力臂L2=1.5-1.25=0.25m。
根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2得到：GL1=F2L2，
G×1.25m=1500×0.25m，
解得：G=300N。
(3)根據杠桿平衡條件可知，所加配置為阻力，當阻力臂越大的時候，吊裝機越不容易傾倒，故選F；
(4)電機工作產生的機械能全部用來使抬升物體，
所以W物=G物h=ηW電；
G物h=ηPt；
G物×3m=75%×1200W×10s；
代入數據即可解得：G物=3000N。
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專題05 簡單的機械相關問題
【課程標準】
1、杠桿
①指認杠桿的支點、動力、阻力、動力臂和阻力臂等
②繪制杠桿的動力臂和阻力臂圖示
③概述杠桿的平衡條件
④應用杠桿平衡條件解決簡單的問題
⑤指認人體中的桿桿
2、滑輪
①知道定滑輪和動滑輪的特點
②知道滑輪組的特點（限于兩個滑輪的滑輪組）
③使用滑輪組（限于兩個滑輪的滑輪組）解決簡單的問題
【學業要求】
①繪制杠桿的動力臂和阻力臂圖示。
②應用杠桿平衡條件解決簡單的問題
③知道滑輪組的特點（限于兩個滑輪的滑輪組）
④使用滑輪組（限于兩個滑輪的滑輪組）解決簡單的問題。
【命題重點】認識杠桿的五要素，平衡條件及解決簡單的問題。知道滑輪組的特點(限于兩個滑輪的滑輪組)及使用滑輪組(限于兩個滑輪的滑輪組)解決簡單的問題。題型較分散:選擇、填空、實驗、計算都會出現。
【方法要點】杠桿需要先尋找五要素，再利用杠桿平衡解題。滑輪要分析力與運動距離的大小，再結合功與功率解題。
考點1：人體中的杠桿
考點解讀：人體中有很多的杠桿，例如①抬頭時，可以在頸部找到杠桿，杠桿的支點在脊柱之頂，支點后的肌肉收縮提供動力，頭顱的重量是阻力。這個杠桿幾乎是個等臂杠桿②手臂拿物體時，肘關節是支點，肱二頭肌肉所用的力是動力，手拿的重物的重力是阻力顯然我們的前臂是一種費力力杠桿。雖然費力，但是可以省距離(少移動距離)，提高工作效率。③走路時的腳，腳掌前部是支點，人體的重力就是阻力，腿肚肌肉產生的拉力就是動力。這種杠桿可以克服較大的體重。
例1：俯臥撐是一項常見的健身項目，采用不同的方式做俯臥撐，健身效果通常不同。圖1甲所示的是小京在水平地面上做俯臥撐保持靜止時的情境，他的身體與地面平行，可抽象成如圖1乙所示的杠桿模型，地面對腳的力作用在O點，對手的力作用在B點，小京的重心在A點。已知小京的體重為750N，OA長為1m，OB長為1.5m。
（1）圖乙中，地面對手的力F1與身體垂直，求F1的大小。
（2）圖2所示的是小京手扶欄桿做俯臥撐保持靜止時的情景，此時他的身體姿態與圖甲相同，只是身體與水平地面成一定角度，欄桿對手的力F2與他的身體垂直，且仍作用在B點，請列式說明F1與F2的大小關系。
考點2：杠桿中最小力和杠桿的動態平衡問題
考點解讀：使杠桿繞著轉動的點叫支點，作用在杠桿上使杠桿轉動的力叫動力，作用在杠桿上阻礙杠桿轉動的力叫阻力，從支點到動力作用線的垂直距離叫動力臂，從支點到阻力作用線的垂直距離叫阻力臂。做此類題，必須先找準杠桿的動力、阻力、動力臂、阻力臂，以及各力臂的變化，從而分析出其他因素的變化。
例2：（2023九下·義烏模擬）小金推著購物車在超市購物，如圖所示，購物車和貨物的總重為120牛(整體重力示意圖如圖所示)，B、C點為車輪軸心。
（1）當購物車前輪遇到障礙物時，小金在A點對購物車施加了最小作用力，使車的前輪越過障礙物。在答卷上畫出施力的示意圖
（2）當該車靜止在地面時(小金未接觸車子)，求前輪輪所受的地面支持力Fc后輪所受的地面支持力FB
考點3：探究杠桿的平衡條件
考點解讀：在研究杠桿的平衡條件時，需要調節杠桿在水平位置平衡，其目的是便于直接從杠桿上讀出力臂的大小。探究杠桿的平衡條件的實驗，一般需測多組不同的數據，其目的是排除實驗的偶然性，增加實驗結論的可信度。
例3：（2024·湖州模擬）小德帶了一個西瓜到學校與同學分享，在分享前同學們想測出它的重力，發現西瓜的重力超出了現有彈簧測力計的量程，但又找不到其它合適的測量工具，于是小德找來了一些細繩(不計重力)、一把米尺等物品按如圖所示進行了改進實驗：
步驟一：將細繩系在米尺50厘米刻度線處，米尺剛好能在水平位置平衡。
步驟二：將彈簧測力計在豎直方向調零(如圖甲左)。
步驟三：如圖甲所示，在米尺 45 厘米刻度線處掛上西瓜，用細繩把彈簧測力計的拉環系在 75厘米刻度線處，并豎直向下拉掛鉤，使米尺在水平位置平衡。
（1）在步驟一中將細繩系在米尺中間，使米尺在水平位置平衡，是為了避免　 　對測量結果的影響。
（2）當小德在操作步驟三時，有同學指出彈簧測力計的使用存在問題，你認為小德這樣使用彈簧測力計會使測量結果　 　(選填“偏大”或“偏小”)。
（3）小德分析后改用如圖乙所示的正確方法操作：他將彈簧測力計倒置使掛鉤朝上后，重新調零(如圖乙左)，并重新測出拉力為5牛，最后計算出西瓜的重力為　 　牛。
（4）在測量過程中小德發現：如果斜向下拉彈簧測力計，且使杠桿在水平位置平衡(如圖丙所示)， 彈簧測力計示數　 　5 牛(選填“>”“<”或“=”) 。
考點4：滑輪組的使用
考點解讀：滑輪組既可省力，又可改變力的作用方向。在解題時要注意以下幾點：①繩子的繞法：“奇動偶定”，即繩子為奇數段時，要以動滑輪的掛鉤為起點開始繞；繩子為偶數段時，要以定滑輪的掛鉤為起點開始繞。如圖所示：②拉力F的大小：若不計動滑輪的重力及繩子的磨擦，則有F=G/n(n為承擔阻力的繩子段數)；若考慮動滑輪的重力(不計磨擦)，則有F=(G+G動滑輪)/ n。2③繩子自由端移動的距離和速度：S=nh物 v=nv物
例4：如圖所示的滑輪組，纏繞滑輪的繩子能承受的最大拉力為300牛，在保證繩子未斷的情況下，計算并回答下列問題：(已知動滑輪重 80牛，摩擦及繩重不計)
（1）物體重為200N，在10s內被勻速拉升1m．求提升重物的過程中拉力做功的功率為多少？此時滑輪組的機械效率大小為多少？(精確到 0.1%)
（2）利用該滑輪組能提起物體的最大質量是多少？
考點5：應用機械效率進行相關分析與計算
考點解讀：測量斜面的機械效率：①光滑斜面：Fl＝Gh　W額＝0　η＝100% ②有摩擦的斜面：η＝Gh/Fl ③斜面的機械效率與斜面的光滑程度和傾斜程度有關。測量滑輪組的機械效率：多數情況下僅考慮由于動滑輪自重所帶來的額外功，而不考慮繩子的重力和摩擦。此時對于用滑輪組提升物體時有：η＝＝＝。測量杠桿的機械效率：η= =
例5：（2023·紹興）如圖所示，小寧用豎直向上的拉力F提升物體，使物體在2s內勻速上升了0.1m已知物體重為1N，動滑輪重為0.25N，不計繩重和摩擦，這一過程中，下列說法錯誤的是（　　）
A．繩子自由端移動速度為0.05m/s B．拉力F的大小為0.625N
C．拉力F做功為0.125J D．該滑輪的機械效率為80%
一、選擇題
1．（2024·溫州三模）小明將如圖所示拔草器前端插入植株根部，對拔草器后端施力，可將植株連根拔起。若忽略拔草器自身重力，為了將同一植株拔起，施力最小的是（　　）
A． B．
C． D．
2．（2023·臺州）某同學研究滑輪的作用，用重為0.2牛的滑輪，把2牛的鉤碼勻速提升1米。在不計繩重和摩擦的情況下，拉力F做的功為（　　）
A．0焦 B．1.1焦 C．2.2焦 D．4.4焦
3.（2024·慈溪模擬）用圓形磁塊將一長方形硬卡紙固定在黑板上，則松手后下列固定方式中硬卡紙最容易轉動的是（　　）
A． B． C． D．
4.（2024·寧波模擬）如圖所示，用10N的力F沿水平方向拉滑輪，可使物體A以0.2m/s的速度在水平面上勻速運動。彈簧測力計的示數恒為2N（不計滑輪、測力計、繩子的重力，滑輪的轉軸光滑）。下列說法不正確的是（　　）
A．物體A受到地面水平向右3N的摩擦力
B．物體A受到B的摩擦力是2N
C．滑輪移動的速度是0.1m/s
D．拉力F做功功率為4W
5．（2024九下·慈溪模擬）在實踐活動基地，同學們體驗使用勞動器具。如圖所示，分別用甲、乙兩種形式的滑輪組把重為600N的物體勻速向上提起相同的高度。已知每個滑輪重為20N，忽略繩子的重力及滑輪與繩子的摩擦。下列判斷正確的是（　　）
A．甲方式中車對繩子的拉力為620N
B．乙方式中人對繩子的拉力為300N
C．使用甲、乙兩種方式都不能省功
D．甲、乙兩種方式的機械效率相等
6.（2023·杭州模擬）如圖所示，滑輪組懸掛在水平鋼架上，某工人站在水平地面上，豎直向下拉動繩子自由端，5s內使物體A勻速上升1.5m，提升過程中繩子自由端拉力F的功率為180W。已知物體A重540N，該工人重700N。不計繩重和摩擦，下列關于該過程的說法正確的是（　　）
A．繩子自由端移動的速度為0.3m/s
B．動滑輪重160N
C．該工人對地面的壓力為400N
D．繩子自由端受到豎直向下的拉力為200N
7．（2023·慈溪模擬）輕質杠桿每小格的長度相等，O為支點．在杠桿左側掛一物體甲，若在杠桿右側掛一物體乙，并在物體乙的下方拴接一個彈簧，如圖17所示，當杠桿在水平位置時，整個裝置處于平衡狀態．已知物體乙的重力為600N，彈簧對物體乙的作用力為300N．下列說法正確的是（　　）
A．物體甲的重力不可能為450N
B．物體甲的重力可能為300N
C．物體乙受到彈簧的一定處于壓縮狀態
D．物體乙受到繩子的拉力可能為900N或300N
二、填空
8．（2024九下·余姚模擬）胡柚大豐收，小金需要幫爺爺奶奶把一箱質量為240kg的胡柚搬到2m高的車上，為了省力（如圖）。搬運過程中，他用沿斜面向上1200N的力，此過程中斜面對重物做的有用功 　 　，簡易斜面裝置的機械效率為 　 　%，斜面與箱子間的摩擦力為 　 　。
9．（2024·濱江模擬）T型杠鈴是一種健身器材，如圖甲，小濱在水平地面將杠鈴拉至水平靜止，杠鈴離開地面后，與水平地面平行，可抽象成圖乙模型，杠鈴的固定軸為O，手對杠鈴的拉力作用在B點，杠鈴(包括桿和配重)的重心在A點。已知杠鈴的總重為600N， OA 長1.6m， OB 長1.2m。
（1）圖乙中，小濱手對杠鈴的拉力F1與杠鈴垂直，求F1=　 　N。
（2）圖丙中，小濱手對杠鈴拉力F2始終與杠鈴垂直，且仍作用在 B點，他將杠鈴從水平位置拉至圖丙的過程中，拉力F2　 　(選填“一直變大”、“一直變小”、“始終不變”、“先變小后變大”)
10．（2023·麗水）“認真觀察和仔細分析”是科學研究的基本要求。
（1）如圖甲，在靜止指向南北方向的小磁針上方平行地放一根直導線。閉合開關，原來靜止的小磁針發生轉動，原來靜止的直導線仍然未動。
①小磁針發生轉動，可以說明它一定受到力的作用，因為　 　。
②直導線仍然未動，此時偏轉的小磁針對直導線　 　(填“有”或“沒有")力的作用。
（2）如圖乙是某飲水器水龍頭的結構示意圖，A是固定的出水口，B是一根手柄，C是一根連接在閥門上的桿，由彈簧將它拉緊，O1是連接B、C的一根銷釘。可將手柄簡化為一根杠桿，手柄與A的接觸點O2為支點，下壓手柄，C就上升，閥門打開水流出；放手后，C自動恢復原位，水龍頭關閉。
①請在答題紙相應位置圖中畫出動力F1的力臂l1　 　。
②正常使用手柄取水時，手柄屬于　 　杠桿。
三、解答
11.已知一根質量分布均勻的圓柱體木料質量為60kg，體積為0.1m3。問：
（1）此木料的密度為多少
（2）如圖所示，甲、乙兩人分別在A點和B點共同扛起此本料并恰好水平，其中AO=OB，O為木料的中點。求此時乙對木料的作用力大小。
（3）若在(2)中當乙作用點從B點向O點靠近時，請列式分析此過程中甲對木料作用力大小變化情況。
12．（2024九下·蕭山模擬）隨著旅游產業的發展，“露營熱”持續高漲，帳篷、燒烤架、天幕、露營車等戶外裝備銷量激增。如圖是一輛戶外便攜式折疊露營小推車，露營車拉桿角度可以調節，自重為8千克。小金一家使用這輛車運載約20千克的物資，在戶外游玩的時候他們遇到了幾種情景，請你幫小金解決他的疑問。
（1）越過障礙物的推車可以視為杠桿，若把拉桿固定在豎直方向，當前輪遇到障礙時，需向上提把手，這時露營車可視為　 　杠桿；
（2）當后輪遇到障礙物時，小金用腳抵住前輪，然后用力向左拉拉桿，恰好能將后輪翹起，杠桿的支點是　 　（填“前輪”或“后輪”），小金想知道用水平向左的拉力為多少，于是畫出了模型（a為前輪，b為后輪，c為拉手），并根據產品說明得到了相關數據，ab=100cm，ac=80cm，假設整車的重力集中在ab的中點d，請計算拉扶手的力F　 　；
（3）在第（2）小題中，如果拉桿向左傾斜，并固定在如右圖位置。用腳抵住前輪，用水平力向左拉拉桿，恰好能將后輪翹起，分析拉力F將如何變化　 　。
13.（2024·鹿城模擬）小實設計的“井蓋丟失自動警示裝置”如圖所示，當井蓋丟失時上方沒了壓力，彈簧的彈力將標志彈起，起到警示作用。已知標志牌的重力為20牛，重心在A點，OA長度為1米。(輕質桿和彈簧的質量忽略不計)
（1）裝置中的彈簧將標志彈起至豎直位置，是將彈簧的彈性勢能轉化為標志牌的　 　能。
（2）若將標志牌從水平地面彈起至豎直位置，則克服標志牌重力做功　 　焦。
（3）將彈簧固定在B點，若產生的彈力始終豎直向上，OB長0.4米。現有三種最大彈力不同的彈簧，請你選擇最合適的彈簧并說明理由　 　。
彈簧種類 A B C
最大彈力 10牛 30牛 60牛
14.（2024·浙江）圖1是某興趣小組設計的一款“高空修枝”工具的示意圖。使用時，一只手握緊桿子保持靜止，另一只手用F1的力緩慢拉繩子，帶動滑輪組工作，在A點產生的拉力為F2，從而使修剪刀繞O點轉動，其刀口對樹枝的力為F3。請回答：
（1）該工具可用于剪下高處的枝葉。其中，葉屬于生物體結構層次中的____（填字母）。
A．細胞 B．組織 C．器官
（2）為了探究制作修剪刀的碳鋼合金（含Fe、C兩種元素）類型，興趣小組取制作修剪刀的廢料進行了實驗檢測：取樣品1.00克與足量的稀硫酸充分反應后，收集到428毫升（按0.035克計）氫氣。通過計算并結合下表判斷修剪刀材質屬于哪種合金類型？
合金類型 低碳鋼 中碳鋼 高碳鋼
碳的質量分數 低于0.3% 0.3%～0.6% 高于0.6%
（3）某時刻，彈簧處于原長，若修剪刀的刀口對樹枝施加的力F3為960牛，F3'是樹枝對刀口的力（如圖2），此時繩子端需施加的力F1為多大？（已知OB=8厘米，OC=2厘米，滑輪中各股繩子視為平行，工具自重和摩擦忽略不計。）
15．（2024·浙江模擬） 近年來，各地接連發生多起抽屜柜倒塌壓死/傷兒童事件，再一次警示人們家裝安全的重要性。如圖甲所示為一款家庭常用的抽屜柜，柜高 109cm，長60cm，寬40cm，空柜質量為20kg。
（1）若柜子中所裝物品的總質量為6kg，求抽屜柜對地面的壓強。(結果保留整數)
（2）如圖乙所示為抽屜柜的側視圖，此時抽屜的拉開距離為30cm，點O為抽屜柜的重心所在位置，假設體重為18kg的小文將身體的全部重量均壓在與抽屜相接觸的作用點A 上，問此時抽屜柜是否會被拉動
（3）為避免抽屜柜倒塌意外的發生，請你提出一條合理的建議　 　。
16．（2023·紹興）如圖所示為自動升降單桿晾衣架，頂盒中有牽引裝置，甲、乙是連接牽引裝置和水平晾桿的豎直鋼絲繩，水平晾桿上有7個掛衣孔，相鄰兩孔間距相等，甲、乙鋼絲繩懸掛晾桿的點分別與1號、7號孔中心對齊。現把重為30N的衣服（含衣架）掛在5號孔（不計晾桿和繩的重力，不計摩擦和空氣阻力）。
（1）繩甲對晾桿的拉力為F甲，繩乙對晾桿的拉力為F乙，則F甲　 　F乙（選填“大于”“等于”或“小于”）。
（2）此時繩甲對晾桿的拉力F甲為多少？
（3）閉合開關，牽引裝置工作，將晾桿保持水平狀態勻速提升1.2m，用時10s，此過程該裝置牽引鋼絲繩做功的功率是多少？
17.（2023·衢州）賽龍舟自古以來在我國廣為流傳，現已成為亞運會比賽項目。如圖是運動員在室內進行劃槳訓練的兩個場景，圖甲是訓練裝置的結構示意圖，繩子系在”船槳”的A端，運動員坐在位置上用力將”船槳”從位置“1”劃到位置”2”，重物的位置也發生了相應的變化。若重物的質量為20千克，”劃槳”一次拉過繩子的距離為60厘米。(船槳重、繩重與摩擦均不計)
（1）該裝置中兩個滑輪的作用是　 　。
（2）”劃槳”一次，人至少做功　 　焦。
（3）圖乙是某種耐力練習示意圖，保持”船槳”與繩子垂直并靜止。若OA為60厘米，OB為40厘米，當一只手握在O端，另一只手握在B點并施加垂直”船槳”的力F。求此時力F的大小。
18．（2021·衢州）是某簡易吊裝機、其簡化結構如圖乙所示。
（1）吊裝機工作時，頂端定滑輪的作用是　 　。
（2）吊裝機總重為1500牛，其重力作用線通過A點。結合乙圖數據計算，當吊裝機勻速吊起重物時，為防止翻倒，最多能吊起多少牛的重物？
（3）吊裝機在使用時，通常在一定位置壓上配重防止翻倒。將同一配重分別放在圖中D，E，F處時，能達到最佳防翻效果的是　 　。
（4）電動機的額定功率是1200瓦，正常工作時消耗的電能有75%轉化為重物的機械能。當吊裝機配重足夠時，可在10秒內使重物勻速上升3米，求所吊重物受到的重力大小。
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