4.机械手臂是机器人技术领域中的自动化机械装置，能够接受指令，完成抓取、伸缩、旋转和升降等动作.某实验小组制作了如图甲所示的机械手臂模型，并安装在一辆小车上，其结构简图如图乙所示.工作时安装在小车上的底座可以在水平面内自由旋转，立柱和横臂可以在竖直面内自由旋转，手爪可以抓取不同方向、不同高度的物体.

(1)如图丙所示为手爪的示意图，拉动上方的细线，弯曲件AOBC可绕O点转动，弯曲件AOBC此时为杠杆，同时拉动两根细线手爪就可夹住物体，利用C点产生的力将物体举高.
(2)如图丁所示，电控组件的质量为500g，忽略小车、底座、立柱、横臂和手爪的重力，相关参数如图丁所示(单位：cm)，当机械手臂立柱竖直、横臂水平没有抓取物块时，为防止小车轮子脱离地面，所加配重至少为N.当此机械臂抓取正前方一个质量为200g的金属块，将其举高20cm时，对金属块做功为J，在加上最小配重后，在立柱竖直、横臂最终水平状态下，为防止在抓取过程中小车轮子脱离地面，抓取物体的最大重力为N.在不增加器材的情况下，要想横臂最终保持水平位置并增加抓取物体的最大重力，可行的方法是. (g取10N/kg)

4.(1)费力 摩擦 (2)1.25 0.4 4.6875 将竖直的立柱向左侧转动

【分析】
本题结合机械手臂模型，需分两小问解答：
(1) 判断杠杆类型需比较动力臂和阻力臂的长短，手爪夹住物体利用的是摩擦力；
(2) 计算配重、做功、最大抓取重力需利用杠杆平衡条件和功的公式，关键是正确确定各力的力臂，最后分析增大最大重力的方法时，需从减小物体力臂的角度思考。
【解析】
(1) 手爪的弯曲件AOBC绕O点转动，动力作用在细线上，动力臂小于阻力臂，因此是费力杠杆；手爪夹住物体时，C点产生摩擦力，克服物体重力将其举高，故填费力、摩擦。
(2) ① 电控组件重力：$G_{电}=m_{电}g=0.5kg×10N/kg=5N$。以小车左轮为支点，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，电控组件力臂$L_{电}=5cm$，配重的力臂$L_{配}=5cm+10cm+5cm=20cm$，则：
$5N×5cm=G_{配}×20cm$，解得$G_{配}=\frac{5×5}{20}=1.25N$。
② 对金属块做功：$W=mgh=0.2kg×10N/kg×0.2m=0.4J$。
③ 以小车右轮为支点，电控组件力臂$L_{电}'=5cm+10cm+5cm=20cm$，物体力臂$L_{物}=25cm-5cm=20cm$，配重的力臂$L_{配}'=5cm$，根据杠杆平衡：
$G_{电}×L_{电}'=G_{物}×L_{物}+G_{配}×L_{配}'$，代入得：
$5N×20cm=G_{物}×20cm+1.25N×5cm$，解得$G_{物}=4.6875N$。
④ 要增大抓取物体的最大重力，需减小物体的力臂，可行方法是将竖直的立柱向左侧转动，缩短物体到支点的力臂，减小物体的力矩，从而增大最大重力。
【答案】
(1) 费力；摩擦 (2) $1.25$；$0.4$；$4.6875$；将竖直的立柱向左侧转动
【知识点】
杠杆平衡条件、功的计算、摩擦力
【点评】
本题结合机械手臂模型，综合考查杠杆平衡、功的计算等知识，需准确判断力臂，灵活运用公式解题，对学生的分析能力要求较高。
【难度系数】
0.5