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6. (★★★)明代宋应星在《天工开物》中记载的农业生产汲水装置——辘轳，沿用至今。如图 9.6 - 8 甲所示是一种辘轳，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，提起水桶。
(1) 如图 9.6 - 8 甲所示的辘轳可视为不等臂杠杆，为方便提水，它是按照(填“省力”或“费力”)杠杆来设计的。
(2) 用辘轳提水的某时刻示意图如图 9.6 - 8 乙所示，它的支点是“$A$”“$B$”或“$C$”中的点。
(3) 设大轮与小轮的半径比为$3:1$，水桶受到的总重力为$90N$，使周长为$3m$的大轮转动一圈，小轮转动的距离是$m$；若要使辘轳静止在如图 9.6 - 8 乙所示位置，作用在$C$点最小的力应为$N$。(不计井绳的粗细和自重)
(4) 图 9.6 - 8 丙所示的水龙头开关的设计也应用了同样的原理，为了更省力，开关应选用(填“①”或“②”)。
(5) 生活中利用了大轮、小轮的应用有(举出一例即可)。
(1) 如图 9.6 - 8 甲所示的辘轳可视为不等臂杠杆，为方便提水，它是按照(填“省力”或“费力”)杠杆来设计的。
(2) 用辘轳提水的某时刻示意图如图 9.6 - 8 乙所示，它的支点是“$A$”“$B$”或“$C$”中的点。
(3) 设大轮与小轮的半径比为$3:1$，水桶受到的总重力为$90N$，使周长为$3m$的大轮转动一圈，小轮转动的距离是$m$；若要使辘轳静止在如图 9.6 - 8 乙所示位置，作用在$C$点最小的力应为$N$。(不计井绳的粗细和自重)
(4) 图 9.6 - 8 丙所示的水龙头开关的设计也应用了同样的原理，为了更省力，开关应选用(填“①”或“②”)。
(5) 生活中利用了大轮、小轮的应用有(举出一例即可)。
答案
省力
B
9
30
①
汽车方向盘
B
9
30
①
汽车方向盘
解析
【解析】
(1) 辘轳的动力臂（大轮半径）大于阻力臂（小轮半径），属于省力杠杆，因此是按照省力杠杆设计的。
(2) 辘轳工作时绕着B点转动，故支点为B点。
(3) 大轮与小轮同轴转动，转动圈数相同，由半径比3:1、大轮周长3m可知，小轮转动的距离为9m；根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，$L_1:L_2=3:1$，$F_2=90N$，可得$F_1=\frac{F_2L_2}{L_1}=\frac{90N×1}{3}=30N$。
(4) 水龙头开关为省力杠杆，动力臂越大越省力，①的轮更大，动力臂更长，更省力，故选用①。
(5) 生活中利用该原理的实例如汽车方向盘（合理即可）。
【答案】
(1) 省力
(2) $B$
(3) $9$；$30$
(4) ①
(5) 汽车方向盘（合理即可）
【知识点】
省力杠杆、杠杆平衡条件、轮轴原理
【点评】
本题结合古代装置与生活实例，考查轮轴（省力杠杆）的应用，需结合杠杆平衡条件分析，体现物理知识与生活的紧密联系。
【难度系数】
0.6
(1) 辘轳的动力臂（大轮半径）大于阻力臂（小轮半径），属于省力杠杆，因此是按照省力杠杆设计的。
(2) 辘轳工作时绕着B点转动，故支点为B点。
(3) 大轮与小轮同轴转动，转动圈数相同，由半径比3:1、大轮周长3m可知，小轮转动的距离为9m；根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，$L_1:L_2=3:1$，$F_2=90N$，可得$F_1=\frac{F_2L_2}{L_1}=\frac{90N×1}{3}=30N$。
(4) 水龙头开关为省力杠杆，动力臂越大越省力，①的轮更大，动力臂更长，更省力，故选用①。
(5) 生活中利用该原理的实例如汽车方向盘（合理即可）。
【答案】
(1) 省力
(2) $B$
(3) $9$；$30$
(4) ①
(5) 汽车方向盘（合理即可）
【知识点】
省力杠杆、杠杆平衡条件、轮轴原理
【点评】
本题结合古代装置与生活实例，考查轮轴（省力杠杆）的应用，需结合杠杆平衡条件分析，体现物理知识与生活的紧密联系。
【难度系数】
0.6
7. (★★★)小明将木板一端置于水平桌面上，另一端与量角器组装成斜面(如图 9.6 - 9 所示)，按以下步骤进行了实验：
①选 3 个物体$A$、$B$和$C$，分别测出它们的重力大小；
②将斜面倾角(木板与桌面的夹角)调成$5°$，分别将物体$A$、$B$、$C$放置在斜面上保持静止，用压力传感器分别测出它们对木板的压力大小；
③将斜面倾角先后调成$10°$和$15°$，重复步骤②。
实验数据记录如下表：
结合以上信息，按要求回答下列问题：
(1) 请在图 9.6 - 9 中画出物体$A$对木板(斜面倾角为$15°$)压力的示意图，要求包含力的三要素。
(2) 若探究同一物体对木板的压力大小与斜面倾角的关系，可选择实验序号中的数据进行分析。
(3) 分析比较实验数据可知：不同物体静止在同一斜面上时，物体对木板的压力与该物体重力的比值。
(4) 分析比较实验数据可知，同一物体静止在不同斜面上时，斜面倾角越大，物体对木板的压力与该物体重力的比值(填“越大”“越小”或“不变”)。
(5) 斜面作为一种简单的机械，在生活中常有应用。在沿斜面向上的拉力$F$的作用下，质量为$30kg$的物体沿斜面向上匀速运动了$1m$，升高了$30cm$，斜面的机械效率为$90\%$，则该物体所受摩擦力的大小为$N$。($g$取$10N/kg$)
①选 3 个物体$A$、$B$和$C$，分别测出它们的重力大小；
②将斜面倾角(木板与桌面的夹角)调成$5°$，分别将物体$A$、$B$、$C$放置在斜面上保持静止，用压力传感器分别测出它们对木板的压力大小；
③将斜面倾角先后调成$10°$和$15°$，重复步骤②。
实验数据记录如下表：
结合以上信息，按要求回答下列问题：
(1) 请在图 9.6 - 9 中画出物体$A$对木板(斜面倾角为$15°$)压力的示意图，要求包含力的三要素。
(2) 若探究同一物体对木板的压力大小与斜面倾角的关系，可选择实验序号中的数据进行分析。
(3) 分析比较实验数据可知：不同物体静止在同一斜面上时，物体对木板的压力与该物体重力的比值。
(4) 分析比较实验数据可知，同一物体静止在不同斜面上时，斜面倾角越大，物体对木板的压力与该物体重力的比值(填“越大”“越小”或“不变”)。
(5) 斜面作为一种简单的机械，在生活中常有应用。在沿斜面向上的拉力$F$的作用下，质量为$30kg$的物体沿斜面向上匀速运动了$1m$，升高了$30cm$，斜面的机械效率为$90\%$，则该物体所受摩擦力的大小为$N$。($g$取$10N/kg$)
答案
1、4、7
相等
越小
10
相等
越小
10
解析
【解析】
(1) 压力的作用点在木板上，过作用点沿垂直于木板向下的方向画一条带箭头的线段，标注力的符号$F_{压}$，线段长度体现力的大小，即完成包含力的三要素的压力示意图。
(2) 探究同一物体对木板的压力大小与斜面倾角的关系，需控制物体相同、改变斜面倾角，因此选择实验序号1、4、7。
(3) 分析同一斜面倾角下不同物体的实验数据，计算压力与重力的比值，可知比值均相等，故不同物体静止在同一斜面上时，物体对木板的压力与该物体重力的比值相等。
(4) 分析同一物体在不同斜面倾角下的实验数据，计算压力与重力的比值，可知斜面倾角越大，该比值越小。
(5) ①计算有用功：$W_{有}=Gh=mgh=30kg×10N/kg×0.3m=90J$；
②由$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$得，总功$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}=\frac{90J}{90\%}=100J$；
③额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}=100J-90J=10J$；
④由$W_{额}=fs$得，摩擦力$f=\frac{W_{额}}{s}=\frac{10J}{1m}=10N$。
【答案】
(1) 如图所示（作用点在木板上，垂直木板向下，标注$F_{压}$）
(2) 1、4、7
(3) 相等
(4) 越小
(5) 10
【知识点】
力的示意图绘制；控制变量法探究规律；机械效率的计算
【点评】
本题结合实验探究与定量计算，考查了力的三要素、控制变量法的应用以及机械效率的相关计算，既要求学生具备实验数据分析能力，又需熟练运用功的公式解决问题，综合性较强。
【难度系数】
0.5
(1) 压力的作用点在木板上，过作用点沿垂直于木板向下的方向画一条带箭头的线段，标注力的符号$F_{压}$，线段长度体现力的大小，即完成包含力的三要素的压力示意图。
(2) 探究同一物体对木板的压力大小与斜面倾角的关系，需控制物体相同、改变斜面倾角，因此选择实验序号1、4、7。
(3) 分析同一斜面倾角下不同物体的实验数据，计算压力与重力的比值，可知比值均相等，故不同物体静止在同一斜面上时，物体对木板的压力与该物体重力的比值相等。
(4) 分析同一物体在不同斜面倾角下的实验数据，计算压力与重力的比值，可知斜面倾角越大，该比值越小。
(5) ①计算有用功：$W_{有}=Gh=mgh=30kg×10N/kg×0.3m=90J$；
②由$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$得，总功$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}=\frac{90J}{90\%}=100J$；
③额外功$W_{额}=W_{总}-W_{有}=100J-90J=10J$；
④由$W_{额}=fs$得，摩擦力$f=\frac{W_{额}}{s}=\frac{10J}{1m}=10N$。
【答案】
(1) 如图所示（作用点在木板上，垂直木板向下，标注$F_{压}$）
(2) 1、4、7
(3) 相等
(4) 越小
(5) 10
【知识点】
力的示意图绘制；控制变量法探究规律；机械效率的计算
【点评】
本题结合实验探究与定量计算，考查了力的三要素、控制变量法的应用以及机械效率的相关计算，既要求学生具备实验数据分析能力，又需熟练运用功的公式解决问题，综合性较强。
【难度系数】
0.5
