登录
14. 阅读短文，回答问题。
轮轴和斜面
轻轻转动门把手，就可以把门锁打开；司机用不大的力转动方向盘，在轴上就能产生较大的力使汽车转弯。门把手、方向盘等属于又一类简单机械——轮轴。轮轴由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫轮，小轮叫轴，如图1所示。
天门山盘山公路(如图2所示)是位于张家界天门山的一条公路，张家界天门山盘山公路有“通天大道”之称。盘山公路全长约11 km，海拔从200 m急剧提升到1 300 m，大道两侧绝壁千仞，空谷幽深，共计99个弯。汽车沿着盘山公路，可以驶上高耸入云的山峰。
上山的公路为什么修得弯弯曲曲如盘龙，而不是从山下直通山顶？
找一张直角三角形的纸，按照图2那样，可以模拟一个盘山公路的形状。可以想象若将盘山公路取直，就相当于将这张纸展开，汽车是沿它的斜边(斜面)爬到山峰的。汽车沿这个边爬到山峰，比起直通山顶的路，走的路程要长得多。斜面也是一种简单机械，在生活和生产中随处可见。
(1)通常人们使用轮轴和斜面的目的是
A. 省力
B. 省距离
C. 省功
(2)下面三个实例中，属于轮轴的是
(3)一辆重5 t的卡车沿天门山盘山公路匀速开到山顶，卡车在此过程中的机械能
轮轴和斜面
轻轻转动门把手，就可以把门锁打开；司机用不大的力转动方向盘，在轴上就能产生较大的力使汽车转弯。门把手、方向盘等属于又一类简单机械——轮轴。轮轴由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫轮，小轮叫轴，如图1所示。
天门山盘山公路(如图2所示)是位于张家界天门山的一条公路，张家界天门山盘山公路有“通天大道”之称。盘山公路全长约11 km，海拔从200 m急剧提升到1 300 m，大道两侧绝壁千仞，空谷幽深，共计99个弯。汽车沿着盘山公路，可以驶上高耸入云的山峰。
上山的公路为什么修得弯弯曲曲如盘龙，而不是从山下直通山顶？
找一张直角三角形的纸，按照图2那样，可以模拟一个盘山公路的形状。可以想象若将盘山公路取直，就相当于将这张纸展开，汽车是沿它的斜边(斜面)爬到山峰的。汽车沿这个边爬到山峰，比起直通山顶的路，走的路程要长得多。斜面也是一种简单机械，在生活和生产中随处可见。
(1)通常人们使用轮轴和斜面的目的是
A
。(填字母序号)A. 省力
B. 省距离
C. 省功
(2)下面三个实例中，属于轮轴的是
C
。(填字母序号)(3)一辆重5 t的卡车沿天门山盘山公路匀速开到山顶，卡车在此过程中的机械能
增大
(填“增大”“减小”或“不变”)。若汽车受到沿盘山公路向上的牵引力为30 000 N，则该斜面的机械效率大约是17%
(结果取百分数的整数位)。($g$取$10\ \mathrm{N/kg}$)答案
14. (1)A
(2)C
(3)增大 17%
(2)C
(3)增大 17%
解析
【分析】
我们可以逐个小题梳理解题思路：
1. 第一问：首先回忆功的原理，所有简单机械都无法省功，直接排除省功的选项；再结合短文描述，轮轴可以用较小的力获得较大的作用力，盘山公路这类斜面可以让汽车用较小的牵引力爬上高山，二者都是省力机械，省力的同时会费距离，因此使用目的是省力。
2. 第二问：紧扣短文中给出的轮轴定义——由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械，对比三个实例的特征，选出符合轮轴定义的选项即可。
3. 第三问：机械能是动能和重力势能的总和，卡车匀速行驶时动能不变，上山过程高度升高重力势能变大，因此机械能变化趋势可直接判断；计算斜面机械效率时，明确有用功是克服卡车重力做的功，总功是牵引力做的功，代入题目给出的对应物理量数值，按公式计算后取整数即可得到结果。
【解析】
(1) 根据功的原理，使用任何机械都不能省功，因此C选项错误；由短文内容可知，轮轴可以用较小的力得到较大的作用力，斜面盘山公路可以让汽车用较小的牵引力驶上高山，二者都属于省力机械，省力的同时费距离，因此使用目的是省力，选A。
(2) 轮轴的核心特征是由共轴转动的大轮、小轮组成，符合该特征的实例对应选项C。
(3) ①卡车匀速行驶，质量不变、速度不变，因此动能不变；上山过程中质量不变、高度不断升高，重力势能增大，机械能为动能与势能的总和，因此卡车的机械能增大。
②机械效率计算过程：
卡车的重力：$G=mg=5×10^3\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=5×10^4\ \mathrm{N}$
上升的高度差：$h=1300\ \mathrm{m}-200\ \mathrm{m}=1100\ \mathrm{m}$
克服重力做的有用功：$W_{\mathrm{有}}=Gh=5×10^4\ \mathrm{N} × 1100\ \mathrm{m}=5.5×10^7\ \mathrm{J}$
牵引力做的总功：$W_{\mathrm{总}}=Fs=3×10^4\ \mathrm{N} × 11×10^3\ \mathrm{m}=3.3×10^8\ \mathrm{J}$
斜面的机械效率：$\eta=\frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{5.5×10^7\ \mathrm{J}}{3.3×10^8\ \mathrm{J}}×100\%\approx17\%$
【答案】
(1)A (2)C (3)增大；17%
【知识点】
简单机械的特点、机械能的变化、斜面机械效率计算
【点评】
本题结合生活中轮轴、盘山公路的真实场景命题，既考查学生从科普短文中提取有效信息的能力，又串联了机械能判断、机械效率计算的核心考点，易错点是计算效率时混淆上升高度和盘山公路总路程的物理意义，只要明确有用功对应高度、总功对应斜面路程就可以避免出错。
【难度系数】
0.7
我们可以逐个小题梳理解题思路：
1. 第一问：首先回忆功的原理，所有简单机械都无法省功，直接排除省功的选项；再结合短文描述，轮轴可以用较小的力获得较大的作用力，盘山公路这类斜面可以让汽车用较小的牵引力爬上高山，二者都是省力机械，省力的同时会费距离，因此使用目的是省力。
2. 第二问：紧扣短文中给出的轮轴定义——由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械，对比三个实例的特征，选出符合轮轴定义的选项即可。
3. 第三问：机械能是动能和重力势能的总和，卡车匀速行驶时动能不变，上山过程高度升高重力势能变大，因此机械能变化趋势可直接判断；计算斜面机械效率时，明确有用功是克服卡车重力做的功，总功是牵引力做的功，代入题目给出的对应物理量数值，按公式计算后取整数即可得到结果。
【解析】
(1) 根据功的原理，使用任何机械都不能省功，因此C选项错误；由短文内容可知，轮轴可以用较小的力得到较大的作用力，斜面盘山公路可以让汽车用较小的牵引力驶上高山，二者都属于省力机械，省力的同时费距离，因此使用目的是省力，选A。
(2) 轮轴的核心特征是由共轴转动的大轮、小轮组成，符合该特征的实例对应选项C。
(3) ①卡车匀速行驶，质量不变、速度不变，因此动能不变；上山过程中质量不变、高度不断升高，重力势能增大，机械能为动能与势能的总和，因此卡车的机械能增大。
②机械效率计算过程：
卡车的重力：$G=mg=5×10^3\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=5×10^4\ \mathrm{N}$
上升的高度差：$h=1300\ \mathrm{m}-200\ \mathrm{m}=1100\ \mathrm{m}$
克服重力做的有用功：$W_{\mathrm{有}}=Gh=5×10^4\ \mathrm{N} × 1100\ \mathrm{m}=5.5×10^7\ \mathrm{J}$
牵引力做的总功：$W_{\mathrm{总}}=Fs=3×10^4\ \mathrm{N} × 11×10^3\ \mathrm{m}=3.3×10^8\ \mathrm{J}$
斜面的机械效率：$\eta=\frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{5.5×10^7\ \mathrm{J}}{3.3×10^8\ \mathrm{J}}×100\%\approx17\%$
【答案】
(1)A (2)C (3)增大；17%
【知识点】
简单机械的特点、机械能的变化、斜面机械效率计算
【点评】
本题结合生活中轮轴、盘山公路的真实场景命题，既考查学生从科普短文中提取有效信息的能力，又串联了机械能判断、机械效率计算的核心考点，易错点是计算效率时混淆上升高度和盘山公路总路程的物理意义，只要明确有用功对应高度、总功对应斜面路程就可以避免出错。
【难度系数】
0.7
