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5. (2024·湖北中考)2024 年 6 月 2 日至 3 日，嫦娥六号完成了人类首次月球背面采样。如图，嫦娥六号的机械臂正绕 $ O $ 点转动，将采集的月球样品送往贮存装置。请画出样品对机械臂上 $ A $ 点的作用力 $ F $ 的力臂 $ l $。
答案
按照上述步骤画出力臂，示意图为：延长$F$的作用线（虚线），从$O$点向该作用线作垂线段，标注$l$。（注：需在原图上完成该作图）
解析
力臂是支点到力的作用线的垂直距离，画法如下：①确定支点$O$；②用虚线延长力$F$的作用线；③过支点$O$向力$F$的作用线作垂线段，该垂线段即为力$F$的力臂$l$，最后标注$l$。
6. (2025·湖北名校联考)“物理之魅，理蕴物中”。如图所示，这是一种利用滚轴和绳子组装的特殊提升装置，该提升装置相当于(填简单机械名称)模型，装置中轮轴 $ B $ 的作用是(选填“省力”“省距离”或“省功”)。
答案
滑轮组；省力
解析
该提升装置由定滑轮和动滑轮组合而成，相当于滑轮组模型；轮轴B为动滑轮，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆，使用它可以省力，根据功的原理，任何机械都不省功，动滑轮费距离，因此轮轴B的作用是省力。
7. (2025·随州模拟)某兴趣小组用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动，如图，水瓶匀速直线下降 $ 8 \, \mathrm{m} $，使人匀速升高 $ 0.4 \, \mathrm{m} $，水瓶对绳 $ a $ 的拉力 $ F_1 = 30 \, \mathrm{N} $，绳 $ b $ 对人的拉力 $ F_2 = 480 \, \mathrm{N} $。此过程中，下列说法正确的是（$ \quad $）
A.$ F_1 $ 做的功小于 $ F_2 $ 做的功
B.$ F_1 $ 做功的功率等于 $ F_2 $ 做功的功率
C.有用功为 $ 240 \, \mathrm{J} $
D.滑轮组的机械效率为 $ 80\% $
A.$ F_1 $ 做的功小于 $ F_2 $ 做的功
B.$ F_1 $ 做功的功率等于 $ F_2 $ 做功的功率
C.有用功为 $ 240 \, \mathrm{J} $
D.滑轮组的机械效率为 $ 80\% $
答案
D
解析
1. 计算$ F_1 $做的功：$ W_1 = F_1 s_1 = 30\,\mathrm{N} × 8\,\mathrm{m} = 240\,\mathrm{J} $；
2. 计算$ F_2 $做的功：$ W_2 = F_2 s_2 = 480\,\mathrm{N} × 0.4\,\mathrm{m} = 192\,\mathrm{J} $，因此$ W_1 ＞ W_2 $，A选项错误；
3. 功率$ P = \frac{W}{t} $，由于运动时间$ t $相同，$ W_1 ≠ W_2 $，故功率不等，B选项错误；
4. 有用功是提升人做的功，人匀速上升，重力与绳b的拉力平衡，即$ G_{\mathrm{人}} = F_2 = 480\,\mathrm{N} $，因此$ W_{\mathrm{有}} = G_{\mathrm{人}} h_{\mathrm{人}} = 480\,\mathrm{N} × 0.4\,\mathrm{m} = 192\,\mathrm{J} $，C选项错误；
5. 滑轮组的机械效率$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{192\,\mathrm{J}}{240\,\mathrm{J}} × 100\% = 80\% $，D选项正确。
2. 计算$ F_2 $做的功：$ W_2 = F_2 s_2 = 480\,\mathrm{N} × 0.4\,\mathrm{m} = 192\,\mathrm{J} $，因此$ W_1 ＞ W_2 $，A选项错误；
3. 功率$ P = \frac{W}{t} $，由于运动时间$ t $相同，$ W_1 ≠ W_2 $，故功率不等，B选项错误；
4. 有用功是提升人做的功，人匀速上升，重力与绳b的拉力平衡，即$ G_{\mathrm{人}} = F_2 = 480\,\mathrm{N} $，因此$ W_{\mathrm{有}} = G_{\mathrm{人}} h_{\mathrm{人}} = 480\,\mathrm{N} × 0.4\,\mathrm{m} = 192\,\mathrm{J} $，C选项错误；
5. 滑轮组的机械效率$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \frac{192\,\mathrm{J}}{240\,\mathrm{J}} × 100\% = 80\% $，D选项正确。
8. (2025·随州模拟)截至 2024 年底，中国高铁营业里程超 $ 4.8 $ 万 $ \mathrm{km} $，稳居世界第一。高速铁路的输电线，无论冬、夏都绷得直直的，它采用坠砣牵引以保障列车电极与输电线的良好接触，如图为输电线的牵引装置工作原理图。滑轮 $ B $ 为(选填“定”或“动”)滑轮。钢绳通过轮组悬挂 $ 20 $ 个相同的坠砣，每个坠砣配重为 $ 200 \, \mathrm{N} $，若某段时间内坠砣串下降了 $ 10 \, \mathrm{cm} $，不计滑轮和钢绳自重、摩擦，输电线 $ P $ 端受到的拉力大小为 $ \mathrm{N} $，输电线 $ P $ 端向左移动了 $ \mathrm{cm} $。
答案
动；8000；5
解析
由图可知，滑轮B的轴随输电线P端一起移动，因此滑轮B为动滑轮。
坠砣总重力：$ G = 20 × 200\,\mathrm{N} = 4000\,\mathrm{N} $。
该装置中，钢绳绕过定滑轮A和动滑轮B，承担坠砣重力的绳子段数为2段（从A到B有两段绳子共同承担坠砣重力），即动滑轮B由2段绳子向上拉，故输电线P端受到的拉力等于2倍坠砣总重力（因动滑轮省力但费距离，此处为牵引输电线，拉力方向与坠砣重力方向相反，且绳子张力处处相等，每段绳子张力为$ F_T = G $，而P端连接动滑轮B的轴，受两段绳子向左的拉力，故$ F_P = 2F_T = 2G $？——注意：需重新分析结构）
正确分析：观察图示，钢绳一端固定在左侧墙面上，绕过动滑轮B，再绕过定滑轮A，下挂坠砣串。即：固定端→动滑轮B（绕入、绕出）→定滑轮A→坠砣。因此，作用在动滑轮B上的绳子段数为2段（两段绳子均向左拉B），每段绳子张力等于坠砣总重力$ G = 4000\,\mathrm{N} $（因不计摩擦、滑轮重，绳中张力处处等于坠砣重力）。故动滑轮B轴（即P端）所受向左的拉力为两段绳子张力之和：
$ F_P = 2 × 4000\,\mathrm{N} = 8000\,\mathrm{N} $。
对于距离关系：动滑轮B移动距离与坠砣下降距离的关系为：坠砣下降距离 $ s_{\mathrm{砣}} = 2 s_B $（因2段绳子承担，动滑轮移动距离是坠砣移动距离的1/2）。已知坠砣串下降 $ 10\,\mathrm{cm} $，则动滑轮B（即P端）向左移动距离：
$ s_P = \frac{1}{2} × 10\,\mathrm{cm} = 5\,\mathrm{cm} $。
坠砣总重力：$ G = 20 × 200\,\mathrm{N} = 4000\,\mathrm{N} $。
该装置中，钢绳绕过定滑轮A和动滑轮B，承担坠砣重力的绳子段数为2段（从A到B有两段绳子共同承担坠砣重力），即动滑轮B由2段绳子向上拉，故输电线P端受到的拉力等于2倍坠砣总重力（因动滑轮省力但费距离，此处为牵引输电线，拉力方向与坠砣重力方向相反，且绳子张力处处相等，每段绳子张力为$ F_T = G $，而P端连接动滑轮B的轴，受两段绳子向左的拉力，故$ F_P = 2F_T = 2G $？——注意：需重新分析结构）
正确分析：观察图示，钢绳一端固定在左侧墙面上，绕过动滑轮B，再绕过定滑轮A，下挂坠砣串。即：固定端→动滑轮B（绕入、绕出）→定滑轮A→坠砣。因此，作用在动滑轮B上的绳子段数为2段（两段绳子均向左拉B），每段绳子张力等于坠砣总重力$ G = 4000\,\mathrm{N} $（因不计摩擦、滑轮重，绳中张力处处等于坠砣重力）。故动滑轮B轴（即P端）所受向左的拉力为两段绳子张力之和：
$ F_P = 2 × 4000\,\mathrm{N} = 8000\,\mathrm{N} $。
对于距离关系：动滑轮B移动距离与坠砣下降距离的关系为：坠砣下降距离 $ s_{\mathrm{砣}} = 2 s_B $（因2段绳子承担，动滑轮移动距离是坠砣移动距离的1/2）。已知坠砣串下降 $ 10\,\mathrm{cm} $，则动滑轮B（即P端）向左移动距离：
$ s_P = \frac{1}{2} × 10\,\mathrm{cm} = 5\,\mathrm{cm} $。
9. (2025·襄阳模拟)政府为缓解山区人民出行难的问题，修建了大量的盘山公路，改善了山区人民的生活水平。修建盘山公路的目的是（$ \quad $）
A.减小汽车的重力
B.减小汽车牵引力所做的功
C.减小汽车上坡时所需的牵引力
D.提高汽车上坡时发动机的功率
A.减小汽车的重力
B.减小汽车牵引力所做的功
C.减小汽车上坡时所需的牵引力
D.提高汽车上坡时发动机的功率
答案
C
解析
盘山公路相当于一个斜面，根据功的原理，使用任何机械都不省功，即W有用=W总。汽车上坡时克服重力做的有用功W有用=Gh（G为汽车重力，h为竖直高度），若直接上坡，牵引力需等于重力沿斜面向下的分力（近似为G）；而修成盘山公路后，路程s变长，坡度减小，根据F=Gh/s可知，在h不变、G不变的情况下，s增大，则所需牵引力F减小。因此修建盘山公路的目的是减小汽车上坡时所需的牵引力。选项A错误，重力由质量和g决定，与路径无关；选项B错误，牵引力做功至少等于有用功Gh，不减少；选项D错误，发动机功率由自身性能决定，与道路形状无关。
10. (2025·黄石模拟)如图所示的是元代王祯《农书》中描绘的使用扇车对谷物清选去皮的情景。快速摇动摇柄，扇轮转动产生气流，同时把谷物倒入扇车，枯瘪谷物及谷皮被吹出风口，扇车是利用来筛选饱满的谷物，其摇柄是(选填“轮轴”或“滑轮”)。
答案
惯性；轮轴
解析
扇车工作时，快速摇动摇柄使扇轮转动产生气流，枯瘪谷物及谷皮质量小、惯性小，易被气流吹走；饱满谷物质量大、惯性大，不易被吹走，从而实现筛选。因此，扇车是利用惯性（或“物体的惯性”）来筛选饱满谷物。
摇柄与扇轮同轴转动，摇柄相当于轮，扇轮相当于轴，动力作用在摇柄（轮）上，阻力作用在扇轮（轴）上，符合轮轴的工作特点；而滑轮是固定或随物体移动的圆轮，有绳槽，此处无绳索和滑轮结构，故摇柄属于轮轴。
摇柄与扇轮同轴转动，摇柄相当于轮，扇轮相当于轴，动力作用在摇柄（轮）上，阻力作用在扇轮（轴）上，符合轮轴的工作特点；而滑轮是固定或随物体移动的圆轮，有绳槽，此处无绳索和滑轮结构，故摇柄属于轮轴。
11. (2025·恩施州模拟)如图所示，在斜面上将一个重 $ 600 \, \mathrm{N} $ 的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力 $ F = 400 \, \mathrm{N} $，拉动的距离 $ s = 4.5 \, \mathrm{m} $，提升高度 $ h = 1.8 \, \mathrm{m} $，所用时间 $ t = 30 \, \mathrm{s} $。则拉力 $ F $ 做功的功率为 $ \mathrm{W} $，此过程中物体受到的摩擦力为 $ \mathrm{N} $，斜面的机械效率为。
答案
60；160；60%
解析
（1）拉力 $ F $ 做的总功：
$ W_{\mathrm{总}} = F s = 400 \, \mathrm{N} × 4.5 \, \mathrm{m} = 1800 \, \mathrm{J} $
拉力做功的功率：
$ P = \dfrac{W_{\mathrm{总}}}{t} = \dfrac{1800 \, \mathrm{J}}{30 \, \mathrm{s}} = 60 \, \mathrm{W} $
（2）有用功（克服重力做的功）：
$ W_{\mathrm{有}} = G h = 600 \, \mathrm{N} × 1.8 \, \mathrm{m} = 1080 \, \mathrm{J} $
额外功（克服摩擦力做的功）：
$ W_{\mathrm{额}} = W_{\mathrm{总}} - W_{\mathrm{有}} = 1800 \, \mathrm{J} - 1080 \, \mathrm{J} = 720 \, \mathrm{J} $
由 $ W_{\mathrm{额}} = f s $，得摩擦力：
$ f = \dfrac{W_{\mathrm{额}}}{s} = \dfrac{720 \, \mathrm{J}}{4.5 \, \mathrm{m}} = 160 \, \mathrm{N} $
（3）斜面的机械效率：
$ \eta = \dfrac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} × 100\% = \dfrac{1080 \, \mathrm{J}}{1800 \, \mathrm{J}} × 100\% = 60\% $
