5.如图所示,利用轻质杠杆提升重物G,杠杆一端受到力F,仅改变力F的方向($F_1$始终竖直向上、$F_2$始终垂直杠杆、$F_3$始终水平向右),将杠杆从图示位置拉到接近水平位置的过程中,下列说法正确的是 ()

A.$F_1$、$F_3$的大小一直变大
B.图示位置中,三个力的大小关系是 $F_2＜F_1＜F_3$
C.$F_1$、$F_2$的力臂一直变大
D.三个力都可以将杠杆提至恰好水平的位置

甲
乙
丙

5.B

【分析】本题需利用杠杆平衡条件（动力×动力臂=阻力×阻力臂）分析，首先明确支点、阻力及阻力臂，再分别确定三个力的力臂随杠杆转动的变化情况，结合平衡条件判断力的大小关系及变化，逐一判断选项。
【解析】根据杠杆平衡条件$F_{动}L_{动}=F_{阻}L_{阻}$，本题中阻力$F_{阻}=G$（大小不变），阻力臂为支点$O$到重物$G$作用线的垂直距离，随杠杆向水平位置转动，阻力臂逐渐减小。
1. 分析$F_2$：$F_2$始终垂直杠杆，其力臂等于杠杆长度（支点到力作用点的距离），力臂不变，由平衡条件得$F_2=\frac{G· L_{阻}}{L_{杠杆}}$，因$L_{阻}$减小，故$F_2$逐渐变小。
2. 分析$F_1$：$F_1$始终竖直向上，设杠杆与水平方向夹角为$α$，则$F_1$的力臂为$L_{杠杆}·\cosα$，阻力臂为$L_G·\cosα$（$L_G$为支点到$G$的距离），代入平衡条件得$F_1=\frac{G· L_G\cosα}{L_{杠杆}\cosα}=\frac{G L_G}{L_{杠杆}}$，故$F_1$大小不变，且力臂$L_{F1}=L_{杠杆}\cosα$随$α$减小（杠杆向水平转）而变大。
3. 分析$F_3$：$F_3$始终水平向右，其力臂为$L_{杠杆}·\sinα$，随$α$减小，$\sinα$变小，力臂减小，由平衡条件得$F_3=\frac{G· L_G\cosα}{L_{杠杆}\sinα}=\frac{G L_G}{L_{杠杆}\tanα}$，因$α$减小，$\tanα$变小，故$F_3$逐渐变大。
逐一判断选项：
A选项：$F_1$大小不变，$F_3$一直变大，A错误；
B选项：图示位置，力臂大小关系为$L_{F2}=L_{杠杆} ＞ L_{F1}=L_{杠杆}\cosα ＞ L_{F3}=L_{杠杆}\sinα$，结合平衡条件，力臂越大力越小，故$F_2＜F_1＜F_3$，B正确；
C选项：$F_2$的力臂等于杠杆长度，始终不变，C错误；
D选项：当杠杆接近水平时，$F_3$的力臂趋近于0，无法平衡，不能提至水平，D错误。
【答案】B
【知识点】杠杆平衡条件、力臂的概念
【点评】本题考查杠杆平衡条件的应用，核心是正确分析不同方向力的力臂随杠杆转动的几何变化，需结合三角函数关系推导力的变化，对学生的几何分析和杠杆知识的综合应用能力要求较高。
【难度系数】0.4

6.如图所示,用三个滑轮分别拉同一个物体,沿同一水平面做匀速直线运动,所用的拉力分别是$F_1$、$F_2$、$F_3$,其中最小的力为（）

A.$F_1$
B.$F_2$
C.$F_3$
D.一样大

6.B

【分析】
要解决此题，需先判断各图中滑轮的类型，结合物体匀速运动时拉力等于摩擦力的特点，再根据定滑轮、动滑轮的省力规律分析拉力大小。物体沿水平面匀速运动，受到的拉力等于其与地面间的摩擦力$f$；甲图滑轮为定滑轮，乙、丙图滑轮为动滑轮，需区分动滑轮拉力的不同情况。
【解析】
设物体与水平面间的摩擦力为$f$，因物体做匀速直线运动，故物体受到的拉力等于摩擦力$f$。
1. 甲图：滑轮是定滑轮，定滑轮不省力，仅改变力的方向，因此拉力$F_1 = f$；
2. 乙图：滑轮是动滑轮，拉力作用在绳子自由端，动滑轮省一半力，因此拉力$F_2 = \frac{f}{2}$；
3. 丙图：滑轮是动滑轮，拉力作用在动滑轮的轴上，此时费力，拉力为摩擦力的2倍，因此$F_3 = 2f$；
比较三个力：$F_2 ＜ F_1 ＜ F_3$，最小的力为$F_2$。
【答案】
B
【知识点】
定滑轮特点、动滑轮特点
【点评】
本题考查定滑轮和动滑轮的工作特点，核心是判断滑轮类型及拉力作用位置对省力情况的影响，易错点是丙图中动滑轮的费力情况，需注意区分动滑轮拉力的两种不同情况。
【难度系数】
0.3

二、简答题。
7. 小明用如图所示的滑轮组匀速提升重 300 N 的物体,此时人对绳的拉力为200 N,不计绳重和轮与轴、轮与绳间的摩擦。
(1)此过程中,滑轮组的机械效率是多少?
(2)动滑轮的重力是多少?
(3)如果小明重 650 N,那么他用此滑轮组所提升物体的最大机械效率是多少?(结果保留一位小数)
(4)第(3)问中求得的最大机械效率,实际操作中能不能达到?为什么?

7. 解:(1)由图可知 n=2,滑轮组的机械效率：
$\eta =\frac {W_{有用}}{W_{总}}=\frac {Gh}{Fs}=\frac {Gh}{Fnh}=\frac {G}{nF}=\frac {300\ N}{2×200\ N}=75\%$。
(2)因为不计绳重和摩擦时 $F=\frac {1}{n}( G+G_{动})$,所以动滑轮的重力:
$G_{动}=nF-G=2×200\ N-300\ N=100\ N$。
(3)由于小明站在地面上,施加的最大拉力等于小明的重力,即
$F_{最大}=G_{人}=650\ N$,
因为不计绳重和摩擦时 $F=\frac {1}{n}( G+G_{动})$,所以能提升的物体的最大重力:
$G_{最大}=nF_{最大}-G_{动}=2 × 650\ N - 100\ N = 1 200\ N$,
所以他用此滑轮组所提升物体的最大机械效率:
$\eta _{最大}=\frac {W_{有最大}}{W_{总最大}}=\frac {G_{最大}h}{F_{最大}s}=\frac {G_{最大}h}{F_{最大}nh}=\frac {G_{最大}}{nF_{最大}}=\frac {1\ 200\ N}{2×650\ N}\approx 92.3\%$。
(4)不能;因为在拉动过程中,还有摩擦没有考虑,同时,人的拉力达到人的重力时,根本拉不了。
答:(1)此过程中,滑轮组的机械效率为75%。
(2)动滑轮的重力为 100 N。
(3)他用此滑轮组所提升物体的最大机械效率是92.3%。
(4)不能;因为在拉动过程中,还有摩擦没有考虑,同时,人的拉力达到人的重力时,根本拉不了。(只写到“不能”不给分,至少要答到一部分合理的理由)

【分析】
要解决这道滑轮组问题，首先确定承担物重的绳子段数n=2；利用滑轮组有用功、总功的关系推导机械效率公式，结合不计绳重和摩擦时的拉力公式求解动滑轮重力；求最大机械效率时，明确人能施加的最大拉力等于自身重力，再计算最大物重和对应机械效率；最后区分理想情况与实际操作的差异，分析最大机械效率能否达到。
【解析】
(1) 由图可知，承担物重的绳子段数n=2。
滑轮组的机械效率：
$\eta =\frac {W_{有用}}{W_{总}}=\frac {Gh}{Fs}=\frac {Gh}{F· nh}=\frac {G}{nF}=\frac {300\ N}{2×200\ N}=75\%$。
(2) 不计绳重和轮与轴、轮与绳间的摩擦，拉力$F=\frac {1}{n}( G+G_{动})$，
则动滑轮的重力：
$G_{动}=nF-G=2×200\ N-300\ N=100\ N$。
(3) 小明站在地面上，能施加的最大拉力等于自身重力，即$F_{最大}=G_{人}=650\ N$。
不计绳重和摩擦，能提升的最大物重：
$G_{最大}=nF_{最大}-G_{动}=2 × 650\ N - 100\ N = 1200\ N$，
最大机械效率：
$\eta _{最大}=\frac {G_{最大}}{nF_{最大}}=\frac {1200\ N}{2×650\ N}\approx 92.3\%$。
(4) 不能达到。因为实际操作中，存在绳重和摩擦，会消耗额外功；且当拉力达到人的重力时，人无法稳定施加拉力完成提升操作。
【答案】
(1)75%；(2)100N；(3)92.3%；(4)不能；实际操作中存在绳重和摩擦，且拉力达到人的重力时人无法稳定施力，无法完成提升，达不到该最大机械效率。
【知识点】
滑轮组机械效率、动滑轮重力计算
【点评】
本题考查滑轮组的机械效率、动滑轮重力的计算，需熟练运用滑轮组的相关公式，明确绳子段数的判断方法，以及最大拉力的确定依据，同时要区分理想情况和实际操作的差异，难度适中。
【难度系数】
0.6