1.（教材素材题）中华文明源远流长，古人的智慧除四大发明以外，还有许多值得我们学习的机械。绞车是与辘轳相似的另一种机械，它从唐代起便被普遍应用，成为建筑、军事必备器械之一。如图1-K-1所示是我国古人利用绞车提升巨石的情景，下列说法正确的是 （）

图1-K-1

A.使用轮轴不可以省力
B.上方的滑轮可以改变力的方向
C.使用此装置可以省距离
D.绞车由动滑轮、定滑轮及轮轴组成

1.B

【分析】要解决这道题，需明确轮轴、定滑轮的工作特点，逐一分析每个选项：1. 轮轴实质是可连续转动的杠杆，动力作用在轮上时省力；2. 定滑轮的特点是不省力，但能改变力的方向；3. 省力机械一定费距离，费力机械省距离；4. 区分动滑轮（随物体运动）和定滑轮（固定不动）的特征。
【解析】
选项A：轮轴的实质是杠杆，当动力作用在轮上时，动力臂大于阻力臂，能够省力，故A错误；
选项B：上方的滑轮是定滑轮，定滑轮的作用是改变力的方向，不省力，故B正确；
选项C：轮轴省力时，动力移动的距离大于阻力移动的距离，即省力费距离，因此该装置不能省距离，故C错误；
选项D：图中上方的滑轮是定滑轮，绞车本身属于轮轴，装置中没有动滑轮，故D错误。
【答案】B
【知识点】定滑轮、轮轴、简单机械
【点评】本题考查简单机械的基本特点，需准确掌握轮轴、定滑轮的工作原理，逐一分析选项即可得出答案，属于基础题。
【难度系数】0.6

2. 如图1-K-2所示是我国古代科技著作《天工开物》中的汲水工具——桔槔，它前端A用绳系一木桶，后端B系一质量适当的配重，为了减小人向上提水时所需的拉力，应将配重适当（选填“靠近”或“远离”）支点，每次木桶中提起的水越多，该装置的机械效率就越（选填“大”或“小”）。

图1-K-2

2. 远离 大

【分析】
桔槔属于杠杆，支点为O点。要减小提水拉力，需结合杠杆平衡条件分析配重位置的影响；对于机械效率，需根据有用功、额外功和总功的关系，分析提水量对机械效率的影响。
【解析】
1. 调整配重位置减小拉力：根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，桔槔的阻力是水桶和水的总重力（作用在A端，阻力臂为OA），动力是配重的重力（作用在B端，动力臂为OB）。当配重远离支点时，动力臂OB增大，在阻力和阻力臂不变的情况下，所需的动力$F_1$会减小，因此能减小人向上提水的拉力，故配重应适当远离支点。
2. 分析机械效率与提水量的关系：机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，有用功是提升水做的功$W_{有用}=G_{水}h$，额外功是提升水桶、克服杠杆自重等做的功（$W_{额}$基本不变），总功$W_{总}=W_{有用}+W_{额}$。提起的水越多，$G_{水}$越大，$W_{有用}$越大，$W_{有用}$在总功中的占比越大，机械效率越大。
【答案】
远离；大
【知识点】
杠杆平衡条件；机械效率
【点评】
本题结合古代汲水工具考查物理知识的实际应用，将杠杆平衡条件和机械效率的知识点与生活场景结合，需要学生理解相关概念并灵活应用，难度适中。
【难度系数】
0.5

3.（2025苏州相城区校级月考）如图1-K-3所示，小强利用一次性筷子、勺子、细线、金属环等制作了古人常用的弹射武器——抛石机模型。用质量为80 g的实心正方体铜块作为“炮弹”，手指竖直向下拉动金属环，使“炮梢”水平静止，此时“炮轴”到铜块重心的距离为30 cm，“炮轴”到细线的距离为10 cm，金属环与手指的接触面积是25 mm²。不计模型自重及摩擦，g取10 N/kg。

(1)抛石机实质是一个（填简单机械名称）；抛出的炮弹对于炮轴来说是（选填“运动”或“静止”）的。
(2)勺子所受的压力为N，手指所受的压强是Pa。
(3)调试模型发射时，“炮梢”从水平位置顺时针旋转了30°，该过程克服铜块重力做的功为J。

3. (1)杠杆 运动
(2)0.8 9.6×10⁴
(3)0.12

【分析】
(1) 抛石机绕炮轴转动，符合杠杆的结构特点；判断炮弹是否运动，看其相对于炮轴的位置是否变化。
(2) 先计算铜块重力，勺子所受压力等于铜块重力；利用杠杆平衡条件求手指作用力，再结合压强公式计算手指压强。
(3) 炮梢旋转30°时，铜块重心上升高度为炮轴到铜块重心距离与sin30°的乘积，再用W=Gh计算克服重力做功。
【解析】
(1) 抛石机使用时绕炮轴转动，实质是杠杆；抛出的炮弹相对于炮轴的位置不断变化，因此是运动的。
(2) 铜块质量m=80g=0.08kg，重力G=mg=0.08kg×10N/kg=0.8N，勺子所受压力等于铜块重力，即0.8N；
根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂，设手指作用力为F，动力臂L₁=10cm，阻力臂L₂=30cm，阻力F₂=G=0.8N，得F×10cm=0.8N×30cm，解得F=2.4N；
手指接触面积S=25mm²=25×10⁻⁶m²，压强p=F/S=2.4N/(25×10⁻⁶m²)=9.6×10⁴Pa。
(3) 铜块重心上升高度h=30cm×sin30°=0.3m×0.5=0.15m，克服重力做功W=Gh=0.8N×0.15m=0.12J。
【答案】
(1) 杠杆；运动
(2) 0.8；9.6×10⁴
(3) 0.12
【知识点】
杠杆、压强、功的计算
【点评】
本题结合抛石机模型，考查杠杆判断、运动状态判断及相关物理量计算，需熟练掌握公式并注意单位换算，综合性适中。
【难度系数】
0.3

4. (2023南京建邺区校级月考)“塔吊”是建筑工地上常见的起重设备，使用“塔吊”可将很重的物体方便地吊起并安放到工作区域内。(g取10 N/kg)
(1)现有一“塔吊”如图1-K-4所示，它有一水平臂AB，AO叫平衡臂，OB叫吊臂。水平臂AB围绕O点转动，C为可移动的滑轮组，C移动的范围是从O点到B点。已知：OA＝10 m，OB＝50 m。若“塔身”的宽度和铁架、滑轮组所受重力及摩擦均不计，在A端所装配重的质量为5 t，要想起吊质量为2 t的水泥板，为安全起吊，C能移动到离O点的最远距离是 m，配重的重力是 N。

图1-K-4
(2)若“塔吊”20 s内将质量为2 t的水泥板匀速提升了5 m，则“塔吊”提升水泥板所做的有用功为 J，有用功率为 W。如果机械做的额外功是$6×10^4$ J，则“塔吊”的机械效率为。

4. (1)25 5×10⁴
(2)1×10⁵ 5×10³ 62.5%

【分析】
本题是力学综合题，第(1)问利用杠杆平衡条件求解，水平臂AB为杠杆，支点是O点，配重重力的力矩与水泥板重力的力矩平衡，需明确各力和力臂后代入公式计算；第(2)问考查有用功、功率和机械效率的计算，需牢记对应公式，区分有用功、总功和额外功的关系，结合题目给出的物理量进行计算。
【解析】
(1) 计算配重的重力：配重质量$m_A=5\ \mathrm{t}=5000\ \mathrm{kg}$，根据$G=mg$，配重重力$G_A=m_A g=5000\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=5×10^4\ \mathrm{N}$。
水平臂AB为杠杆，支点为O，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$：
$F_1$为配重重力$G_A$，力臂$L_1=OA=10\ \mathrm{m}$；$F_2$为水泥板重力，水泥板质量$m_C=2\ \mathrm{t}=2000\ \mathrm{kg}$，$G_C=m_C g=2000\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=2×10^4\ \mathrm{N}$，力臂$L_2$为C到O的距离。
代入公式得：$5×10^4\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m}=2×10^4\ \mathrm{N}×L_2$，解得$L_2=25\ \mathrm{m}$，即C离O点的最远距离为25 m。
(2) 有用功是克服水泥板重力做的功：$W_{\mathrm{有用}}=G_C h=m_C g h=2000\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×5\ \mathrm{m}=1×10^5\ \mathrm{J}$；
有用功率：$P_{\mathrm{有用}}=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{t}=\frac{1×10^5\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=5×10^3\ \mathrm{W}$；
总功为有用功与额外功之和：$W_{\mathrm{总}}=W_{\mathrm{有用}}+W_{\mathrm{额外}}=1×10^5\ \mathrm{J}+6×10^4\ \mathrm{J}=1.6×10^5\ \mathrm{J}$；
机械效率：$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{1×10^5\ \mathrm{J}}{1.6×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=62.5\%$。
【答案】
(1)25；$5×10^4$
(2)$1×10^5$；$5×10^3$；62.5%
【知识点】
杠杆平衡条件；功的计算；机械效率
【点评】
本题结合塔吊的实际应用场景，考查力学核心公式的应用，将物理知识与生活实际结合，注重基础公式的理解和运用，是典型的力学基础综合题，需注意单位换算和各物理量的区分。
【难度系数】
0.3