1. 如图6-1,人的前臂可以看成是以肘关节为支点的杠杆,当手提着物体匀速曲肘时,胳膊上的肱二头肌会对前臂施加一个动力,物体对前臂施加一个阻力,前臂这种结构的好处是。在这个过程中,前臂肌肉施加的动力将会变。

1. 省距离 小

【分析】首先明确前臂的支点为肘关节O，肱二头肌的拉力是动力，物体的重力是阻力。根据杠杆的分类，动力臂小于阻力臂的杠杆是费力杠杆，费力杠杆的特点是费力但省距离，因此这种结构的好处是省距离。在曲肘过程中，肱二头肌收缩，动力臂逐渐变大，结合杠杆平衡条件可分析动力的变化。
【解析】1. 杠杆类型判断：前臂作为杠杆，支点是肘关节O，动力（肱二头肌拉力）的力臂小于阻力（物体重力）的力臂，属于费力杠杆，费力杠杆的优点是省距离，故这种结构的好处是省距离。2. 动力变化分析：根据杠杆平衡条件$ F_1L_1 = F_2L_2 $，曲肘时动力臂$ L_1 $逐渐增大，阻力$ F_2 $（物体重力）和阻力臂$ L_2 $不变，因此动力$ F_1 $会变小，即前臂肌肉施加的动力变小。
【答案】省距离；小
【知识点】杠杆分类、杠杆平衡条件
【点评】本题结合人体结构考查杠杆知识，将物理知识与实际生活结合，需要学生掌握杠杆分类及平衡条件的应用，难度适中，能考查学生对基础知识的理解与运用能力。
【难度系数】0.5

2. 如图6-2,塔式起重机上的滑轮组将重为$1.2×10^{4}\ \mathrm{N}$的重物匀速吊起2 m,用了5 s,滑轮组的机械效率为80%。提升重物做的有用功为J,拉力的功率为W。若克服摩擦和钢丝绳重所做的功为$5.2×10^{3}\ \mathrm{J}$,则动滑轮的质量为kg。($g$取10 N/kg)

2. $2.4×10^{4}$ $6×10^{3}$ 40

【分析】
要解决这道题，需分三步计算：①利用有用功公式$W_{有}=Gh$计算提升重物的有用功；②根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}$求出总功，再由功率公式$P=\frac{W_{总}}{t}$算出拉力的功率；③先通过总功与有用功的差得到额外功，减去摩擦和钢丝绳重的额外功，得到克服动滑轮重力的额外功，进而求出动滑轮重力，最后计算动滑轮质量。
【解析】
1. 计算有用功：
提升重物做的有用功公式为 $ W_{\mathrm{有}} = Gh $，代入数据 $ G=1.2×10^4\ \mathrm{N} $，$ h=2\ \mathrm{m} $，得：
$ W_{\mathrm{有}} = 1.2×10^4\ \mathrm{N} × 2\ \mathrm{m} = 2.4×10^4\ \mathrm{J} $。
2. 计算拉力的功率：
由机械效率公式 $ η = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} $，得总功 $ W_{\mathrm{总}} = \frac{W_{\mathrm{有}}}{η} $，代入 $ η=80\% $，得：
$ W_{\mathrm{总}} = \frac{2.4×10^4\ \mathrm{J}}{80\%} = 3×10^4\ \mathrm{J} $。
拉力的功率公式为 $ P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t} $，代入 $ t=5\ \mathrm{s} $，得：
$ P = \frac{3×10^4\ \mathrm{J}}{5\ \mathrm{s}} = 6×10^3\ \mathrm{W} $。
3. 计算动滑轮的质量：
额外功 $ W_{\mathrm{额}} = W_{\mathrm{总}} - W_{\mathrm{有}} = 3×10^4\ \mathrm{J} - 2.4×10^4\ \mathrm{J} = 6×10^3\ \mathrm{J} $。
克服动滑轮重力的额外功 $ W_{\mathrm{动}} = W_{\mathrm{额}} - W_{\mathrm{摩擦绳重}} = 6×10^3\ \mathrm{J} - 5.2×10^3\ \mathrm{J} = 800\ \mathrm{J} $。
由 $ W_{\mathrm{动}} = G_{\mathrm{动}}h $，得动滑轮重力 $ G_{\mathrm{动}} = \frac{W_{\mathrm{动}}}{h} = \frac{800\ \mathrm{J}}{2\ \mathrm{m}} = 400\ \mathrm{N} $。
动滑轮质量 $ m = \frac{G_{\mathrm{动}}}{g} = \frac{400\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}} = 40\ \mathrm{kg} $。
【答案】
$ 2.4×10^4 $；$ 6×10^3 $；40
【知识点】
滑轮组的功、机械效率、功率计算
【点评】
本题综合考查滑轮组相关的功、功率、机械效率的计算，需明确有用功、总功、额外功的关系，以及各部分额外功的来源，公式应用是解题关键，属于中等难度的力学计算题。
【难度系数】
0.5

3. 如图6-3所示,一根长为40 cm的轻质直杆可绕O点转动,杆的末端悬挂重为50 N的重物,用一个始终跟杆垂直的力F作用于杆的中点,并使杆由竖直位置缓慢转到水平位置,忽略摩擦阻力。在这个过程中,力F的大小将（填“增大”“不变”或“减小”）,力F所做的功为J。

图6-3

3. 增大 20

【分析】
要解决该问题，需结合杠杆平衡条件判断力F的变化，再利用功的原理计算力F做的功。首先明确杠杆的五要素：支点为O，动力F始终与杆垂直，其力臂不变；阻力是重物的重力，阻力臂随杆转动逐渐变化。根据杠杆平衡条件分析F的变化；由于杆缓慢转动，动能不变，忽略摩擦时，力F做的功等于克服重物重力做的功，据此计算功的大小。
【解析】
1. 判断力F的变化：
根据杠杆平衡条件 $ F_1L_1 = F_2L_2 $，本题中动力F始终与杆垂直，因此动力臂 $ L_1 = \frac{1}{2} × 40\ \mathrm{cm} = 20\ \mathrm{cm} $，保持不变；阻力为重物的重力 $ G = 50\ \mathrm{N} $，阻力臂是支点O到重物作用线的垂直距离，当杆从竖直位置转到水平位置时，阻力臂逐渐增大。由 $ F = \frac{G · L_2}{L_1} $ 可知，G和 $ L_1 $ 不变，$ L_2 $ 增大，因此力F的大小将增大。
2. 计算力F做的功：
杆缓慢转动，动能不变，忽略摩擦阻力，根据功的原理，力F做的功等于克服重物重力做的功。重物上升的高度 $ h = 40\ \mathrm{cm} = 0.4\ \mathrm{m} $，则克服重力做功 $ W = Gh = 50\ \mathrm{N} × 0.4\ \mathrm{m} = 20\ \mathrm{J} $，即力F做的功为20 J。
【答案】
增大；20
【知识点】
杠杆平衡条件、功的计算
【点评】
本题综合考查杠杆平衡条件和功的原理，关键在于明确阻力臂的变化对动力的影响，以及利用功的原理简化功的计算，难度适中，考查学生对知识点的综合应用能力。
【难度系数】
0.5

4. 如图6-4所示,用滑轮组拉动重为200 N的物体在水平桌面上做匀速直线运动。已知$F=10\ \mathrm{N}$,滑轮组的机械效率为80%,则物体与桌面之间摩擦力的大小为$\mathrm{N}$。

4. 24

【分析】
要解决水平滑轮组的摩擦力问题，需明确：水平滑轮组中，克服物体与桌面间摩擦力做的功是有用功，拉力做的功是总功；首先确定动滑轮上的绳子段数，再结合机械效率公式推导摩擦力的表达式，最后代入数值计算。
【解析】
1. 确定动滑轮上的绳子段数：由图可知，连接在动滑轮上的绳子段数$n=3$。
2. 水平滑轮组的功与机械效率：有用功是克服摩擦力做的功，即$W_{有}=f· s_{物}$；总功是拉力做的功，即$W_{总}=F· s_{绳}$；且绳子自由端移动距离与物体移动距离的关系为$s_{绳}=n· s_{物}$。
3. 代入机械效率公式：$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{f· s_{物}}{F· s_{绳}}=\frac{f· s_{物}}{F· n· s_{物}}=\frac{f}{nF}$。
4. 变形求摩擦力：$f=\eta· n· F$。
5. 代入数值计算：已知$\eta=80\%=0.8$，$n=3$，$F=10\ \mathrm{N}$，则$f=0.8×3×10\ \mathrm{N}=24\ \mathrm{N}$。
【答案】
24
【知识点】
水平滑轮组机械效率、摩擦力计算
【点评】
本题考查水平滑轮组机械效率的应用，核心是区分水平与竖直滑轮组的有用功（水平为克服摩擦力，竖直为克服重力），并正确确定动滑轮的绳子段数，难度适中。
【难度系数】
0.5