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1. 新趋势 传统文化 (2025·辽宁节选)某小组在参观古代科技展时,看到一汲水装置——辘轳,如图甲所示.
讲解员介绍:辘轳是古人利用他们的智慧发明创造的工具,解决了提水费力问题.它是主要由大轮和小轮组成的轮轴装置.使用它能够实现“四两拨千斤”.辘轳静止时满足杠杆的平衡条件.
【质疑与验证】
(1)某同学质疑辘轳静止时满足杠杆的平衡条件,该同学自制器材,进行验证.
(2)该同学先在质量分布均匀的圆形薄硬板上画一条直径MN,并标出圆心O和均匀的刻度,再以O为圆心过MN上的L点画一个圆.在圆心处挖一个洞,然后将圆板安装在铁架台上固定的光滑转轴上,转轴水平且与圆板平面垂直,如图乙所示.
(3)将一组钩码(每个钩码重均为0.5 N)通过细线悬挂在L点,另一组钩码悬挂在N点.调整右侧钩码个数直至MN处于水平且静止状态,如图丙.规定能使圆板顺(逆)时针转动的力为动(阻)力.由图丙中的信息得到:动力×动力臂
(4)多次调整力和力臂,反复进行实验,记下每一次MN水平且静止时的数据.
(5)处理数据后,发现每次圆板静止时都满足杠杆的平衡条件.
(6)实验中,每次均使MN在水平位置静止,MN应与悬挂钩码的细线
【反思】
(7)古人之所以把井绳缠在小轮上,是因为这样做可以
(8)制造辘轳时,把小轮和大轮半径之比变
讲解员介绍:辘轳是古人利用他们的智慧发明创造的工具,解决了提水费力问题.它是主要由大轮和小轮组成的轮轴装置.使用它能够实现“四两拨千斤”.辘轳静止时满足杠杆的平衡条件.
【质疑与验证】
(1)某同学质疑辘轳静止时满足杠杆的平衡条件,该同学自制器材,进行验证.
(2)该同学先在质量分布均匀的圆形薄硬板上画一条直径MN,并标出圆心O和均匀的刻度,再以O为圆心过MN上的L点画一个圆.在圆心处挖一个洞,然后将圆板安装在铁架台上固定的光滑转轴上,转轴水平且与圆板平面垂直,如图乙所示.
(3)将一组钩码(每个钩码重均为0.5 N)通过细线悬挂在L点,另一组钩码悬挂在N点.调整右侧钩码个数直至MN处于水平且静止状态,如图丙.规定能使圆板顺(逆)时针转动的力为动(阻)力.由图丙中的信息得到:动力×动力臂
=
阻力×阻力臂.(4)多次调整力和力臂,反复进行实验,记下每一次MN水平且静止时的数据.
(5)处理数据后,发现每次圆板静止时都满足杠杆的平衡条件.
(6)实验中,每次均使MN在水平位置静止,MN应与悬挂钩码的细线
垂直
(选填“垂直”或“平行”);目的是便于测量力臂
.【反思】
(7)古人之所以把井绳缠在小轮上,是因为这样做可以
省
力.(8)制造辘轳时,把小轮和大轮半径之比变
小
可以达到更省力的目的.(不计机械自重和轴的摩擦)答案
(3)=
(6)垂直 力臂
(7)省
(8)小
(6)垂直 力臂
(7)省
(8)小
解析
【分析】
我们可以顺着实验逻辑和杠杆、轮轴的相关知识逐步推导：
1. 第(3)问：本实验的核心目的就是验证辘轳静止时符合杠杆平衡条件，后续多次实验也证实了该结论成立，直接对应杠杆平衡条件的等式关系即可。
2. 第(6)问：钩码的拉力方向始终沿竖直向下，悬挂钩码的细线自然为竖直方向，当MN水平时，水平线段MN和竖直线段的细线恰好垂直，此时拉力的力臂就和MN上的刻度段完全重合，不需要额外作垂线换算，就能直接读取力臂的数值，这也是实验让MN保持水平的核心目的。
3. 第(7)问：辘轳属于轮轴类的省力杠杆，动力作用在大轮上，阻力作用在缠绕井绳的小轮上，动力臂远大于阻力臂，因此可以实现省力的效果。
4. 第(8)问：不计机械自重和摩擦时，轮轴满足杠杆平衡条件F₁R大=F₂r小，推导得F₁=F₂·(r小/R大)，要让动力更小更省力，就需要小轮半径和大轮半径的比值变小。
【解析】
(3) 实验最终验证了圆板静止时满足杠杆平衡条件，即动力×动力臂等于阻力×阻力臂，因此此处填“=”。
(6) 悬挂钩码的细线沿竖直方向，MN处于水平位置时，MN与竖直的细线互相垂直；此时钩码拉力的力臂刚好对应MN上的刻度长度，可直接通过刻度读取，因此该操作的目的是便于测量力臂。
(7) 井绳缠绕在小轮上时，阻力臂为小轮的半径，动力作用在大轮边缘，动力臂为大轮的半径，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，因此可以省力。
(8) 由轮轴平衡关系F动R大轮=F阻r小轮可知，在阻力和大轮半径不变时，减小小轮和大轮的半径之比，所需的动力就会更小，实现更省力的效果，因此此处填“小”。
【答案】
(3)=
(6)垂直；力臂
(7)省
(8)小
【知识点】
杠杆平衡条件；轮轴省力原理；力臂的测量
【点评】
本题结合古代科技辘轳的传统文化情境，将杠杆平衡条件的验证实验和轮轴的实际应用结合起来，既考查了基础实验操作的设计逻辑，又引导学生用所学简单机械知识解释古代发明的工作原理，贴合情境化命题的新趋势，侧重对基础知识点的理解应用。
【难度系数】
0.8
我们可以顺着实验逻辑和杠杆、轮轴的相关知识逐步推导：
1. 第(3)问：本实验的核心目的就是验证辘轳静止时符合杠杆平衡条件，后续多次实验也证实了该结论成立，直接对应杠杆平衡条件的等式关系即可。
2. 第(6)问：钩码的拉力方向始终沿竖直向下，悬挂钩码的细线自然为竖直方向，当MN水平时，水平线段MN和竖直线段的细线恰好垂直，此时拉力的力臂就和MN上的刻度段完全重合，不需要额外作垂线换算，就能直接读取力臂的数值，这也是实验让MN保持水平的核心目的。
3. 第(7)问：辘轳属于轮轴类的省力杠杆，动力作用在大轮上，阻力作用在缠绕井绳的小轮上，动力臂远大于阻力臂，因此可以实现省力的效果。
4. 第(8)问：不计机械自重和摩擦时，轮轴满足杠杆平衡条件F₁R大=F₂r小，推导得F₁=F₂·(r小/R大)，要让动力更小更省力，就需要小轮半径和大轮半径的比值变小。
【解析】
(3) 实验最终验证了圆板静止时满足杠杆平衡条件，即动力×动力臂等于阻力×阻力臂，因此此处填“=”。
(6) 悬挂钩码的细线沿竖直方向，MN处于水平位置时，MN与竖直的细线互相垂直；此时钩码拉力的力臂刚好对应MN上的刻度长度，可直接通过刻度读取，因此该操作的目的是便于测量力臂。
(7) 井绳缠绕在小轮上时，阻力臂为小轮的半径，动力作用在大轮边缘，动力臂为大轮的半径，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，因此可以省力。
(8) 由轮轴平衡关系F动R大轮=F阻r小轮可知，在阻力和大轮半径不变时，减小小轮和大轮的半径之比，所需的动力就会更小，实现更省力的效果，因此此处填“小”。
【答案】
(3)=
(6)垂直；力臂
(7)省
(8)小
【知识点】
杠杆平衡条件；轮轴省力原理；力臂的测量
【点评】
本题结合古代科技辘轳的传统文化情境，将杠杆平衡条件的验证实验和轮轴的实际应用结合起来，既考查了基础实验操作的设计逻辑，又引导学生用所学简单机械知识解释古代发明的工作原理，贴合情境化命题的新趋势，侧重对基础知识点的理解应用。
【难度系数】
0.8
2. (2026·江苏南京期中)在“测量滑轮组的机械效率”实验中,小明用同一滑轮组进行了三次实验,实验数据记录如表.
(1) 实验中要
(2) 分析以上实验数据可以得出结论:同一滑轮组的机械效率与
(3) 小明进一步研究时,先测出了动滑轮的重力,再计算出每一次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值 $\Delta W$($\Delta W=W_{\mathrm{总}}-W_{\mathrm{有用}}-W_{\mathrm{动}}$),发现钩码的重力越大,$\Delta W$
(4) 另一实验小组改变动滑
轮的重力,提升同一物体进行多次实验,获得数据并绘制出图像如图.分析可知:被提升物体的重力相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越
(1) 实验中要
匀速
拉动弹簧测力计,使钩码升高.(2) 分析以上实验数据可以得出结论:同一滑轮组的机械效率与
物重
有关.(3) 小明进一步研究时,先测出了动滑轮的重力,再计算出每一次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值 $\Delta W$($\Delta W=W_{\mathrm{总}}-W_{\mathrm{有用}}-W_{\mathrm{动}}$),发现钩码的重力越大,$\Delta W$
越大
(选填“越大”“越小”或“不变”),请解释: 钩码越重,绳与滑轮间摩擦力增大,对应克服摩擦力做的额外功增多
.(4) 另一实验小组改变动滑
轮的重力,提升同一物体进行多次实验,获得数据并绘制出图像如图.分析可知:被提升物体的重力相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越 低
(选填“高”或“低”);分析图中的A点可知,此时被提升物体的重力 大于
(选填“大于”“等于”或“小于”)12 N.答案
(1)匀速
(2)物重
(3)越大 钩码越重,绳与滑轮间摩擦力增大,对应克服摩擦力做的额外功增多
(4)低 大于
解析:(1)实验中需要匀速拉动绳子,并且要在拉动过程中读取弹簧测力计的示数,此时整个系统处于平衡状态,拉力大小等于测力计示数.
(2)分析表格数据可知,三次实验机械效率不同是由于物重不同造成的.(3)计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值 $\Delta W=W_{\mathrm{总}}-W_{\mathrm{有用}}-W_{\mathrm{动}}$,$\Delta W$ 即为克服绳重和绳子与轮之间的摩擦所做的功,分别计算①②和③组的数据:$\Delta W_1=0.8\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}-2\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}-G_{\mathrm{动}}h=0.04\ \mathrm{J}-G_{\mathrm{动}}h$;$\Delta W_2=1.5\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}-4\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}-G_{\mathrm{动}}h=0.05\ \mathrm{J}-G_{\mathrm{动}}h$;$\Delta W_3=2.2\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}-6\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}-G_{\mathrm{动}}h=0.06\ \mathrm{J}-G_{\mathrm{动}}h$.可知重物的重力越大,差值 $\Delta W$ 越大,原因是:所挂钩码增多,绳与滑轮间的摩擦力增大,克服摩擦力所做的额外功增多.(4)由图像可知,物重一定时,动滑轮越重,机械效率越低;根据图像可知,当动滑轮重为4 N时,滑轮组的机械效率为75%;若忽略绳重和摩擦,滑轮组的机械效率 $\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{有用}}+W_{\mathrm{额外}}}=\frac{Gh}{Gh+G_{\mathrm{动}}h}=\frac{G}{G+G_{\mathrm{动}}}×100\%$,即$75\%=\frac{G}{G+4\ \mathrm{N}}$,解得被提升物体的重力 $G=12\ \mathrm{N}$;但由于绳重和摩擦力使得实际的额外功更大,根据 $\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{有用}}+W_{\mathrm{额外}}}×100\%$知,在机械效率不变时,额外功增大,有用功也增大,则实际被提升物体的重力会大于12 N.
(2)物重
(3)越大 钩码越重,绳与滑轮间摩擦力增大,对应克服摩擦力做的额外功增多
(4)低 大于
解析:(1)实验中需要匀速拉动绳子,并且要在拉动过程中读取弹簧测力计的示数,此时整个系统处于平衡状态,拉力大小等于测力计示数.
(2)分析表格数据可知,三次实验机械效率不同是由于物重不同造成的.(3)计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力所做的功的差值 $\Delta W=W_{\mathrm{总}}-W_{\mathrm{有用}}-W_{\mathrm{动}}$,$\Delta W$ 即为克服绳重和绳子与轮之间的摩擦所做的功,分别计算①②和③组的数据:$\Delta W_1=0.8\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}-2\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}-G_{\mathrm{动}}h=0.04\ \mathrm{J}-G_{\mathrm{动}}h$;$\Delta W_2=1.5\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}-4\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}-G_{\mathrm{动}}h=0.05\ \mathrm{J}-G_{\mathrm{动}}h$;$\Delta W_3=2.2\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}-6\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}-G_{\mathrm{动}}h=0.06\ \mathrm{J}-G_{\mathrm{动}}h$.可知重物的重力越大,差值 $\Delta W$ 越大,原因是:所挂钩码增多,绳与滑轮间的摩擦力增大,克服摩擦力所做的额外功增多.(4)由图像可知,物重一定时,动滑轮越重,机械效率越低;根据图像可知,当动滑轮重为4 N时,滑轮组的机械效率为75%;若忽略绳重和摩擦,滑轮组的机械效率 $\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{有用}}+W_{\mathrm{额外}}}=\frac{Gh}{Gh+G_{\mathrm{动}}h}=\frac{G}{G+G_{\mathrm{动}}}×100\%$,即$75\%=\frac{G}{G+4\ \mathrm{N}}$,解得被提升物体的重力 $G=12\ \mathrm{N}$;但由于绳重和摩擦力使得实际的额外功更大,根据 $\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{有用}}+W_{\mathrm{额外}}}×100\%$知,在机械效率不变时,额外功增大,有用功也增大,则实际被提升物体的重力会大于12 N.
解析
【分析】
我们可以逐小问梳理解题思路：
1. 第一问回忆滑轮组实验的操作规范：只有匀速拉动弹簧测力计时，整个装置处于平衡状态，弹簧测力计的示数才等于拉力的大小，才能准确测出拉力。
2. 第二问对比三次实验的变量：同一滑轮组，动滑轮重力不变，提升的钩码重力逐渐变大，机械效率随之升高，因此可推出机械效率的影响因素是物重。
3. 第三问先明确ΔW的物理含义：总功减去有用功、减去克服动滑轮重力的功，剩下的就是克服绳重、绳与滑轮之间摩擦力做的额外功。钩码重力越大，绳子对滑轮的压力越大，滑动摩擦力就越大，这部分额外功就越多，因此ΔW会随钩码重力增大而变大。
4. 第四问首先结合机械效率的公式，提升同一物体时，动滑轮越重，动滑轮自重带来的额外功占比越高，机械效率就越低；再推导A点的物重：如果完全忽略绳重和摩擦，代入η=G/(G+G动)算出物重为12N，但实际实验中还存在克服绳重和摩擦的额外功，总额外功比仅克服动滑轮重力的额外功更大，要维持相同的机械效率，有用功需要更大，也就是被提升的物体重力大于12N。
【解析】
(1) 实验过程中，需匀速拉动弹簧测力计，使钩码匀速升高，此时系统受力平衡，拉力大小等于弹簧测力计示数，测量结果准确。
(2) 实验使用同一滑轮组，动滑轮重力、摩擦等条件基本不变，仅改变提升钩码的重力，机械效率随物重增大而升高，因此可得同一滑轮组的机械效率与物重有关。
(3) 由ΔW的定义可知，ΔW是克服绳重、绳子与滑轮间摩擦力所做的额外功。钩码重力越大，绳子和滑轮之间的压力越大，摩擦力越大，对应的克服摩擦力做功的额外功就越多，因此钩码的重力越大，ΔW越大。
(4) 当被提升物体的重力相同时，有用功固定，动滑轮越重，克服动滑轮重力做的额外功越多，有用功在总功中的占比越低，滑轮组的机械效率越低；若忽略绳重和摩擦，由η=W有/W总=Gh/(Gh+G动h)=G/(G+G动)，代入G动=4N、η=75%，解得G=12N，实际实验中存在绳重和摩擦，额外功比理想情况更大，要达到相同的机械效率，需要更大的有用功，因此实际被提升物体的重力大于12N。
【答案】
(1)匀速
(2)物重
(3)越大；钩码越重，绳与滑轮间摩擦力增大，对应克服摩擦力做的额外功增多
(4)低；大于
【知识点】
滑轮组机械效率测量
影响滑轮组机械效率的因素
机械效率计算
【点评】
本题是滑轮组机械效率实验的经典考题，既考查了实验基础操作，又深入拆解了额外功的不同组成部分，还结合公式推导设置了易错题，学生容易忽略实际实验中绳重和摩擦的存在，直接按理想情况算出物重等于12N，解题时要注意区分理想模型和实际实验的差异。
【难度系数】
0.5
我们可以逐小问梳理解题思路：
1. 第一问回忆滑轮组实验的操作规范：只有匀速拉动弹簧测力计时，整个装置处于平衡状态，弹簧测力计的示数才等于拉力的大小，才能准确测出拉力。
2. 第二问对比三次实验的变量：同一滑轮组，动滑轮重力不变，提升的钩码重力逐渐变大，机械效率随之升高，因此可推出机械效率的影响因素是物重。
3. 第三问先明确ΔW的物理含义：总功减去有用功、减去克服动滑轮重力的功，剩下的就是克服绳重、绳与滑轮之间摩擦力做的额外功。钩码重力越大，绳子对滑轮的压力越大，滑动摩擦力就越大，这部分额外功就越多，因此ΔW会随钩码重力增大而变大。
4. 第四问首先结合机械效率的公式，提升同一物体时，动滑轮越重，动滑轮自重带来的额外功占比越高，机械效率就越低；再推导A点的物重：如果完全忽略绳重和摩擦，代入η=G/(G+G动)算出物重为12N，但实际实验中还存在克服绳重和摩擦的额外功，总额外功比仅克服动滑轮重力的额外功更大，要维持相同的机械效率，有用功需要更大，也就是被提升的物体重力大于12N。
【解析】
(1) 实验过程中，需匀速拉动弹簧测力计，使钩码匀速升高，此时系统受力平衡，拉力大小等于弹簧测力计示数，测量结果准确。
(2) 实验使用同一滑轮组，动滑轮重力、摩擦等条件基本不变，仅改变提升钩码的重力，机械效率随物重增大而升高，因此可得同一滑轮组的机械效率与物重有关。
(3) 由ΔW的定义可知，ΔW是克服绳重、绳子与滑轮间摩擦力所做的额外功。钩码重力越大，绳子和滑轮之间的压力越大，摩擦力越大，对应的克服摩擦力做功的额外功就越多，因此钩码的重力越大，ΔW越大。
(4) 当被提升物体的重力相同时，有用功固定，动滑轮越重，克服动滑轮重力做的额外功越多，有用功在总功中的占比越低，滑轮组的机械效率越低；若忽略绳重和摩擦，由η=W有/W总=Gh/(Gh+G动h)=G/(G+G动)，代入G动=4N、η=75%，解得G=12N，实际实验中存在绳重和摩擦，额外功比理想情况更大，要达到相同的机械效率，需要更大的有用功，因此实际被提升物体的重力大于12N。
【答案】
(1)匀速
(2)物重
(3)越大；钩码越重，绳与滑轮间摩擦力增大，对应克服摩擦力做的额外功增多
(4)低；大于
【知识点】
滑轮组机械效率测量
影响滑轮组机械效率的因素
机械效率计算
【点评】
本题是滑轮组机械效率实验的经典考题，既考查了实验基础操作，又深入拆解了额外功的不同组成部分，还结合公式推导设置了易错题，学生容易忽略实际实验中绳重和摩擦的存在，直接按理想情况算出物重等于12N，解题时要注意区分理想模型和实际实验的差异。
【难度系数】
0.5
