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1.（2024·泰州兴化期末）在物理综合实践活动中，小华设计了如图所示的机械模型。推动硬棒CD或EF，使它们在水平面内绕轴O转动，即可将绳逐渐绕到轴O上，提升重物G。硬棒CD是
省力
（填“省力”或“费力”）杠杆，滑轮B不能
（填“能”或“不能”）改变力的大小。在重物上升的过程中，轴O上绕进（增加）的绳长等于
（填“大于”“小于”或“等于”）重物上升的高度。请指出该装置的一个主要优点：既能省力又能改变力的方向
，该装置使用带来的一个不利影响：不能省距离
。答案
1. 省力 不能 等于 既能省力又能改变力的方向 不能省距离
提示:推动硬棒CD或EF,使它们在水平面内绕轴O转动,支点在O点,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆;A、B都是定滑轮,使用时不省力,也不省距离,故在重物上升的过程中,轴O上增加的绳长等于重物上升的高度;省力杠杆和定滑轮共同组合的好处是既可省力又能改变力的方向;弊端是不能省距离。
提示:推动硬棒CD或EF,使它们在水平面内绕轴O转动,支点在O点,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆;A、B都是定滑轮,使用时不省力,也不省距离,故在重物上升的过程中,轴O上增加的绳长等于重物上升的高度;省力杠杆和定滑轮共同组合的好处是既可省力又能改变力的方向;弊端是不能省距离。
解析
【分析】
要解决这道题，需分步骤分析：1. 判断硬棒CD的杠杆类型：确定支点为O，比较动力臂和阻力臂的大小，动力臂大于阻力臂则为省力杠杆；2. 判断滑轮B的类型：定滑轮实质是等臂杠杆，只能改变力的方向，不能改变力的大小；3. 分析绳长与重物高度的关系：定滑轮不省距离也不费距离，因此轴O增加的绳长等于重物上升的高度；4. 分析装置优缺点：结合省力杠杆和定滑轮的特点，得出装置的优点和不利影响。
【解析】
1. 硬棒CD绕轴O转动，支点为O，动力作用在D点，阻力为绳子对硬棒的拉力，动力臂大于阻力臂，故硬棒CD是省力杠杆；
2. 滑轮B是定滑轮，定滑轮的实质是等臂杠杆，使用时不省力也不费力，因此滑轮B不能改变力的大小；
3. 由于定滑轮不省距离，在重物上升过程中，轴O上绕进的绳长等于重物上升的高度；
4. 该装置由省力杠杆和定滑轮组合而成，主要优点是既能省力又能改变力的方向；不利影响是省力但费距离，不能省距离。
【答案】
省力；不能；等于；既能省力又能改变力的方向；不能省距离
【知识点】
杠杆分类、定滑轮特点、简单机械应用
【点评】
本题结合实际装置考查简单机械的相关知识，需要学生掌握杠杆分类方法、定滑轮工作特性，以及对简单机械优缺点的理解，属于基础综合题。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分步骤分析：1. 判断硬棒CD的杠杆类型：确定支点为O，比较动力臂和阻力臂的大小，动力臂大于阻力臂则为省力杠杆；2. 判断滑轮B的类型：定滑轮实质是等臂杠杆，只能改变力的方向，不能改变力的大小；3. 分析绳长与重物高度的关系：定滑轮不省距离也不费距离，因此轴O增加的绳长等于重物上升的高度；4. 分析装置优缺点：结合省力杠杆和定滑轮的特点，得出装置的优点和不利影响。
【解析】
1. 硬棒CD绕轴O转动，支点为O，动力作用在D点，阻力为绳子对硬棒的拉力，动力臂大于阻力臂，故硬棒CD是省力杠杆；
2. 滑轮B是定滑轮，定滑轮的实质是等臂杠杆，使用时不省力也不费力，因此滑轮B不能改变力的大小；
3. 由于定滑轮不省距离，在重物上升过程中，轴O上绕进的绳长等于重物上升的高度；
4. 该装置由省力杠杆和定滑轮组合而成，主要优点是既能省力又能改变力的方向；不利影响是省力但费距离，不能省距离。
【答案】
省力；不能；等于；既能省力又能改变力的方向；不能省距离
【知识点】
杠杆分类、定滑轮特点、简单机械应用
【点评】
本题结合实际装置考查简单机械的相关知识，需要学生掌握杠杆分类方法、定滑轮工作特性，以及对简单机械优缺点的理解，属于基础综合题。
【难度系数】
0.6
2. (2025·无锡惠山期中)机械手臂是机器人技术领域中的自动化机械装置,能够接受指令,完成抓取、伸缩、旋转和升降等动作。某实验小组制作了如图甲所示的机械手臂模型,并安装在一辆小车上,其结构如图乙所示:工作时安装在小车上的底座可以在水平面内自由旋转,产柱和横臂可以在竖直面内自由旋转,手爪可以抓取不同方向、不同高度的物体。(g 取 10 N/kg)
(1) 如图丙所示为机械手爪举起物体时的俯视图,沿箭头方向同时拉动两根细线,两弯曲件分别绕 O 和 A 点转动,手爪可夹住金属圆柱体 M,此时弯曲件OBC 为
(2) 如图丁所示,电控组件的质量为 400 g,忽略小车、底座、产柱、横臂和手爪的重力,相关参数如图所示(单位:cm),当机械手臂产柱竖直、横臂水平没有抓取物块时,为防止小车轮子脱离地面,所加配重至少为
(1) 如图丙所示为机械手爪举起物体时的俯视图,沿箭头方向同时拉动两根细线,两弯曲件分别绕 O 和 A 点转动,手爪可夹住金属圆柱体 M,此时弯曲件OBC 为
费力
(填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆。若机械手爪夹住的金属圆柱体 M 的质量为 300 g,并将其举高30 cm,则对金属圆柱体 M 做的功为0.9
J,此时,C 点处产生的摩擦力
(填“压力”或“摩擦力”)克服金属圆柱体 M 的重力做功。(2) 如图丁所示,电控组件的质量为 400 g,忽略小车、底座、产柱、横臂和手爪的重力,相关参数如图所示(单位:cm),当机械手臂产柱竖直、横臂水平没有抓取物块时,为防止小车轮子脱离地面,所加配重至少为
1
N。在不增加器材的情况下,要想横臂最终保持水平位置并增加抓取物体的最大重力,可行的方法是将机械产柱向左转
。答案
2. (1)费力 0.9 摩擦力 (2)1 将机械产柱向左转
提示:(1)图丙中阻力臂大于动力臂,为费力杠杆,$W=G_{金属}h=m_{金属}gh=0.3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×0.3\ \mathrm{m}=0.9\ \mathrm{J}$。抓取物体时,利用手爪C点对物体的摩擦力防止物体滑落,故是摩擦力克服M的重力做功。
(2)忽略小车、底座、产柱、横臂和手爪的重力,$G_{件}=m_{件}g=0.4\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4\ \mathrm{N}$。以左轮为支点,设配重为$G_{配}$时,有$G_{件}×L_1=G_{配}×L_2$,即$4\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{cm}=G_{配}×(10\ \mathrm{cm}+5\ \mathrm{cm}+5\ \mathrm{cm})$,解得$G_{配}=1\ \mathrm{N}$,为防止小车轮子脱离地面,所加配重至少为1 N。在不增加器材的情况下,要想横臂最终保持水平位置并增加抓取物体的最大重力,可将机械产柱向左转,使重物重心向左移动,减小动力臂,由于阻力与阻力臂不变,可以增加抓取物体的最大重力。
提示:(1)图丙中阻力臂大于动力臂,为费力杠杆,$W=G_{金属}h=m_{金属}gh=0.3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×0.3\ \mathrm{m}=0.9\ \mathrm{J}$。抓取物体时,利用手爪C点对物体的摩擦力防止物体滑落,故是摩擦力克服M的重力做功。
(2)忽略小车、底座、产柱、横臂和手爪的重力,$G_{件}=m_{件}g=0.4\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4\ \mathrm{N}$。以左轮为支点,设配重为$G_{配}$时,有$G_{件}×L_1=G_{配}×L_2$,即$4\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{cm}=G_{配}×(10\ \mathrm{cm}+5\ \mathrm{cm}+5\ \mathrm{cm})$,解得$G_{配}=1\ \mathrm{N}$,为防止小车轮子脱离地面,所加配重至少为1 N。在不增加器材的情况下,要想横臂最终保持水平位置并增加抓取物体的最大重力,可将机械产柱向左转,使重物重心向左移动,减小动力臂,由于阻力与阻力臂不变,可以增加抓取物体的最大重力。
解析
【分析】
本题分为两小问，第(1)问需先通过比较动力臂与阻力臂的大小判断弯曲件OBC的杠杆类型，再利用功的公式计算对金属圆柱体做的功，最后明确手爪克服物体重力的作用力；第(2)问需运用杠杆平衡条件，以左轮为支点计算配重的重力，再结合杠杆平衡原理分析增加抓取物体最大重力的方法。
【解析】
(1) 弯曲件OBC绕O点转动，动力作用在O点附近，阻力是金属圆柱体对C点的力，阻力臂大于动力臂，因此为费力杠杆。
金属圆柱体质量$m=300\ \mathrm{g}=0.3\ \mathrm{kg}$，重力$G=mg=0.3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3\ \mathrm{N}$，举高高度$h=30\ \mathrm{cm}=0.3\ \mathrm{m}$，对金属圆柱体做的功$W=Gh=3\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}=0.9\ \mathrm{J}$。
手爪夹住金属圆柱体时，C点对物体的摩擦力向上，克服金属圆柱体的重力做功，防止物体滑落。
(2) 电控组件质量$m_{\mathrm{件}}=400\ \mathrm{g}=0.4\ \mathrm{kg}$，重力$G_{\mathrm{件}}=m_{\mathrm{件}}g=0.4\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4\ \mathrm{N}$。以左轮为支点，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，其中$G_{\mathrm{件}}$的力臂$L_1=5\ \mathrm{cm}$，配重的力臂$L_2=10\ \mathrm{cm}+5\ \mathrm{cm}+5\ \mathrm{cm}=20\ \mathrm{cm}$，代入得：$4\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{cm}=G_{\mathrm{配}}×20\ \mathrm{cm}$，解得$G_{\mathrm{配}}=1\ \mathrm{N}$。
要增加抓取物体的最大重力，根据杠杆平衡条件，在动力和动力臂不变时，减小阻力臂（抓取物体的力臂），可行方法是将机械产柱向左转，使重物重心左移，减小阻力臂，从而增大最大抓取重力。
【答案】
(1)费力；0.9；摩擦力 (2)1；将机械产柱向左转
【知识点】
杠杆分类；功的计算；杠杆平衡条件
【点评】
本题以机械手臂模型为载体，将物理知识与实际应用结合，综合考查杠杆相关知识、功的计算，需要学生理解杠杆五要素，熟练运用杠杆平衡条件解决实际问题，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题分为两小问，第(1)问需先通过比较动力臂与阻力臂的大小判断弯曲件OBC的杠杆类型，再利用功的公式计算对金属圆柱体做的功，最后明确手爪克服物体重力的作用力；第(2)问需运用杠杆平衡条件，以左轮为支点计算配重的重力，再结合杠杆平衡原理分析增加抓取物体最大重力的方法。
【解析】
(1) 弯曲件OBC绕O点转动，动力作用在O点附近，阻力是金属圆柱体对C点的力，阻力臂大于动力臂，因此为费力杠杆。
金属圆柱体质量$m=300\ \mathrm{g}=0.3\ \mathrm{kg}$，重力$G=mg=0.3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3\ \mathrm{N}$，举高高度$h=30\ \mathrm{cm}=0.3\ \mathrm{m}$，对金属圆柱体做的功$W=Gh=3\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}=0.9\ \mathrm{J}$。
手爪夹住金属圆柱体时，C点对物体的摩擦力向上，克服金属圆柱体的重力做功，防止物体滑落。
(2) 电控组件质量$m_{\mathrm{件}}=400\ \mathrm{g}=0.4\ \mathrm{kg}$，重力$G_{\mathrm{件}}=m_{\mathrm{件}}g=0.4\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4\ \mathrm{N}$。以左轮为支点，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，其中$G_{\mathrm{件}}$的力臂$L_1=5\ \mathrm{cm}$，配重的力臂$L_2=10\ \mathrm{cm}+5\ \mathrm{cm}+5\ \mathrm{cm}=20\ \mathrm{cm}$，代入得：$4\ \mathrm{N}×5\ \mathrm{cm}=G_{\mathrm{配}}×20\ \mathrm{cm}$，解得$G_{\mathrm{配}}=1\ \mathrm{N}$。
要增加抓取物体的最大重力，根据杠杆平衡条件，在动力和动力臂不变时，减小阻力臂（抓取物体的力臂），可行方法是将机械产柱向左转，使重物重心左移，减小阻力臂，从而增大最大抓取重力。
【答案】
(1)费力；0.9；摩擦力 (2)1；将机械产柱向左转
【知识点】
杠杆分类；功的计算；杠杆平衡条件
【点评】
本题以机械手臂模型为载体，将物理知识与实际应用结合，综合考查杠杆相关知识、功的计算，需要学生理解杠杆五要素，熟练运用杠杆平衡条件解决实际问题，难度适中。
【难度系数】
0.5
3.（2025·徐州云龙期中）阅读短文，回答下列问题。
据史料记载，龙骨水车发明于东汉时期，因其结构形如长龙骨架而得名，是中国古代劳动人民发明的农业灌溉机械之一。如图甲所示，龙骨水车的主体有两部分组成：一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等。二是人操作部分的扶手和脚踏板等。
龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理。即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动
据史料记载，龙骨水车发明于东汉时期，因其结构形如长龙骨架而得名，是中国古代劳动人民发明的农业灌溉机械之一。如图甲所示，龙骨水车的主体有两部分组成：一是取水部分的车桶、大龙头轴、小龙头轴、刮水板等。二是人操作部分的扶手和脚踏板等。
龙骨水车在工作时主要利用链轮传动原理。即当主动轴旋转时，链条与固定在主动轴上的链轮相咬合，从而带动固定在从动轴上的链轮旋转，使从动轴获得动力。如图乙所示，小龙头轴及刮水板浸入低处的水中，人握住扶手用脚踏动脚踏板，驱动
答案
解：
(1) 省力；省力
(2) 轮轴；可以省力
(3) 水的重力：
G = mg = 300kg × 10N/kg = 3000N
提升水做的有用功：
W有 = Gh = 3000N × 2m = 6000J
龙骨水车的机械效率：
η = $\frac{W_{有}}{W_{总}}$ × 100% = $\frac{6000J}{1.2×10^4J}$ × 100% = 50%
答：该龙骨水车的机械效率为50%。
(1) 省力；省力
(2) 轮轴；可以省力
(3) 水的重力：
G = mg = 300kg × 10N/kg = 3000N
提升水做的有用功：
W有 = Gh = 3000N × 2m = 6000J
龙骨水车的机械效率：
η = $\frac{W_{有}}{W_{总}}$ × 100% = $\frac{6000J}{1.2×10^4J}$ × 100% = 50%
答：该龙骨水车的机械效率为50%。
解析
【分析】
本题结合古代农具考查简单机械和机械效率的相关知识，解题思路：1. 分析脚踏板与轴的结构，判断属于轮轴，根据轮轴的省力特点判断；2. 理解链轮传动的结构，确定属于轮轴类机械，明确其省力作用；3. 计算机械效率时，先利用重力公式算水的重力，再用有用功公式算提升水的有用功，最后代入机械效率公式计算。
【解析】
(1) 龙骨水车的脚踏板与大龙头轴组成轮轴，动力作用在轮（脚踏板）上，轮半径大于轴半径，属于省力杠杆，故为省力；
(2) 主动轴和从动轴的链轮传动结构属于轮轴，轮轴的特点是可以省力，故填轮轴、可以省力；
(3) 计算过程：
水的重力：$G = mg = 300kg × 10N/kg = 3000N$；
提升水做的有用功：$W_{有} = Gh = 3000N × 2m = 6000J$；
已知总功$W_{总}=1.2×10^4J$，机械效率：
$\eta = \frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\% = \frac{6000J}{1.2×10^4J} × 100\% = 50\%$；
答：该龙骨水车的机械效率为50%。
【答案】(1) 省力；省力 (2) 轮轴；可以省力 (3) 50%
【知识点】轮轴、机械效率、重力与功的计算
【点评】本题结合古代农业机械考查物理知识，体现了物理与生活的联系，需要掌握轮轴的特点和机械效率的计算方法，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.6
本题结合古代农具考查简单机械和机械效率的相关知识，解题思路：1. 分析脚踏板与轴的结构，判断属于轮轴，根据轮轴的省力特点判断；2. 理解链轮传动的结构，确定属于轮轴类机械，明确其省力作用；3. 计算机械效率时，先利用重力公式算水的重力，再用有用功公式算提升水的有用功，最后代入机械效率公式计算。
【解析】
(1) 龙骨水车的脚踏板与大龙头轴组成轮轴，动力作用在轮（脚踏板）上，轮半径大于轴半径，属于省力杠杆，故为省力；
(2) 主动轴和从动轴的链轮传动结构属于轮轴，轮轴的特点是可以省力，故填轮轴、可以省力；
(3) 计算过程：
水的重力：$G = mg = 300kg × 10N/kg = 3000N$；
提升水做的有用功：$W_{有} = Gh = 3000N × 2m = 6000J$；
已知总功$W_{总}=1.2×10^4J$，机械效率：
$\eta = \frac{W_{有}}{W_{总}} × 100\% = \frac{6000J}{1.2×10^4J} × 100\% = 50\%$；
答：该龙骨水车的机械效率为50%。
【答案】(1) 省力；省力 (2) 轮轴；可以省力 (3) 50%
【知识点】轮轴、机械效率、重力与功的计算
【点评】本题结合古代农业机械考查物理知识，体现了物理与生活的联系，需要掌握轮轴的特点和机械效率的计算方法，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.6
