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10. 核心素养 科学思维「2026安徽合肥庐阳期末，★★☆」用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆A点下面的钩码缓缓上升，实验中将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5 N，钩码总重G为1 N，钩码上升高度h为0.1 m，弹簧测力计在竖直方向上移动的距离s为0.3 m。则下列说法正确的是（
A.拉力对杠杆做的额外功为0.1 J
B.拉动过程中弹簧测力计示数先变小后变大
C.若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1 m，则机械效率降低
D.若将弹簧测力计移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1 m，则机械效率不变
D
）A.拉力对杠杆做的额外功为0.1 J
B.拉动过程中弹簧测力计示数先变小后变大
C.若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1 m，则机械效率降低
D.若将弹簧测力计移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1 m，则机械效率不变
答案
10.D 由解析图可知,OC 的长度为钩码对杠杆拉力的力臂,OD 的长度为弹簧测力计对杠杆拉力的力臂,由几何知识可知 OC/OD=OA/OE,由杠杆的平衡条件可得 G×OC=F×OD,则F/G=OC/OD=OA/OE,由 OA/OE 和钩码总重 G 不变可知,拉力 F 不变,即拉动过程中弹簧测力计示数不变,故 B 错误;拉力做的总功 W总=Fs=0.5 N×0.3 m=0.15 J,拉力做的有用功 W有=Gh=1 N×0.1 m=0.1 J,拉力对杠杆做的额外功 W额=W总-W有=0.15 J-0.1 J=0.05 J,故 A 错误;若将钩码从 A 点移到 B 点,用同样的方式将钩码提升 0.1 m 时,有用功不变,杠杆升高的距离变小,克服杠杆重力做的额外功变小,由 η=W有/(W有+W额)×100%可知,杠杆的机械效率升高,故 C 错误;若将弹簧测力计移到 B 点,用同样的方式将钩码提升 0.1 m 时,有用功不变,杠杆升高的距离不变,克服杠杆重力做的额外功不变,杠杆的机械效率不变,故 D 正确。
解析
【分析】
本题考查杠杆机械效率的相关知识，需明确有用功、总功、额外功的定义，结合杠杆平衡条件分析拉力变化，以及不同操作对机械效率的影响。首先，有用功是提升钩码做的功（$W_{有}=Gh$），总功是拉力做的功（$W_{总}=Fs$），额外功主要是克服杠杆自身重力做的功（$W_{额}=W_{总}-W_{有}$）；再根据杠杆平衡条件分析拉力是否变化，最后分析各选项中额外功的变化，判断机械效率高低。
【解析】
1. 计算各功：
总功：$W_{总}=Fs=0.5\ \mathrm{N} × 0.3\ \mathrm{m}=0.15\ \mathrm{J}$；
有用功：$W_{有}=Gh=1\ \mathrm{N} × 0.1\ \mathrm{m}=0.1\ \mathrm{J}$；
额外功：$W_{额}=W_{总}-W_{有}=0.15\ \mathrm{J}-0.1\ \mathrm{J}=0.05\ \mathrm{J}$，故A选项错误。
2. 分析弹簧测力计示数：
根据杠杆平衡条件$F × OD = G × OC$，由几何关系知$\frac{OC}{OD}=\frac{OA}{OE}$，OA、OE、G均不变，因此拉力F不变，B选项错误。
3. 分析钩码移到B点的情况：
钩码从A点移到B点，提升0.1 m时，有用功$W_{有}$不变；但杠杆提升的距离变小，克服杠杆自重的额外功$W_{额}$变小，由$\eta=\frac{W_{有}}{W_{有}+W_{额}} × 100\%$可知，机械效率升高，C选项错误。
4. 分析弹簧测力计移到B点的情况：
弹簧测力计移到B点，提升钩码0.1 m时，有用功$W_{有}$不变，杠杆提升的距离不变，克服杠杆自重的额外功$W_{额}$不变，因此机械效率不变，D选项正确。
【答案】
D
【知识点】
杠杆平衡条件；机械效率；有用功与额外功
【点评】
本题将杠杆平衡与机械效率结合，需理解额外功来源于克服杠杆自重，通过分析不同操作下额外功的变化判断机械效率，考查学生的科学思维能力，属于中等难度题。
【难度系数】
0.5
本题考查杠杆机械效率的相关知识，需明确有用功、总功、额外功的定义，结合杠杆平衡条件分析拉力变化，以及不同操作对机械效率的影响。首先，有用功是提升钩码做的功（$W_{有}=Gh$），总功是拉力做的功（$W_{总}=Fs$），额外功主要是克服杠杆自身重力做的功（$W_{额}=W_{总}-W_{有}$）；再根据杠杆平衡条件分析拉力是否变化，最后分析各选项中额外功的变化，判断机械效率高低。
【解析】
1. 计算各功：
总功：$W_{总}=Fs=0.5\ \mathrm{N} × 0.3\ \mathrm{m}=0.15\ \mathrm{J}$；
有用功：$W_{有}=Gh=1\ \mathrm{N} × 0.1\ \mathrm{m}=0.1\ \mathrm{J}$；
额外功：$W_{额}=W_{总}-W_{有}=0.15\ \mathrm{J}-0.1\ \mathrm{J}=0.05\ \mathrm{J}$，故A选项错误。
2. 分析弹簧测力计示数：
根据杠杆平衡条件$F × OD = G × OC$，由几何关系知$\frac{OC}{OD}=\frac{OA}{OE}$，OA、OE、G均不变，因此拉力F不变，B选项错误。
3. 分析钩码移到B点的情况：
钩码从A点移到B点，提升0.1 m时，有用功$W_{有}$不变；但杠杆提升的距离变小，克服杠杆自重的额外功$W_{额}$变小，由$\eta=\frac{W_{有}}{W_{有}+W_{额}} × 100\%$可知，机械效率升高，C选项错误。
4. 分析弹簧测力计移到B点的情况：
弹簧测力计移到B点，提升钩码0.1 m时，有用功$W_{有}$不变，杠杆提升的距离不变，克服杠杆自重的额外功$W_{额}$不变，因此机械效率不变，D选项正确。
【答案】
D
【知识点】
杠杆平衡条件；机械效率；有用功与额外功
【点评】
本题将杠杆平衡与机械效率结合，需理解额外功来源于克服杠杆自重，通过分析不同操作下额外功的变化判断机械效率，考查学生的科学思维能力，属于中等难度题。
【难度系数】
0.5
11. 情境 素材 教材变式「2025江西中考，★☆」多选 如图所示，是我国古代科学著作《天工开物》中记载的水转筒车，它由一个大型的水轮和许多竹筒组成。当河水冲击水轮转动时，竹筒依次将水提升到高处倒入水槽中，水流向岸上的农田。下列说法正确的是（
A.即使筒车转速加快，其机械效率也总是小于1
B.竹筒内的水被提升过程中，其机械能总保持不变
C.竹筒内的水倒入水槽过程中，其重力势能转化为动能
D.水从水槽流向农田过程中，其所受的重力没有做功
AC
）A.即使筒车转速加快，其机械效率也总是小于1
B.竹筒内的水被提升过程中，其机械能总保持不变
C.竹筒内的水倒入水槽过程中，其重力势能转化为动能
D.水从水槽流向农田过程中，其所受的重力没有做功
答案
11.AC 使用任何机械都不可避免地要做额外功,所以机械效率总是小于1,与筒车转速无关,故 A 正确;竹筒内的水被提升过程中,高度增加,重力势能增加,机械能发生变化,故 B 错误;竹筒内的水倒入水槽过程中,重力势能转化为动能,故 C 正确;水从水槽流向农田过程中,在重力的方向上通过了距离,重力对水做了功,故 D 错误。
解析
【分析】
要判断各选项的正误，需结合机械效率、机械能、能量转化、功的判断等物理知识逐一分析：
1. 选项A：机械效率由有用功和总功的比值决定，任何机械工作时都存在额外功，因此机械效率始终小于1，与转速无关；
2. 选项B：机械能是动能与势能的总和，竹筒内的水被提升时，高度增加，重力势能增大，机械能会发生变化；
3. 选项C：水倒入水槽时，从高处向低处流动，重力势能减小，动能增大，属于重力势能转化为动能；
4. 选项D：功的判断需满足“力+力的方向上移动的距离”，水从水槽流向农田时，重力竖直向下，水流在竖直方向移动了距离，因此重力做功。
【解析】
逐个分析选项：
选项A：使用任何机械时，都会因摩擦、自重等因素产生额外功，有用功始终小于总功，故机械效率η=W有/W总＜1，与筒车转速无关，A正确；
选项B：竹筒内的水被提升过程中，质量不变，高度升高，重力势能增加，动能随筒车转动也发生变化，因此机械能（动能+势能）发生改变，B错误；
选项C：水倒入水槽时，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，C正确；
选项D：水从水槽流向农田时，受竖直向下的重力，且在重力方向（竖直向下）移动了距离，根据功的定义，重力对水做了功，D错误。
综上，正确选项为AC。
【答案】
AC
【知识点】
机械效率、机械能、能量转化
【点评】
本题结合古代科技成果（水转筒车）考查物理基础知识点，将物理知识与实际应用结合，难度适中，需准确掌握机械效率、机械能变化、能量转化及功的判断等核心概念。
【难度系数】
0.7
要判断各选项的正误，需结合机械效率、机械能、能量转化、功的判断等物理知识逐一分析：
1. 选项A：机械效率由有用功和总功的比值决定，任何机械工作时都存在额外功，因此机械效率始终小于1，与转速无关；
2. 选项B：机械能是动能与势能的总和，竹筒内的水被提升时，高度增加，重力势能增大，机械能会发生变化；
3. 选项C：水倒入水槽时，从高处向低处流动，重力势能减小，动能增大，属于重力势能转化为动能；
4. 选项D：功的判断需满足“力+力的方向上移动的距离”，水从水槽流向农田时，重力竖直向下，水流在竖直方向移动了距离，因此重力做功。
【解析】
逐个分析选项：
选项A：使用任何机械时，都会因摩擦、自重等因素产生额外功，有用功始终小于总功，故机械效率η=W有/W总＜1，与筒车转速无关，A正确；
选项B：竹筒内的水被提升过程中，质量不变，高度升高，重力势能增加，动能随筒车转动也发生变化，因此机械能（动能+势能）发生改变，B错误；
选项C：水倒入水槽时，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，C正确；
选项D：水从水槽流向农田时，受竖直向下的重力，且在重力方向（竖直向下）移动了距离，根据功的定义，重力对水做了功，D错误。
综上，正确选项为AC。
【答案】
AC
【知识点】
机械效率、机械能、能量转化
【点评】
本题结合古代科技成果（水转筒车）考查物理基础知识点，将物理知识与实际应用结合，难度适中，需准确掌握机械效率、机械能变化、能量转化及功的判断等核心概念。
【难度系数】
0.7
12. 跨学科实践「2026广东高州期末，★☆」扫地机器人已经逐渐被人们接受并使用，如图甲，质量为3 kg的扫地机器人在水平地面上匀速运动时，所受水平推力与速度的关系如图乙所示。该机器人在水平地面上匀速运动的过程中，重力做功
0
J；当机器人的功率为15 W，推力为50
N；当该机器人在水平地面上以0.6 m/s的速度匀速运动10 s时，水平推力做功为1800
J。答案
12.答案 0 50 1 800
解析 机器人在水平地面上匀速运动时,没有在重力的方向上移动距离,重力不做功;由图乙可知,根据公式 P=W/t=Fs/t=Fv,当推力为 50 N,速度为 0.3 m/s 时,机器人的功率P=Fv=50 N×0.3 m/s=15 W;由图乙可知,当速度为0.6 m/s 时,推力 F'=300 N,机器人运动 10 s 通过的距离s'=v't=0.6 m/s×10 s=6 m,则水平推力做的功 W=F's'=300 N×6 m=1 800 J。
解析 机器人在水平地面上匀速运动时,没有在重力的方向上移动距离,重力不做功;由图乙可知,根据公式 P=W/t=Fs/t=Fv,当推力为 50 N,速度为 0.3 m/s 时,机器人的功率P=Fv=50 N×0.3 m/s=15 W;由图乙可知,当速度为0.6 m/s 时,推力 F'=300 N,机器人运动 10 s 通过的距离s'=v't=0.6 m/s×10 s=6 m,则水平推力做的功 W=F's'=300 N×6 m=1 800 J。
解析
【分析】
要解决这道题，需分三步思考：①判断重力是否做功，依据做功的两个必要因素（力和力方向上的位移），机器人水平运动时竖直方向无位移，故重力不做功；②计算功率对应的推力，利用功率公式$P=Fv$，结合图乙的F-v关系找到对应推力；③计算推力做功，先由速度和时间求运动距离，再用$W=Fs$计算功，同时从图乙提取对应速度的推力。
【解析】
1. 重力做功分析：做功的两个必要因素是作用在物体上的力，以及物体在力的方向上通过的距离。机器人在水平地面匀速运动，重力方向竖直向下，机器人竖直方向没有移动距离，因此重力做功为$0\ \mathrm{J}$。
2. 功率为$15\ \mathrm{W}$时的推力：根据功率公式$P=Fv$，变形得$F=\frac{P}{v}$。结合图乙的F-v关系，当$P=15\ \mathrm{W}$时，对应速度$v=0.3\ \mathrm{m/s}$，此时推力$F=\frac{15\ \mathrm{W}}{0.3\ \mathrm{m/s}}=50\ \mathrm{N}$。
3. 速度为$0.6\ \mathrm{m/s}$运动$10\ \mathrm{s}$的推力做功：由图乙可知，当$v=0.6\ \mathrm{m/s}$时，推力$F'=300\ \mathrm{N}$；机器人运动$10\ \mathrm{s}$通过的距离$s=v't=0.6\ \mathrm{m/s}×10\ \mathrm{s}=6\ \mathrm{m}$；水平推力做功$W=F's=300\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1800\ \mathrm{J}$。
【答案】
0；50；1800
【知识点】
重力做功的条件、功率的计算、功的计算
【点评】
本题结合扫地机器人的实际场景，考查重力做功、功率及功的计算，关键是理解做功的必要因素，熟练运用相关公式，同时能从图像中提取对应物理量，属于基础跨学科实践题。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分三步思考：①判断重力是否做功，依据做功的两个必要因素（力和力方向上的位移），机器人水平运动时竖直方向无位移，故重力不做功；②计算功率对应的推力，利用功率公式$P=Fv$，结合图乙的F-v关系找到对应推力；③计算推力做功，先由速度和时间求运动距离，再用$W=Fs$计算功，同时从图乙提取对应速度的推力。
【解析】
1. 重力做功分析：做功的两个必要因素是作用在物体上的力，以及物体在力的方向上通过的距离。机器人在水平地面匀速运动，重力方向竖直向下，机器人竖直方向没有移动距离，因此重力做功为$0\ \mathrm{J}$。
2. 功率为$15\ \mathrm{W}$时的推力：根据功率公式$P=Fv$，变形得$F=\frac{P}{v}$。结合图乙的F-v关系，当$P=15\ \mathrm{W}$时，对应速度$v=0.3\ \mathrm{m/s}$，此时推力$F=\frac{15\ \mathrm{W}}{0.3\ \mathrm{m/s}}=50\ \mathrm{N}$。
3. 速度为$0.6\ \mathrm{m/s}$运动$10\ \mathrm{s}$的推力做功：由图乙可知，当$v=0.6\ \mathrm{m/s}$时，推力$F'=300\ \mathrm{N}$；机器人运动$10\ \mathrm{s}$通过的距离$s=v't=0.6\ \mathrm{m/s}×10\ \mathrm{s}=6\ \mathrm{m}$；水平推力做功$W=F's=300\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=1800\ \mathrm{J}$。
【答案】
0；50；1800
【知识点】
重力做功的条件、功率的计算、功的计算
【点评】
本题结合扫地机器人的实际场景，考查重力做功、功率及功的计算，关键是理解做功的必要因素，熟练运用相关公式，同时能从图像中提取对应物理量，属于基础跨学科实践题。
【难度系数】
0.6
