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5.明代宋应星在《天工开物》中记载的农业生产汲水装置——辘轳，沿用至今。如图甲是一种辘轳，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，从而提起水桶。
(1)图甲辘轳是按照
(2)设大轮与小轮的半径比为$3:1$，水桶受到的总重力为90牛。使周长为3米的大轮转动一圈，水桶匀速上升，井绳对水桶做功为
(3)如图丙所示，水龙头开关的设计也应用了同样的原理，为了更省力，开关应选用
(1)图甲辘轳是按照
省力
（填“省力”或“费力”）杠杆来设计的。(2)设大轮与小轮的半径比为$3:1$，水桶受到的总重力为90牛。使周长为3米的大轮转动一圈，水桶匀速上升，井绳对水桶做功为
90
焦。（不计井绳的粗细和自重）(3)如图丙所示，水龙头开关的设计也应用了同样的原理，为了更省力，开关应选用
①
（填“①”或“②”）。答案
5. (1)省力
(2)90[解析:根据大轮与小轮的半径比为3:1,可知两者的周长比3:1。$W=Gh=90\ \mathrm{N}×3\ \mathrm{m}×\frac{1}{3}=90\ \mathrm{J}$]
(3)①
(2)90[解析:根据大轮与小轮的半径比为3:1,可知两者的周长比3:1。$W=Gh=90\ \mathrm{N}×3\ \mathrm{m}×\frac{1}{3}=90\ \mathrm{J}$]
(3)①
解析
【分析】
要解决本题，需结合轮轴的原理分析：轮轴是杠杆的变形，动力作用在轮上时，动力臂为轮半径，阻力臂为轴半径，轮半径大于轴半径，因此为省力杠杆；计算做功时，利用大、小轮的半径比得到水桶上升的高度，再结合功的公式计算；水龙头开关同样是轮轴，省力需增大轮半径，据此选择。
【解析】
(1) 辘轳由大轮和小轮组成，属于轮轴，轮轴的动力臂是轮半径，阻力臂是轴半径，轮半径大于轴半径，根据杠杆平衡条件，动力小于阻力，因此是省力杠杆。
(2) 大轮与小轮半径比为3:1，同轴转动时周长与半径成正比，故周长比也为3:1。大轮周长为3米，大轮转一圈时，小轮转动的长度（即水桶上升的高度$ h $）为 $ h = 3\ \mathrm{m} × \frac{1}{3} = 1\ \mathrm{m} $。根据功的公式，井绳对水桶做功 $ W = Gh = 90\ \mathrm{N} × 1\ \mathrm{m} = 90\ \mathrm{J} $。
(3) 水龙头开关应用轮轴原理，要省力需增大轮半径，图中①的轮半径更大，因此选①。
【答案】
(1)省力；(2)90；(3)①
【知识点】
轮轴原理、功的计算、杠杆分类
【点评】
本题结合生活实例考查轮轴的相关知识，将物理知识与生活应用结合，需掌握轮轴的省力特点和功的计算方法，属于基础题目。
【难度系数】
0.3
要解决本题，需结合轮轴的原理分析：轮轴是杠杆的变形，动力作用在轮上时，动力臂为轮半径，阻力臂为轴半径，轮半径大于轴半径，因此为省力杠杆；计算做功时，利用大、小轮的半径比得到水桶上升的高度，再结合功的公式计算；水龙头开关同样是轮轴，省力需增大轮半径，据此选择。
【解析】
(1) 辘轳由大轮和小轮组成，属于轮轴，轮轴的动力臂是轮半径，阻力臂是轴半径，轮半径大于轴半径，根据杠杆平衡条件，动力小于阻力，因此是省力杠杆。
(2) 大轮与小轮半径比为3:1，同轴转动时周长与半径成正比，故周长比也为3:1。大轮周长为3米，大轮转一圈时，小轮转动的长度（即水桶上升的高度$ h $）为 $ h = 3\ \mathrm{m} × \frac{1}{3} = 1\ \mathrm{m} $。根据功的公式，井绳对水桶做功 $ W = Gh = 90\ \mathrm{N} × 1\ \mathrm{m} = 90\ \mathrm{J} $。
(3) 水龙头开关应用轮轴原理，要省力需增大轮半径，图中①的轮半径更大，因此选①。
【答案】
(1)省力；(2)90；(3)①
【知识点】
轮轴原理、功的计算、杠杆分类
【点评】
本题结合生活实例考查轮轴的相关知识，将物理知识与生活应用结合，需掌握轮轴的省力特点和功的计算方法，属于基础题目。
【难度系数】
0.3
6. 小明用如图所示的滑轮组提升 600 N的重物,在绳子自由端施加 F 为250 N的拉力,使重物在 3 s 内匀速上升1 m。若不计绳重和摩擦,下列有关说法正确的是(
A.绳子自由端移动的距离为 2 m
B.动滑轮重 100 N
C.拉力 F 做功为 250 J
D.此过程滑轮组的机械效率为 80%
D
)A.绳子自由端移动的距离为 2 m
B.动滑轮重 100 N
C.拉力 F 做功为 250 J
D.此过程滑轮组的机械效率为 80%
答案
6. D
解析
【分析】
要解决本题，需先确定滑轮组承担物重的绳子段数，再结合滑轮组的相关公式（绳子自由端移动距离$s=nh$、动滑轮重力$G_{动}=nF-G_{物}$、拉力做功$W_{总}=Fs$、机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$），逐一分析各选项的正误。
【解析】
首先确定滑轮组承担物重的绳子段数$n$：
有用功$W_{有}=Gh=600\,\mathrm{N} × 1\,\mathrm{m}=600\,\mathrm{J}$，若机械效率为80%，则总功$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}=\frac{600\,\mathrm{J}}{80\%}=750\,\mathrm{J}$，因此绳子自由端移动距离$s=\frac{W_{总}}{F}=\frac{750\,\mathrm{J}}{250\,\mathrm{N}}=3\,\mathrm{m}$，可得$n=\frac{s}{h}=\frac{3\,\mathrm{m}}{1\,\mathrm{m}}=3$。
逐一分析选项：
1. 选项A：绳子自由端移动距离$s=nh=3×1\,\mathrm{m}=3\,\mathrm{m}$，不是2m，A错误；
2. 选项B：不计绳重和摩擦，动滑轮重力$G_{动}=nF-G_{物}=3×250\,\mathrm{N}-600\,\mathrm{N}=150\,\mathrm{N}$，不是100N，B错误；
3. 选项C：拉力做功$W_{总}=Fs=250\,\mathrm{N}×3\,\mathrm{m}=750\,\mathrm{J}$，不是250J，C错误；
4. 选项D：滑轮组的机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{600\,\mathrm{J}}{750\,\mathrm{J}}=80\%$，D正确。
【答案】
D
【知识点】
滑轮组的计算、机械效率
【点评】
本题考查滑轮组的基础计算，需熟练掌握滑轮组的距离、功、机械效率的计算公式，以及不计绳重和摩擦时动滑轮重力的推导方法，属于力学基础题。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需先确定滑轮组承担物重的绳子段数，再结合滑轮组的相关公式（绳子自由端移动距离$s=nh$、动滑轮重力$G_{动}=nF-G_{物}$、拉力做功$W_{总}=Fs$、机械效率$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}$），逐一分析各选项的正误。
【解析】
首先确定滑轮组承担物重的绳子段数$n$：
有用功$W_{有}=Gh=600\,\mathrm{N} × 1\,\mathrm{m}=600\,\mathrm{J}$，若机械效率为80%，则总功$W_{总}=\frac{W_{有}}{\eta}=\frac{600\,\mathrm{J}}{80\%}=750\,\mathrm{J}$，因此绳子自由端移动距离$s=\frac{W_{总}}{F}=\frac{750\,\mathrm{J}}{250\,\mathrm{N}}=3\,\mathrm{m}$，可得$n=\frac{s}{h}=\frac{3\,\mathrm{m}}{1\,\mathrm{m}}=3$。
逐一分析选项：
1. 选项A：绳子自由端移动距离$s=nh=3×1\,\mathrm{m}=3\,\mathrm{m}$，不是2m，A错误；
2. 选项B：不计绳重和摩擦，动滑轮重力$G_{动}=nF-G_{物}=3×250\,\mathrm{N}-600\,\mathrm{N}=150\,\mathrm{N}$，不是100N，B错误；
3. 选项C：拉力做功$W_{总}=Fs=250\,\mathrm{N}×3\,\mathrm{m}=750\,\mathrm{J}$，不是250J，C错误；
4. 选项D：滑轮组的机械效率$\eta=\frac{W_{有}}{W_{总}}=\frac{600\,\mathrm{J}}{750\,\mathrm{J}}=80\%$，D正确。
【答案】
D
【知识点】
滑轮组的计算、机械效率
【点评】
本题考查滑轮组的基础计算，需熟练掌握滑轮组的距离、功、机械效率的计算公式，以及不计绳重和摩擦时动滑轮重力的推导方法，属于力学基础题。
【难度系数】
0.6
7.小文为探究滑轮组的机械效率设计了如图甲所示的创新实验装置，整个装置固定在带有刻度的支撑背景板上，带绕线轮的电机可通过转动拉起重物，压力传感器可测出绳子自由端拉力。
不同物重对应的滑轮组机械效率实验数据
实验步骤:①在动滑轮下方挂上钩码,记录重力$G_{物}$,标记物体的位置。
②闭合电机开关,匀速提升重物0.05 m,断开开关,记录拉力$F$和绳子自由端移动的距离$s$。③分别改变$G_{物}$和滑轮组绕线方式(使绳子受力段数$n$不同),重复以上操作,并记录数据,结果如表格所示。
(1)请将表格中的数据补充完整:
(2)根据表中数据可得出的结论是
(3)与课本装置(如图乙)相比,该创新实验装置的优点是
不同物重对应的滑轮组机械效率实验数据
实验步骤:①在动滑轮下方挂上钩码,记录重力$G_{物}$,标记物体的位置。
②闭合电机开关,匀速提升重物0.05 m,断开开关,记录拉力$F$和绳子自由端移动的距离$s$。③分别改变$G_{物}$和滑轮组绕线方式(使绳子受力段数$n$不同),重复以上操作,并记录数据,结果如表格所示。
(1)请将表格中的数据补充完整:
81.7%
。(保留到0.1%)(2)根据表中数据可得出的结论是
滑轮组机械效率与绳子受力段数和提升物体重力有关,绳子受力段数越少,提升物重越重,滑轮组机械效率越大
。(3)与课本装置(如图乙)相比,该创新实验装置的优点是
板上有刻度,方便直接读出物体升高高度;电机可匀速提升物体;力传感器可精确测出拉力大小且读数方便
。(写出两点)答案
7. (1)81.7%
(2)滑轮组机械效率与绳子受力段数和提升物体重力有关,绳子受力段数越少,提升物重越重,滑轮组机械效率越大
(3)板上有刻度,方便直接读出物体升高高度;电机可匀速提升物体;力传感器可精确测出拉力大小且读数方便
(2)滑轮组机械效率与绳子受力段数和提升物体重力有关,绳子受力段数越少,提升物重越重,滑轮组机械效率越大
(3)板上有刻度,方便直接读出物体升高高度;电机可匀速提升物体;力传感器可精确测出拉力大小且读数方便
解析
【分析】
首先，计算滑轮组机械效率需利用公式η=W有/W总×100%，明确有用功和总功的计算方式；其次，归纳实验结论时要控制变量，对比不同物重、不同绳子受力段数下的机械效率变化；最后，对比创新装置与课本装置，从测量便利性、操作稳定性等角度分析优点。
【解析】
(1) 滑轮组机械效率公式为η=W有/W总×100% = (G物h)/(Fs)×100%，代入对应实验数据计算可得结果为81.7%；
(2) 分析实验数据：当绳子受力段数n相同时，提升物重越大，机械效率越高；当提升物重相同时，绳子受力段数越少，机械效率越高，因此结论为滑轮组机械效率与绳子受力段数和提升物体重力有关，绳子受力段数越少，提升物重越重，滑轮组机械效率越大；
(3) 对比课本装置，创新装置的优点：①带有刻度的支撑背景板，可直接读出物体升高的高度，无需额外测量；②电机可匀速提升重物，保证拉力恒定，使实验更准确（或力传感器可精确测出拉力大小，读数方便，任选两点即可）。
【答案】
(1)81.7%
(2)滑轮组机械效率与绳子受力段数和提升物体重力有关，绳子受力段数越少，提升物重越重，滑轮组机械效率越大
(3)板上有刻度，方便直接读出物体升高高度；电机可匀速提升物体（或力传感器可精确测出拉力大小且读数方便，写出两点即可）
【知识点】
滑轮组机械效率、实验数据分析、实验装置评价
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率的探究展开，考查机械效率计算、实验结论归纳及装置改进分析，注重实验操作细节与数据处理能力，是力学实验的典型题型。
【难度系数】
0.5
首先，计算滑轮组机械效率需利用公式η=W有/W总×100%，明确有用功和总功的计算方式；其次，归纳实验结论时要控制变量，对比不同物重、不同绳子受力段数下的机械效率变化；最后，对比创新装置与课本装置，从测量便利性、操作稳定性等角度分析优点。
【解析】
(1) 滑轮组机械效率公式为η=W有/W总×100% = (G物h)/(Fs)×100%，代入对应实验数据计算可得结果为81.7%；
(2) 分析实验数据：当绳子受力段数n相同时，提升物重越大，机械效率越高；当提升物重相同时，绳子受力段数越少，机械效率越高，因此结论为滑轮组机械效率与绳子受力段数和提升物体重力有关，绳子受力段数越少，提升物重越重，滑轮组机械效率越大；
(3) 对比课本装置，创新装置的优点：①带有刻度的支撑背景板，可直接读出物体升高的高度，无需额外测量；②电机可匀速提升重物，保证拉力恒定，使实验更准确（或力传感器可精确测出拉力大小，读数方便，任选两点即可）。
【答案】
(1)81.7%
(2)滑轮组机械效率与绳子受力段数和提升物体重力有关，绳子受力段数越少，提升物重越重，滑轮组机械效率越大
(3)板上有刻度，方便直接读出物体升高高度；电机可匀速提升物体（或力传感器可精确测出拉力大小且读数方便，写出两点即可）
【知识点】
滑轮组机械效率、实验数据分析、实验装置评价
【点评】
本题围绕滑轮组机械效率的探究展开，考查机械效率计算、实验结论归纳及装置改进分析，注重实验操作细节与数据处理能力，是力学实验的典型题型。
【难度系数】
0.5
