1. 中华文明源远流长,古人的智慧结晶除四大发明以外,还有许多值得我们学习的机械。绞车是与辘轳相似的另一种机械,它从唐代起便被普遍应用,成为建筑、军事必备器械之一。如图是我国古人利用绞车提升巨石的情景,下列说法正确的是()

A. 使用此装置可以省功
B. 上方的滑轮可以改变力的方向
C. 使用此装置可以省距离
D. 绞车由动滑轮、定滑轮及轮轴组成

B

2. 如图所示,欧洲中世纪建造城堡使用的吊车是由定滑轮和轮轴组合而成的复杂机械,工人用脚踩动巨轮,可轻松地搬运沉重的石材。
(1)吊车组件中,定滑轮的作用是______,轮轴的作用是______。
(2)制造和使用吊车时,要尽可能省力,采取的措施有______；要提高吊车的机械效率,采取的措施有______。

(1) 改变力的方向　省力　(2) 增大轮的半径、降低运动组件间的摩擦力　降低运动组件间的摩擦力、增大每次提升重物的质量

3. 小亮是一个爱思考的同学,他看到正在建造的楼房地基上有起重机在不停地吊起地面上的建筑材料,于是他查阅了起重机资料,下面是其中某一款塔式起重机的简易示意图(如图甲),小亮知道了塔式起重机主要用于房屋建筑材料的输送及建筑构件的安装。(动滑轮重、绳重及摩擦不计,g取10N/kg)

(1)为保持平衡,起重臂长度越长的塔式起重机,配备的平衡重的质量应越______(选填“大”或“小”)。
(2)图乙为起重机钢丝绳穿绳的简化示意图,其中滑轮a是______(选填“动滑轮”或“定滑轮”)；若钢丝绳能承受的最大拉力为$3×10^4N,$则该起重机能吊起货物的质量不能超过______kg。
(3)若将重为$1.2×10^4N$的货物由地面沿竖直方向匀速提升30m,再沿水平方向移动20m,则此过程克服重力做功______J,钢丝绳做功______J。
(4)换用如图丙所示的滑轮组,在需要考虑动滑轮重力的情形下,用拉力F将重为8000N的物体在5s时间内匀速提升了0.5m,若滑轮组的机械效率η为80%,则拉力F为______N,该过程中拉力F做功的功率为______W。

(1) 大　(2) 定滑轮 $6×10^{3}$　(3) $3.6×10^{5}$ $3.6×10^{5}$　(4) 5000 1000 解析：(1) 由杠杆的平衡条件可得 $G_{平衡重}L_{1}=FL_{2}$，则 $G_{平衡重}=\frac{L_{2}}{L_{1}}F$，由题意可知，$L_{1}$、$F$ 不变，$L_{2}$ 越长，则 $G_{平衡重}$ 越大，由 $G = mg$ 可知，配备的平衡重的质量应越大。(2) 由图乙可知，滑轮 $a$ 固定不动，因此滑轮 $a$ 为定滑轮；由图乙知动滑轮上绳子的段数 $n = 2$，因为动滑轮重、绳重及摩擦不计时 $F=\frac{1}{n}G$，所以能吊起货物的最大重力 $G_{max}=nF_{max}=2×3×10^{4}N = 6×10^{4}N$，由 $G = mg$ 可得，能吊起货物的最大质量 $m_{max}=\frac{G_{max}}{g}=\frac{6×10^{4}N}{10N/kg}=6×10^{3}kg$。(3) 克服重力做的功 $W_{G}=G_{货}h = 1.2×10^{4}N×30m = 3.6×10^{5}J$；钢丝绳自由端移动的距离 $s = nh = 2×30m = 60m$，因为动滑轮重、绳重及摩擦不计，所以钢丝绳的拉力 $F_{拉}=\frac{1}{n}G_{货}=\frac{1}{2}×1.2×10^{4}N = 6×10^{3}N$，则钢丝绳做的功 $W = F_{拉}s = 6×10^{3}N×60m = 3.6×10^{5}J$。(4) 由图丙可知动滑轮上的钢丝绳段数 $n' = 2$，拉力做的有用功 $W_{有用}=Gh' = 8000N×0.5m = 4000J$，由 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$ 可得，拉力做的总功 $W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{4000J}{80\%}=5000J$，拉力端移动的距离 $s' = n'h' = 2×0.5m = 1m$，则拉力 $F=\frac{W_{总}}{s'}=\frac{5000J}{1m}=5000N$；拉力做功的功率 $P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{5000J}{5s}=1000W$。