登录
1 [2025 上海松江区期末]如图所示为等刻度的轻质杠杆,在A处挂一个重为4 N的物体,若要使杠杆在水平位置平衡,则在B处施加的力 (
A.可能是1 N
B.一定是2 N
C.一定是4 N
D.可能是4 N
D
)A.可能是1 N
B.一定是2 N
C.一定是4 N
D.可能是4 N
答案
1. D 【解析】杠杆A处受到的作用力$F_{2}=G=4N$,由杠杆的平衡条件$F_{1}l_{1}=F_{2}l_{2}$可知,当在B处施加的力的力臂为OB时,该力最小,为$F_{1}=\frac {F_{2}l_{2}}{l_{1}}=\frac {4N×2l}{4l}=2N$,所以作用在B处的力最小是2N,则可能是4N,故选D。
解析
【分析】
我们可以按以下思路解题：首先明确支点O，设定每格杠杆的长度为l，先确定A点的阻力大小和阻力臂长度。要注意在B点施加动力时，动力的方向可以任意选择，只有当动力方向与杠杆垂直时，动力臂才等于OB的长度，此时动力臂是所有可能情况里的最大值，对应的动力就是最小值。我们先根据杠杆平衡条件算出B点需要施加的最小动力，就能得到B处动力的取值范围，再对照选项判断即可。
【解析】
设杠杆每一小格的长度为l：
1. 由题意可知，A处悬挂的物体重力G=4N，因此杠杆受到的阻力F₂=G=4N，阻力臂l₂=OA=2l。
2. 当B处施加的动力方向垂直于杠杆AB时，动力臂达到最大值，等于OB的长度，即l₁最大=OB=4l。根据杠杆平衡条件F₁l₁=F₂l₂，可算出此时的最小动力：
$ F_{1\mathrm{最小}}=\frac{F_2 l_2}{l_{1\mathrm{最大}}}=\frac{4\,\mathrm{N} × 2l}{4l}=2\,\mathrm{N}$
3. 若动力方向不垂直于杠杆，动力臂会小于OB的长度，由杠杆平衡条件可知，对应的动力就会大于2N，因此B处施加的动力大小一定≥2N。
4. 对选项逐一判断：
选项A：1N＜2N，不可能实现，错误；
选项B：动力一定是2N，忽略了动力方向改变时动力可以大于2N，错误；
选项C：动力一定是4N，不符合动力≥2N的结论，错误；
选项D：动力可能是4N，满足动力≥2N的取值范围，正确。
【答案】
D
【知识点】
杠杆平衡条件，力臂的判断
【点评】
本题的易错点是容易默认B处的力是垂直杠杆的，直接算出2N就错选B，解题时要注意动力的方向是可变的，动力臂随力的方向改变而变化，只有最大动力臂对应的动力才是最小值，动力只要大于等于这个最小值都可以让杠杆平衡。
【难度系数】
0.6
我们可以按以下思路解题：首先明确支点O，设定每格杠杆的长度为l，先确定A点的阻力大小和阻力臂长度。要注意在B点施加动力时，动力的方向可以任意选择，只有当动力方向与杠杆垂直时，动力臂才等于OB的长度，此时动力臂是所有可能情况里的最大值，对应的动力就是最小值。我们先根据杠杆平衡条件算出B点需要施加的最小动力，就能得到B处动力的取值范围，再对照选项判断即可。
【解析】
设杠杆每一小格的长度为l：
1. 由题意可知，A处悬挂的物体重力G=4N，因此杠杆受到的阻力F₂=G=4N，阻力臂l₂=OA=2l。
2. 当B处施加的动力方向垂直于杠杆AB时，动力臂达到最大值，等于OB的长度，即l₁最大=OB=4l。根据杠杆平衡条件F₁l₁=F₂l₂，可算出此时的最小动力：
$ F_{1\mathrm{最小}}=\frac{F_2 l_2}{l_{1\mathrm{最大}}}=\frac{4\,\mathrm{N} × 2l}{4l}=2\,\mathrm{N}$
3. 若动力方向不垂直于杠杆，动力臂会小于OB的长度，由杠杆平衡条件可知，对应的动力就会大于2N，因此B处施加的动力大小一定≥2N。
4. 对选项逐一判断：
选项A：1N＜2N，不可能实现，错误；
选项B：动力一定是2N，忽略了动力方向改变时动力可以大于2N，错误；
选项C：动力一定是4N，不符合动力≥2N的结论，错误；
选项D：动力可能是4N，满足动力≥2N的取值范围，正确。
【答案】
D
【知识点】
杠杆平衡条件，力臂的判断
【点评】
本题的易错点是容易默认B处的力是垂直杠杆的，直接算出2N就错选B，解题时要注意动力的方向是可变的，动力臂随力的方向改变而变化，只有最大动力臂对应的动力才是最小值，动力只要大于等于这个最小值都可以让杠杆平衡。
【难度系数】
0.6
2 [2024 陕西咸阳期末,中]如图所示,为方便残疾人上下台阶,一些公共场所设计了专用通道。某人和他的电动轮椅总重600 N,他乘坐电动轮椅,沿10 m长的专用通道匀速直线行驶到1 m高的平台处,该过程中,电动轮椅的牵引力恒为120 N。下列说法正确的是(忽略空气阻力) (
A.该专用通道相当于斜面,可以省功
B.电动轮椅牵引力做的总功为120 J
C.该专用通道的机械效率为55%
D.电动轮椅行驶时受到的摩擦阻力为60 N
D
)A.该专用通道相当于斜面,可以省功
B.电动轮椅牵引力做的总功为120 J
C.该专用通道的机械效率为55%
D.电动轮椅行驶时受到的摩擦阻力为60 N
答案
2. D 【解析】斜面可以省力,但不可以省功,故A错误;电动轮椅牵引力做的总功$W_{总}=Fs=120N×10m=1200J$,故B错误;电动轮椅做的有用功$W_{有用}=Gh=600N×1m=600J$,该专用通道的机械效率:$η=\frac {W_{有用}}{W_{总}}×100\% =\frac {600J}{1200J}×100\% =50\% $,故C错误;电动轮椅行驶时克服摩擦阻力做的额外功$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=1200J-600J=600J$,电动轮椅行驶时受到的摩擦阻力$f=\frac {W_{额外}}{s}=\frac {600J}{10m}=60N$,故D正确。故选D。
解析
【分析】
这道题是斜面相关的功与机械效率的应用题，解题时我们可以逐个选项验证推导：第一步先回忆功的原理，判断斜面能否省功，排除错误选项A；第二步根据总功的定义式W总=Fs，代入已知的牵引力和通道长度计算总功，验证B选项的对错；第三步先算出克服人和轮椅总重力做的有用功W有=Gh，再通过机械效率的定义式η=W有/W总计算出实际效率，判断C选项；第四步利用总功和有用功的差值得到额外功，本题忽略空气阻力，额外功全部是克服摩擦阻力做的功，再通过W额=fs推导摩擦阻力的大小，最终选出正确答案。
【解析】
我们逐一分析每个选项：
1. 选项A：根据功的原理，使用任何机械都不可能省功，斜面属于省力机械，仅能省力，无法省功，因此A错误。
2. 选项B：电动轮椅牵引力做的总功为：
$W_{总}=Fs=120\ \mathrm{N} × 10\ \mathrm{m}=1200\ \mathrm{J}$，并非120J，因此B错误。
3. 选项C：电动轮椅上升到平台，做的有用功是克服总重力的功：
$W_{有用}=Gh=600\ \mathrm{N} × 1\ \mathrm{m}=600\ \mathrm{J}$
该专用通道的机械效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}} × 100\% =\frac{600\ \mathrm{J}}{1200\ \mathrm{J}} × 100\% =50\%$，并非55%，因此C错误。
4. 选项D：忽略空气阻力，额外功全部用于克服摩擦阻力做功：
$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=1200\ \mathrm{J}-600\ \mathrm{J}=600\ \mathrm{J}$
由$W_{额外}=fs$可推导摩擦阻力：
$f=\frac{W_{额外}}{s}=\frac{600\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{m}}=60\ \mathrm{N}$，因此D正确。
【答案】
D
【知识点】
斜面特性，功的计算，机械效率计算
【点评】
本题结合生活里的无障碍通道场景出题，贴近实际应用，易错点是部分同学会错误认为斜面可以省功，或是计算时混淆有用功、总功的对应物理量，解题时明确三类功的物理含义，代入对应数值计算即可顺利得到结果。
【难度系数】
0.7
这道题是斜面相关的功与机械效率的应用题，解题时我们可以逐个选项验证推导：第一步先回忆功的原理，判断斜面能否省功，排除错误选项A；第二步根据总功的定义式W总=Fs，代入已知的牵引力和通道长度计算总功，验证B选项的对错；第三步先算出克服人和轮椅总重力做的有用功W有=Gh，再通过机械效率的定义式η=W有/W总计算出实际效率，判断C选项；第四步利用总功和有用功的差值得到额外功，本题忽略空气阻力，额外功全部是克服摩擦阻力做的功，再通过W额=fs推导摩擦阻力的大小，最终选出正确答案。
【解析】
我们逐一分析每个选项：
1. 选项A：根据功的原理，使用任何机械都不可能省功，斜面属于省力机械，仅能省力，无法省功，因此A错误。
2. 选项B：电动轮椅牵引力做的总功为：
$W_{总}=Fs=120\ \mathrm{N} × 10\ \mathrm{m}=1200\ \mathrm{J}$，并非120J，因此B错误。
3. 选项C：电动轮椅上升到平台，做的有用功是克服总重力的功：
$W_{有用}=Gh=600\ \mathrm{N} × 1\ \mathrm{m}=600\ \mathrm{J}$
该专用通道的机械效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}} × 100\% =\frac{600\ \mathrm{J}}{1200\ \mathrm{J}} × 100\% =50\%$，并非55%，因此C错误。
4. 选项D：忽略空气阻力，额外功全部用于克服摩擦阻力做功：
$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=1200\ \mathrm{J}-600\ \mathrm{J}=600\ \mathrm{J}$
由$W_{额外}=fs$可推导摩擦阻力：
$f=\frac{W_{额外}}{s}=\frac{600\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{m}}=60\ \mathrm{N}$，因此D正确。
【答案】
D
【知识点】
斜面特性，功的计算，机械效率计算
【点评】
本题结合生活里的无障碍通道场景出题，贴近实际应用，易错点是部分同学会错误认为斜面可以省功，或是计算时混淆有用功、总功的对应物理量，解题时明确三类功的物理含义，代入对应数值计算即可顺利得到结果。
【难度系数】
0.7
3 [2025 山东济南期末,中]在“桥梁调查与模型制作”跨学科实践活动中,同学们对家乡的桥梁进行了研究,如图是单塔双索斜拉大桥,桥塔两侧对称的拉索拉着桥梁(假设桥梁不受支持力),拉索的一端一直与桥塔的塔顶连接,拉索的另一端与桥梁的连接点位置不变。下列说法正确的是 (
A.为了减小拉索的拉力,可适当减小桥塔高度
B.当桥塔高度改变时,拉索的拉力将不会改变
C.汽车从桥梁左端驶向桥塔时,左侧拉索的拉力减小
D.汽车从桥梁左端驶向桥塔时,左侧拉索的拉力不变
C
)A.为了减小拉索的拉力,可适当减小桥塔高度
B.当桥塔高度改变时,拉索的拉力将不会改变
C.汽车从桥梁左端驶向桥塔时,左侧拉索的拉力减小
D.汽车从桥梁左端驶向桥塔时,左侧拉索的拉力不变
答案
3. C 【解析】桥塔高度减小,拉索与桥面夹角变小,根据力臂是支点到力的作用线的距离知,拉力的力臂减小,根据杠杆平衡条件知,在阻力和阻力臂一定时,动力臂减小,动力变大,即拉索的拉力变大,故A、B错误;以右侧拉索与桥梁的接触处为支点,当汽车从桥梁左端驶向桥塔时,左侧拉索的拉力的力臂(动力臂)不变,阻力大小不变,阻力臂逐渐减小,根据杠杆平衡条件可知,左侧拉索的拉力减小,故C正确,D错误。故选C。
解析
【分析】
这道题需要把斜拉桥的桥梁抽象为杠杆模型，结合杠杆平衡条件来分析受力变化，解题思路如下：
1. 先明确研究对象是桥梁，将其看作杠杆，拉索的拉力是动力，桥梁自重、桥上汽车的重力是阻力。
2. 分析A、B选项：拉索和桥梁的连接点位置固定，减小桥塔高度时，拉索与水平桥面的夹角会变小，拉索拉力对应的动力臂（支点到拉力作用线的垂直距离）随之减小，在阻力和阻力臂总和不变的前提下，根据杠杆平衡条件，拉索的拉力会变大，因此A、B的描述都错误。
3. 分析C、D选项：选取右侧拉索和桥梁的连接点作为支点，左侧拉索拉力的动力臂是固定值，汽车从左端驶向桥塔时，汽车重力对应的阻力臂不断减小，总阻力矩变小，根据杠杆平衡条件，左侧拉索的拉力会减小，因此C正确、D错误。
【解析】
我们将桥梁视为可绕支点转动的杠杆，利用杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$逐一分析选项：
1. 对A、B选项的分析：
拉索与桥梁的连接点位置固定，若适当减小桥塔高度，拉索与水平桥面的夹角将减小，拉索拉力的力臂（支点到拉力作用线的垂直距离）随之减小。在桥梁自重等阻力、阻力臂总和保持不变的情况下，由杠杆平衡条件可知，拉索的拉力会变大，因此A、B说法错误。
2. 对C、D选项的分析：
选取右侧拉索与桥梁的连接点作为支点，左侧拉索拉力的动力臂固定不变；汽车的重力为额外阻力，当汽车从桥梁左端驶向桥塔时，汽车重力对应的阻力臂逐渐减小，桥梁自重对应的阻力和阻力臂均不变，总阻力矩不断减小。由杠杆平衡条件可得，左侧拉索的拉力会随之减小，因此C说法正确，D说法错误。
综上，本题选C。
【答案】
C
【知识点】
杠杆平衡条件，力臂判断
【点评】
本题结合斜拉桥的实际工程场景，考查杠杆平衡条件的应用，核心是正确选取支点、准确判断力臂的动态变化，要求学生具备将实际生活模型抽象为物理杠杆模型的能力，避免凭直觉误判拉力大小。
【难度系数】
0.6
这道题需要把斜拉桥的桥梁抽象为杠杆模型，结合杠杆平衡条件来分析受力变化，解题思路如下：
1. 先明确研究对象是桥梁，将其看作杠杆，拉索的拉力是动力，桥梁自重、桥上汽车的重力是阻力。
2. 分析A、B选项：拉索和桥梁的连接点位置固定，减小桥塔高度时，拉索与水平桥面的夹角会变小，拉索拉力对应的动力臂（支点到拉力作用线的垂直距离）随之减小，在阻力和阻力臂总和不变的前提下，根据杠杆平衡条件，拉索的拉力会变大，因此A、B的描述都错误。
3. 分析C、D选项：选取右侧拉索和桥梁的连接点作为支点，左侧拉索拉力的动力臂是固定值，汽车从左端驶向桥塔时，汽车重力对应的阻力臂不断减小，总阻力矩变小，根据杠杆平衡条件，左侧拉索的拉力会减小，因此C正确、D错误。
【解析】
我们将桥梁视为可绕支点转动的杠杆，利用杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$逐一分析选项：
1. 对A、B选项的分析：
拉索与桥梁的连接点位置固定，若适当减小桥塔高度，拉索与水平桥面的夹角将减小，拉索拉力的力臂（支点到拉力作用线的垂直距离）随之减小。在桥梁自重等阻力、阻力臂总和保持不变的情况下，由杠杆平衡条件可知，拉索的拉力会变大，因此A、B说法错误。
2. 对C、D选项的分析：
选取右侧拉索与桥梁的连接点作为支点，左侧拉索拉力的动力臂固定不变；汽车的重力为额外阻力，当汽车从桥梁左端驶向桥塔时，汽车重力对应的阻力臂逐渐减小，桥梁自重对应的阻力和阻力臂均不变，总阻力矩不断减小。由杠杆平衡条件可得，左侧拉索的拉力会随之减小，因此C说法正确，D说法错误。
综上，本题选C。
【答案】
C
【知识点】
杠杆平衡条件，力臂判断
【点评】
本题结合斜拉桥的实际工程场景，考查杠杆平衡条件的应用，核心是正确选取支点、准确判断力臂的动态变化，要求学生具备将实际生活模型抽象为物理杠杆模型的能力，避免凭直觉误判拉力大小。
【难度系数】
0.6
4 [2024 河北廊坊期末,中]如图,用滑轮组拉着重为70 N的物体沿水平地面匀速直线运动,拉力F为10 N,滑轮组机械效率为80%,不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦。下列说法正确的是 (
A.此滑轮组动滑轮的重力为5 N
B.用一个质量更小的滑轮替换最下面的滑轮,滑轮组的机械效率会增大
C.物体受到水平地面的摩擦力为20 N
D.若在此物体上加一砝码,使其一起沿水平地面匀速直线运动,滑轮组的机械效率将变大
D
)A.此滑轮组动滑轮的重力为5 N
B.用一个质量更小的滑轮替换最下面的滑轮,滑轮组的机械效率会增大
C.物体受到水平地面的摩擦力为20 N
D.若在此物体上加一砝码,使其一起沿水平地面匀速直线运动,滑轮组的机械效率将变大
答案
4. D 【解析】由图可知,动滑轮上绳子的有效股数$n=2$,由于不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦,滑轮组的机械效率$η=\frac {W_{有用}}{W_{总}}=\frac {fs_{物}}{Fs}=\frac {fs_{物}}{Fns_{物}}=\frac {f}{nF}$,则物体受到的摩擦力$f=ηnF=80\% ×2×10N=16N$,绳端拉力$F=\frac {1}{n}(f+G_{动})$,所以动滑轮的重力$G_{动}=nF-f=2×10N-16N=4N$,故AC错误;最下面的滑轮为定滑轮,定滑轮只改变力的方向,因此用质量更小的滑轮替换后不影响滑轮组的机械效率,故B错误;在物体上加一砝码后,物体对地面的压力增加,根据滑动摩擦力的影响因素可知,在接触面的粗糙程度不变时,压力越大,滑动摩擦力越大,此时物体受到的摩擦力f增大,根据不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦时,机械效率$η=\frac {W_{有用}}{W_{总}}=\frac {W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}=\frac {fs_{物}}{fs_{物}+G_{动}s_{物}}=\frac {f}{f+G_{动}}=\frac {1}{1+\frac {G_{动}}{f}}$可知,$G_{动}$不变,f增大,机械效率增大,故D正确。故选D。
解析
【分析】
首先拿到这道题，第一步先区分图中的定滑轮和动滑轮：最下方固定在地面的滑轮是定滑轮，只有中间悬挂的滑轮是动滑轮，数出承担对动滑轮拉力的绳子有效股数n=2。接下来要明确水平滑轮组的特点：有用功是克服物体与地面间滑动摩擦力做的功，而非克服物体重力做功。接下来我们可以先结合机械效率的定义式推导对应的计算式，先算出摩擦力f、动滑轮重力，再逐个分析选项：首先代入已知的拉力F、机械效率η算出f，再根据不计绳重和摩擦时拉力和动滑轮重力、摩擦力的关系算出动滑轮重力，判断AC对错；再判断最下方滑轮的类型，分析替换它对机械效率的影响，判断B对错；最后推导额外功仅为克服动滑轮重力做功时的机械效率表达式，分析摩擦力增大时机械效率的变化，判断D的正误。
【解析】
解：由图可知，该滑轮组中动滑轮上绳子的有效股数n=2：
1. 计算物体摩擦力和动滑轮重力：
水平滑轮组的有用功是克服物体摩擦力做的功，即$W_{有}=fs_{物}$，总功是拉力F做的功，即$W_{总}=Fs$，其中绳端移动距离$s=ns_{物}$。
不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦，机械效率：
$η=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{fs_{物}}{Fs}=\frac{fs_{物}}{F· ns_{物}}=\frac{f}{nF}$
代入数据得物体受到的滑动摩擦力：
$f=ηnF=80\% ×2×10N=16N$
此时拉力满足$F=\frac{1}{n}(f+G_{动})$，因此动滑轮的重力：
$G_{动}=nF-f=2×10N-16N=4N$
因此选项A中动滑轮重力为5N、选项C中摩擦力为20N的描述均错误。
2. 分析选项B：
最下方固定在地面的滑轮是定滑轮，定滑轮仅起到改变力的方向的作用，它的重力不会带来额外功，因此更换质量更小的该滑轮，不会改变滑轮组的有用功和额外功大小，滑轮组的机械效率不变，B错误。
3. 分析选项D：
在物体上加砝码后，接触面粗糙程度不变，物体对地面的压力增大，滑动摩擦力f随之增大。不计绳重和摩擦时，额外功仅为克服动滑轮重力做的功，此时机械效率可推导为：
$η=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}=\frac{fs_{物}}{fs_{物}+G_{动}s_{物}}=\frac{f}{f+G_{动}}=\frac{1}{1+\frac{G_{动}}{f}}$
由于动滑轮重力$G_{动}$不变，f增大，因此$\frac{G_{动}}{f}$减小，整体机械效率变大，D正确。
综上，本题选D。
【答案】
D
【知识点】
水平滑轮组机械效率，定滑轮特点，滑动摩擦力影响因素
【点评】
本题的易错点有两个：一是容易误将最下方的定滑轮当成动滑轮，错误判断动滑轮重力和额外功的来源；二是容易混淆竖直滑轮组和水平滑轮组的有用功，错把克服物体重力的功当成有用功。本题通过推导机械效率的变式公式来分析物理量变化对效率的影响，能很好地考察学生对滑轮组机械效率本质的理解。
【难度系数】
0.6
首先拿到这道题，第一步先区分图中的定滑轮和动滑轮：最下方固定在地面的滑轮是定滑轮，只有中间悬挂的滑轮是动滑轮，数出承担对动滑轮拉力的绳子有效股数n=2。接下来要明确水平滑轮组的特点：有用功是克服物体与地面间滑动摩擦力做的功，而非克服物体重力做功。接下来我们可以先结合机械效率的定义式推导对应的计算式，先算出摩擦力f、动滑轮重力，再逐个分析选项：首先代入已知的拉力F、机械效率η算出f，再根据不计绳重和摩擦时拉力和动滑轮重力、摩擦力的关系算出动滑轮重力，判断AC对错；再判断最下方滑轮的类型，分析替换它对机械效率的影响，判断B对错；最后推导额外功仅为克服动滑轮重力做功时的机械效率表达式，分析摩擦力增大时机械效率的变化，判断D的正误。
【解析】
解：由图可知，该滑轮组中动滑轮上绳子的有效股数n=2：
1. 计算物体摩擦力和动滑轮重力：
水平滑轮组的有用功是克服物体摩擦力做的功，即$W_{有}=fs_{物}$，总功是拉力F做的功，即$W_{总}=Fs$，其中绳端移动距离$s=ns_{物}$。
不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦，机械效率：
$η=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{fs_{物}}{Fs}=\frac{fs_{物}}{F· ns_{物}}=\frac{f}{nF}$
代入数据得物体受到的滑动摩擦力：
$f=ηnF=80\% ×2×10N=16N$
此时拉力满足$F=\frac{1}{n}(f+G_{动})$，因此动滑轮的重力：
$G_{动}=nF-f=2×10N-16N=4N$
因此选项A中动滑轮重力为5N、选项C中摩擦力为20N的描述均错误。
2. 分析选项B：
最下方固定在地面的滑轮是定滑轮，定滑轮仅起到改变力的方向的作用，它的重力不会带来额外功，因此更换质量更小的该滑轮，不会改变滑轮组的有用功和额外功大小，滑轮组的机械效率不变，B错误。
3. 分析选项D：
在物体上加砝码后，接触面粗糙程度不变，物体对地面的压力增大，滑动摩擦力f随之增大。不计绳重和摩擦时，额外功仅为克服动滑轮重力做的功，此时机械效率可推导为：
$η=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}=\frac{fs_{物}}{fs_{物}+G_{动}s_{物}}=\frac{f}{f+G_{动}}=\frac{1}{1+\frac{G_{动}}{f}}$
由于动滑轮重力$G_{动}$不变，f增大，因此$\frac{G_{动}}{f}$减小，整体机械效率变大，D正确。
综上，本题选D。
【答案】
D
【知识点】
水平滑轮组机械效率，定滑轮特点，滑动摩擦力影响因素
【点评】
本题的易错点有两个：一是容易误将最下方的定滑轮当成动滑轮，错误判断动滑轮重力和额外功的来源；二是容易混淆竖直滑轮组和水平滑轮组的有用功，错把克服物体重力的功当成有用功。本题通过推导机械效率的变式公式来分析物理量变化对效率的影响，能很好地考察学生对滑轮组机械效率本质的理解。
【难度系数】
0.6
5 [2025 四川自贡中考,中]如图,质量为60 kg的工人将重为500 N的彩灯组件竖直向上匀速提升了6 m,用时12 s,绳子自由端拉力F为300 N。不计绳重和摩擦,g取10 N/kg。下列说法正确的是 (
A.拉力的功率是150 W
B.绳子末端移动的速度是0.5 m/s
C.滑轮组的机械效率是78.5%
D.若工人的脚与水平地面接触的总面积为$300\ \mathrm{cm}^{2}$,则他对地面的压强是$1.0×10^{4}\ \mathrm{Pa}$
D
)A.拉力的功率是150 W
B.绳子末端移动的速度是0.5 m/s
C.滑轮组的机械效率是78.5%
D.若工人的脚与水平地面接触的总面积为$300\ \mathrm{cm}^{2}$,则他对地面的压强是$1.0×10^{4}\ \mathrm{Pa}$
答案
5. D 【解析】由图可知,动滑轮上绳子的有效段数$n=2$,绳子自由端移动的距离:$s=nh=2×6m=12m$,拉力做的功:$W=Fs=300N×12m=3600J$,拉力的功率:$P=\frac {W}{t}=\frac {3600J}{12s}=300W$,故A错误;绳子末端移动的速度:$v=\frac {s}{t}=\frac {12m}{12s}=1m/s$,故B错误;滑轮组的机械效率:$η=\frac {W_{有用}}{W_{总}}=\frac {Gh}{Fs}=\frac {Gh}{Fnh}=\frac {G}{nF}=\frac {500N}{2×300N}\approx 83.3\% $,故C错误;工人的重力:$G_{人}=m_{人}g=60kg×10N/kg=600N$,工人对绳子的拉力与绳子对工人的拉力大小相等,工人对水平地面的压力:$F_{压}=G_{人}-F'=G_{人}-F=600N-300N=300N$,工人对水平地面的压强:$p=\frac {F_{压}}{S}=\frac {300N}{300×10^{-4}m^{2}}=1.0×10^{4}Pa$,故D正确。故选D。
解析
【分析】
这道题是滑轮组的综合计算题，解题思路如下：第一步先观察滑轮组的绕线方式，确定动滑轮上承担物重的绳子有效段数n=2；第二步按照选项顺序逐一验证：先根据s=nh算出绳子自由端移动的距离，结合总功公式算出拉力总功，再用功率公式判断A选项是否正确；接着用速度公式v=s/t计算绳子末端移动速度，判断B选项；然后利用机械效率的定义，用有用功除以总功算出滑轮组的机械效率，判断C选项；最后对站在地面的工人做受力分析，工人受重力、绳子向上的拉力、地面向上的支持力，受力平衡得到地面对工人的支持力，工人对地面的压力等于支持力，再代入压强公式计算压强，判断D选项，最终选出正确答案。
【解析】
1. 确定绳子段数：由图可知，动滑轮上承担物重的有效绳子段数n=2。
2. 验证选项A：
绳子自由端移动的距离：$s=nh=2×6\ \mathrm{m}=12\ \mathrm{m}$
拉力做的总功：$W_{\mathrm{总}}=Fs=300\ \mathrm{N}×12\ \mathrm{m}=3600\ \mathrm{J}$
拉力的功率：$P=\frac{W_{\mathrm{总}}}{t}=\frac{3600\ \mathrm{J}}{12\ \mathrm{s}}=300\ \mathrm{W}$，A选项150W错误。
3. 验证选项B：
绳子末端移动的速度：$v=\frac{s}{t}=\frac{12\ \mathrm{m}}{12\ \mathrm{s}}=1\ \mathrm{m/s}$，B选项0.5m/s错误。
4. 验证选项C：
提升重物做的有用功：$W_{\mathrm{有}}=Gh=500\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=3000\ \mathrm{J}$
滑轮组的机械效率：$\eta=\frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{3000\ \mathrm{J}}{3600\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$，C选项78.5%错误。
5. 验证选项D：
工人的重力：$G_{\mathrm{人}}=m_{\mathrm{人}}g=60\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=600\ \mathrm{N}$
工人匀速拉绳时受力平衡，地面对工人的支持力：$F_{\mathrm{支}}=G_{\mathrm{人}}-F=600\ \mathrm{N}-300\ \mathrm{N}=300\ \mathrm{N}$
工人对地面的压力与地面对工人的支持力是相互作用力，大小相等：$F_{\mathrm{压}}=F_{\mathrm{支}}=300\ \mathrm{N}$
受力面积：$S=300\ \mathrm{cm}^2=300×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$
工人对地面的压强：$p=\frac{F_{\mathrm{压}}}{S}=\frac{300\ \mathrm{N}}{300×10^{-4}\ \mathrm{m}^2}=1.0×10^4\ \mathrm{Pa}$，D正确。
【答案】D
【知识点】
滑轮组功率计算，滑轮组机械效率，固体压强计算
【点评】
本题是滑轮组的力学综合题，属于中考常见中等题型，易错点是计算工人对地面的压力时，容易忽略绳子对工人向上的拉力，直接将工人的重力当作对地面的压力，解题时做好受力分析，结合滑轮组的基础公式逐一排查选项即可得到正确结果。
【难度系数】
0.6
这道题是滑轮组的综合计算题，解题思路如下：第一步先观察滑轮组的绕线方式，确定动滑轮上承担物重的绳子有效段数n=2；第二步按照选项顺序逐一验证：先根据s=nh算出绳子自由端移动的距离，结合总功公式算出拉力总功，再用功率公式判断A选项是否正确；接着用速度公式v=s/t计算绳子末端移动速度，判断B选项；然后利用机械效率的定义，用有用功除以总功算出滑轮组的机械效率，判断C选项；最后对站在地面的工人做受力分析，工人受重力、绳子向上的拉力、地面向上的支持力，受力平衡得到地面对工人的支持力，工人对地面的压力等于支持力，再代入压强公式计算压强，判断D选项，最终选出正确答案。
【解析】
1. 确定绳子段数：由图可知，动滑轮上承担物重的有效绳子段数n=2。
2. 验证选项A：
绳子自由端移动的距离：$s=nh=2×6\ \mathrm{m}=12\ \mathrm{m}$
拉力做的总功：$W_{\mathrm{总}}=Fs=300\ \mathrm{N}×12\ \mathrm{m}=3600\ \mathrm{J}$
拉力的功率：$P=\frac{W_{\mathrm{总}}}{t}=\frac{3600\ \mathrm{J}}{12\ \mathrm{s}}=300\ \mathrm{W}$，A选项150W错误。
3. 验证选项B：
绳子末端移动的速度：$v=\frac{s}{t}=\frac{12\ \mathrm{m}}{12\ \mathrm{s}}=1\ \mathrm{m/s}$，B选项0.5m/s错误。
4. 验证选项C：
提升重物做的有用功：$W_{\mathrm{有}}=Gh=500\ \mathrm{N}×6\ \mathrm{m}=3000\ \mathrm{J}$
滑轮组的机械效率：$\eta=\frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{3000\ \mathrm{J}}{3600\ \mathrm{J}}×100\%\approx83.3\%$，C选项78.5%错误。
5. 验证选项D：
工人的重力：$G_{\mathrm{人}}=m_{\mathrm{人}}g=60\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=600\ \mathrm{N}$
工人匀速拉绳时受力平衡，地面对工人的支持力：$F_{\mathrm{支}}=G_{\mathrm{人}}-F=600\ \mathrm{N}-300\ \mathrm{N}=300\ \mathrm{N}$
工人对地面的压力与地面对工人的支持力是相互作用力，大小相等：$F_{\mathrm{压}}=F_{\mathrm{支}}=300\ \mathrm{N}$
受力面积：$S=300\ \mathrm{cm}^2=300×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$
工人对地面的压强：$p=\frac{F_{\mathrm{压}}}{S}=\frac{300\ \mathrm{N}}{300×10^{-4}\ \mathrm{m}^2}=1.0×10^4\ \mathrm{Pa}$，D正确。
【答案】D
【知识点】
滑轮组功率计算，滑轮组机械效率，固体压强计算
【点评】
本题是滑轮组的力学综合题，属于中考常见中等题型，易错点是计算工人对地面的压力时，容易忽略绳子对工人向上的拉力，直接将工人的重力当作对地面的压力，解题时做好受力分析，结合滑轮组的基础公式逐一排查选项即可得到正确结果。
【难度系数】
0.6
