4 (2023·无锡中考)如图所示是《天工开物》中记载的我国传统提水工具“桔槔”，用绳子系住一根直的硬棒的O点作为支点，A端挂有重为40 N的石块，B端挂有重为20 N的空桶，OA长为1.2 m，OB长为0.6 m。使用时，人向下拉绳放下空桶，装满重为100 N的水后向上拉绳缓慢将桶提起，硬棒质量忽略不计。下列说法中正确的是()。

A.向下拉绳放下空桶时桔槔为省力杠杆
B.向下拉绳放下空桶时拉力为20 N
C.向上拉绳提起装满水的桶时桔槔为费力杠杆
D.向上拉绳提起装满水的桶时拉力为40 N

4.D

【分析】
要解决此题，需利用杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，分两种情况分析：①向下拉绳放下空桶时，明确各力的方向和力臂，计算拉力并判断杠杆类型；②向上拉绳提起装满水的桶时，分析受力，计算拉力并判断杠杆类型，逐一验证选项。
【解析】
杠杆平衡条件为：动力×动力臂=阻力×阻力臂，支点为O点，OA=1.2m，OB=0.6m。
1. 向下拉绳放下空桶时：
A端石块重力$G_A=40N$，B端空桶重力$G_{桶}=20N$，人向下拉绳的拉力为$F_{拉1}$。A端力使杠杆逆时针转动，B端总力（桶重+拉力）使杠杆顺时针转动，根据杠杆平衡：
$G_A · OA = (G_{桶} + F_{拉1}) · OB$
代入数值：$40N ×1.2m=(20N + F_{拉1})×0.6m$，解得$F_{拉1}=60N$。
此时动力臂（OB=0.6m）小于阻力臂（OA=1.2m），是费力杠杆，故A、B错误。
2. 向上拉绳提起装满水的桶时：
B端总重$G_{总}=G_{桶}+G_{水}=20N+100N=120N$，人向上拉绳的拉力为$F_{拉2}$。A端力和拉力使杠杆逆时针转动，B端总重使杠杆顺时针转动，根据杠杆平衡：
$G_A · OA + F_{拉2} · OB = G_{总} · OB$
代入数值：$40N ×1.2m + F_{拉2}×0.6m=120N×0.6m$，
计算得：$48N·m +0.6F_{拉2}=72N·m$，解得$F_{拉2}=40N$。
此时动力（40N）小于阻力（120N），是省力杠杆，故C错误，D正确。
【答案】
D
【知识点】
杠杆平衡条件、杠杆分类
【点评】
本题结合古代提水工具“桔槔”考查杠杆平衡条件的应用，需分两种场景分析受力，明确力的方向与力臂的对应关系，是对杠杆知识的实际应用考查，难度适中。
【难度系数】
0.5

5 一辆小汽车陷进了泥潭，司机按如图所示的甲、乙两种方式安装滑轮，均可能将小汽车从泥潭中拉出。你认为甲方式中滑轮的作用是；设两种方式将汽车拉出的最小力的大小分别是$F_1$、$F_2$，则$F_1$（填“＞”“＜”或“＝”）$F_2$。

5. 改变力的方向 ＞

【分析】首先观察甲、乙两图中滑轮的使用状态：甲图中滑轮的轴固定在树上，属于定滑轮；乙图中滑轮的轴随汽车一起运动，属于动滑轮。解题时需回忆定滑轮和动滑轮的工作特点：定滑轮不省力，仅能改变力的方向；动滑轮可省力，能省一半力。据此分析两个拉力的大小关系。
【解析】甲方式中的滑轮是定滑轮，定滑轮的轴固定不动，其作用是改变力的方向，使用时不省力，因此拉力$ F_1 $等于汽车受到的阻力$ f $；乙方式中的滑轮是动滑轮，动滑轮的轴随汽车一起运动，使用时能省力，此时拉力$ F_2 $为汽车受到阻力的一半，即$ F_2 = \frac{f}{2} $。所以$ F_1 ＞ F_2 $。
【答案】改变力的方向；＞
【知识点】定滑轮特点；动滑轮特点
【点评】本题考查定滑轮与动滑轮的区分及工作特点，属于基础概念题，难度较低，学生掌握两种滑轮的核心特点即可解答。
【难度系数】0.6

6 参加某市初中毕业学业考试的小鹏同学听到考试预备铃响了，考场还在四楼.他一口气从一楼跑到四楼考室，所用时间为 30 s.他上楼过程克服自身重力做功的功率最接近().

A.1.5 W
B.15 W
C.150 W
D.1 500 W

6.C [解析]初中生的重力约为 500 N，一层楼的高约为 3 m，从一楼跑到四楼，上升了三层楼，高度约为 9 m，所用时间为 30 s，则克服自己重力做功的功率约为 $P=\frac{W}{t}=\frac{Gh}{t}=\frac{500\ \mathrm{N}×9\ \mathrm{m}}{30\ \mathrm{s}}=150\ \mathrm{W}.$

【分析】
要解决该问题，需明确功率的计算公式 $ P = \frac{W}{t} $，而克服重力做功 $ W = Gh $，因此需先估测初中生的重力、从一楼到四楼的高度差，再代入公式计算功率，最后对比选项得出答案。
【解析】
首先估测相关物理量：初中生的重力约为 $ G = 500\ \mathrm{N} $，一层楼高度约为 $ 3\ \mathrm{m} $，从一楼到四楼上升的高度 $ h = 3 × 3\ \mathrm{m} = 9\ \mathrm{m} $，所用时间 $ t = 30\ \mathrm{s} $。
根据功率公式 $ P = \frac{W}{t} = \frac{Gh}{t} $，代入数据计算：
$ P = \frac{500\ \mathrm{N} × 9\ \mathrm{m}}{30\ \mathrm{s}} = 150\ \mathrm{W} $，与选项C最接近。
【答案】
C
【知识点】
功率的计算、功的计算、物理量的估测
【点评】
本题为估测类功率计算题，需合理估测初中生重力和楼层高度，结合功、功率公式计算，考查基础公式应用与估测能力，难度适中。
【难度系数】
0.6

7 在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时，同学们提出了下列猜想：
(1)滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重力有关.
(2)滑轮组机械效率高低可能与被提升的物重有关.
(3)滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关.
(4)滑轮组机械效率高低可能与承重绳子股数有关.
小明同学设计了所示的两个滑轮组，进行对比实验来验证提出的猜想，则该实验验证的是猜想().
A. (1) B. (2) C. (3) D. (4)

7.B [解析]比较两图可知，承重绳子股数相同，动滑轮重相同，提升高度可以相同，而被提升物体的重力不同，结合控制变量法的思想，所以该实验装置探究的是滑轮组的机械效率与被提升物体的重力的关系，即该实验验证的是猜想(2). 故选 B.

【分析】
探究滑轮组机械效率的影响因素需运用控制变量法，即研究某一因素的影响时，要保持其他因素不变。观察题图中的两个滑轮组，它们的动滑轮重力相同、承重绳子股数相同，若提升高度相同，唯一改变的是被提升物体的重力，因此该实验是验证滑轮组机械效率与被提升物重的关系，对应猜想(2)。
【解析】
对比两个实验装置，动滑轮重力、承重绳子股数均相同，仅被提升物体的重力不同，根据控制变量法，该实验探究的是滑轮组机械效率与被提升物重的关系，即验证猜想(2)，故选B。
【答案】
B
【知识点】
滑轮组机械效率、控制变量法
【点评】
本题考查滑轮组机械效率影响因素的探究，重点考查控制变量法的应用，需准确识别实验中的不变量和变量，是初中物理的基础题型。
【难度系数】
0.6

8 (2024·无锡中考)如图所示是《天工开物》中记载的我国古代的提水工具“辘轳”，在两个支架上摆放一根直的硬棒，支点为$O_1$、$O_2$，A端系一石块，B端装有轮轴，轮轴能绕着硬棒转动，悬吊空桶的绳索另一端绕过轮轴后系紧在轮轴上。若空桶质量为10 kg，轮轴质量为10 kg，空桶和轮轴对硬棒的作用力视作施加在B位置，$O_1A$长为0.6 m，$O_1O_2$长为1 m，$O_2B$长为0.8 m，硬棒及绳索质量忽略不计。(g取10 N/kg)

(1)人对辘轳不施加力，桶中未装水，为保证硬棒不会翻转，石块质量最多为 kg；若A点系上质量为40 kg的石块，提水时为保证硬棒不翻转，桶中最多可装 kg的水。
(2)若桶内水的质量为40 kg，人用时20 s将桶匀速提升3 m，此时辘轳提水的机械效率为50%，则桶对水做的功为 J，人做功的功率为 W.

8.(1)60 60 (2)1 200 120 [解析]本题考查杠杆平衡条件的应用、机械效率的计算.(1)桶中未装水，若硬棒翻转将绕$O_1$转动，即$O_1$为支点，由$F_1l_1=F_2l_2$得 $m_石 g · O_1A=(m_桶+m_轮)g · O_1B$，即 $m_石×0.6\ \mathrm{m}=(10\ \mathrm{kg}+10\ \mathrm{kg})×(1\ \mathrm{m}+0.8\ \mathrm{m})$，解得石块质量最多为 $m_石=60\ \mathrm{kg}$；提水时若硬棒翻转，将绕$O_2$转动，即$O_2$为支点；以$O_2$为支点，由$F_1l_1=F_2l_2$得 $m_石'g · O_2A=(m_桶+m_水+m_轮)g · O_2B$，即 $40\ \mathrm{kg}×(1\ \mathrm{m}+0.6\ \mathrm{m})=(10\ \mathrm{kg}+m_水+10\ \mathrm{kg})×0.8\ \mathrm{m}$，解得水的质量最多为 $m_水=60\ \mathrm{kg}.$(2)桶对水做的功$W_{有用}=Gh=mgh=40\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×3\ \mathrm{m}=1\ 200\ \mathrm{J}$，由$\eta=\frac{W_{有用}}{W_总}×100\%$得，人提水做的功$W_总=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{1\ 200\ \mathrm{J}}{50\%}=2\ 400\ \mathrm{J}$，人做功的功率$P=\frac{W_总}{t}=\frac{2\ 400\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=120\ \mathrm{W}.$

【分析】
本题需结合杠杆平衡条件、机械效率、功和功率的知识解题：第(1)问要先确定硬棒翻转时的支点，桶中未装水时绕$O_1$翻转，以$O_1$为支点，利用杠杆平衡条件计算石块最大质量；当A端为40kg石块时绕$O_2$翻转，以$O_2$为支点，再次用杠杆平衡条件计算水的最大质量。第(2)问中，桶对水做的功是有用功，先计算有用功，再根据机械效率求出总功，最后由功率公式计算人做功的功率。
【解析】
(1) ①桶中未装水时，硬棒翻转的支点为$O_1$，根据杠杆平衡条件 $F_1l_1=F_2l_2$，即 $m_{石}g · O_1A=(m_{桶}+m_{轮})g · O_1B$。其中 $O_1B=O_1O_2+O_2B=1\ \mathrm{m}+0.8\ \mathrm{m}=1.8\ \mathrm{m}$，代入数据得：
$m_{石} × 0.6\ \mathrm{m}=(10\ \mathrm{kg}+10\ \mathrm{kg}) × 1.8\ \mathrm{m}$，
解得 $m_{石}=\frac{20\ \mathrm{kg} × 1.8\ \mathrm{m}}{0.6\ \mathrm{m}}=60\ \mathrm{kg}$。
②当A端系40kg石块时，硬棒翻转的支点为$O_2$，根据杠杆平衡条件 $m_{石}'g · O_2A=(m_{桶}+m_{水}+m_{轮})g · O_2B$，其中 $O_2A=O_1A+O_1O_2=0.6\ \mathrm{m}+1\ \mathrm{m}=1.6\ \mathrm{m}$，代入数据得：
$40\ \mathrm{kg} × 1.6\ \mathrm{m}=(10\ \mathrm{kg}+m_{水}+10\ \mathrm{kg}) × 0.8\ \mathrm{m}$，
解得 $m_{水}=\frac{40\ \mathrm{kg} × 1.6\ \mathrm{m}}{0.8\ \mathrm{m}} -20\ \mathrm{kg}=60\ \mathrm{kg}$。
(2) 桶对水做的有用功 $W_{有用}=G_{水}h=m_{水}gh=40\ \mathrm{kg} ×10\ \mathrm{N/kg} ×3\ \mathrm{m}=1200\ \mathrm{J}$。
由机械效率 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，得人做的总功 $W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{1200\ \mathrm{J}}{50\%}=2400\ \mathrm{J}$。
人做功的功率 $P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{2400\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=120\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) 60；60 (2) 1200；120
【知识点】
杠杆平衡条件、机械效率、功与功率
【点评】
本题结合古代提水工具“辘轳”，将物理知识与实际应用结合，重点考查杠杆平衡条件的应用和机械效率、功率的计算，解题关键是准确判断杠杆翻转时的支点，理清各力对应的力臂，区分有用功和总功，难度适中，能较好考查学生的综合应用能力。
【难度系数】
0.5

9 在“探究杠杆的平衡条件”实验中：

(1)如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向（填“左”或“右”）调节。
(2)如图乙所示，在A位置上挂两个相同钩码，应该在B位置挂上个同样的钩码，才能使杠杆在水平位置平衡。
(3)如图丙所示，弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动，杠杆始终保持水平平衡，则弹簧测力计的示数将（填“变大”“变小”或“不变”）。
(4)使用杠杆能为我们的生活带来方便。如图丁所示的杠杆一般为了省距离的是。

9.(1)右 (2)1 (3)变大 (4)D

【分析】
本题围绕杠杆的平衡条件及应用展开，解题思路如下：
1. 调节杠杆平衡时，平衡螺母向杠杆偏高的一侧调节，使杠杆在水平位置平衡，便于后续测量力臂；
2. 利用杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，代入已知的力和力臂数值，计算所需的力（钩码个数）；
3. 当弹簧测力计倾斜拉动杠杆时，拉力的力臂会减小，根据杠杆平衡条件，阻力和阻力臂不变时，力臂减小则拉力增大；
4. 省距离的杠杆是费力杠杆，其动力臂小于阻力臂，据此判断生活中杠杆的类型。
【解析】
(1) 图甲中杠杆左端低、右端高，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向杠杆偏高的右端调节，故填“右”；
(2) 设每个钩码重力为$G$，每格长度为$L$。根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，A处：$F_1=2G$，$L_1=2L$；B处力臂$L_2=4L$，代入得：$2G×2L = F_2×4L$，解得$F_2=G$，即B处应挂1个钩码；
(3) 弹簧测力计竖直拉时，拉力的力臂为支点到测力计的垂直距离；当向左转动时，拉力的力臂变小，而阻力（钩码重力）和阻力臂不变，根据杠杆平衡条件，动力需变大，故弹簧测力计示数变大；
(4) 省距离的杠杆是费力杠杆，动力臂小于阻力臂：A钳子、B独轮车、C羊角锤均为省力杠杆（动力臂大于阻力臂）；D筷子使用时动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，费力但省距离，故选D。
【答案】
9.(1)右 (2)1 (3)变大 (4)D
【知识点】
杠杆的平衡条件、杠杆的调节、杠杆的分类
【点评】
本题考查杠杆相关的基础知识点，涵盖实验操作、平衡条件应用及杠杆类型判断，是力学中杠杆部分的典型基础题，需熟练掌握杠杆平衡条件及不同杠杆的特点。
【难度系数】
0.5