Question

王明和哥哥一起制作了一個牽引裝置用來鍛煉身體，如圖1所示．圓柱體的質量為3kg，底面積為1dm²，王明測得哥哥用40N的力3s將圓柱體勻速舉高0.3m．（g取10N/kg）

（1）作圖：
①在圖1中畫出圓柱體所受力的示意圖．
②人的小腿可看作是一根杠桿，支點在膝關節(jié)，在圖1中標出支點并畫出繩對腿的拉力的力臂．
（2）圓柱體上升運動過程可用

b

（填“a”、“b”、“c”）段表示，圖2中c段說明哥哥在

靜止

（填“靜止”或“運動”）．
（3）此牽引裝置使用的滑輪是一個

定

滑輪，使用它的優(yōu)點是

可以改變用力方向

．
（4）計算：①將圓柱體平放在地面上，圓柱體對地面的壓強是多大？
②此裝置的機械效率是多大？
（5）哥哥在提升圓柱體的過程中做額外功可能是因為

定滑輪與繩子摩擦

造成的．現(xiàn)在給你一個彈簧測力計、一瓶機油，請你設計一個簡單實驗方案，來驗證你的觀點．

用機油點滑輪潤滑，再用彈簧秤測拉力F，再測幾個進行比較

．

Answer 1

分析：（1）①對圓柱體受力分析可知受到豎直向上繩子的拉力和豎直向下本身的重力，據此作出圓柱體所受力的示意圖；
②先在膝關節(jié)出標出支點O，過支點做到水平方向拉力作用線的距離，即為拉力的力臂．
（2）由3s將圓柱體勻速舉高0.3m結合圖象可知b段可表示圓柱體上升運動過程，由c段可知時間在變長但距離不變，故此段說明哥哥在靜止．
（3）根據滑輪是否隨物體一塊移動判斷類型，再根據類型說明使用它的優(yōu)點．
（4）①圓柱體對地面的壓力和自身的重力相等，根據G=mg求出其大小，再根據壓強公式求出平放在地面上時對地面的壓強；
②根據W=Gh求出有用功，根據W=FS求出總功，利用η=

W有用

W總

×100%求出此裝置的機械效率．
（5）由實驗裝置可知提升圓柱體的過程中做額外功可能是因定滑輪與繩子摩擦造成的；控制其它量不變，改變摩擦力的大小再測幾個進行比較即可驗證觀點的正誤．

解答：解：（1）①在圓柱體上畫出豎直向上繩子的拉力和豎直向下本身的重力；
②標出支點O，過支點做到水平方向拉力作用線的距離，如下圖所示：

（2）哥哥3s內將圓柱體勻速舉高0.3m結合圖象可知b可表示圓柱體上升運動過程；由圖象c段可知哥哥在靜止．
（3）由圖可知，滑輪不隨圓柱體一塊運動，故為定滑輪；定滑輪的使用優(yōu)點是：可以改變用力方向．
（4）①圓柱體對地面的壓強：
p=

F

S

=

G

S

=

mg

S

=

3kg×10N/kg

1×10-2m2

=3×10³Pa．
②此裝置的機械效率：
η=

W有用

W總

=

Gh

Fs

=

G

F

=

3kg×10N/kg

40N

=75%．
（5）根據實驗裝置可知，提升圓柱體的過程中做額外功可能是繩子與定滑輪之間的摩擦造成的；
實驗方案：根據控制變量法可知，在其它不變的情況下可以通過用機油點滑輪潤滑減小摩擦力，再用彈簧秤測拉力F，再測幾個進行比較．
故答案為：
（1）如上圖所示；（2）b，靜止；（3）定，改變用力方向；
（4）①圓柱體對地面的壓強3×10³Pa；②此裝置的機械效率為75%；
（5）定滑輪與繩子摩擦；用機油點滑輪潤滑，再用彈簧秤測拉力F，再測幾個進行比較．

點評：本題考查了受力分析、力臂的畫法、圖象分析、滑輪的判斷和優(yōu)點、壓強的計算、功和效率的計算等涉及的知識點較多，綜合性較強，給解題帶來了較大的難度．