Question

王明和哥哥一起制作了一個(gè)牽引裝置用來(lái)鍛煉身體，如圖1所示．圓柱體的質(zhì)量為3kg，底面積為1dm²，王明測(cè)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(huà)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(diǎn)在膝關(guān)節(jié)，在圖1中標(biāo)出支點(diǎn)并畫(huà)出繩對(duì)腿的拉力的力臂．
（2）圓柱體上升運(yùn)動(dòng)過(guò)程可用

b

（填“a”、“b”、“c”）段表示，圖2中c段說(shuō)明哥哥在

靜止

（填“靜止”或“運(yùn)動(dòng)”）．
（3）此牽引裝置使用的滑輪是一個(gè)

定

滑輪，使用它的優(yōu)點(diǎn)是

可以改變用力方向

．
（4）計(jì)算：①將圓柱體平放在地面上，圓柱體對(duì)地面的壓強(qiáng)是多大？
②此裝置的機(jī)械效率是多大？
（5）哥哥在提升圓柱體的過(guò)程中做額外功可能是因?yàn)?!--BA-->

定滑輪與繩子摩擦

造成的．現(xiàn)在給你一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)、一瓶機(jī)油，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案，來(lái)驗(yàn)證你的觀點(diǎn)．

用機(jī)油點(diǎn)滑輪潤(rùn)滑，再用彈簧秤測(cè)拉力F，再測(cè)幾個(gè)進(jìn)行比較

．

Answer 1

分析：（1）①對(duì)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(jù)此作出圓柱體所受力的示意圖；
②先在膝關(guān)節(jié)出標(biāo)出支點(diǎn)O，過(guò)支點(diǎn)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(jié)合圖象可知b段可表示圓柱體上升運(yùn)動(dòng)過(guò)程，由c段可知時(shí)間在變長(zhǎng)但距離不變，故此段說(shuō)明哥哥在靜止．
（3）根據(jù)滑輪是否隨物體一塊移動(dòng)判斷類(lèi)型，再根據(jù)類(lèi)型說(shuō)明使用它的優(yōu)點(diǎn)．
（4）①圓柱體對(duì)地面的壓力和自身的重力相等，根據(jù)G=mg求出其大小，再根據(jù)壓強(qiáng)公式求出平放在地面上時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)；
②根據(jù)W=Gh求出有用功，根據(jù)W=FS求出總功，利用η=

W有用

W總

×100%求出此裝置的機(jī)械效率．
（5）由實(shí)驗(yàn)裝置可知提升圓柱體的過(guò)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(cè)幾個(gè)進(jìn)行比較即可驗(yàn)證觀點(diǎn)的正誤．

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

（2）哥哥3s內(nèi)將圓柱體勻速舉高0.3m結(jié)合圖象可知b可表示圓柱體上升運(yùn)動(dòng)過(guò)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(yùn)動(dòng)，故為定滑輪；定滑輪的使用優(yōu)點(diǎn)是：可以改變用力方向．
（4）①圓柱體對(duì)地面的壓強(qiáng)：
p=

F

S

=

G

S

=

mg

S

=

3kg×10N/kg

1×10-2m2

=3×10³Pa．
②此裝置的機(jī)械效率：
η=

W有用

W總

=

Gh

Fs

=

G

F

=

3kg×10N/kg

40N

=75%．
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置可知，提升圓柱體的過(guò)程中做額外功可能是繩子與定滑輪之間的摩擦造成的；
實(shí)驗(yàn)方案：根據(jù)控制變量法可知，在其它不變的情況下可以通過(guò)用機(jī)油點(diǎn)滑輪潤(rùn)滑減小摩擦力，再用彈簧秤測(cè)拉力F，再測(cè)幾個(gè)進(jìn)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(duì)地面的壓強(qiáng)3×10³Pa；②此裝置的機(jī)械效率為75%；
（5）定滑輪與繩子摩擦；用機(jī)油點(diǎn)滑輪潤(rùn)滑，再用彈簧秤測(cè)拉力F，再測(cè)幾個(gè)進(jìn)行比較．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了受力分析、力臂的畫(huà)法、圖象分析、滑輪的判斷和優(yōu)點(diǎn)、壓強(qiáng)的計(jì)算、功和效率的計(jì)算等涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，給解題帶來(lái)了較大的難度．