《2025年5年中考3年模拟物理》

17.[2024江苏无锡]如图是《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O1、O2，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10kg，轮轴质量为10kg，空桶和轮轴对硬棒的作用力视作施加在B位置，O1A长为0.6m，O1O2长为1m，O2B长为0.8m，硬棒及绳索质量忽略不计。（g取10N/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40kg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40kg，人用时20s将桶匀速提升3m，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。

答案：
(1)60 60　
(2)1200　120
　　解析:
(1)以O1为支点,A点所受力的力臂最小,B 点所受力的力臂最大,此时A点所受力最大,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2可得,m石g·O1A=(m桶+m轮)g·O1B,即m石×0.6m=(10kg+10kg)×(1m+0.8m),解得m石=60kg;以O2为支点,B点所受力的力臂最小,A点所受力的力臂最大,此时B点所受力最大,根据杠杆平衡条件,m石′g·O2A=(m桶+m水+m轮)g·O2B,即40kg×(1m+0.6m)=(10kg+m水+10kg)×0.8m,解得m水=60kg。
(2)桶对水做的功W有=Gh=mgh=40kg×10N/kg×3m=1200J,人做的功W总= $\frac{W_{有}}{\eta}$ = $\frac{1200\ J}{50\%}$ = 2400J,人做功的功率P = $\frac{W_{总}}{t}$ = $\frac{2400\ J}{20\ s}$ = 120W。

18.[2024安徽二模]如图是小王设计的轻质悬挂式晾衣杆，OA为晾衣杆，AB为悬线，悬点B可以上下移动，在悬线拉力F1作用下，晾衣杆保持水平平衡。
（1）请在图中画出动力臂和阻力F2的示意图；
（2）已知OA = 1m，OC = 0.4m，若所挂衣服和衣架的总重力为10N，求悬线拉力F1的大小；
（3）当在C点悬挂更重的衣服，晾衣杆仍要保持水平平衡，确保安全的情况下，应该将悬点B向上移动还是向下移动，请你判断并说明理由。
　　　　　　　　　　　　　

答案：

(1)见解析　
(2)8N　
(3)见解析
　解析:
(1)过支点O作力F1的作用线的垂线段,垂线段的长度即动力F1的力臂L1;阻力F2的大小等于衣服和衣架的总重力,方向竖直向下,如图所示。
　　　　　　　　
(2)由题意可知,G=10N,L2=0.4m,L1=sin30°×OA= $\frac{1}{2}$×1m=0.5m,
　由杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可得,
　F1= $\frac{F_{2}L_{2}}{L_{1}}$ = $\frac{GL_{2}}{L_{1}}$ = $\frac{10\ N×0.4\ m}{0.5\ m}$ = 8N。
(3)当在C点悬挂更重的衣服,F2变大,晾衣杆仍要保持水平平衡,确保安全的情况下,由杠杆的平衡条件可知,可增加动力臂的长度,即把悬点B向上移动。