《2025年综合应用创新题典中点九年级物理上册苏科版》

5. [2024·宿迁洋河新区期中]如图是学生设计的一种垃圾投放装置的示意图,人向下拉吊把就能打开垃圾桶桶盖,非常方便、卫生。下列说法正确的是(C)

A.该装置中左边滑轮是定滑轮,右边滑轮是动滑轮
B.该装置中的两个滑轮都属于动滑轮
C.使用该装置中的滑轮可以改变力的方向
D.使用该装置中的滑轮可以省力

答案： C

6. [2024·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$O_{1}$、$O_{2}$,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,$O_{1}A$长为0.6m,$O_{1}O_{2}$长为1m,$O_{2}B$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60kg；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60kg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1200J,人做功的功率为120W。

答案：
(1)60;60
(2)1200;120 [点拨]
(1)桶中未装水，为保证硬棒不会翻转，支点为$O_{1}$，根据杠杆平衡条件可得，$G_{石}×O_{1}A=(G_{桶}+G_{轮轴})×(O_{1}O_{2}+O_{2}B)$，即$m_{石}×0.6m=(10kg + 10kg)×(1m + 0.8m)$，解得$m_{石}=60kg$。若A点系上质量为40kg的石块，提水时为保证硬棒不翻转，支点为$O_{2}$，根据杠杆平衡条件可得，$G_{石}'×(O_{1}O_{2}+O_{1}A)=(G_{桶}+G_{轮轴}+G_{水})×O_{2}B$，代入数据得$40kg×g×(0.6m + 1m)=(10kg×g + 10kg×g + m_{水}g)×0.8m$，解得$m_{水}=60kg$，即桶中最多装60kg的水。
(2)桶对水做的功$W_{有用}=Gh=mgh=40kg×10N/kg×3m=1200J$，总功$W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{1200J}{50\%}=2400J$，人做功的功率$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{2400J}{20s}=120W$。

7. [2024·泰州姜堰区模拟]研学实践活动时,小明在农家乐看到一种农具(如图甲),他查阅资料后知道,这种农具叫“春”,是农民捣谷用的,其工作原理图如图乙,AOB为碓杆,O为支点,A处连接着碓头,脚踏碓杆的B处可使碓头升高,抬起脚,碓头会落下去击打稻谷。若碓头的重力为40N,每踩一次B处,碓头上升的高度为60cm,AO长1.6m,OB长0.4m。
(1)不计碓杆的重力和摩擦,脚至少用多大的力才可以将碓头抬起?
(2)每踩一次B处对碓头做的功是多少?
(3)若1min内将B踩下30次,“春”的机械效率为60%,则人做功的功率是多大?

答案： [解]
(1)不计碓杆的重力和摩擦，当脚用力方向垂直于OB向下时，动力臂最长，根据杠杆的平衡条件知，动力最小。由杠杆平衡条件可得：$F_{1}×OB=G×l_{G}$，即$F_{1}×0.4m=40N×1.6m$，解得：$F_{1}=160N$。
(2)每踩一次B处，对碓头做的功$W=Gh=40N×0.6m=24J$。
(3)“舂”的机械效率为60%，每踩一次B处人做的总功$W_{人}=\frac{W}{\eta}=\frac{24J}{60\%}=40J$，若1min将B踩下30次，则人做功的功率$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{30×40J}{60s}=20W$。