《2025年南方新课堂金牌学案九年级物理上册人教版》

典例 2:
小李去火车博物馆参观,了解到蒸汽火车工作的原理,回家后设计了一个利用蒸汽机提升重物的装置,其工作原理如图所示.工作过程为:打开阀门 A、关闭阀门 B,高压蒸汽进入气缸,推动活塞上行;当活塞到达气缸顶部时,关闭阀门 A、打开阀门 B,蒸汽进入冷凝器,气缸内压强减小,活塞下降,循环往复.活塞与杠杆之间用一根硬杆相连,杠杆的另一端与滑轮组的绳子末端相连.已知重物的质量为 20 kg,杠杆左端的力臂为 2L,右端的力臂为 L,活塞的面积为$ 10 cm^2,$活塞上行一次重物上升的高度为 0.25 m,动滑轮的质量为 5 kg,气缸的能量损失和活塞的质量不计,g = 10 N/kg.

(1)活塞上行过程与汽油机的_________冲程相似;高压蒸汽进入气缸后推动活塞上行过程中,气缸内高压蒸汽的内能_________.(均填“增大”或“减小”)
(2)需要将重物提起,气缸需要产生的最小压强为多大?
(3)关于小李设计的蒸汽机提升重物的装置,下列说法正确的是_________(填字母).
A. 需要一次将物体提升得更高,可以将 O 点水平向左移
B. 气缸产生最小压强时,O 点水平向右移,不能将重物提升起来
C. 在气缸产生的最小压强下,滑轮组提升重物的效率为 80%
D. 活塞上行一次,蒸汽机对物体做的有用功为 50 J

(1)做功 减小
(2)解:对动滑轮和重物整体受力分析,有2F=G物+G动=(m物+m动)g=(20 kg+5 kg)×10 N/kg=250 N,
则杠杆对绳子向下的拉力为F= $\frac{1}{2}$×250 N=125 N,
由F1L1=F2L2得,125 N×L=F2×2L,
解得F2=62.5 N,
气缸需要产生的最小压强为p= $\frac{F}{S}$= $\frac{62.5\ N}{10×10^{-4}\ m^2}$=6.25×10⁴ Pa.
(3)(ACD)

答案：
(1)做功 减小
(2)解:对动滑轮和重物整体受力分析,有2F=G物+G动=(m物+m动)g=(20 kg+5 kg)×10 N/kg=250 N,
则杠杆对绳子向下的拉力为F= $\frac{1}{2}$×250 N=125 N,
由F1L1=F2L2得,125 N×L=F2×2L,
解得F2=62.5 N,
气缸需要产生的最小压强为p= $\frac{F}{S}$= $\frac{62.5\ N}{10×10^{-4}\ m^2}$=6.25×10⁴ Pa.
(3)ACD