16. 用滑轮组提升重1 000 N的物体A,如果每个滑轮重50 N,绳子能承受的最大拉力为500 N。请在图中画出绕绳方法。
（第16题图）
（第17题图）
（第18题图）
答案：解：
不计绳重及摩擦，承担总重的绳子段数满足：
$n ≥ \frac{G_A + G_{动}}{F_{\mathrm{max}}} = \frac{1000\,\mathrm{N} + 50\,\mathrm{N}}{500\,\mathrm{N}} = 2.1$
取整数得$n=3$，即需要3段绳子承担动滑轮和物体的总重。
绕绳方法：将绳子的一端固定在动滑轮的上挂钩处，向上绕过顶部的定滑轮，再向下绕过动滑轮，绳子自由端竖直向上，完成绕线。
（绕线后动滑轮上共3段承重绳，拉力为350N，小于绳子最大承受拉力500N，符合要求。）
解析：
【分析】首先需确定滑轮组承担总重的绳子段数，根据总重和绳子最大拉力计算所需段数，再依据“奇动偶定”的绕绳原则确定绕绳方式，最终完成绕绳设计。
【解析】1. 计算承担总重的绳子段数：不计绳重及摩擦，根据滑轮组拉力公式，所需绳子段数$n$满足$n ≥ \frac{G_{物}+G_{动}}{F_{max}}$，代入数据得$n ≥ \frac{1000\,\mathrm{N}+50\,\mathrm{N}}{500\,\mathrm{N}}=2.1$，由于$n$必须为整数，故取$n=3$。
2. 确定绕绳方法：根据“奇动偶定”原则，$n$为奇数时，绳子固定端应固定在动滑轮的上挂钩处，向上绕过顶部的定滑轮，再向下绕过动滑轮，此时动滑轮上有3段绳子承担总重，拉力$F=\frac{1000\,\mathrm{N}+50\,\mathrm{N}}{3}=350\,\mathrm{N} ＜ 500\,\mathrm{N}$，符合绳子承受要求。
【答案】绕绳方法：将绳子一端固定在动滑轮的上挂钩处，向上绕过顶部的定滑轮，再向下绕过动滑轮，绳子自由端竖直向上。
【知识点】滑轮组绕绳、滑轮组拉力计算
【点评】本题考查滑轮组的基础应用，核心是掌握绳子段数的计算方法和“奇动偶定”的绕绳规则，属于滑轮组设计的常规题型。
【难度系数】0.6
17. 如图所示，O为轻质杠杆AC的支点，在B处挂有一个小球，已知$AO=OB=BC$。试画出使杠杆在水平位置平衡的最小动力$F_1$及其力臂$l_1$。
答案：解：根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，当阻力和阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小。
由$AO=OB=BC$可知，支点O到杠杆端点C的距离$OC=OB+BC$，是杠杆上到O点距离最大的线段，即OC为最长动力臂$l_1$：
1. 用实线连接O、C两点，标注该线段为$l_1$；
2. 过C点作垂直于水平杠杆向上的带向线段，该力方向竖直向上，可阻碍B端重物使杠杆绕O逆时针转动的效果，即为最小动力$F_1$，标注该力为$F_1$。
解析：
【分析】
要画出使杠杆平衡的最小动力，需依据杠杆平衡条件：当阻力和阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小。因此需先确定杠杆上最长的动力臂，即支点O到力的作用点的最大距离。已知AO=OB=BC，计算得OC=OB+BC=2OB，OA=OB，故OC是杠杆上离支点O最远的线段，为最长动力臂。力的方向需垂直于动力臂，结合杠杆转动方向，B处重物使杠杆绕O逆时针转动，因此C处动力需竖直向上，产生顺时针力矩平衡杠杆。
【解析】
根据杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$，步骤如下：
1. 确定最长动力臂：由$AO=OB=BC$，得$OC=OB+BC=2OB$，$OA=OB$，因此OC为支点O到杠杆端点C的最大距离，即最长动力臂$l_1$，用实线连接O、C两点，标注为$l_1$；
2. 确定最小动力方向：B处重物使杠杆绕O逆时针转动，为使杠杆平衡，C处动力需产生顺时针力矩，且力的方向垂直于动力臂OC（OC为水平线段，垂直方向为竖直方向），因此过C点作竖直向上的带箭头线段，标注为$F_1$，即为最小动力。
【答案】
连接OC作为动力臂$l_1$，在C点作竖直向上的力$F_1$，符合要求即可。
【知识点】
杠杆平衡条件；最小动力的确定
【点评】
本题考查杠杆平衡条件的应用，核心是掌握“阻力和阻力臂一定时，最长动力臂对应最小动力”的规律，需准确找到最长力臂并确定力的方向，属于杠杆基础应用的典型题。
【难度系数】
0.5
18. 在“探究杠杆的平衡条件”实验中，所用的实验器材有杠杆、支架、刻度尺、细线、质量相等的钩码若干。
（1）将杠杆安装在支架上，发现杠杆右端下沉，应将杠杆右侧的平衡螺母向
左
调，或将杠杆左侧的平衡螺母向
左
调，直到杠杆在水平位置平衡。
（2）某同学进行正确的实验操作后，得到的数据为$F_1=6\ \mathrm{N}$、$l_1=20\ \mathrm{cm}$、$F_2=4\ \mathrm{N}$和$l_2=30\ \mathrm{cm}$。该同学根据这些数据能否得出探究结论？答：
不能
，理由是
实验次数太少,结论不具有普遍性
。
（3）使杠杆在倾斜一定角度的位置做实验，也能得出杠杆平衡条件。这种实验方案与杠杆在水平位置做实验的方案相比较，你认为哪种实验方案好？请说明理由：
水平位置好,因为杠杆在水平位置时,可以直接从杠杆上读取力臂大小
。
（4）如图所示，杠杆在水平位置平衡。若在两侧钩码下再各挂一个相同的钩码，则杠杆
右
端将下沉。
答案：18. （1）左 左
（2）不能 实验次数太少,结论不具有普遍性
（3）水平位置好,因为杠杆在水平位置时,可以直接从杠杆上读取力臂大小
（4）右
解析：
【分析】
本题围绕“探究杠杆的平衡条件”实验设置四个问题，需结合杠杆调平规则、实验结论的普遍性、力臂的读取方法及杠杆平衡条件逐一分析：
1. 杠杆调平：杠杆右端下沉时，说明右侧偏重，平衡螺母应向杠杆上翘的左侧调节；
2. 实验结论：仅一组实验数据无法得出普遍结论，因次数太少具有偶然性；
3. 实验方案：水平位置平衡时力臂与杠杆重合，可直接读取力臂，比倾斜位置更方便；
4. 杠杆平衡应用：设每个钩码重为G，每格长为L，先计算原平衡状态，再各加一个钩码后，比较两侧“力×力臂”的大小，乘积大的一端下沉。
【解析】
（1）杠杆调平时，若右端下沉，说明杠杆右侧较重，应将平衡螺母向左侧调节（无论左、右侧平衡螺母，均向杠杆上翘的一侧调，即左侧），使杠杆在水平位置平衡；
（2）仅根据一组实验数据不能得出探究结论，因为实验次数太少，得出的结论具有偶然性，不具备普遍性；
（3）水平位置的实验方案更好，理由是：杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂等于支点到力的作用点的距离，可直接从杠杆的刻度上读取力臂大小，便于测量力臂；
（4）设每个钩码重力为G，杠杆每格长度为L。初始平衡时：左侧力×力臂=3G×4L=12GL，右侧力×力臂=2G×6L=12GL，平衡。各挂一个相同钩码后，左侧力×力臂=4G×4L=16GL，右侧力×力臂=3G×6L=18GL，因18GL＞16GL，故杠杆右端下沉。
【答案】
（1）左；左
（2）不能；实验次数太少，结论不具有普遍性
（3）水平位置好，因为杠杆在水平位置时，可以直接从杠杆上读取力臂大小
（4）右
【知识点】
杠杆的平衡条件；杠杆的调平；力臂
【点评】
本题考查探究杠杆平衡条件实验的基础知识点，涵盖实验操作、结论合理性、方案选择及平衡条件应用，属于基础实验题，需掌握实验核心要点。
【难度系数】
0.7
19. 在做测滑轮组机械效率的实验中,小强和同学们组装了如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重都相同,不计摩擦和绳重)。
(1) 对于甲滑轮组,如果没有刻度尺,只要测出钩码重G,然后竖直向上匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,从弹簧测力计上读出拉力F,即可算出该滑轮组的机械效率η=
$\frac{G}{5F}×100\%$
。
(2) 比较甲、乙两滑轮组的机械效率,可知η甲
$＜$
(选填“＞”“＜”或“=”)η乙。
(3) 实验后小强猜想,对于同一个滑轮组(如乙滑轮组),它的机械效率也可能不是固定的,于是他用实验进行了探究,并证明自己的猜想是正确的。你认为应采用的正确方法是什么?答:
用相同的滑轮组提起不同数量的钩码,分别测出相应的机械效率,然后进行比较,得出结论
。
答案：19. (1) $\frac{G}{5F}×100\%$
(2) $＜$
(3) 用相同的滑轮组提起不同数量的钩码,分别测出相应的机械效率,然后进行比较,得出结论
解析：
【分析】
解决本题需掌握滑轮组机械效率的计算方法，明确承担物重的绳子段数的判断，理解影响滑轮组机械效率的因素，以及探究同一滑轮组机械效率变化的实验方法。首先，对于滑轮组机械效率，利用公式η=W有用/W总，结合s=nh推导；比较甲乙滑轮组机械效率时，需考虑动滑轮重力对额外功的影响；探究同一滑轮组机械效率的变化，需控制滑轮组相同，改变物重进行实验。
【解析】
(1) 观察甲滑轮组，数出承担物重的绳子段数n=5。不计摩擦和绳重，机械效率η=W有/W总=Gh/(Fs)，又因为绳子自由端移动距离s=nh，代入公式得η=Gh/(F×nh)=G/(nF)×100%，将n=5代入，可得η=G/(5F)×100%。
(2) 甲滑轮组的动滑轮数量比乙多，提升相同钩码时，甲克服动滑轮重力做的额外功更多，有用功相同，总功更大，因此机械效率更低，故η甲＜η乙。
(3) 要探究同一滑轮组的机械效率是否固定，需控制滑轮组不变，改变提升的钩码重力，分别测出不同物重下的机械效率，通过比较得出结论，即方法为：用相同的滑轮组提起不同数量的钩码，分别测出相应的机械效率，然后进行比较，得出结论。
【答案】
(1) $\frac{G}{5F}×100\%$；(2) ＜；(3) 用相同的滑轮组提起不同数量的钩码，分别测出相应的机械效率，然后进行比较，得出结论
【知识点】
滑轮组机械效率、影响机械效率的因素、控制变量法
【点评】
本题综合考查滑轮组机械效率的计算、比较及探究实验，需熟练运用机械效率公式，理解额外功的来源，探究实验需遵循控制变量法，属于中等难度的力学实验题。
【难度系数】
0.5
