Question

4．學校新安裝了分類垃圾桶，此類垃圾桶通過安裝在桶壁的突軸可以掛在支架的卡孔上，并能自由轉(zhuǎn)動．某次轉(zhuǎn)移垃圾時小華拔掉了鎖扣，在垃圾箱上端邊緣施加了始終一個垂直于桶壁的力F將垃圾桶由圖甲位置壓到圖乙位置．（g取10m/s²） 
（1）垃圾被稱為放錯了位置的資源．小華在轉(zhuǎn)移的垃圾中發(fā)現(xiàn)，含礦泉水瓶、鋁制易拉罐、果皮、廢舊草稿紙等．其中不屬于可回收物（Reeyclable）的是③（選填序號）
①礦泉水瓶   ②鋁制易拉罐   ③果皮   ④廢舊草稿紙
（2）為了粗略知道圖乙中所用的壓力的大小，小華畫出了圖丙模型，并測得一些數(shù)據(jù)：AB=54cm，AD=36cm，突軸O到BC距離為30cm，如果桶和垃圾的總質(zhì)量為18kg，重力作用點X到BC距離為18厘米且位置不變．那么，圖乙中所用的壓力F=90N． 
（3）在將垃圾桶由圖甲位置壓到圖乙位置的過程中，小華所用壓力的大小將變大（填“變小”、“變大”、“不變”或“無法確定”）． 
（4）由圖甲位置壓到圖乙位置的過程中，小華至少需要對垃圾桶做多少功？

Answer 1

分析 （1）生活中廢棄的鐵鍋、鋁制的易拉罐、銅導線、稿紙等是金屬的單質(zhì)或合金，應(yīng)回收再利用．
（2）找出各力的力臂（力的方向與支點和作用點連線垂直），利用杠桿平衡條件求解．
（3）分別找出在A和桶和垃圾的重力X位置的動力、阻力作用線，找出動力臂和阻力臂，確定動力臂和阻力臂的大小關(guān)系，再利用杠桿平衡條件分析拉力F的大小變化情況．
（4）根據(jù)桶和垃圾的重心升高的高度，利用W=Gh即可求出至少需要對垃圾桶做的功．

解答 解：（1）①礦泉水瓶，②鋁制易拉罐，④廢舊草稿紙，可以回收利用，應(yīng)放入可回收垃圾箱內(nèi)，
③果皮沒有回收的價值，不應(yīng)放入可回收垃圾箱內(nèi)．
（2）由圖可知：突軸O為支點，壓力F的力臂L₁=54cm-30cm=24cm，重力的力臂L₂=OX=30cm-18cm=12cm，
則在C端掛的物體重力的力臂為OC．在A端施一水平30N的力則力臂為OB．
桶和垃圾的重力G=mg=18kg×10N/kg=180N；
根據(jù)杠桿的平衡條件，F(xiàn)L₁=GL₂，
所以，F(xiàn)=$\frac{F{L}_{1}}{{L}_{2}}$=$\frac{180N×24cm}{12cm}$=90N．
（3）在垃圾箱上端邊緣施加了始終一個垂直于桶壁的力F將垃圾桶由圖甲位置壓到圖乙位置，突軸O為支點，動力F的力臂為O到AD的垂直距離保持不變；而桶和垃圾的重力不變，重心X位置偏離O的豎直線，力臂變大，
則根據(jù)杠桿的平衡條件FL₁=GL₂可知，力F變大．
（4）垃圾桶由圖甲位置壓到圖乙位置，桶和垃圾的重心X位置升高的高度為h=OX=12cm=0.12m，
則至少需要對垃圾桶做的功W=Gh=180N×0.12m=21.6J．
故答案為：（1）③；（2）90N；（3）變大；（4）至少需要對垃圾桶做21.6J的功．

點評 本題考查物質(zhì)的組成和分類、杠桿平衡條件和功的計算，明確信息中的垃圾的組成是解答本題的關(guān)鍵，能超出杠桿中各力的力臂是本題的難點．