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B
A
C
肘关节
费力
乙
1500 N
D
【分析】
要判断该机械臂属于哪类杠杆，首先回忆杠杆分类的判断逻辑：先找到杠杆的支点，再分别确定动力臂、阻力臂的长度，比较二者的大小关系即可对应杠杆类型。这道题里的机械臂仿照人的手臂设计，我们可以类比人体手臂的受力特点：动力的作用点距离支点（关节转轴）非常近，而需要操控的物体在机械臂的最远端，阻力作用点距离支点很远，很容易得出动力臂小于阻力臂的结论，进而对应到费力杠杆的类别。
【解析】
判断杠杆类型的核心是比较动力臂$L_1$和阻力臂$L_2$的大小关系：
1. 该空间站机械臂的支点为臂部各关节的转动轴，驱动机械臂运动的动力作用在靠近支点的位置，因此动力臂$L_1$很短；
2. 机械臂需要操作的载荷位于臂的末端，阻力的作用点距离支点的距离远大于动力作用点到支点的距离，即阻力臂$L_2 \gg L_1$；
3. 当动力臂小于阻力臂时，杠杆属于费力杠杆，这类杠杆的特点是费力但可以省距离，能够让机械臂末端获得很大的活动范围，满足舱外作业的需求，因此该机械臂属于费力杠杆。
综上，选项B正确。
【答案】
B
【知识点】
杠杆分类；费力杠杆特点
【点评】
本题结合我国天宫空间站的真实航天应用情境命题，打破学生“所有机械都要省力”的思维误区，引导学生理解杠杆的设计是根据实际需求选择的，费力杠杆可以实现更大的末端位移，在精细操作、大行程需求的场景有广泛应用，落实了物理核心素养中物理观念的考察。
【难度系数】
0.7
【分析】
这是一道杠杆省力判断的应用题，解题核心思路依托杠杆平衡规律推导：根据杠杆平衡公式$F_1L_1=F_2L_2$，当阻力大小相近时，动力臂越长、阻力臂越短，所需的动力就越小，杠杆就越省力。首先先明确四个图的共同支点都是硬棒右端的O点，第一步先对比阻力臂：A、B选项中作为阻力来源的花生距离支点O更近，阻力臂远小于C、D选项里花生在最左端的阻力臂，先排除C、D；第二步再对比A、B的动力臂：A选项手的动力作用点距离支点O的距离更长，动力臂比B的动力臂更大，因此A满足动力臂最大、阻力臂最小的条件，是最省力的设计。
【解析】
根据杠杆平衡条件：$F_1L_1=F_2L_2$，变形可得动力表达式$F_1=\frac{F_2L_2}{L_1}$，在压碎花生所需的阻力$F_2$基本一致的前提下，动力臂$L_1$越大、阻力臂$L_2$越小，需要施加的动力$F_1$就越小，杠杆越省力：
1. 四个选项的杠杆支点均为硬棒右端的O点：C、D选项中花生位于硬棒最左端，阻力臂远大于A、B的阻力臂，所需动力更大，不符合最省力的要求；
2. 对比A、B选项：二者花生位置完全相同，阻力臂长度相等，A选项中手的动力作用点距离支点O更远，动力臂比B的动力臂更长，因此A所需的动力最小，是最省力的装置。
【答案】A
【知识点】杠杆平衡条件，杠杆省力判断
【点评】本题结合生活自制工具的场景考查杠杆省力的判断，解题关键是准确识别支点、动力作用点、阻力作用点，对比动力臂和阻力臂的相对长度即可得出结论，易错点是忽略阻力臂的长度对比，误选动力臂较长但阻力臂也很长的选项。
【难度系数】0.7
【分析】
我们可以按照杠杆相关知识点的逻辑逐步推导：首先明确园艺剪作为杠杆的五要素，先确定支点是剪刀中间的转轴，手施加在手柄上的力是动力，阻碍剪刀转动的力是枝条对剪刀的反作用力。接下来逐个比对选项：首先判断A选项，阻力是杠杆自身受到的力，剪刀对枝条的压力受力物体是枝条，显然不是杠杆受到的阻力；再判断B选项，对比动力臂和阻力臂的长度，动力臂更长，属于省力杠杆；最后分析C、D选项，将枝条向转轴靠近时，支点到阻力作用点的距离变小，也就是阻力臂变小，结合杠杆平衡条件就能得出此时动力更小，是省力操作，由此选出正确答案。
【解析】
我们结合杠杆的相关知识逐一分析选项：
1. 针对选项A：阻力的定义是作用在杠杆上、阻碍杠杆转动的力，园艺剪对枝条的压力的受力物体是枝条，并非杠杆（园艺剪）受到的力，因此该力不属于杠杆的阻力，A错误。
2. 针对选项B：图示状态下，园艺剪的动力臂（支点到动力作用线的距离）大于阻力臂（支点到阻力作用线的距离），属于省力杠杆，并非费力杠杆，B错误。
3. 针对选项C、D：将枝条往园艺剪的轴（支点）处靠近，会使阻力臂的长度减小，根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，当动力臂$L_1$、剪断枝条所需的阻力$F_2$保持不变时，阻力臂$L_2$越小，所需的动力$F_1$就越小，该操作是为了省力，并非增大阻力臂，因此C正确，D错误。
【答案】
C
【知识点】
杠杆五要素，杠杆平衡条件，省力杠杆判定
【点评】
本题结合生活中园艺修剪的真实场景考查杠杆的核心知识点，易错点在于容易混淆相互作用力的施力受力物体，误将剪刀对枝条的力当成杠杆的阻力，同时部分同学会错误判断枝条靠近支点时阻力臂的变化，解题时只要先找准杠杆的支点、动力、阻力，再结合杠杆平衡条件推导就能轻松得到正确结论。
【难度系数】
0.7
【分析】
这道题是结合人体结构的杠杆相关问题，解题思路如下：
1. 第一问画阻力臂：首先回忆力臂的定义，力臂是支点到力的作用线的垂直距离，第一步先定位题目给出的支点O，再确定阻力F₂的作用线，最后从支点向阻力作用线作垂线，标注出垂线段就是阻力臂l₂。
2. 第二问判断支点和杠杆类型：首先结合人体前臂的结构，前臂绕肘关节转动，对应图中的支点O；再对比动力臂和阻力臂的长度，肱二头肌拉力的动力臂远小于哑铃压力的阻力臂，根据杠杆平衡条件就能判断杠杆属于费力杠杆。
【解析】
(1) 阻力臂的作图步骤：
① 找到图中标注的支点O；
② 沿竖直向下的方向延长阻力F₂的作用线；
③ 从支点O向F₂的作用线作垂直的线段，该垂线段就是阻力臂l₂，标注l₂即可。
(2) 人抬前臂举哑铃时，前臂是绕肘关节转动的，因此支点是肘关节；该杠杆的动力臂小于阻力臂，动力大于阻力，属于费力杠杆，这类杠杆的特点是可以省距离，肱二头肌只需收缩很小的距离，就能让手部抬起较大的行程。
【答案】
(1)
(2) 肘关节；费力
【知识点】
力臂作图，杠杆分类
【点评】
本题属于物理与生物跨学科融合的新趋势题型，将杠杆知识和人体运动结构结合，贴近生活实际。易错点是容易凭直觉误以为举重物的手臂是省力杠杆，解题时要牢记判断杠杆类型的核心是对比动力臂和阻力臂的大小关系，费力杠杆虽然费力，但可以获得更大的动作行程，符合人体运动的实际需求。
【难度系数】
0.7
【分析】
这道题是结合人体结构的杠杆相关问题，解题思路如下：
1. 第一问画阻力臂：首先回忆力臂的定义，力臂是支点到力的作用线的垂直距离，第一步先定位题目给出的支点O，再确定阻力F₂的作用线，最后从支点向阻力作用线作垂线，标注出垂线段就是阻力臂l₂。
2. 第二问判断支点和杠杆类型：首先结合人体前臂的结构，前臂绕肘关节转动，对应图中的支点O；再对比动力臂和阻力臂的长度，肱二头肌拉力的动力臂远小于哑铃压力的阻力臂，根据杠杆平衡条件就能判断杠杆属于费力杠杆。
【解析】
(1) 阻力臂的作图步骤：
① 找到图中标注的支点O；
② 沿竖直向下的方向延长阻力F₂的作用线；
③ 从支点O向F₂的作用线作垂直的线段，该垂线段就是阻力臂l₂，标注l₂即可。
(2) 人抬前臂举哑铃时，前臂是绕肘关节转动的，因此支点是肘关节；该杠杆的动力臂小于阻力臂，动力大于阻力，属于费力杠杆，这类杠杆的特点是可以省距离，肱二头肌只需收缩很小的距离，就能让手部抬起较大的行程。
【答案】
(1)
(2) 肘关节；费力
【知识点】
力臂作图，杠杆分类
【点评】
本题属于物理与生物跨学科融合的新趋势题型，将杠杆知识和人体运动结构结合，贴近生活实际。易错点是容易凭直觉误以为举重物的手臂是省力杠杆，解题时要牢记判断杠杆类型的核心是对比动力臂和阻力臂的大小关系，费力杠杆虽然费力，但可以获得更大的动作行程，符合人体运动的实际需求。
【难度系数】
0.7
【分析】
我们一步步梳理解题思路：第一问判断受力图是否正确，首先明确支点是O，动力F₁是脚踩踏板的作用力，这个力会让杠杆绕O点顺时针转动，而阻力是活塞对杠杆的反作用力，作用是阻碍杠杆的转动，需要让杠杆有逆时针转动的趋势。如果F₂向左，它的作用效果会助力杠杆顺时针转动，不符合阻力的定义，只有F₂向右时，才能阻碍杠杆顺时针转动，因此乙图正确。第二问直接套用杠杆平衡条件，代入已知的动力和力臂比值，就能算出阻力大小。
【解析】
（1）支点为O，动力F₁使杠杆绕O顺时针转动，阻力需要阻碍杠杆的顺时针转动：甲图中F₂方向向左，会推动杠杆进一步顺时针转动，不符合阻力的作用效果；乙图中F₂方向向右，对O点的力矩为逆时针，阻碍杠杆顺时针转动，符合实际受力情况，因此正确的是乙图。
（2）根据杠杆平衡条件：$F_1L_1=F_2L_2$
已知$F_1=300\ \mathrm{N}$，动力臂与阻力臂之比$L_1:L_2=5:1$，代入公式得：
$F_2=F_1·\frac{L_1}{L_2}=300\ \mathrm{N} × \frac{5}{1}=1500\ \mathrm{N}$
【答案】
（1）乙 （2）1500 N
【知识点】
杠杆受力分析，杠杆平衡条件
【点评】
本题结合汽车刹车的实际生活场景考察杠杆相关知识，第一问的易错点是容易误判阻力的方向，解题时牢记阻力是阻碍杠杆转动的力，和动力的转动效果相反即可快速判断；第二问直接套用杠杆平衡公式计算，属于杠杆部分的基础应用题。
【难度系数】
0.7
【分析】
我们可以按照以下思路逐步解题：首先明确该杠杆的支点为转轴O，先回忆力臂的定义：力臂是支点到力的作用线的垂直距离，而非支点到力的作用点的连线长度，据此先判断B、C选项的正误；接下来对比动力臂和阻力臂的大小关系，判断杠杆的省力/费力属性，验证A选项；最后结合杠杆平衡条件“阻力、阻力臂固定时，动力臂越大，动力越小”的规律，判断D选项是否正确。
【解析】
我们逐个对选项进行分析：
1. 分析选项A：该杠杆的动力是F，动力臂是O到F作用线的垂直距离，阻力是闸杆的重力，阻力臂是O到闸杆重力作用线的垂直距离，显然动力臂远小于阻力臂，该装置属于费力杠杆，A错误。
2. 分析选项B：图中力F的方向是斜向下的，并不与OA垂直，因此力F的力臂是支点O到F作用线的垂线长度，小于OA，B错误。
3. 分析选项C：闸杆的重力方向竖直向下，闸杆重力的力臂是支点O到重力作用线的垂直距离，不是OB的长度，C错误。
4. 分析选项D：根据杠杆平衡条件$F_1L_1=F_2L_2$，闸杆重力和对应的阻力臂是固定的，当力F垂直于OA向下时，动力臂恰好等于OA，是该场景下能取到的最大动力臂，此时动力F取得最小值，D正确。
【答案】D
【知识点】
力臂的定义，杠杆平衡条件，杠杆分类
【点评】
本题结合生活中停车场闸杆的真实场景考察杠杆核心知识点，易错点是容易误将支点到作用点的连线直接当作力臂，解题时要牢记力臂的定义，同时掌握“阻力、阻力臂一定时，最大动力臂对应最小动力”的规律。
【难度系数】
0.7
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