簡單機(jī)械-滑輪與機(jī)械效率

3.4簡單機(jī)械——滑輪與機(jī)械效率

i哇f學(xué)習(xí)目錄］

目錄

模塊一知己知彼......................................................................1

模塊二知識掌握......................................................................2

知識點(diǎn)一、滑輪的分類與作用......................................................2

知識點(diǎn)二、使用定滑輪和動滑輪的幾種情況（圖中物體全部勻速運(yùn)動）...................6

知識點(diǎn)三、滑輪組.................................................................9

知識點(diǎn)四、機(jī)械效率..............................................................13

知識點(diǎn)五、斜面的機(jī)械效率.......................................................18

模塊三鞏固提高.....................................................................21

叵知識重點(diǎn)I

模塊一知己知彼

學(xué)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)解讀

解讀1：知道定滑輪和動滑輪的特點(diǎn)，知道滑輪組（限于兩個(gè)

L了解定滑輪、動滑輪和滑輪組的特點(diǎn)和

滑輪的滑輪組的特點(diǎn)能使用滑輪組（限于兩個(gè)滑輪的滑輪

實(shí)質(zhì)，知道杠桿使用過程中能量轉(zhuǎn)化。

組）解決簡單的問題，常見題型為選擇題、填空題、實(shí)驗(yàn)探

2.理解機(jī)械效率，識別有用功、額外功和

究題和解答題,難度稍大。

總功，區(qū)別機(jī)械功率和機(jī)械效率，學(xué)習(xí)

解讀2:會解決滑輪、杠桿等簡單機(jī)械與壓力、摩擦力等力

測量計(jì)算簡單機(jī)械的機(jī)械效率，

學(xué)綜合問題，常見題型為選擇題解答題，難度較大。

模塊二知識掌握

知識點(diǎn)一、滑輪的分類與作用

（一）滑輪的定義

滑輪是一種周邊有槽、可以繞著中心軸轉(zhuǎn)動的輪子

（二）滑輪的分類和作用

使用滑輪工作時(shí)，根據(jù)滑輪軸的位置是否移動，可將滑輪分成定滑輪和動滑輪兩類。

定滑輪動滑輪

定義軸固定不動軸隨物體一起移動

不省力，不省距離，但能夠改變力的省一半力，費(fèi)一倍距離，并且不能改變力

特點(diǎn)

作用方向的作用方向

應(yīng)用旗桿頂部的滑輪起重機(jī)的動滑輪

（三）定滑輪和動滑輪的實(shí)質(zhì)

（1）定滑輪可以看做?個(gè)變形的杠桿，如圖所示，滑輪的軸相當(dāng)于支點(diǎn)，動力臂和阻力臂都等于滑輪

的半徑，根據(jù)杠桿的平衡條件可知:F=G,所以不省力。因此，定滑輪的實(shí)質(zhì)是一個(gè)第暨杠桿。

（2）動滑輪也可以看做一個(gè)變形的杠桿，如圖所示，支點(diǎn)。在滑輪的邊緣上，動力臂為阻力臂的2倍,

故動力F是阻力F的二分之一，即動滑輪能夠省一半力。因此，動滑輪的實(shí)質(zhì)是動力臂為阻力臂2

倍的省力杠桿，使用動滑輪費(fèi)一倍的距離，如物體上升距離為h,則繩子自由端移動的距離s-2h。

【能力拓展】

例：用重為10N的動滑輪勻速提升重為50N的物體，拉力F的f的值

題圖可知：拉力F的方向不是豎直向上的，則力F的力臂將不再是動滑輪的直徑，而是

小于直徑，如圖所示，根據(jù)杠桿的平衡條件FL=（G-GQr,

因?yàn)?<2r,所以*(G+G輪)(50N+10N)=30N,即/30N。

iQ考點(diǎn)剖析!

---------------------IlllllllUIIIIIIIIIUIIIIIIIIIIIIIIIIIIil----------------------

[例題1]（2023?海曙區(qū)校級一模）現(xiàn)有史籍中最早討論滑輪的是《墨經(jīng)》。書中將向上提舉重物的

力稱為“挈”，將自由往下降落稱為“收”，將整個(gè)滑輪稱為“繩制”（圖1）?，F(xiàn)分別用甲、乙兩個(gè)

力替代"收''（圖2）,使重物在相同的時(shí)間內(nèi)勻速上升相同高度。不計(jì)繩重和摩擦，下列說法止

確的是（）

圖1圖2

A.使用這個(gè)滑輪能省力

B.甲拉力大小等于乙拉力大小

C.甲拉力做的功大于乙拉力做的功

D.甲拉力使繩自由端移動的速度小丁?乙拉力使繩自由端移動的速度

【解答】解：A、由圖可知，圖中的滑輪是定滑輪，使用定滑輪只能改變力的方向，不能省力，

故A錯(cuò)誤；

B、定滑輪是等臂杠桿，由于阻力和阻力臂不變，動力臂都等于滑輪的半徑，即甲、乙拉力的力

臂相等，根據(jù)杠桿的平衡條件Bh=F212,可知，甲拉力大小等于乙拉力的大小，故B正確

C、由題意可知，重物上升的距離相同；在使用定滑輪中，繩子移到的距離等于重物上升的距離;

由于甲、乙拉力大小相等，根據(jù)W=Fs可知甲、乙拉力做功的大小相等，故C錯(cuò)誤;

D、由題意可知，重物在相同時(shí)間內(nèi)上升的距離相同，即重物上升的速度相同；在使用定滑輪中,

繩子移動的距離等于重物上升的距離，繩子移動的時(shí)間和重物上升的時(shí)間相同，根據(jù)可知，

甲、乙拉力移動的速度都等于重物上升的速度，故D錯(cuò)誤。

故選：Bo

[例題2]（2021秋?衢江區(qū)期末）如圖為動滑輪，它相當(dāng)于一個(gè)省力杠桿,若用它招總重為1

牛的鉤碼勻速提高2米，不計(jì)輪和繩重以及滑檢與繩子之間的摩擦，則彈簧測力汁示數(shù)為

牛。

【解答】解：動滑輪實(shí)質(zhì)是動力臂等于阻力臂二倍的杠桿，屬于省力杠桿；

使用動滑輪時(shí)，不計(jì)輪和繩重以及滑輪與繩子之間的摩擦，則F=9=9=,

則彈簧測力計(jì)示數(shù)為。

故答案為：省力；。

[例題3]（2022秋?溫州期末〕小明用如圖裝置“測量大氣壓”時(shí)，發(fā)現(xiàn)彈簧秤的量程太小，無法拉開

緊貼在地面上的吸盤，于是他加了一個(gè)輕質(zhì)滑輪，若不計(jì)滑輪自重和摩擦，下列操作最有可能

完成實(shí)驗(yàn)的是（）

9

彈蓄測

力計(jì)一：

吸盤

地面

A.地面

【解答】解：AB、AB圖中兩個(gè)滑輪均為定滑輪，定滑輪不省力，只能改變力的方向，故AB錯(cuò)

誤；

C、滑輪作為動滑輪使用，不計(jì)滑輪自重和摩擦，能省一半的力，故C正確；

D、滑輪作為動滑輪使用，彈簧測力計(jì)作用在滑輪軸上，不計(jì)滑輪自重和摩擦，彈簧測力計(jì)拉力

為繩子拉力的2倍，故D錯(cuò)誤。

故選：Co

［例題41（2023春?婺城區(qū)校級月考）如圖所示，小華用動滑輪提起200N的物體使其勻速上升5m.

若不計(jì)繩重、滑輪重及摩擦，則人對繩子的拉力為100N,實(shí)際測量出拉力為U0N,不計(jì)

繩重及摩擦，則滑輪重為“^1的物體。

【解答】解:

圖中使用動滑輪提升物體，則n=2。

因動滑輪有兩段繩子承擔(dān)物重，不計(jì)繩重、滑輪重及摩擦,

所以繩端的拉力：F=|G=1X200N=100N；

若不計(jì)繩重及摩擦，拉力F=；（G+G動），則動滑輪重力:

G動=2P-G=2xHON-2G0N=20No

故答案為：100；20o

知識點(diǎn)二、使用定滑輪和動滑輪的幾種情況（圖中物體全部勻速運(yùn)

動）

【能力拓展】

使用定滑輪提升物體時(shí)，拉力F無論沿什么方向拉，拉力大小均等于物體的重力;使用動滑輪提升物

體，只有拉力方向豎直向.卜.時(shí)，拉力大小才等于物重的二分之一。（不考慮摩擦、繩重和動滑輪重）

|Q考點(diǎn)剖析］

---------------------IIIIIIIIUIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII----------------------

［例題51（2021秋?舟山期末）物體A在大小為2N的水平拉力F的作用下，以米/秒的速度在水平

面上做勻速直線運(yùn)動，如圖所示。若不計(jì)滑輪、彈簧測力計(jì)和繩的自重及滑輪與繩之間的摩擦,

則下列說法中正確的是（）

A.此滑輪是定滑輪

B.拉力F做功的功率為瓦

C.使用此滑輪可以改變力的方向

D.物體A受到地面的摩擦力是4N

【解答】解：AC、滑輪隨物體一起運(yùn)動，所以滑輪為動滑輪，使用動滑輪可以省力，故AC錯(cuò)誤;

B、有兩端繩子拉著動滑輪，則拉力F的運(yùn)動速度v==:功率為P=：=^=Fv==,故B錯(cuò)

誤；

D、使用動滑輪能省一半的力，所以物體A受到的摩擦力f=2F=2x2N=4N,故D正確。

故選：D。

[例題6](2022春?杭州月考〕如圖所示的三個(gè)滑輪分別拉同一物體沿同一水平地面做勻速直線運(yùn)動,

所用的拉力分別為Fi，”，忤，不計(jì)滑輪重及純與滑輪間摩擦，那么，下列關(guān)系式中正確的是

()

z/////////////"http:///////

A.F1>F2>F3B.FI<F2<F3C.F2>FI>F3D.F2<F|<F3

【解答】解：第一個(gè)圖中滑輪為定滑輪，因?yàn)槎ɑ喯喈?dāng)于一個(gè)等臂杠桿，不能省力，

所以根據(jù)二力平衡，此時(shí)拉力F]=f；

第二個(gè)圖中滑輪為動滑輪，因?yàn)閯踊喛墒∫话氲牧Γ?/p>

所以根據(jù)二力平衡，此時(shí)拉力F2=/f?:

第三個(gè)圖中滑輪為動滑輪，由二力平衡可知此時(shí)的拉力等于兩股繩子向左的拉力，即Fs=2f；

由此可得F2<FI<F3O

故選：D。

[例題7](2022秋?婺城區(qū)校級期中)生活中我們經(jīng)常使用簡單機(jī)械。

(1)如圖甲所示，已知撬棒AD=1米，CD=BC=米，石頭垂直作用在棒上的力是42()牛，若

要撬動石頭，則施加在撬棒A點(diǎn)的力至少是63牛:

(2)如圖乙所示，利用動滑輪拉著一個(gè)40千克的重物，用大小為F2的力向右拉動5秒鐘，物體

勻速運(yùn)動了10米，彈簧測力計(jì)的示數(shù)為6牛；則拉力F2的功率為速瓦:(不計(jì)滑輪重、繩

子與滑輪之間摩擦)

【解答】解：（1）要使施加在撬棒A點(diǎn)的動力最小，應(yīng)使動力惜Li最大。

當(dāng)以D為支點(diǎn)，在A點(diǎn)施加垂直AD向上的動力時(shí)，動力臂Li=AD=lm,即動力臂為最大值,

則動力為最小。

此時(shí)阻力F2=420N,阻力臂L2=CD=,

根據(jù)杠桿平衡條件F[I=F2L2可得，施加在撬棒A點(diǎn)的力：

匚FL420/Vx0.15m/

Fi=^2r2=—而一=63N;

（2）繩子對物體的拉力等于彈簧測力計(jì)的示數(shù)，即F繩=L=6N,

物體M做勻速直線運(yùn)動，受到的水平向右的拉力和水平向左的摩擦力,

由力的平衡條件可得，摩擦力為：f=F繩=F^=6N：

由圖可知，繩子的有效股數(shù)n=2,作用在動滑輪軸上的拉力為：

F=2F境=2x6N=12N,

拉力F端移動的速度為：v=yv物=|x=1m/s,

IA7

拉力的功率為：P=y=Y=Fv=12Nxlm/s=12W；

[例題8]（2023?紹興）賽龍舟自古以來在我國廣為流傳，現(xiàn)已成為亞運(yùn)會比賽項(xiàng)目。如圖是運(yùn)動員

在室內(nèi)進(jìn)行劃槳訓(xùn)練的兩個(gè)場景，圖甲是訓(xùn)練裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，繩子系在“船槳”的A端，運(yùn)

動員坐在位置上用力將“船槳”從位置“1”劃到位置“2”，重物的位置也發(fā)生了相應(yīng)的變化。若重

物的質(zhì)量為20千克，“劃槳”?次拉過繩子的距離為60厘米。（船槳重、繩重與摩擦均不計(jì)）

（1）該裝置中兩個(gè)滑輪的作用是改變力的方向.

（2）“劃槳”一次，人至少做功120焦。

（3）圖乙是某種耐力練習(xí)示意圖，保持“船槳”與繩子垂直并靜止。若OA為60厘米，OB為40

厘米，當(dāng)一只手握在O端，另一只手握在B點(diǎn)并施加垂直”船槳”的力F。求此時(shí)力F的大小。

【解答】解：（1）該裝置中兩個(gè)滑輪是定滑輪，定滑輪可以改變力的方向；

(2)重物的質(zhì)量為20kg,重物的重力為：

G=mg=20kgxl0N/kg=200N；

“劃槳”一次拉過繩子的距離為60cm,則“劃槳”一次人克服重力做的功為：

W=Gh==120J；

(3)若OA為60厘米，OB為40厘米，當(dāng)一只手握在0端，另一只手握在B點(diǎn)并施加垂直“船

槳”的力F,此時(shí)O為支點(diǎn)，OA為阻力博，OB為動力臂，作用在A點(diǎn)的力大小等于物體的重力，

即FA=G=200N,根據(jù)杠桿平衡條件，

FAXOA=FXOB,即200Nx60cm=Fx40cm,

解得：F=300No

故答案為：(1)改變力的方向；(2)120；(3)此時(shí)力F為300N。

知識點(diǎn)三、滑輪組

由定滑輪和動滑輪組成，同時(shí)具備定滑輪和動滑輪的特點(diǎn)，既可以省力,又能改變力的方向(但費(fèi)距

離1。

(1)探究滑輪組的省力情況：

①用彈簧測力計(jì)測出鉤碼和動滑輪的總重。

②按圖甲所示的方式勻速拉動繩子，記錄此時(shí)承擔(dān)重物和動滑輪總重的繩子股數(shù)和彈簧測力計(jì)的

讀數(shù)

③按如圖乙所示方式勻速拉動繩子，記錄此時(shí)承擔(dān)重物和動滑輪總重的繩子股數(shù)和彈簧測力計(jì)的

讀數(shù)F2。

分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，在忽略摩擦、繩重及實(shí)驗(yàn)誤差的條件下，彈簧測力計(jì)的示數(shù)F與鉤碼

的重G以及動滑輪的重G輪的關(guān)系為F=(G+G輪)/2即重物與動滑輪的總重由幾股繩子承擔(dān)，提

起重物所用的力就是總重的幾分之幾八

入=1/3

*=3萬：

s：繩端移動的距惠物體I：升的距離

(2)利用滑輪組提起物體時(shí)，動力F通過的距離s與物體被提高的高度h的關(guān)系是s=nh(n表示承擔(dān)物

重的繩子股數(shù)）。

【能力拓展】

（1）確定滑輪組中承擔(dān)物重繩子的股數(shù)n的方法:

①要分清哪個(gè)（些）是定滑輪，明B個(gè)（些）是動滑輪。

②在動滑輪與定滑輪之間畫一條虛線，將它們隔開來，只計(jì)算繞在動滑輪上的繩子股數(shù)。

（2）組裝滑輪組的方法：

按要求確定動滑輪個(gè)數(shù):n為奇數(shù)時(shí)，從動滑輪開始繞繩;n為偶數(shù)時(shí)，從定滑輪開始繞繩。

考點(diǎn)剖析

[例題9]（2022秋?鹿城區(qū)期末）小明用下列方式勻速提升同一重物，若不計(jì)滑輪和繩子的自重及摩

擦，拉力最大的是（）

【解答】解：不計(jì)滑輪和繩子的自重及摩擦，則

A、此圖是動滑輪，由動滑輪及其工作特點(diǎn)可知，省一半的力，即Fi=1G：

B、此圖是滑輪組，繞在動滑輪上的繩子有2股，則F2=1G：

C、此圖是定滑輪，由定滑輪及其工作特點(diǎn)可知，不省力，即F3=G；

D、此圖是滑輪組，繞在動滑輪上的繩子有3股，則F4=1G,

由以上可知：在滑輪重及摩擦不計(jì)的情況下拉力最大的是C。

故選：Co

[例題10]（2022秋?臺州期末）我國企業(yè)承建的2022年世界杯主場館?盧塞爾體育場，創(chuàng)下全球

最大跨度索網(wǎng)屋面單體建筑等六大世界之最。

（1）索網(wǎng)的主體部分是索鋼，鋼是一種合金（選填“合金”或“有機(jī)合成”）材料，其中加入

了一定量的格和銀，是通過改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來達(dá)到防銹的目的。

（2）在吊索網(wǎng)過程中使用了大量的滑輪裝置。用如圖甲的滑輪組提升重20000牛的物體，拉力F

為7000牛，不計(jì)繩重和摩擦，動滑輪的重力是1000No物體和繩子自由端的運(yùn)動情況如圖

乙所示，則反應(yīng)繩子自由端運(yùn)動的圖線是A（選填或"B”）。

甲

【解答】解：（1）鋼是含碳量在0.04%-2.3%之間的鐵碳合金：其中加入了一定量的格和鍥，是

通過改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而起到防銹作用；

（2）由圖知，承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n=3,

不計(jì)繩重和摩擦，根據(jù)F=《（G+GQ可得，動滑輪重力：

GrJl=nF-G=3x7000N-20000N=1000N：

使用圖甲滑輪組提升重物時(shí)，繩端移動距離s=3h,

由圖象知，時(shí)間相同時(shí)，SA=3SB，所以A是反應(yīng)繩子自由端運(yùn)動的圖線。

故答案為：（1）合金；內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（2）I000N；Ao

［例題（2023?蕭山區(qū)校級二模）如圖所示，滑輪組懸掛在水平鋼架上，某工人站在水平地面上，

豎直向下拉動繩子自由端，5s內(nèi)使物體A勻速上升，提升過程中繩子自由端拉力F的功率為

180W。已知物體A重“0N,該工人重700N。不計(jì)繩重和摩擦，下列關(guān)于該過程的說法正確

的是（）

A.繩子自由端移動的速度為

B.動滑輪重160N

C.該工人對地面的壓力為400N

D.繩子自由端受到豎直向下的拉力為200N

【解答】解：A、由圖知，承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n=2,

由s=nh和v=3可得，繩子自由端移動速度丫=半=2x：5〃t=,故人錯(cuò)誤；

BD、由P=^=^=Fv可得，繩端拉力F=J=W^=3OON,

不計(jì)繩重和摩擦，由F=：（G+G動）可得，動滑輪重力6動=叱-6=2乂3（）01\|-54（城=60。故

BD錯(cuò)誤；

C、因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ模K子對人的拉力F拄與人對繩端拉力F相等，地面對人的支持力F支

與人對地面的壓力F瓜相等，

人站在水平地面上，由平衡力知識知，G人MFKTHF支，則F支=GX-F拉=700N?300N=400N,

所以人對地面的壓力F樂=F支=4（）0N,故C正確。

故選：Co

[例題12]（2022秋?竦州市期末）如圖所示是小明家使用的升降衣架，它是通過一些簡單機(jī)械組合來

方便地晾起衣服。每個(gè)滑輪重I牛，橫梁和衣架總重量為10牛。當(dāng)晾衣架上所掛衣眼重量為

6（）牛時(shí)，小明同學(xué)用力F拉動繩子自由端，在5s時(shí)間內(nèi)使衣服勻速上移了Im,不計(jì)繩重和摩

擦。

（1）該升降衣架的6個(gè)滑輪中，動滑輪有兩個(gè)。

（2）小明所用拉力的大小為多少牛？

（3）拉力的功率大小為多少瓦？

【解答】解:

(1)由圖知，使用升降衣架時(shí)下面的兩個(gè)滑輪會隨所掛衣服一樣運(yùn)動，所以6個(gè)滑輪中有兩個(gè)

動滑輪；

(2)由題知，每個(gè)滑輪重1N,升降衣架中動滑輪重G動=2N,所掛衣服重G=6()N,橫梁和衣

架總重量G*=10N,

由圖知，承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n=4,

不計(jì)繩重和摩擦，拉力的大?。?/p>

F=i(G+G'+G動)=1x(60N+10N+2N)=18N；

(3)由$=1111和W=Fs可得，拉力做的功：

W=Fnh=18Nx4xlm=72J,

拉力的功率:

DW72/

故答案為：(1)兩:

(2)小明所用拉力的大小為18N；

(3)拉力的功率。

知識點(diǎn)四、機(jī)械效率

(一)有用功、額外功、總功的定義

(1)有用功:人們提升重物過程中必須做的功，用w制表示。

(2)額外功:利用機(jī)械時(shí)，人們不得不額外做的功，用W,外表示。

(3)總功:人的拉力(動力)對動滑輪(機(jī)械)所做的功，用W,。表示，W.tt=WnHI+W

(4)有用功、額外功、總功的單位都是焦(J)。

(二)機(jī)械效率

定義公式

有用功提升重物過程中必須要做的功%

額外功利用機(jī)械時(shí)，人們不得不額外做的功%

總功有用功和額外功之和爪a="何+少撇

U7

機(jī)械效率科學(xué)上把有用功跟總功的比值//="xlOO%

（三）提高機(jī)械效率的途徑：

①在所做的有用功不變的情況下，減小額外功，具體方法是改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使機(jī)械更合理，更輕巧，

如減少動滑輪的個(gè)數(shù)，或換用質(zhì)量小的動滑輪，盡量減小摩擦等；

②在所做額外功?定的情況卜.，增大有用功，即在機(jī)械能承受范圍內(nèi)盡可能增加每次提起重物

的重力。

【能力拓展】

對于不同的目的，有用功和額外功會發(fā)生改變，如用水桶從井里提水的過程中，對桶中的水所做的

功為有用功,而對水桶做的功為額外功;但當(dāng)水桶不小心掉入井中，我們想辦法從井中將水桶撈出時(shí)，

對水桶所做的功為有用功，而對殘留在水桶中的水所做的功為額外功。

Q考點(diǎn)剖析］

---------------------IlllllllUllllllllllllllllllllllllllillll----------------------

［例題13|（2022秋?余姚市校級期末）關(guān)于機(jī)械效率，下列說法正確的是（）

A.機(jī)械效率越大，越省力

B.機(jī)械效率越大，做功越多

C.機(jī)械效率越大，功率越大。

D.機(jī)械效率越大，額外功在總功中所占的比例越小

【解答】解：A、機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，其大小與機(jī)械的省力情況沒有關(guān)系，故A

錯(cuò)誤；

B、機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，其大小與機(jī)械做功的多少沒有關(guān)系，故B錯(cuò)誤；

C、機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，功率表示了機(jī)械做功的快慢，二者沒有直接的關(guān)系，故

C錯(cuò)誤：

IV

有用

D、總功等于有用功與額外功的總和，從n=可知，額外功在總功中所占的匕例越小,

IV有用+巾W額外

機(jī)械效率越高，故D正確。

故選：D。

|例題14]（2022秋?余姚市期末）“建設(shè)美麗城市，優(yōu)化市內(nèi)交通”，寧波市計(jì)劃建設(shè)地鐵五號線。地

鐵的建造過程需要大型機(jī)械——盾構(gòu)機(jī)。如圖是地鐵建設(shè)施工挖隧道的盾構(gòu)機(jī)正面，下列關(guān)于

工作中的盾構(gòu)機(jī)說法正確的是（）

A.做的功越多，機(jī)械效率越高

B.做功多的盾構(gòu)機(jī)，功率大

C.延長工作時(shí)間，可提高機(jī)械效率

D.做功越快的盾構(gòu)機(jī)，功率越大

w

【解答】解：A、根據(jù)可知，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)做的總功相同時(shí)，有用功越多，則機(jī)械效率越高,

rr總

選項(xiàng)缺條件，故A錯(cuò)誤；

B、根據(jù)P=與可知，當(dāng)做功時(shí)間相同時(shí)，做功越多，則功率越大，選項(xiàng)缺條件，故B錯(cuò)誤；

C、工作時(shí)間對機(jī)械效率沒有影響，故C錯(cuò)誤；

D、功率是表示物體做功快慢的物理量，故D正確。

故選D。

[例題15]（2023?鹿城區(qū)模擬）如圖甲所示，用一個(gè)動滑輪勻速提升重為600N的物體，在卷揚(yáng)機(jī)拉

力F的作用下，繩子白山端豎直移動的距離隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示。已知?jiǎng)踊喪艿降?/p>

重力為20N,不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦。下列說法正確的是（）

目I卷揚(yáng)機(jī)

甲z

A.以動滑輪為參照物，物體是向上運(yùn)動的

B.物體上升的速度是2()m，s

C.卷揚(yáng)機(jī)拉力F的功率是62W

D.機(jī)械效率為90.67%

【解答】解：A、在圖甲中，物體相對于動滑輪的位置保持不變，以動滑輪為參照物，物體是靜

止的，故A錯(cuò)誤；

B、由圖象可知，提升物體時(shí)，繩子自由端移動的距離s=40cm=,用時(shí)t=2s,速度為：v=*=

40cm-八?

2s=20cin/s=,

則物體上升的速度：v物=*v=*x=,故B錯(cuò)誤；

C、不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦，卷揚(yáng)機(jī)拉力F=4(G曠GG=1x(600N+20N)=310N,

W...p

則卷揚(yáng)機(jī)拉力F的功率：P=J=T=FV==62W,故C正確；

D、因?yàn)椴挥?jì)繩重和摩擦，所以滑輪組的機(jī)械效率.：

wW

有有GhG600/V

W-,==Gk+G-h=G^G-f=600/V+20}V><100%-96.7%,故D錯(cuò)誤。

總有額外動動

故選：Co

|例題16|(2023?拱墅區(qū)二模)如圖為一舉重杠鈴。

(1)小明同學(xué)在一次體育課上舉杠鈴的過程中，他覺得自己右手力量要大于左手的力量，如果

在舉重過程中想讓右手再多承擔(dān)一些壓力，則他的右手應(yīng)該向左端(選填“右端”或“左端”)

移動。

(2)在一次舉重過程中，小明同學(xué)雙手將杠鈴舉過頭頂，在他舉著杠鈴站立時(shí)左右兩手間距離

為1m,左手距離左側(cè)杠鈴，右手距離右側(cè)杠鈴，若此時(shí)小明左手豎直向上舉的力為350N,則小

明同學(xué)所舉杠鈴總質(zhì)量為多少千克？

（3）若小明同學(xué)體重50kg,某次舉起的杠鈴總重只有30kg,在由蹲下到起立的舉重過程中，杠

鈴高度升高了米，而自身重心升高1米，則在該次舉重過程中的機(jī)械效率是多少？

【解答】解：（1）如圖所示，杠桿的支點(diǎn)為O,動力為F,動力臂為OD,阻力為G,阻力臂為

OC,

根據(jù)杠桿平衡條件可知，在動力和動力臂一定的情況下，阻力臂越短，阻力越大，因此，則他的

右手應(yīng)該向左端移動。

（2）如圖，C為杠鈴重心，OD=lm,AD=,OB=,

則AB=2m,AC=CB=lm,

則OC=CB-OB=lm-=,

設(shè)杠鈴的重力為G,根據(jù)杠桿平衡條件可得，F(xiàn)xOD=GxOC,即：350Nxlm=,

解得G=875N,

杠鈴的質(zhì)量=

（3）將杠鈴舉高做的功為有用功：

W向=6杠■=01imgh==540J,

小明同學(xué)克服自身重力所做的功：

W=G小明h=m小明gh=5OkgxiON/kgxlm=5OOJ,

在該次舉重過程中的總功：

W^=Wffl+W=540J+500J=1040J,

在該次舉重過程中的機(jī)械效率：

W.,

n=-j^x10()%=X]()0%=51.9%。

故答案為：（1）左端;

（2）小明同學(xué)所舉杠鈴總質(zhì)量為；

（3）在該次舉重過程中的機(jī)械效率是51.9%。

F

)C0B

知識點(diǎn)五、斜面的機(jī)械效率

(1)斜面是一種簡單機(jī)械，使凡它可以省力，但要費(fèi)距離。

(2)探究影響斜面機(jī)械效率的因素：

①如圖所示，將-塊長木板的一端墊高，構(gòu)成一個(gè)斜面，用刻度尺測出斜面的長s和斜面的高

度ho

②用彈簧測力計(jì)測出小車的重力G。

③用彈簧測力計(jì)沿著斜面把小車從斜面底端勻速拉到頂端，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F。

改變斜面的傾斜程度，重復(fù)上述步驟。實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果見下表：

實(shí)驗(yàn)序號123

斜面傾斜程度較緩較陡最陡

斜面粗糙程度木板表面木板表面木板表面

小車重力G/牛222

斜面高度h/米

斜面拉力F/牛1

斜面長S/米

有用功W楙J焦

總功W曲/焦

機(jī)械效率n67%80%86%

結(jié)論:對于光滑程度相同的斜面，傾斜程度越大，機(jī)械效率越高。

(3)測量斜面的機(jī)械效率.：

①光滑斜面：Fl=Gh%掇=0n=100%

②有摩擦的斜面：n=G/〃刊

③斜面的機(jī)械效率與斜面的光滑程度和傾斜程度有關(guān)。

測量滑輪組的機(jī)械效率：多數(shù)情況卜僅考慮由于動滑輪自重所帶來的額外功，而不考慮繩子的

重力和摩擦。此時(shí)對于用滑輪組提升物體時(shí)有：n=W有用=Gh=G。測量杠桿的機(jī)械效

W總Gh+G動hG+G動

率：n=W??>=

W&%川+必Q外

C考點(diǎn)剖析］

-IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII1IIIIIIIIII1IIII--------------------

［例題17|（2021秋?西湖區(qū)期末）小金用如圖所示裝置和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器探究斜面機(jī)械效率的影響因

素，斜面長為L,高為h,他用沿斜面向上的拉力F把重為G的物體從斜面底端勻速拉到頂端。

下列說法錯(cuò)誤的是（）

A.改變h即可研究斜面傾斜程度對斜面機(jī)械效率的影響

B.該過程中克服斜面摩擦力做的功屬于額外功

C.該斜面的機(jī)械效率為1X1（）（）%

Fs

D.若物體沒有被拉到斜面頂端，則無法測出斜面的機(jī)械效率

【解答】解：A、斜面的機(jī)械效率跟斜面的粗糙程度和斜而的傾斜程度有關(guān)，探究“斜面的傾斜程

度對斜面機(jī)械效率的影響”時(shí)，應(yīng)控制斜面的光滑程度和物體相同，在長度一定時(shí)，改變h即可

改變斜面與水平面的夾角，故可以研究斜面傾斜程度對斜面機(jī)械效率的影響，故A止確；

B、在斜面上克服斜面摩擦力做的額外功，故B正確：

C、根據(jù)［］=；￡*=普XI。。％可以算出該斜面的機(jī)械效密，故C正確；

”總rs

D、若物體沒有被拉到斜面頂端，斜面的粗糙程度和斜面的傾斜程度都不變，斜面的機(jī)械效率不

變，故可以測出斜面的機(jī)械效率，故D錯(cuò)誤。

故選：D。

［例題18］（2022春?江干區(qū)校級月考）如圖甲，質(zhì)量m的貨物在拉力作用下，沿粗糙斜面向上運(yùn)動

（不考慮空氣的阻力），斜面長L、高H。貨物上升高度h與時(shí)間t關(guān)系圖像如圖乙所示，（）至

ti時(shí)間內(nèi)的拉力為Fi，ti至t2時(shí)間內(nèi)拉力為F2。已知H>4ho,t2=2ti，不計(jì)速度變化時(shí)的時(shí)間,

斜面粗糙程度不變。

（1）0至1和「至t2兩個(gè)過程中受到的拉力Fi=F2的大小關(guān)系。（選填：“>"、"V”或“=”）

（2）F］時(shí)斜面效率［］］=（選填：“>"、"V”或“="）F2時(shí)斜面效率單。

【解答】解：（1）（2）斜面傾角一定，所以物體沿斜面運(yùn)動的路程L與上升高度H的比值是一定

的，即!為定值；

n

根據(jù)功的原理可得：W總=W/W甑，

即：FL=GH+fL,

可得拉力：F=^+f-----------------①，

斜面的粗糙程度不變，物體對斜面的壓力不變，則物體在運(yùn)動過程中摩擦力不變，所以由①式可

知，拉力的大小不變，即:Fi=F2：

斜面的機(jī)械效率.：n=^xioo%,由于拉力和重力均不變，器為定值，故斜面的機(jī)械效率相等。

故答案為：=；=。

［例題19|（2021秋?臨海市期末）某同學(xué)看到爸爸正準(zhǔn)備把貨物搬往高臺上，如圖1所示。他找來一

塊木板，搭成圖2所示的斜面，然后站在高臺上用一根繩子把貨物拉上了高臺。請回答下列問

題：

（1）利用斜面搬運(yùn)貨物的優(yōu)點(diǎn)是省力。

（2）該同學(xué)用400N的拉力沿斜面把重500N的貨物拉上了高臺，已知斜面長4m,高2m.求此

斜面的機(jī)械效率。

圖I圖2

【解答】解；（1）利用斜面搬運(yùn)貨物的優(yōu)點(diǎn)是省力。

（2）所做有用功為：Wff=Gh=500Nx2m=1000J；

總功為：W^=Fs=400Nx4m=1600J；

w

機(jī)械效率為：q=TTj-==62.5%O

?r「；iouuy

答：（I）利用斜面搬運(yùn)貨物的優(yōu)點(diǎn)是省力。

（2）此斜面的機(jī)械效率為62.5%。

模塊三鞏固提高

1.（2021秋?柯橋區(qū)期末）如圖所示，分別用力Fi、F2、F3勻速提起重物A,若不計(jì)摩擦，關(guān)于

三個(gè)力的大小關(guān)系，下列選項(xiàng)中正確的是（)

A.FI=F2=FSB.FI>F2>F3C.F2>FI=F3D.F]VF2〈F3

【解答】解：因?yàn)槎ɑ喯喈?dāng)于一等臂杠桿，只能改變力的方向，而不省力，故定滑輪拉同一重

物G,不計(jì)摩擦，沿三個(gè)不同方向，用的拉力大小相等，即Fi、F2、F3都等于物體的重力。故A

正確，BCD錯(cuò)誤。

故選：Ao

2.（2021秋?溫嶺市期中）如圖所示，健身員向下擺動腳踝使細(xì)繩拉著物體緩慢提升時(shí)，圖中的滑

輪是（

A.定滑輪,可省力

B.動滑輪,可省力

C.定滑輪,可改變力的方向

D.動滑輪,可改變力的方向

【解答】解：由圖知，圖口用的是定滑輪，可以改變力的方向，但不省力。所以ABD錯(cuò)誤，C

正確。

故選：Co

3.（2022秋?婺城區(qū)校級期中）如圖所示，分別用力Fi、F2和F3,使用下列三個(gè)裝置勻速提起同

樣的重物，不計(jì)滑輪的重力和摩擦且不計(jì)繩重，則Fl、F2和F3的大小關(guān)系是（）

A.FI<F2=F3B.F2VF1VF3C.FI=F3<F2D.F1VF2VF3

【解答】解：不計(jì)滑輪的重力和摩擦且不計(jì)繩重的情況下；

左邊的滑輪是定滑輪，只能改變力的方向，不省力也不費(fèi)力，故Fi=G。

中間的滑輪是動滑輪，能夠省一半的力，故F2=1G。

右邊的滑輪是動滑輪，F(xiàn)3作用在動滑輪的軸上，費(fèi)一倍的力，則F3=2G,

所以，F(xiàn)2<FI<F3O

故選：Bo

4.（2023?定海區(qū)校級模擬）我們經(jīng)常用摩擦力的知識來分析拔河比賽的輸贏情況。如圖，小明和

爸爸媽媽通過一個(gè)滑輪組進(jìn)行拔河比賽。己知爸爸與地面之間的摩擦力最大可達(dá)540牛。為了

勝過爸爸.小明能挺住不動，則媽媽與地面間的摩擦力至少應(yīng)達(dá)到（不計(jì)滑輪重、繩重及其摩

擦）（）

0媽媽爸爸0

A.540牛B.270牛C.360牛D.200牛

【解答】解：若不計(jì)滑輪重、繩重及滑輪組摩擦，小明所使用的拉力F=/f=2x540N=180N：

由于爸爸媽媽在輕質(zhì)滑輪紐兩端拉著滑輪組，貝If媽媽=f爸爸-F=540N-180N=360N,故ABD

錯(cuò)誤，C正確。

故選：Co

5.（2022秋?上城區(qū)校級期中）如圖所示，物體A重120N,實(shí)心物體B的體積是Idn?,此時(shí)A

恰能沿著水平桌面以向右做勻速直線運(yùn)動；若將B以原速度勻速上升，需要對A施加100N水

平向左的拉力，則下列選項(xiàng)正確的是（不計(jì)摩擦、繩重及滑輪重）（)

A.物體B勻速下降的速度是

B.物體A向左做勻速直線運(yùn)動與桌面之間的摩擦力為100N

C.物體B在勻速上升時(shí)，克服B重力做功的功率為2W

D.物體B密度是2.5x1（）3kg/m3

【解答】解：A.B物體下滑的速度為VB=2VA==,故A錯(cuò)誤；

B.分析滑輪組的特點(diǎn)可以得出，左側(cè)滑輪為動滑輪，右側(cè)滑輪為定滑輪，繩子的段數(shù)為2段。

不計(jì)摩擦、繩重及滑輪重，物體A在B的作用下勻速運(yùn)動則f=2GB，如果在A上再加?個(gè)向左

的100N的力，物體A影響摩擦力的兩個(gè)要素都沒改變，所以摩擦力還是f,只是方向從向左變

成了向右，

于是可■以得出100N=f+2GB，因?yàn)閒=2GB所以f=50N,GB=25N,故B錯(cuò)誤；

C.物體B在勻速上升時(shí)，克服B重力做功的功率為：P=y==FV=GBVB==10W,故C錯(cuò)

誤；

D.物體B的質(zhì)量：mB=y==>

物體B密度是P&=腎=ix；渭脹=2.5x103kg/m3,故D正確。

故選：D。

6.（2023?拱堂區(qū)模擬）如圖所示，不計(jì)滑輪重及摩擦，分別用力Fi、F2勻速提升同一重物，若

力Fi、F2在相等時(shí)間內(nèi)對物體所做的功相等，則力F］、F2及其功率Pi、P2的大小關(guān)系為（）

A.FI>F2PI<P2B.FI>F2PI>P2

C.FI>F2PI=P2D.FI<F2PI<P2

【解答】解；用在不計(jì)繩重和摩擦?xí)r，物體升高h(yuǎn),用定滑輪提升物體時(shí)，繩子自由端移動的距

離為h,

若用動滑輪提升物體時(shí)，繩子自由端移動的距離為2h,

則定滑輪提升物體時(shí)，拉力做功為：Wi=Fis=Fih,

動滑輪提升物體時(shí)，拉力做功為：W2=F2s=2F2h,

VWi=W2,，F(xiàn)|=2F2，即：F1>F2

又時(shí)間相同，根據(jù)功率公式P=^可知：Pl=P2o

故選：Co

7.（2023?溫州模擬）如圖所示，用10N的力F沿水平方向拉滑輪，可使物體A以的速度在水平

面上勻速運(yùn)動。彈簧測力計(jì)的示數(shù)恒為2N（不計(jì)滑輪、測力計(jì)、繩子的重力，滑輪的轉(zhuǎn)軸光滑）。

下列說法錯(cuò)誤的是（）

A.物體A受到地面水平向右3N的摩擦力

B.物體A受到B的摩擦力是2N

C.滑輪移動的速度是

D.拉力F做功功率為4W

【解答】解：

AB、不計(jì)滑輪的摩擦和重力，以動滑輪為研究對象，則兩段繩子向右的拉力與向左的拉力平衡,

所以2F拄=F,則A物體對滑輪的拉力F拉=*F=；xl0N=5N；力的作用是相互的，所以滑輪對

A的拉力也為5N；

彈簧測力計(jì)的示數(shù)恒為2N,因拉滑輪時(shí)，物體B始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，則測力計(jì)對B向右的拉力

與A對B向左的摩擦力平衡，所以fA對B=F示=2N；力的作用是相互的，所以，物體B對A的

摩擦力為2N,方向向右，故B正確：

物體A向左勻速運(yùn)動，同時(shí)地面對物體A還有向右的摩擦力，由力的平衡條件可得：F捫=fB對

A+f地，

所以物體A受到地面的摩擦力：f地=F拄-fB對A=5N-2N=3N,方向水平向右，故A正確；

C、因拉力F作用在動滑輪的軸上，費(fèi)力但省一半的距離，所以拉力端的移動速度（滑輪移動的

速度）等于物體A移動速度的5，則滑輪移動的速度V=/VA=WX=，故C正確；

D、拉力F做功功率：P=^=^=Fv==lW,故D錯(cuò)誤。

故選：Do

8.（2023?桐廬縣二模）如圖所示的滑輪組將重10N的物體勻速提升1m,所用時(shí)間為2s,作川在

繩子末端的拉力F為6N（不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦），下列說法中正確的是（）

A.所做的有用功為6J

B,動滑輪自重4N

C.拉力F做功的功率為5W

D.該滑輪組的機(jī)械效率為83.3%

【解答】解：

A、有用功：W有陽=Gh=10Nxlm=10J,故A錯(cuò)誤；

B、由圖可知，n=2,不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦，拉力F=2（G+G動）,

則動滑輪的重力：G動=2F-G=2x6N-10N=2N,故B錯(cuò)誤；

C、繩端移動的距離:s=2h=2xlm=2m,

總功：Wa=Fs=6Nx2m=12J,

拉力F做功的功率：P=-^=^=6W,故C錯(cuò)誤;

w

D,滑輪組的機(jī)械效率:n=x100%=招x100%~83.3%,故D正確.

Q12/

故選：Do

9.（2023?海曙區(qū)校級三模）圖中的每個(gè)滑輪重，物體A重6N,托板重1N。為了提升重物A,在

2s的時(shí)間內(nèi)，拉力F的作用點(diǎn)沿豎直方向勻速升高了，這個(gè)過程中，不計(jì)滑輪軸摩擦和繩重，

則下列分析正確的是（）

A.拉力F的大小為

B.天花板對定滑輪拉力大小為

C.物體A上升的速度為

D.滑輪組的機(jī)械效率為80%

【解答】解：

A、題圖中與托板相連的兩個(gè)滑輪為動滑輪，共有4股繩子跨過動滑輪，提升總重力G=GA+G沿

輪+G托板=6N+O.5N+O.5N+1N=8N,

G

不計(jì)滑輪軸摩擦和繩重，作用在繩端的力為：F=T^=竽=2N,故A錯(cuò)誤：

B、定滑輪對天花板的拉力等于兩股繩對定滑輪的拉力加上定滑輪的重力，即T==,天花板對

定滑輪拉力大小等于，故B正確；

C、繩端移動的距離s和物體上升的距離h的關(guān)系是$=心，物體上升的高度h=￡=竽=,

物體A上升的速度為：丫=。=零=,故C錯(cuò)誤；

VK

D、不計(jì)滑輪軸摩擦和繩重，滑輪組的機(jī)械效率為：『詼2=普