資源簡介

3.4 簡單機械——滑輪與機械效率
目錄
模塊一 知己知彼 1
模塊二 知識掌握 2
知識點一、滑輪的分類與作用 2
知識點二、使用定滑輪和動滑輪的幾種情況(圖中物體全部勻速運動) 6
知識點三、滑輪組 9
知識點四、機械效率 13
知識點五、斜面的機械效率 18
模塊三 鞏固提高 21
模塊一 知己知彼
學習目標 目標解讀
1.了解定滑輪、動滑輪和滑輪組的特點和實質，知道杠桿使用過程中能量轉化。 2.理解機械效率，識別有用功、額外功和總功，區別機械功率和機械效率，學習測量計算簡單機械的機械效率。 解讀1:知道定滑輪和動滑輪的特點，知道滑輪組(限于兩個滑輪的滑輪組的特點能使用滑輪組(限于兩個滑輪的滑輪組)解決簡單的問題，常見題型為選擇題、填空題、實驗探究題和解答題，難度稍大。 解讀2:會解決滑輪、杠桿等簡單機械與壓力、摩擦力等力學綜合問題，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、可以繞著中心軸轉動的輪子
（二）滑輪的分類和作用
使用滑輪工作時，根據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
特點 不省力，不省距離，但能夠改變力的作用方向 省一半力， 費一倍距離，并且不能改變力的作用方向
應用 旗桿頂部的滑輪 起重機的動滑輪
（三）定滑輪和動滑輪的實質
(1)定滑輪可以看做一個變形的杠桿，如圖所示，滑輪的軸相當于支點，動力臂和阻力臂都等于滑輪的半徑，根據杠桿的平衡條件可知:F=G,所以不省力。因此，定滑輪的實質是一個等臂杠桿。
(2)動滑輪也可以看做一個變形的杠桿，如圖所示，支點o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，動滑輪的實質是動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿，使用動滑輪費一倍的距離，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，根據杠桿的平衡條件FL=（G+G輪）r，
（2023 海曙區校級一模）現有史籍中最早討論滑輪的是《墨經》。書中將向上提舉重物的力稱為“挈”，將自由往下降落稱為“收”，將整個滑輪稱為“繩制”（圖1）。現分別用甲、乙兩個力替代“收”（圖2），使重物在相同的時間內勻速上升相同高度。不計繩重和摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．使用這個滑輪能省力
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于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，根據杠桿的平衡條件F1l1＝F2l2，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W＝Fs可知甲、乙拉力做功的大小相等，故C錯誤；
D、由題意可知，重物在相同時間內上升的距離相同，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，繩子移動的時間和重物上升的時間相同，根據v可知，甲、乙拉力移動的速度都等于重物上升的速度，故D錯誤。
故選：B。
（2021秋 衢江區期末）如圖為動滑輪，它相當于一個 　省力　杠桿，若用它將總重為1牛的鉤碼勻速提高2米，不計輪和繩重以及滑輪與繩子之間的摩擦，則彈簧測力計示數為 　0.5　牛。
【解答】解：動滑輪實質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，不計輪和繩重以及滑輪與繩子之間的摩擦，則F0.5N，
則彈簧測力計示數為0.5N。
故答案為：省力；0.5。
（2022秋 溫州期末）小明用如圖裝置“測量大氣壓”時，發現彈簧秤的量程太小，無法拉開緊貼在地面上的吸盤，于是他加了一個輕質滑輪，若不計滑輪自重和摩擦，下列操作最有可能完成實驗的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：AB、AB圖中兩個滑輪均為定滑輪，定滑輪不省力，只能改變力的方向，故AB錯誤；
C、滑輪作為動滑輪使用，不計滑輪自重和摩擦，能省一半的力，故C正確；
D、滑輪作為動滑輪使用，彈簧測力計作用在滑輪軸上，不計滑輪自重和摩擦，彈簧測力計拉力為繩子拉力的2倍，故D錯誤。
故選：C。
（2023春 婺城區校級月考）如圖所示，小華用動滑輪提起200N的物體使其勻速上升5m，若不計繩重、滑輪重及摩擦，則人對繩子的拉力為 　100　N，實際測量出拉力為110N，不計繩重及摩擦，則滑輪重為 　20　N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物重，不計繩重、滑輪重及摩擦，
所以繩端的拉力：FG200N＝100N；
若不計繩重及摩擦，拉力F（G+G動），則動滑輪重力：
G動＝2F′﹣G＝2×110N﹣200N＝20N。
故答案為：100；20。
知識點二、使用定滑輪和動滑輪的幾種情況(圖中物體全部勻速運動)
定滑輪 動滑輪
圖示
表達式 F=G F=F摩，F摩物體與地面的摩擦力 F=(G+G輪)/2 S繩=2h物 v繩=2v物 F=F摩/ 2 S繩=2h物 v繩=2v物 F=2G+G輪 S輪=s物/2 v輪=v物/2 F=2F摩 S輪=s物/2 v輪=v物/2
【能力拓展】
使用定滑輪提升物體時，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上時，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)
（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0.2米/秒的速度在水平面上做勻速直線運動，如圖所示。若不計滑輪、彈簧測力計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0.4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、滑輪隨物體一起運動，所以滑輪為動滑輪，使用動滑輪可以省力，故AC錯誤；
B、有兩端繩子拉著動滑輪，則拉力F的運動速度v＝2×0.2m/s＝0.4m/s；功率為PFv＝2N×0.4m/s＝0.8W，故B錯誤；
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＝2×2N＝4N，故D正確。
故選：D。
（2022春 杭州月考）如圖所示的三個滑輪分別拉同一物體沿同一水平地面做勻速直線運動，所用的拉力分別為F1，F2，F3，不計滑輪重及繩與滑輪間摩擦，那么，下列關系式中正確的是（　　）
A．F1＞F2＞F3 B．F1＜F2＜F3 C．F2＞F1＞F3 D．F2＜F1＜F3
【解答】解：第一個圖中滑輪為定滑輪，因為定滑輪相當于一個等臂杠桿，不能省力，
所以根據二力平衡，此時拉力F1＝f；
第二個圖中滑輪為動滑輪，因為動滑輪可省一半的力，
所以根據二力平衡，此時拉力F2f；
第三個圖中滑輪為動滑輪，由二力平衡可知此時的拉力等于兩股繩子向左的拉力，即F3＝2f；
由此可得F2＜F1＜F3。
故選：D。
（2022秋 婺城區校級期中）生活中我們經常使用簡單機械。
（1）如圖甲所示，已知撬棒AD＝1米，CD＝BC＝0.15米，石頭垂直作用在棒上的力是420牛，若要撬動石頭，則施加在撬棒A點的力至少是 　63　牛；
（2）如圖乙所示，利用動滑輪拉著一個40千克的重物，用大小為F2的力向右拉動5秒鐘，物體勻速運動了10米，彈簧測力計的示數為6牛；則拉力F2的功率為 　12　瓦；（不計滑輪重、繩子與滑輪之間摩擦）
【解答】解：（1）要使施加在撬棒A點的動力最小，應使動力臂L1最大。
當以D為支點，在A點施加垂直AD向上的動力時，動力臂L1＝AD＝1m，即動力臂為最大值，則動力為最小。
此時阻力F2＝420N，阻力臂L2＝CD＝0.15m，
根據杠桿平衡條件F1L1＝F2L2可得，施加在撬棒A點的力：
F163N；
（2）繩子對物體的拉力等于彈簧測力計的示數，即F繩＝F彈＝6N，
物體M做勻速直線運動，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彈＝6N；
由圖可知，繩子的有效股數n＝2，作用在動滑輪軸上的拉力為：
F＝2F繩＝2×6N＝12N，
拉力F端移動的速度為：vv物1m/s，
拉力的功率為：PFv＝12N×1m/s＝12W；
（2023 紹興）賽龍舟自古以來在我國廣為流傳，現已成為亞運會比賽項目。如圖是運動員在室內進行劃槳訓練的兩個場景，圖甲是訓練裝置的結構示意圖，繩子系在“船槳”的A端，運動員坐在位置上用力將“船槳“從位置“1”劃到位置“2”，重物的位置也發生了相應的變化。若重物的質量為20千克，“劃槳”一次拉過繩子的距離為60厘米。（船槳重、繩重與摩擦均不計）

（1）該裝置中兩個滑輪的作用是 　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，當一只手握在O端，另一只手握在B點并施加垂直“船槳”的力F。求此時力F的大小。
【解答】解：（1）該裝置中兩個滑輪是定滑輪，定滑輪可以改變力的方向；
（2）重物的質量為20kg，重物的重力為：
G＝mg＝20kg×10N/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＝200N×0.6m＝120J；
（3）若OA為60厘米，OB為40厘米，當一只手握在O端，另一只手握在B點并施加垂直“船槳”的力F，此時O為支點，OA為阻力臂，OB為動力臂，作用在A點的力大小等于物體的重力，即FA＝G＝200N，根據杠桿平衡條件，
FA×OA＝F×OB，即200N×60cm＝F×40cm，
解得：F＝300N。
故答案為：（1）改變力的方向；（2）120；（3）此時力F為300N。
知識點三、滑輪組
由定滑輪和動滑輪組成，同時具備定滑輪和動滑輪的特點，既可以省力，又能改變力的方向(但費距離)。
(1)探究滑輪組的省力情況:
①用彈簧測力計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，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數和彈簧測力計的讀數F1。
③按如圖乙所示方式勻速拉動繩子，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數和彈簧測力計的讀數F2。
分析實驗數據可以得出，在忽略摩擦、繩重及實驗誤差的條件下，彈簧測力計的示數F與鉤碼的重G以及動滑輪的重G輪的關系為F=(G+G輪)/2即重物與動滑輪的總重由幾股繩子承擔，提起重物所用的力就是總重的幾分之幾。
(2)利用滑輪組提起物體時，動力F通過的距離s與物體被提高的高度h的關系是s=nh (n表示承擔物重的繩子股數)。
【能力拓展】
(1)確定滑輪組中承擔物重繩子的股數n的方法:
①要分清哪個(些)是定滑輪，哪個(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，只計算繞在動滑輪上的繩子股數。
(2)組裝滑輪組的方法:
按要求確定動滑輪個數:n為奇數時，從動滑輪開始繞繩;n為偶數時，從定滑輪開始繞繩。
（2022秋 鹿城區期末）小明用下列方式勻速提升同一重物，若不計滑輪和繩子的自重及摩擦，拉力最大的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：不計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可知，省一半的力，即F1G；
B、此圖是滑輪組，繞在動滑輪上的繩子有2股，則F2G；
C、此圖是定滑輪，由定滑輪及其工作特點可知，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F4G，
由以上可知：在滑輪重及摩擦不計的情況下拉力最大的是C。
故選：C。
（2022秋 臺州期末）我國企業承建的2022年世界杯主場館——盧塞爾體育場，創下全球最大跨度索網屋面單體建筑等六大世界之最。
（1）索網的主體部分是索鋼，鋼是一種 　合金　（選填“合金”或“有機合成”）材料，其中加入了一定量的鉻和鎳，是通過改變金屬的 　內部結構　來達到防銹的目的。
（2）在吊索網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，不計繩重和摩擦，動滑輪的重力是 　1000N　。物體和繩子自由端的運動情況如圖乙所示，則反應繩子自由端運動的圖線是 　A　（選填“A”或“B”）。
【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鉻和鎳，是通過改變金屬的內部結構，從而起到防銹作用；
（2）由圖知，承擔重物繩子的段數n＝3，
不計繩重和摩擦，根據F（G+G動）可得，動滑輪重力：
G動＝nF﹣G＝3×7000N﹣20000N＝1000N；
使用圖甲滑輪組提升重物時，繩端移動距離s＝3h，
由圖象知，時間相同時，sA＝3sB，所以A是反應繩子自由端運動的圖線。
故答案為：（1）合金；內部結構；（2）1000N；A。
（2023 蕭山區校級二模）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內使物體A勻速上升1.5m，提升過程中繩子自由端拉力F的功率為180W。已知物體A重540N，該工人重700N。不計繩重和摩擦，下列關于該過程的說法正確的是（　　）
A．繩子自由端移動的速度為0.3m/s
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，承擔重物繩子的段數n＝2，
由s＝nh和v可得，繩子自由端移動速度v0.6m/s，故A錯誤；
BD、由PFv可得，繩端拉力F300N，
不計繩重和摩擦，由F（G+G動）可得，動滑輪重力G動＝nF﹣G＝2×300N﹣540N＝60N，故BD錯誤；
C、因為力的作用是相互的，繩子對人的拉力F拉與人對繩端拉力F相等，地面對人的支持力F支與人對地面的壓力F壓相等，
人站在水平地面上，由平衡力知識知，G人＝F拉+F支，則F支＝G人﹣F拉＝700N﹣300N＝400N，
所以人對地面的壓力F壓＝F支＝400N，故C正確。
故選：C。
（2022秋 嵊州市期末）如圖所示是小明家使用的升降衣架，它是通過一些簡單機械組合來方便地晾起衣服。每個滑輪重1牛，橫梁和衣架總重量為10牛。當晾衣架上所掛衣服重量為60牛時，小明同學用力F拉動繩子自由端，在5s時間內使衣服勻速上移了1m，不計繩重和摩擦。
（1）該升降衣架的6個滑輪中，動滑輪有 　兩　個。
（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，使用升降衣架時下面的兩個滑輪會隨所掛衣服一樣運動，所以6個滑輪中有兩個動滑輪；
（2）由題知，每個滑輪重1N，升降衣架中動滑輪重G動＝2N，所掛衣服重G＝60N，橫梁和衣架總重量G′＝10N，
由圖知，承擔重物繩子的段數n＝4，
不計繩重和摩擦，拉力的大小：
F（G+G′+G動）（60N+10N+2N）＝18N；
（3）由s＝nh和W＝Fs可得，拉力做的功：
W＝Fnh＝18N×4×1m＝72J，
拉力的功率：
P14.4W。
故答案為：（1）兩；
（2）小明所用拉力的大小為18N；
（3）拉力的功率14.4W。
知識點四、機械效率
（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有用表示。
(2)額外功:利用機械時，人們不得不額外做的功，用W額外表示。
(3)總功:人的拉力(動力)對動滑輪(機械)所做的功，用W總表示，W總=W有用+W額外
(4)有用功、額外功、總功的單位都是焦(J)。
（二）機械效率
定義 公式
有用功 提升重物過程中必須要做的功 W有
額外功 利用機械時，人們不得不額外做的功 W額
總功 有用功和額外功之和 W總＝W有＋W額
機械效率 科學上把有用功跟總功的比值 η＝×100%
（三）提高機械效率的途徑:
①在所做的有用功不變的情況下，減小額外功，具體方法是改進結構，使機械更合理，更輕巧，如減少動滑輪的個數，或換用質量小的動滑輪，盡量減小摩擦等;
②在所做額外功一定的情況下，增大有用功，即在機械能承受范圍內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;但當水桶不小心掉入井中，我們想辦法從井中將水桶撈出時，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。
（2022秋 余姚市校級期末）關于機械效率，下列說法正確的是（　　）
A．機械效率越大，越省力
B．機械效率越大，做功越多
C．機械效率越大，功率越大。
D．機械效率越大，額外功在總功中所占的比例越小
【解答】解：A、機械效率是指有用功與總功的比值，其大小與機械的省力情況沒有關系，故A錯誤；
B、機械效率是指有用功與總功的比值，其大小與機械做功的多少沒有關系，故B錯誤；
C、機械效率是指有用功與總功的比值，功率表示了機械做功的快慢，二者沒有直接的關系，故C錯誤；
D、總功等于有用功與額外功的總和，從η可知，額外功在總功中所占的比例越小，機械效率越高，故D正確。
故選：D。
（2022秋 余姚市期末）“建設美麗城市，優化市內交通”，寧波市計劃建設地鐵五號線。地鐵的建造過程需要大型機械——盾構機。如圖是地鐵建設施工挖隧道的盾構機正面，下列關于工作中的盾構機說法正確的是（　　）
A．做的功越多，機械效率越高
B．做功多的盾構機，功率大
C．延長工作時間，可提高機械效率
D．做功越快的盾構機，功率越大
【解答】解：A、根據可知，當盾構機做的總功相同時，有用功越多，則機械效率越高，選項缺條件，故A錯誤；
B、根據可知，當做功時間相同時，做功越多，則功率越大，選項缺條件，故B錯誤；
C、工作時間對機械效率沒有影響，故C錯誤；
D、功率是表示物體做功快慢的物理量，故D正確。
故選D。
（2023 鹿城區模擬）如圖甲所示，用一個動滑輪勻速提升重為600N的物體，在卷揚機拉力F的作用下，繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關系如圖乙所示。已知動滑輪受到的重力為20N，不計繩重和輪與軸間的摩擦。下列說法正確的是（　　）
A．以動滑輪為參照物，物體是向上運動的
B．物體上升的速度是20m/s
C．卷揚機拉力F的功率是62W
D．機械效率為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錯誤；
B、由圖象可知，提升物體時，繩子自由端移動的距離s＝40cm＝0.4m，用時t＝2s，速度為：v20cm/s＝0.2m/s，
則物體上升的速度：v物v0.2m/s＝0.1m/s，故B錯誤；
C、不計繩重和輪與軸間的摩擦，卷揚機拉力F（G物+G動）（600N+20N）＝310N，
則卷揚機拉力F的功率：PFv＝310N×0.2m/s＝62W，故C正確；
D、因為不計繩重和摩擦，所以滑輪組的機械效率：
η100%≈96.7%，故D錯誤。
故選：C。
（2023 拱墅區二模）如圖為一舉重杠鈴。
（1）小明同學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一些壓力，則他的右手應該向 　左端　（選填“右端”或“左端”）移動。
（2）在一次舉重過程中，小明同學雙手將杠鈴舉過頭頂，在他舉著杠鈴站立時左右兩手間距離為1m，左手距離左側杠鈴0.4m，右手距離右側杠鈴0.6m，若此時小明左手豎直向上舉的力為350N，則小明同學所舉杠鈴總質量為多少千克？
（3）若小明同學體重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1.8米，而自身重心升高1米，則在該次舉重過程中的機械效率是多少？
【解答】解：（1）如圖所示，杠桿的支點為O，動力為F，動力臂為OD，阻力為G，阻力臂為OC，
根據杠桿平衡條件可知，在動力和動力臂一定的情況下，阻力臂越短，阻力越大，因此，則他的右手應該向左端移動。
（2）如圖，C為杠鈴重心，OD＝1m，AD＝0.4m，OB＝0.6m，
則AB＝2m，AC＝CB＝1m，
則OC＝CB﹣OB＝1m﹣0.6m＝0.4m，
設杠鈴的重力為G，根據杠桿平衡條件可得，F×OD＝G×OC，即：350N×1m＝G×0.4m，
解得G＝875N，
杠鈴的質量m87.5kg；
（3）將杠鈴舉高做的功為有用功：
W有用＝G杠鈴h＝m杠鈴gh＝30kg×10N/kg×1.8m＝540J，
小明同學克服自身重力所做的功：
W＝G小明h＝m小明gh＝50kg×10N/kg×1m＝500J，
在該次舉重過程中的總功：
W總＝W有用+W＝540J+500J＝1040J，
在該次舉重過程中的機械效率：
η100%100%≈51.9%。
故答案為：（1）左端；
（2）小明同學所舉杠鈴總質量為87.5kg；
（3）在該次舉重過程中的機械效率是51.9%。
知識點五、斜面的機械效率
(1)斜面是一種簡單機械，使用它可以省力，但要費距離。
(2)探究 影響斜面機械效率的因素:
①如圖所示，將-塊長木板的一端墊高，構成一個斜面，用刻度尺測出斜面的長s和斜面的高度ho
②用彈簧測力計測出小車的重力G。
③用彈簧測力計沿著斜面把小車從斜面底端勻速拉到頂端，讀出彈簧測力計的示數F。
改變斜面的傾斜程度，重復上述步驟。實驗測量結果見下表:
實驗序號 1 2 3
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 2 2 2
斜面高度h/米 0.1 0.2 0.3
斜面拉力F/牛 0.6 1 1.4
斜面長s/米 0.5 0.5 0.5
有用功W有用/焦 0.2 0.4 0.6
總功W總/焦 0.3 0.5 0.7
機械效率η 67% 80% 86%
結論:對于光滑程度相同的斜面，傾斜程度越大，機械效率越高。
(3)測量斜面的機械效率：
①光滑斜面：Fl＝Gh　 W額＝0　 η＝100%
②有摩擦的斜面：η＝Gh/Fl
③斜面的機械效率與斜面的光滑程度和傾斜程度有關。
測量滑輪組的機械效率：多數情況下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。此時對于用滑輪組提升物體時有：η＝＝＝。測量杠桿的機械效率：η= =
（2021秋 西湖區期末）小金用如圖所示裝置和相關的實驗儀器探究斜面機械效率的影響因素，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。下列說法錯誤的是（　　）
A．改變h即可研究斜面傾斜程度對斜面機械效率的影響
B．該過程中克服斜面摩擦力做的功屬于額外功
C．該斜面的機械效率為100%
D．若物體沒有被拉到斜面頂端，則無法測出斜面的機械效率
【解答】解：A、斜面的機械效率跟斜面的粗糙程度和斜面的傾斜程度有關，探究“斜面的傾斜程度對斜面機械效率的影響”時，應控制斜面的光滑程度和物體相同，在長度一定時，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械效率的影響，故A正確；
B、在斜面上克服斜面摩擦力做的額外功，故B正確；
C、根據η100%可以算出該斜面的機械效率，故C正確；
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，斜面的機械效率不變，故可以測出斜面的機械效率，故D錯誤。
故選：D。
（2022春 江干區校級月考）如圖甲，質量m的貨物在拉力作用下，沿粗糙斜面向上運動（不考慮空氣的阻力），斜面長L、高H。貨物上升高度h與時間t關系圖像如圖乙所示，0至t1時間內的拉力為F1，t1至t2時間內拉力為F2。已知H＞4h0，t2＝2t1，不計速度變化時的時間，斜面粗糙程度不變。
（1）0至t1和t1至t2兩個過程中受到的拉力F1　＝　F2的大小關系。（選填：“＞”、“＜”或“＝”）
（2）F1時斜面效率η1　＝　（選填：“＞”、“＜”或“＝”）F2時斜面效率η2。
【解答】解：（1）（2）斜面傾角一定，所以物體沿斜面運動的路程L與上升高度H的比值是一定的，即為定值；
根據功的原理可得：W總＝W有+W額，
即：FL＝GH+fL，
可得拉力：Ff﹣﹣﹣﹣﹣﹣①，
斜面的粗糙程度不變，物體對斜面的壓力不變，則物體在運動過程中摩擦力不變，所以由①式可知，拉力的大小不變，即：F1＝F2；
斜面的機械效率：η100%，由于拉力和重力均不變，為定值，故斜面的機械效率相等。
故答案為：＝；＝。
（2021秋 臨海市期末）某同學看到爸爸正準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）利用斜面搬運貨物的優點是 　省力　。
（2）該同學用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。求此斜面的機械效率。
【解答】解：（1）利用斜面搬運貨物的優點是省力。
（2）所做有用功為：W有＝Gh＝500N×2m＝1000J；
總功為：W總＝Fs＝400N×4m＝1600J；
機械效率為：η62.5%。
答：（1）利用斜面搬運貨物的優點是省力。
（2）此斜面的機械效率為62.5%。
模塊三 鞏固提高
（2021秋 柯橋區期末）如圖所示，分別用力F1、F2、F3勻速提起重物A，若不計摩擦，關于三個力的大小關系，下列選項中正確的是（　　）
A．F1＝F2＝F3 B．F1＞F2＞F3 C．F2＞F1＝F3 D．F1＜F2＜F3
【解答】解：因為定滑輪相當于一等臂杠桿，只能改變力的方向，而不省力，故定滑輪拉同一重物G，不計摩擦，沿三個不同方向，用的拉力大小相等，即F1、F2、F3都等于物體的重力。故A正確，BCD錯誤。
故選：A。
（2021秋 溫嶺市期中）如圖所示，健身員向下擺動腳踝使細繩拉著物體緩慢提升時，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，圖中用的是定滑輪，可以改變力的方向，但不省力。所以ABD錯誤，C正確。
故選：C。
（2022秋 婺城區校級期中）如圖所示，分別用力F1、F2和F3，使用下列三個裝置勻速提起同樣的重物，不計滑輪的重力和摩擦且不計繩重，則F1、F2和F3的大小關系是（　　）
A．F1＜F2＝F3 B．F2＜F1＜F3 C．F1＝F3＜F2 D．F1＜F2＜F3
【解答】解：不計滑輪的重力和摩擦且不計繩重的情況下；
左邊的滑輪是定滑輪，只能改變力的方向，不省力也不費力，故F1＝G。
中間的滑輪是動滑輪，能夠省一半的力，故F2G。
右邊的滑輪是動滑輪，F3作用在動滑輪的軸上，費一倍的力，則F3＝2G，
所以，F2＜F1＜F3。
故選：B。
（2023 定海區校級模擬）我們經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滑輪組進行拔河比賽。已知爸爸與地面之間的摩擦力最大可達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達到（不計滑輪重、繩重及其摩擦）（　　）
A．540牛 B．270牛 C．360牛 D．200牛
【解答】解：若不計滑輪重、繩重及滑輪組摩擦，小明所使用的拉力Ff540N＝180N；
由于爸爸媽媽在輕質滑輪組兩端拉著滑輪組，則f媽媽＝f爸爸﹣F＝540N﹣180N＝360N，故ABD錯誤，C正確。
故選：C。
（2022秋 上城區校級期中）如圖所示，物體A重120N，實心物體B的體積是1dm3，此時A恰能沿著水平桌面以0.2m/s向右做勻速直線運動；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，則下列選項正確的是（不計摩擦、繩重及滑輪重）（　　）
A．物體B勻速下降的速度是0.1m/s
B．物體A向左做勻速直線運動與桌面之間的摩擦力為100N
C．物體B在勻速上升時，克服B重力做功的功率為2W
D．物體B密度是2.5×103kg/m3
【解答】解：A．B物體下滑的速度為vB＝2vA＝2×0.2m/s＝0.4m/s，故A錯誤；
B．分析滑輪組的特點可以得出，左側滑輪為動滑輪，右側滑輪為定滑輪，繩子的段數為2段。
不計摩擦、繩重及滑輪重，物體A在B的作用下勻速運動則f＝2GB，如果在A上再加一個向左的100N的力，物體A影響摩擦力的兩個要素都沒改變，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，因為f＝2GB所以f＝50N，GB＝25N，故B錯誤；
C．物體B在勻速上升時，克服B重力做功的功率為：PFv＝GBvB＝25N×0.4m/s＝10W，故C錯誤；
D．物體B的質量：2.5kg，
物體B密度是2.5×103kg/m3，故D正確。
故選：D。
（2023 拱墅區模擬）如圖所示，不計滑輪重及摩擦，分別用力F1、F2勻速提升同一重物，若力F1、F2在相等時間內對物體所做的功相等，則力F1、F2及其功率P1、P2的大小關系為（　　）
A．F1＞F2 P1＜P2 B．F1＞F2 P1＞P2
C．F1＞F2 P1＝P2 D．F1＜F2 P1＜P2
【解答】解：用在不計繩重和摩擦時，物體升高h，用定滑輪提升物體時，繩子自由端移動的距離為h，
若用動滑輪提升物體時，繩子自由端移動的距離為2h，
則定滑輪提升物體時，拉力做功為：W1＝F1s＝F1h，
動滑輪提升物體時，拉力做功為：W2＝F2s＝2F2h，
∵W1＝W2，∴F1＝2F2，即：F1＞F2
又時間相同，根據功率公式P可知：P1＝P2。
故選：C。
（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0.2m/s的速度在水平面上勻速運動。彈簧測力計的示數恒為2N（不計滑輪、測力計、繩子的重力，滑輪的轉軸光滑）。下列說法錯誤的是（　　）
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0.1m/s
D．拉力F做功功率為4W
【解答】解：
AB、不計滑輪的摩擦和重力，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拉＝F，則A物體對滑輪的拉力F拉F10N＝5N；力的作用是相互的，所以滑輪對A的拉力也為5N；
彈簧測力計的示數恒為2N，因拉滑輪時，物體B始終處于靜止狀態，則測力計對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向左勻速運動，同時地面對物體A還有向右的摩擦力，由力的平衡條件可得：F拉＝fB對A+f地，
所以物體A受到地面的摩擦力：f地＝F拉﹣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，則滑輪移動的速度vvA0.2m/s＝0.1m/s，故C正確；
D、拉力F做功功率：PFv＝10N×0.1m/s＝1W，故D錯誤。
故選：D。
（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，所用時間為2s，作用在繩子末端的拉力F為6N（不計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．該滑輪組的機械效率為83.3%
【解答】解：
A、有用功：W有用＝Gh＝10N×1m＝10J，故A錯誤；
B、由圖可知，n＝2，不計繩重和繩與滑輪間的摩擦，拉力F（G+G動），
則動滑輪的重力：G動＝2F﹣G＝2×6N﹣10N＝2N，故B錯誤；
C、繩端移動的距離：s＝2h＝2×1m＝2m，
總功：W總＝Fs＝6N×2m＝12J，
拉力F做功的功率：P6W，故C錯誤；
D、滑輪組的機械效率：η100%100%≈83.3%，故D正確。
故選：D。
（2023 海曙區校級三模）圖中的每個滑輪重0.5N，物體A重6N，托板重1N。為了提升重物A，在2s的時間內，拉力F的作用點沿豎直方向勻速升高了1.2m，這個過程中，不計滑輪軸摩擦和繩重，則下列分析正確的是（　　）

A．拉力F的大小為1.5N
B．天花板對定滑輪拉力大小為4.5N
C．物體A上升的速度為0.6m/s
D．滑輪組的機械效率為80%
【解答】解：
A、題圖中與托板相連的兩個滑輪為動滑輪，共有4股繩子跨過動滑輪，提升總重力G＝GA+G滑輪+G托板＝6N+0.5N+0.5N+1N＝8N，
不計滑輪軸摩擦和繩重，作用在繩端的力為：F2N，故A錯誤；
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＝2N+2N+0.5N＝4.5N，天花板對定滑輪拉力大小等于4.5N，故B正確；
C、繩端移動的距離s和物體上升的距離h的關系是s＝nh，物體上升的高度h0.3m，
物體A上升的速度為：v0.15m/s，故C錯誤；
D、不計滑輪軸摩擦和繩重，滑輪組的機械效率為：η75%，故D錯誤。
故選：B。
（2023 鹿城區模擬）如圖甲為工人師傅用滑輪組提升重物的裝置示意圖，已知動滑輪和水桶總重20N，將重為160N的水以0.2m/s的速度勻速提起，所用時間為20s，此過程工人拉力做的功隨時間變化的圖像如圖乙所示，下列說法正確的是（　　）
A．工人的拉力為200N
B．工人做功的功率為100W
C．繩子自由端移動的距離為4m
D．該裝置的機械效率為80%
【解答】解：ABC．由v可得，20s內水桶上升的高度：h＝vt＝0.2m/s×20s＝4m，
由圖甲可知，滑輪組繩子的有效股數n＝2，則繩子自由端移動的距離：s＝nh＝2×4m＝8m，故C錯誤；
由圖乙可知，20s內拉力做的總功：W總＝800J，
由W＝Fs可得，工人的拉力：F100N，故A錯誤；
工人做功的功率：P40W，故B錯誤；
D．拉力做的有用功：W有＝Gh＝160N×4m＝640J，
該裝置的機械效率：η100%100%＝80%，故D正確。
故選：D。
（2023 拱墅區模擬）某型號挖掘機的質量3000kg，兩履帶與地面接觸的總面積1.5m挖掘機在6s內將裝滿鏟斗質量為0.75t的泥石送到岸邊，挖掘深度H＝2m。（如圖乙所示）（取g＝10N/kg）求：
（1）挖掘機靜止在水平地面上不工作時對地面的壓強多大？
（2）挖掘機每挖一次泥土并水平移送到岸邊，對泥土做功多少？
（3）若發動機的總功率是20kW，挖泥過程中挖掘機的機械效率多大？
【解答】解：
（1）挖掘機對地面的壓力為
F＝G＝mg＝3000kg×10N/kg＝3×104N，
挖掘機對地面的壓強為
P2×104Pa；
（2）泥石的重力為
G＝mg＝750kg×10N/kg＝7.5×103N
對泥石做的功為
W有用＝Gh＝7.5×103N×2m＝1.5×104J；
（3）挖掘機做的總功為
W總＝Pt＝2×104W×6s＝1.2×105J
挖掘機的機械效率為η12.5%。
答：
（1）挖掘機對地面的壓強為2×104Pa；
（2）挖掘機對泥石做的功為1.5×104J；
（3）挖掘機的機械效率為12.5%。
（2023 舟山三模）工人師傅利用如圖甲所示的滑輪組搬運石材質量為1.8×103kg的石材放在水平地面上，在拉力F的作用下沿水平方向做勻速直線運動，其路程隨時間變化的圖象如圖乙所示。石材在水平方向上受到的阻力為石材重的0.1倍，滑輪組的機械效率為75%，滑輪組和繩子的自重不計。（g＝10N/kg） 求：

a.石材受到的阻力？
b.在石材移動40s過程中，工人作用在繩子自由端的拉力F？
【解答】解：a、石材的重力：
G＝mg＝1.8×103kg×10N/kg＝1.8×104N，
石材受到的阻力：
f＝0.1G＝0.1×1.8×104N＝1800N；
b、由乙圖可得，在t＝10s內石材移動的距離s＝1.0m，石材勻速運動的速度：
v0.1m/s，
石材在t′＝40s移動的距離：
s′＝vt′＝0.1m/s×40s＝4m，
因為石材做勻速直線運動，受到的拉力和摩擦力是一對平衡力，大小相等，
則滑輪組對石材的拉力：
F拉＝f＝1800N，
工人做的有用功：
W有＝F拉s′＝1800N×4m＝7200J；
由η75%可得工人做的總功：
W總9600J，
由圖知，n＝3，工人拉力端移動的距離：
sF＝3s′＝3×4m＝12m，
由W總＝Fs可得工人的拉力：
F800N。
答：a、石材受到的阻力為1800N；
b、在石材移動40s過程中，工人作用在繩子自由端的拉力為800N。3.4 簡單機械——滑輪與機械效率
目錄
模塊一 知己知彼 1
模塊二 知識掌握 2
知識點一、滑輪的分類與作用 2
知識點二、使用定滑輪和動滑輪的幾種情況(圖中物體全部勻速運動) 5
知識點三、滑輪組 7
知識點四、機械效率 9
知識點五、斜面的機械效率 12
模塊三 鞏固提高 14
模塊一 知己知彼
學習目標 目標解讀
1.了解定滑輪、動滑輪和滑輪組的特點和實質，知道杠桿使用過程中能量轉化。 2.理解機械效率，識別有用功、額外功和總功，區別機械功率和機械效率，學習測量計算簡單機械的機械效率。 解讀1:知道定滑輪和動滑輪的特點，知道滑輪組(限于兩個滑輪的滑輪組的特點能使用滑輪組(限于兩個滑輪的滑輪組)解決簡單的問題，常見題型為選擇題、填空題、實驗探究題和解答題，難度稍大。 解讀2:會解決滑輪、杠桿等簡單機械與壓力、摩擦力等力學綜合問題，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、可以繞著中心軸轉動的輪子
（二）滑輪的分類和作用
使用滑輪工作時，根據滑輪軸的位置是否移動，可將滑輪分成 和 兩類。
定滑輪 動滑輪
定義 軸固定不動 軸隨物體一起移動
特點 不省力，不省距離，但能夠改變力的作用方向 省一半力， 費一倍距離，并且不能改變力的作用方向
應用 旗桿頂部的滑輪 起重機的動滑輪
（三）定滑輪和動滑輪的實質
(1)定滑輪可以看做一個變形的杠桿，如圖所示，滑輪的軸相當于支點，動力臂和阻力臂都等于滑輪的半徑，根據杠桿的平衡條件可知:F=G,所以不省力。因此，定滑輪的實質是一個 杠桿。
(2)動滑輪也可以看做一個變形的杠桿，如圖所示，支點o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，動滑輪的實質是動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿，使用動滑輪費一倍的距離，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，根據杠桿的平衡條件FL=（G+G輪）r，
（2023 海曙區校級一模）現有史籍中最早討論滑輪的是《墨經》。書中將向上提舉重物的力稱為“挈”，將自由往下降落稱為“收”，將整個滑輪稱為“繩制”（圖1）。現分別用甲、乙兩個力替代“收”（圖2），使重物在相同的時間內勻速上升相同高度。不計繩重和摩擦，下列說法正確的是（　　）
A．使用這個滑輪能省力
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于乙拉力使繩自由端移動的速度
（2021秋 衢江區期末）如圖為動滑輪，它相當于一個 杠桿，若用它將總重為1牛的鉤碼勻速提高2米，不計輪和繩重以及滑輪與繩子之間的摩擦，則彈簧測力計示數為 牛。
（2022秋 溫州期末）小明用如圖裝置“測量大氣壓”時，發現彈簧秤的量程太小，無法拉開緊貼在地面上的吸盤，于是他加了一個輕質滑輪，若不計滑輪自重和摩擦，下列操作最有可能完成實驗的是（　　）
A． B．
C． D．
（2023春 婺城區校級月考）如圖所示，小華用動滑輪提起200N的物體使其勻速上升5m，若不計繩重、滑輪重及摩擦，則人對繩子的拉力為 N，實際測量出拉力為110N，不計繩重及摩擦，則滑輪重為 N的物體。
知識點二、使用定滑輪和動滑輪的幾種情況(圖中物體全部勻速運動)
定滑輪 動滑輪
圖示
表達式 F=G F=F摩，F摩物體與地面的摩擦力 F=(G+G輪)/2 S繩=2h物 v繩=2v物 F=F摩/ 2 S繩=2h物 v繩=2v物 F=2G+G輪 S輪=s物/2 v輪=v物/2 F=2F摩 S輪=s物/2 v輪=v物/2
【能力拓展】
使用定滑輪提升物體時，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上時，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)
（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0.2米/秒的速度在水平面上做勻速直線運動，如圖所示。若不計滑輪、彈簧測力計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0.4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
（2022春 杭州月考）如圖所示的三個滑輪分別拉同一物體沿同一水平地面做勻速直線運動，所用的拉力分別為F1，F2，F3，不計滑輪重及繩與滑輪間摩擦，那么，下列關系式中正確的是（　　）
A．F1＞F2＞F3 B．F1＜F2＜F3 C．F2＞F1＞F3 D．F2＜F1＜F3
（2022秋 婺城區校級期中）生活中我們經常使用簡單機械。
（1）如圖甲所示，已知撬棒AD＝1米，CD＝BC＝0.15米，石頭垂直作用在棒上的力是420牛，若要撬動石頭，則施加在撬棒A點的力至少是 牛；
（2）如圖乙所示，利用動滑輪拉著一個40千克的重物，用大小為F2的力向右拉動5秒鐘，物體勻速運動了10米，彈簧測力計的示數為6牛；則拉力F2的功率為 瓦；（不計滑輪重、繩子與滑輪之間摩擦）
（2023 紹興）賽龍舟自古以來在我國廣為流傳，現已成為亞運會比賽項目。如圖是運動員在室內進行劃槳訓練的兩個場景，圖甲是訓練裝置的結構示意圖，繩子系在“船槳”的A端，運動員坐在位置上用力將“船槳“從位置“1”劃到位置“2”，重物的位置也發生了相應的變化。若重物的質量為20千克，“劃槳”一次拉過繩子的距離為60厘米。（船槳重、繩重與摩擦均不計）

（1）該裝置中兩個滑輪的作用是 。
（2）“劃槳”一次，人至少做功 焦。
（3）圖乙是某種耐力練習示意圖，保持“船槳”與繩子垂直并靜止。若OA為60厘米，OB為40厘米，當一只手握在O端，另一只手握在B點并施加垂直“船槳”的力F。求此時力F的大小。
知識點三、滑輪組
由定滑輪和動滑輪組成，同時具備定滑輪和動滑輪的特點，既可以 ，又能 。
(1)探究滑輪組的省力情況:
①用彈簧測力計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，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數和彈簧測力計的讀數F1。
③按如圖乙所示方式勻速拉動繩子，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數和彈簧測力計的讀數F2。
分析實驗數據可以得出，在忽略摩擦、繩重及實驗誤差的條件下，彈簧測力計的示數F與鉤碼的重G以及動滑輪的重G輪的關系為F=(G+G輪)/2即重物與動滑輪的總重由幾股繩子承擔，提起重物所用的力就是總重的幾分之幾。
(2)利用滑輪組提起物體時，動力F通過的距離s與物體被提高的高度h的關系是s=nh (n表示承擔物重的繩子股數)。
【能力拓展】
(1)確定滑輪組中承擔物重繩子的股數n的方法:
①要分清哪個(些)是定滑輪，哪個(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，只計算繞在動滑輪上的繩子股數。
(2)組裝滑輪組的方法:
按要求確定動滑輪個數:n為奇數時，從動滑輪開始繞繩;n為偶數時，從定滑輪開始繞繩。
（2022秋 鹿城區期末）小明用下列方式勻速提升同一重物，若不計滑輪和繩子的自重及摩擦，拉力最大的是（　　）
A． B．
C． D．
（2022秋 臺州期末）我國企業承建的2022年世界杯主場館——盧塞爾體育場，創下全球最大跨度索網屋面單體建筑等六大世界之最。
（1）索網的主體部分是索鋼，鋼是一種 （選填“合金”或“有機合成”）材料，其中加入了一定量的鉻和鎳，是通過改變金屬的 來達到防銹的目的。
（2）在吊索網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，不計繩重和摩擦，動滑輪的重力是 。物體和繩子自由端的運動情況如圖乙所示，則反應繩子自由端運動的圖線是 （選填“A”或“B”）。
（2023 蕭山區校級二模）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內使物體A勻速上升1.5m，提升過程中繩子自由端拉力F的功率為180W。已知物體A重540N，該工人重700N。不計繩重和摩擦，下列關于該過程的說法正確的是（　　）
A．繩子自由端移動的速度為0.3m/s
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
（2022秋 嵊州市期末）如圖所示是小明家使用的升降衣架，它是通過一些簡單機械組合來方便地晾起衣服。每個滑輪重1牛，橫梁和衣架總重量為10牛。當晾衣架上所掛衣服重量為60牛時，小明同學用力F拉動繩子自由端，在5s時間內使衣服勻速上移了1m，不計繩重和摩擦。
（1）該升降衣架的6個滑輪中，動滑輪有 個。
（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？
知識點四、機械效率
（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有用表示。
(2)額外功:利用機械時，人們不得不額外做的功，用W額外表示。
(3)總功:人的拉力(動力)對動滑輪(機械)所做的功，用W總表示，W總=W有用+W額外
(4)有用功、額外功、總功的單位都是焦(J)。
（二）機械效率
定義 公式
有用功 提升重物過程中必須要做的功 W有
額外功 利用機械時，人們不得不額外做的功 W額
總功 有用功和額外功之和 W總＝W有＋W額
機械效率 科學上把有用功跟總功的比值 η＝×100%
（三）提高機械效率的途徑:
①在所做的有用功不變的情況下，減小額外功，具體方法是改進結構，使機械更合理，更輕巧，如減少動滑輪的個數，或換用質量小的動滑輪，盡量減小摩擦等;
②在所做額外功一定的情況下，增大有用功，即在機械能承受范圍內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;但當水桶不小心掉入井中，我們想辦法從井中將水桶撈出時，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。
（2022秋 余姚市校級期末）關于機械效率，下列說法正確的是（　　）
A．機械效率越大，越省力
B．機械效率越大，做功越多
C．機械效率越大，功率越大。
D．機械效率越大，額外功在總功中所占的比例越小
（2022秋 余姚市期末）“建設美麗城市，優化市內交通”，寧波市計劃建設地鐵五號線。地鐵的建造過程需要大型機械——盾構機。如圖是地鐵建設施工挖隧道的盾構機正面，下列關于工作中的盾構機說法正確的是（　　）
A．做的功越多，機械效率越高
B．做功多的盾構機，功率大
C．延長工作時間，可提高機械效率
D．做功越快的盾構機，功率越大
（2023 鹿城區模擬）如圖甲所示，用一個動滑輪勻速提升重為600N的物體，在卷揚機拉力F的作用下，繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關系如圖乙所示。已知動滑輪受到的重力為20N，不計繩重和輪與軸間的摩擦。下列說法正確的是（　　）
A．以動滑輪為參照物，物體是向上運動的
B．物體上升的速度是20m/s
C．卷揚機拉力F的功率是62W
D．機械效率為90.67%
（2023 拱墅區二模）如圖為一舉重杠鈴。
（1）小明同學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一些壓力，則他的右手應該向 （選填“右端”或“左端”）移動。
（2）在一次舉重過程中，小明同學雙手將杠鈴舉過頭頂，在他舉著杠鈴站立時左右兩手間距離為1m，左手距離左側杠鈴0.4m，右手距離右側杠鈴0.6m，若此時小明左手豎直向上舉的力為350N，則小明同學所舉杠鈴總質量為多少千克？
（3）若小明同學體重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1.8米，而自身重心升高1米，則在該次舉重過程中的機械效率是多少？
知識點五、斜面的機械效率
(1)斜面是一種簡單機械，使用它可以 ，但要 。
(2)探究 影響斜面機械效率的因素:
①如圖所示，將-塊長木板的一端墊高，構成一個斜面，用刻度尺測出斜面的長s和斜面的高度ho
②用彈簧測力計測出小車的重力G。
③用彈簧測力計沿著斜面把小車從斜面底端勻速拉到頂端，讀出彈簧測力計的示數F。
改變斜面的傾斜程度，重復上述步驟。實驗測量結果見下表:
實驗序號 1 2 3
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 2 2 2
斜面高度h/米 0.1 0.2 0.3
斜面拉力F/牛 0.6 1 1.4
斜面長s/米 0.5 0.5 0.5
有用功W有用/焦 0.2 0.4 0.6
總功W總/焦 0.3 0.5 0.7
機械效率η 67% 80% 86%
結論:對于光滑程度相同的斜面，傾斜程度越大，機械效率 。
(3)測量斜面的機械效率：
①光滑斜面：Fl＝Gh　 W額＝0　 η＝100%
②有摩擦的斜面：η＝Gh/Fl
③斜面的機械效率與斜面的光滑程度和傾斜程度有關。
測量滑輪組的機械效率：多數情況下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。此時對于用滑輪組提升物體時有：η＝＝＝。測量杠桿的機械效率：η= =
（2021秋 西湖區期末）小金用如圖所示裝置和相關的實驗儀器探究斜面機械效率的影響因素，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。下列說法錯誤的是（　　）
A．改變h即可研究斜面傾斜程度對斜面機械效率的影響
B．該過程中克服斜面摩擦力做的功屬于額外功
C．該斜面的機械效率為100%
D．若物體沒有被拉到斜面頂端，則無法測出斜面的機械效率
（2022春 江干區校級月考）如圖甲，質量m的貨物在拉力作用下，沿粗糙斜面向上運動（不考慮空氣的阻力），斜面長L、高H。貨物上升高度h與時間t關系圖像如圖乙所示，0至t1時間內的拉力為F1，t1至t2時間內拉力為F2。已知H＞4h0，t2＝2t1，不計速度變化時的時間，斜面粗糙程度不變。
（1）0至t1和t1至t2兩個過程中受到的拉力F1 F2的大小關系。（選填：“＞”、“＜”或“＝”）
（2）F1時斜面效率η1 （選填：“＞”、“＜”或“＝”）F2時斜面效率η2。
（2021秋 臨海市期末）某同學看到爸爸正準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）利用斜面搬運貨物的優點是 。
（2）該同學用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。求此斜面的機械效率。
模塊三 鞏固提高
（2021秋 柯橋區期末）如圖所示，分別用力F1、F2、F3勻速提起重物A，若不計摩擦，關于三個力的大小關系，下列選項中正確的是（　　）
A．F1＝F2＝F3 B．F1＞F2＞F3 C．F2＞F1＝F3 D．F1＜F2＜F3
（2021秋 溫嶺市期中）如圖所示，健身員向下擺動腳踝使細繩拉著物體緩慢提升時，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
（2022秋 婺城區校級期中）如圖所示，分別用力F1、F2和F3，使用下列三個裝置勻速提起同樣的重物，不計滑輪的重力和摩擦且不計繩重，則F1、F2和F3的大小關系是（　　）
A．F1＜F2＝F3 B．F2＜F1＜F3 C．F1＝F3＜F2 D．F1＜F2＜F3
（2023 定海區校級模擬）我們經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滑輪組進行拔河比賽。已知爸爸與地面之間的摩擦力最大可達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達到（不計滑輪重、繩重及其摩擦）（　　）
A．540牛 B．270牛 C．360牛 D．200牛
（2022秋 上城區校級期中）如圖所示，物體A重120N，實心物體B的體積是1dm3，此時A恰能沿著水平桌面以0.2m/s向右做勻速直線運動；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，則下列選項正確的是（不計摩擦、繩重及滑輪重）（　　）
A．物體B勻速下降的速度是0.1m/s
B．物體A向左做勻速直線運動與桌面之間的摩擦力為100N
C．物體B在勻速上升時，克服B重力做功的功率為2W
D．物體B密度是2.5×103kg/m3
（2023 拱墅區模擬）如圖所示，不計滑輪重及摩擦，分別用力F1、F2勻速提升同一重物，若力F1、F2在相等時間內對物體所做的功相等，則力F1、F2及其功率P1、P2的大小關系為（　　）
A．F1＞F2 P1＜P2 B．F1＞F2 P1＞P2
C．F1＞F2 P1＝P2 D．F1＜F2 P1＜P2
（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0.2m/s的速度在水平面上勻速運動。彈簧測力計的示數恒為2N（不計滑輪、測力計、繩子的重力，滑輪的轉軸光滑）。下列說法錯誤的是（　　）
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0.1m/s
D．拉力F做功功率為4W
（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，所用時間為2s，作用在繩子末端的拉力F為6N（不計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．該滑輪組的機械效率為83.3%
（2023 海曙區校級三模）圖中的每個滑輪重0.5N，物體A重6N，托板重1N。為了提升重物A，在2s的時間內，拉力F的作用點沿豎直方向勻速升高了1.2m，這個過程中，不計滑輪軸摩擦和繩重，則下列分析正確的是（　　）

A．拉力F的大小為1.5N
B．天花板對定滑輪拉力大小為4.5N
C．物體A上升的速度為0.6m/s
D．滑輪組的機械效率為80%
（2023 鹿城區模擬）如圖甲為工人師傅用滑輪組提升重物的裝置示意圖，已知動滑輪和水桶總重20N，將重為160N的水以0.2m/s的速度勻速提起，所用時間為20s，此過程工人拉力做的功隨時間變化的圖像如圖乙所示，下列說法正確的是（　　）
A．工人的拉力為200N
B．工人做功的功率為100W
C．繩子自由端移動的距離為4m
D．該裝置的機械效率為80%
（2023 拱墅區模擬）某型號挖掘機的質量3000kg，兩履帶與地面接觸的總面積1.5m挖掘機在6s內將裝滿鏟斗質量為0.75t的泥石送到岸邊，挖掘深度H＝2m。（如圖乙所示）（取g＝10N/kg）求：
（1）挖掘機靜止在水平地面上不工作時對地面的壓強多大？
（2）挖掘機每挖一次泥土并水平移送到岸邊，對泥土做功多少？
（3）若發動機的總功率是20kW，挖泥過程中挖掘機的機械效率多大？
（2023 舟山三模）工人師傅利用如圖甲所示的滑輪組搬運石材質量為1.8×103kg的石材放在水平地面上，在拉力F的作用下沿水平方向做勻速直線運動，其路程隨時間變化的圖象如圖乙所示。石材在水平方向上受到的阻力為石材重的0.1倍，滑輪組的機械效率為75%，滑輪組和繩子的自重不計。（g＝10N/kg） 求：

a.石材受到的阻力？
b.在石材移動40s過程中，工人作用在繩子自由端的拉力F？

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