資源簡(jiǎn)介

專(zhuān)題18 滑輪、機(jī)械效率
一、定滑輪、動(dòng)滑輪和滑輪組的對(duì)比 二、輪軸和斜面 輪軸斜面定義由共同轉(zhuǎn)動(dòng)軸的大輪和小輪組成實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)變形的杠桿，大小輪的半徑就是兩個(gè)力臂，輪軸的公式：F1R=F2r一種簡(jiǎn)單機(jī)械，特點(diǎn)可以省力，但是費(fèi)距離可以省力，但是費(fèi)距離；斜面越平緩，越省力應(yīng)用螺絲刀、鑰匙、扳手、方向盤(pán)、車(chē)把、水龍頭開(kāi)關(guān)等盤(pán)山公路，螺絲釘
三、認(rèn)識(shí)機(jī)械效率 有用功（1）對(duì)人們有用的功，等于直接用手對(duì)重物所做的功（Gh）。 （2）公式：W有用＝Gh（提升重物）=W總－W額=ηW總。額外功（1）并非我們需要但又不得不做的功。 （2）公式：W額=W總－W有用=G動(dòng)h（忽略輪軸摩擦的動(dòng)滑輪、滑輪組）。總功（1）有用功加額外功或動(dòng)力所做的功。 （2）公式：W總=W有用＋W額=Fs=W有用／η。機(jī)械效率（1）有用功和總功之比，公式η=W有/W總。 （2）機(jī)械效率無(wú)單位，并且總小于1。 （3）提高機(jī)械效率的方法：減小機(jī)械自重、減小機(jī)件間的摩擦。
四、機(jī)械的有用功、總功、機(jī)械效率計(jì)算 有用功總功額外功機(jī)械效率杠桿W有用=GhW總=FsW額=W總－W有用滑輪組W有用=GhW總=Fs W總=Gh+G動(dòng)h （不計(jì)繩重和摩擦）W額=W總－W有用 W額=G動(dòng)h （不計(jì)繩重和摩擦） 斜面W有用=GhW總=Fl W總=Gh+fl （f為摩擦力）W額=W總－W有用 W額=fl （f為摩擦力），
1．滑輪（組）的相關(guān)計(jì)算 （1）先數(shù)動(dòng)滑輪上繩子的段數(shù)n。 （2）s繩自由端＝ns物體。 （3）不計(jì)繩重： ①上提物體，無(wú)摩擦：F拉＝； ②水平拉物體，F(xiàn)拉＝f/n。 2．滑輪（組）的繞線(xiàn)方法 （1）由滑輪組省力公式求承擔(dān)力的繩子段數(shù)n； （2）根據(jù)“奇動(dòng)偶定”確定繩子固定端位置； （3）由內(nèi)到外順次繞，畫(huà)直線(xiàn)且與滑輪邊緣相切。
模型1 各種簡(jiǎn)單機(jī)械最省力或最費(fèi)力的判斷
（2023 遂寧）用如圖所示的四種簡(jiǎn)單機(jī)械，將同一重物從低處勻速提升到高處，在不計(jì)機(jī)械自重及摩擦的情況下，最省力的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】B
【分析】（1）動(dòng)滑輪在理想情況下可以省一半力。
（2）斜面長(zhǎng)是斜面高的多少倍，所用的拉力就是物重的多少分之一。
（3）根據(jù)杠桿的平衡條件進(jìn)行分析。
（4）使用定滑輪不省力。
【解答】解：A、動(dòng)滑輪可以省一半力，；B、不計(jì)機(jī)械自重及摩擦的情況下，根據(jù)斜面的長(zhǎng)度和高度可知：FL＝Gh，；
C、根據(jù)題圖可知：此時(shí)杠桿的動(dòng)力臂是阻力臂的1.5倍，所以；D、使用定滑輪不省力，即F＝G。綜上可知：最省力的是斜面，故B符合題意，ACD不符合題意。
名師點(diǎn)撥：本題主要考查了常見(jiàn)的簡(jiǎn)單機(jī)械的省力狀況，屬于基礎(chǔ)性題目；會(huì)利用杠桿原理進(jìn)行分析。
【變式練1】（2023 海南）用下列簡(jiǎn)單機(jī)械提升同一重物，忽略機(jī)械自重和摩擦，最省力的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【分析】（1）根據(jù)杠桿平衡條件來(lái)分析；
（2）忽略機(jī)械自重和摩擦，滑輪組繩子拉力為物重的來(lái)分析。
【解答】解：分別用如圖四種機(jī)械提起同一重物，忽略機(jī)械自重和摩擦：則
A、根據(jù)杠桿平衡條件可得：G×L＝F×3L，則FG；
B、由圖可知，該滑輪組由1股繩子承擔(dān)物重，拉力等于物重；
C、由圖可知，該滑輪組由2股繩子承擔(dān)物重，拉力為物重的二分之一；
D、由圖可知，該滑輪組由2股繩子承擔(dān)物重，拉力為物重的二分之一。
綜上分析可知，最省力的是A。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查學(xué)生對(duì)杠桿平衡條件和滑輪及滑輪組的綜合理解和運(yùn)用。
【變式練2】（2022 廣東）分別使用圖中四種裝置勻速提升同一重物，不計(jì)滑輪重、繩重和摩擦，最省力的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】A
【分析】由題知，不計(jì)摩擦和動(dòng)滑輪重，先分析所用的是定滑輪、動(dòng)滑輪還是滑輪組，
若是定滑輪，不省力，F(xiàn)＝G；
若是動(dòng)滑輪，省一半力，F(xiàn)G；
若是滑輪組，找出拉動(dòng)動(dòng)滑輪繩子股數(shù)n，則FG。
【解答】解：由題知，不計(jì)摩擦和動(dòng)滑輪重，
A、使用的是滑輪組，n＝3，F(xiàn)G。
B、使用的是滑輪組，n＝2，F(xiàn)G；
C、使用的是定滑輪，F(xiàn)＝G；
D、使用的是動(dòng)滑輪，F(xiàn)G；
由此可知A圖中最省力，F(xiàn)G。
故選：A。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了不計(jì)摩擦和動(dòng)滑輪重時(shí)，使用滑輪組省力情況的計(jì)算，能確定拉動(dòng)動(dòng)滑輪繩子股數(shù)（直接從動(dòng)滑輪上引出的繩子股數(shù)）是本題的突破口。
【變式練3】（2021 煙臺(tái)）用如圖所示的四種方式勻速提升同一物體（不計(jì)機(jī)械自重和摩擦），其中最費(fèi)力的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】A
【分析】（1）使用動(dòng)滑輪時(shí)，若動(dòng)力作用在輪上，可以省一半的力，但費(fèi)距離；若動(dòng)力作用在軸上，則不能省力，費(fèi)一倍的力，但可以省距離；
（2）定滑輪不能省力，但能改變力的方向；
（3）滑輪組是動(dòng)滑輪、定滑輪的組合，可以省力，也可以改變力的方向；
（4）使用斜面的好處是可以省力，但費(fèi)距離。
【解答】解：不計(jì)機(jī)械自重和摩擦，設(shè)物重為G，由圖知：
A、使用此動(dòng)滑輪時(shí)，由于動(dòng)力作用在軸上，所以費(fèi)一倍的力，即F1＝2G；
B、此裝置是定滑輪，不能省力，所以F2＝G；
C、此裝置是滑輪組，承擔(dān)物重的繩子有3股，所以F3G；
D、此裝置是斜面，且L＝2h，所以F4G。
比較可知，上述裝置中，最省力的是C，最費(fèi)力的是A。
故選：A。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了學(xué)生對(duì)滑輪、滑輪組以及斜面特點(diǎn)的理解和運(yùn)用，利用好“不計(jì)機(jī)械自重和摩擦”是本題的關(guān)鍵。
【變式練4】（2022 鄂爾多斯）使用下列機(jī)械時(shí)，用大小相等的拉力F，能提起最重貨物的是（不計(jì)機(jī)械自重和摩擦）（　　）
A． B． C． D．
【答案】D
【分析】A中是定滑輪，使用它不省力；
B中是動(dòng)滑輪，使用它可以省一半的力，
C中是杠桿，設(shè)每一小格的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，根據(jù)杠桿平衡條件可知G3，
D中是輪軸，可等效為杠桿，根據(jù)G4 r＝F 3r可知G4。通過(guò)比較可知能提起最重貨物的機(jī)械。
【解答】解：A中是定滑輪，使用它不省力，故G1＝F，
B中是動(dòng)滑輪，使用它可以省一半的力，故G2＝2F，
C中是杠桿，設(shè)每一小格的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，根據(jù)杠桿平衡條件可知，G3 2L＝F 3L，解得G3F，
D中是輪軸，可等效為杠桿，則G4 r＝F 3r，故G4＝3F。通過(guò)比較可知G4最大。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查滑輪、杠桿的有關(guān)知識(shí)，是一道綜合題。
模型2 動(dòng)滑輪和定滑輪的特點(diǎn)
（2023 自貢）如圖所示，用一根繩子繞過(guò)定滑輪，一端拴在鉤碼上，手執(zhí)另一端，分別用力F1、F2、F3勻速拉起鉤碼。忽略繩子與滑輪的摩擦，下列說(shuō)法正確的是（　　）
A．F1、F2、F3的大小相等 B．F1最大
C．F2最大 D．F3最大
【答案】A
【分析】定滑輪的工作特點(diǎn)是：使用定滑輪只能改變力的方向，不能省力。
【解答】解：由圖可知，圖中滑輪是定滑輪，定滑輪不能省力，忽略繩子與滑輪的摩擦，所以F1、F2、F3都與物體重力相等，所以三種拉法所用拉力一樣大，故BCD錯(cuò)誤，故A正確。
名師點(diǎn)撥：本題考查了定滑輪及工作特點(diǎn)，屬于基本內(nèi)容，比較簡(jiǎn)單；知道定滑輪和動(dòng)滑輪的定義及其特點(diǎn)是關(guān)鍵。
【變式練1】（2021 赤峰）升國(guó)旗時(shí)，旗手緩緩向下拉繩子，旗子就會(huì)徐徐上升，如圖所示，關(guān)于旗桿上端定滑輪的作用，說(shuō)法正確的是（　　）
A．省力 B．省功
C．費(fèi)力 D．改變力的方向
【答案】D
【分析】定滑輪是軸固定不動(dòng)的滑輪，使用定滑輪不省力但能改變力的方向，據(jù)此分析即可。
【解答】解：由圖可知，旗桿頂部滑輪的軸是固定不動(dòng)的，為定滑輪，使用定滑輪的優(yōu)點(diǎn)是可以改變力的方向，但不能省力，故ABC錯(cuò)誤，D正確。
【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查學(xué)生對(duì)定滑輪工作特點(diǎn)的了解和掌握，是一道基礎(chǔ)題。
【變式練2】（2023 常德）如圖所示小明組裝了甲、乙兩種滑輪，用來(lái)提升同一物體，G物＝200N（不計(jì)繩重、輪重和摩擦），要使物體豎直勻速提升2m。下列說(shuō)法中正確的是（　　）
A．F甲＝200N，并向上移動(dòng)4m
B．F甲＝100N，并向上移動(dòng)2m
C．F乙＝200N，并向上移動(dòng)1m
D．F乙＝400N，并向上移動(dòng)1m
【答案】D
【分析】（1）軸不隨物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪是定滑輪，使用定滑輪不省力但能改變力的方向；（2）軸隨物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪是動(dòng)滑輪，使用動(dòng)滑輪能省一半力，但費(fèi)距離，繩自由端移動(dòng)的距離s＝2h。
【解答】解：AB、圖甲是動(dòng)滑輪，動(dòng)滑輪不能改變力的方向，但是可以省一半的力，所以F甲G物200N＝100N，拉力端移動(dòng)的距離為s＝2h＝2×2m＝4m，故AB錯(cuò)誤；CD、圖乙是動(dòng)滑輪，由圖可知，G物F乙＝200N，所以F乙＝400N，拉力端移動(dòng)的距離為s'2m＝1m，故C錯(cuò)誤，D正確。
【點(diǎn)評(píng)】此題考查了動(dòng)滑輪的工作特點(diǎn)，是一道基礎(chǔ)題。
【變式練3】（2021 鹽城）旗桿頂端裝有定滑輪，升旗時(shí)旗手向下拉繩子，國(guó)旗冉冉升起。下列說(shuō)法正確的是（　　）
A．旗手對(duì)繩的拉力一定等于國(guó)旗重力
B．旗手對(duì)繩的拉力等于國(guó)旗重力的一半
C．國(guó)旗上升的距離等于被旗手拉下的繩端移動(dòng)距離
D．國(guó)旗上升的距離等于被旗手拉下的繩端移動(dòng)距離的一半
【答案】C
【分析】定滑輪使用時(shí)，滑輪的位置固定不變；定滑輪實(shí)質(zhì)是等臂杠桿，不省力也不費(fèi)力，但可以改變作用力方向。
【解答】解：AB、旗桿頂端裝有的定滑輪，實(shí)質(zhì)是等臂杠桿，使用時(shí)，不省力也不費(fèi)力。不計(jì)繩重和摩擦且國(guó)旗勻速上升時(shí)，旗手對(duì)繩的拉力一定等于國(guó)旗重力，若計(jì)繩重和摩擦，旗手對(duì)繩的拉力大于國(guó)旗重力，故AB錯(cuò)誤；
CD、旗桿頂端裝有定滑輪，定滑輪實(shí)質(zhì)是等臂杠桿，使用時(shí)，不省距離也不費(fèi)距離，則國(guó)旗上升的距離等于被旗手拉下的繩端移動(dòng)距離，故C正確、D錯(cuò)誤。
【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查定滑輪及其工作特點(diǎn)，比較基礎(chǔ)。
35．（2022 赤峰）小李同學(xué)在利用如圖所示裝置研究動(dòng)滑輪特點(diǎn)時(shí)，猜想：如果忽略繩重與摩擦，繩端拉力F可能與被提升木塊所受的重力、木塊上升的高度、動(dòng)滑輪所受的重力、動(dòng)滑輪的直徑這些因素有關(guān)。
（1）若小李探究繩端拉力F與動(dòng)滑輪直徑的關(guān)系，請(qǐng)將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整。
步驟一：按圖安裝動(dòng)滑輪。
步驟二：勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使木塊升高，讀出拉力F的值并記錄。
步驟三：換用 　 　的動(dòng)滑輪，使同一木塊勻速上升相同的高度，讀出拉力F的值并記錄。
步驟四：重復(fù)步驟三，多做幾次實(shí)驗(yàn)。
（2）步驟四的目的是：　 　。
（3）若小李五次實(shí)驗(yàn)測(cè)得F分別為：1.8N、1.8N、1.8N、1.8N、1.8N，則初步得到的結(jié)論是：在其他因素相同時(shí)，　 　。
【答案】（1）重力相同、直徑不同；（2）多次測(cè)量避免偶然性；（3）繩端拉力F與動(dòng)滑輪直徑無(wú)關(guān)。
【分析】（1）利用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。（2）多次測(cè)量避免偶然性。
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
【解答】解：（1）若小李探究繩端拉力F與動(dòng)滑輪直徑的關(guān)系，需要控制動(dòng)滑輪的重力相同，而直徑不同，實(shí)驗(yàn)步驟如下：
步驟一：按圖安裝動(dòng)滑輪。
步驟二：勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使木塊升高，讀出拉力F的值并記錄。
步驟三：換用重力相同、直徑不同的動(dòng)滑輪，使同一木塊勻速上升相同的高度，讀出拉力F的值并記錄。
步驟四：重復(fù)步驟三，多做幾次實(shí)驗(yàn)。
（2）步驟四的目的是：多次測(cè)量避免偶然性。
（3）若小李五次實(shí)驗(yàn)測(cè)得F分別為：1.8N、1.8N、1.8N、1.8N、1.8N，則初步得到的結(jié)論是：在其他因素相同時(shí)，繩端拉力F與動(dòng)滑輪直徑無(wú)關(guān)。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了動(dòng)滑輪的特點(diǎn)，用好控制變量法是解題的關(guān)鍵。
模型3 動(dòng)滑輪中的計(jì)算
（2023 菏澤）用動(dòng)滑輪在水平地面上沿直線(xiàn)勻速拉動(dòng)重為G的物體，如圖所示。已知水平拉力為F，物體受到地面的摩擦力為f，物體移動(dòng)的距離為s。下列說(shuō)法正確的是（　　）
A．重力做功數(shù)值為Gs
B．拉力做功數(shù)值為Fs
C．摩擦力做功數(shù)值為fs
D．使用此滑輪既省力又省功
【答案】C
【分析】使用滑輪組水平拉動(dòng)物體，拉力F所做的功為總功，克服物體摩擦力所做的功為有用功，從圖可知，由2段繩子與動(dòng)滑輪相連，則s拉＝2s物，任何機(jī)械都不省功。
【解答】解：A．物體在重力方向沒(méi)有移動(dòng)距離，重力做功數(shù)值為0，故A錯(cuò)誤；
B．由2段繩子與動(dòng)滑輪相連，物體移動(dòng)的距離為s，拉力移動(dòng)距離則s拉＝2s，拉力做功數(shù)值為W＝Fs拉＝2Fs，故B錯(cuò)誤；
C．摩擦力做功數(shù)值為fs，故C正確；
D．任何機(jī)械都不省功，使用此滑輪可省力，但不省功，故D錯(cuò)誤。
名師點(diǎn)撥：本題考查考查動(dòng)滑輪使用時(shí)有關(guān)功的計(jì)算，屬于中檔題。
【變式練1】（2022 黔西南州）如圖所示，通過(guò)滑輪沿水平方向拉動(dòng)重為20N的物體A，不計(jì)滑輪重及其摩擦。當(dāng)拉力F為4N時(shí)，物體A受到的拉力為
　 　N；用這種方法使用滑輪是為了　 　。
【答案】8；省力。
【分析】由圖知，使用的是動(dòng)滑輪，n＝2，不計(jì)滑輪重及其摩擦，物體A受到的拉力F′＝2F；軸隨物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪叫做動(dòng)滑輪，動(dòng)滑輪可以省一半的力，但不可以改變動(dòng)力方向。
【解答】解：由圖可知，繞在動(dòng)滑輪上繩子的有效股數(shù)n＝2，則物體A受到的拉力F′＝2F＝2×4N＝8N；動(dòng)滑輪可以省一半的力，但不可以改變動(dòng)力方向。
【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查有關(guān)動(dòng)滑輪的拉力計(jì)算和特點(diǎn)，關(guān)鍵是水平使用滑輪組時(shí)繩子有效股數(shù)n的確定。
【變式練2】（2022 上海）用如圖所示的滑輪沿豎直方向提起一重為16牛的物體A（滑輪自身重力及摩擦忽略不計(jì)），滑輪處于靜止?fàn)顟B(tài)，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)
　 　杠桿，力F的大小為　 牛，此時(shí)物體A所受到的合力大小為 牛。
【答案】省力；8；0。
【分析】（1）定滑輪的本質(zhì)是等臂杠桿，不省力，也不省距離；動(dòng)滑輪的本質(zhì)是動(dòng)力臂是阻力臂二倍的杠桿，可以省一半的力，但是費(fèi)距離。
（2）當(dāng)物體受平衡力作用時(shí)，物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
【解答】解：（1）由圖知，該滑輪是動(dòng)滑輪，其本質(zhì)是動(dòng)力臂為阻力臂二倍的省力杠桿；
（2）滑輪處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)不計(jì)滑輪重，拉力F16N＝8N；
（3）物體靜止時(shí)，受平衡力作用，即物體A所受到的合力大小為0牛。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)以及平衡力，屬于力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的考查。
【變式練3】（2023 四川）如圖所示，小茗同學(xué)將重120N的物體勻速提起，已知滑輪的重力均為30N，不計(jì)繩重和摩擦，此過(guò)程中人對(duì)繩子的拉力為　　N，滑輪組的機(jī)械效率為　 　。
【答案】75；80%。
【分析】（1）從圖中可知n＝2，不計(jì)繩重和摩擦，根據(jù)F（G+G動(dòng)）求此過(guò)程中人對(duì)繩子的拉力；（2）根據(jù)η得出該滑輪組的機(jī)械效率。
【解答】解：（1）從圖中可知n＝2，不計(jì)繩重和摩擦，此過(guò)程中人對(duì)繩子的拉力為：
F（G+G動(dòng)）（120N+30N）＝75N；
（2）該滑輪組的機(jī)械效率為：η100%＝80%。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查拉力和機(jī)械效率的有關(guān)計(jì)算，綜合性強(qiáng)，難度適中。
模型4 設(shè)計(jì)滑輪組的繞繩方案
（2023 泰州）工人站在地面上用如圖的滑輪組提升重物，畫(huà)出滑輪組的繞繩方式。
【答案】如圖所示
【分析】在使用滑輪組提升重物時(shí)，既要考慮到它的省力情況，還應(yīng)注意動(dòng)力的施力方向。
【解答】解：因?yàn)榛喗M要求工人站在地面上提升重物，因此，在繞繩時(shí)，最終的繩子自由端方向應(yīng)該向下，由外向內(nèi)畫(huà)出繞繩方式，如答案圖所示，由兩段繩子承擔(dān)物重。
名師點(diǎn)撥：設(shè)計(jì)滑輪組的繞繩方案應(yīng)從兩方面考慮，一是省力情況，二是繩子自由端的朝向。
【變式練1】（2023 金昌）如圖所示，小亮用滑輪組將裝修材料運(yùn)到樓上，請(qǐng)用筆畫(huà)線(xiàn)幫他組裝最省力的滑輪組。
【答案】如圖所示
【分析】滑輪組可以省力也可以改變力的方向，根據(jù)題目對(duì)拉力方向的要求進(jìn)行解答。
【解答】解：由圖可知，小亮站在地面上，要想運(yùn)用滑輪組將裝修材料運(yùn)輸?shù)綐巧希Ψ较蛳蛳拢粋€(gè)動(dòng)滑輪最多繞三股繩子，所以要從動(dòng)滑輪的上掛鉤繞起，依次繞過(guò)下面的定滑輪、動(dòng)滑輪和上面的定滑輪，如答案圖所示。
【點(diǎn)評(píng)】對(duì)于滑輪組的組裝與繞線(xiàn)方法，要看清題目的每一個(gè)要求，靈活運(yùn)用看，不能死記硬背最省力的繞線(xiàn)方法。
【變式練2】（2023 哈爾濱）小麗學(xué)習(xí)了滑輪的知識(shí)后，想利用滑輪組設(shè)計(jì)一個(gè)升降裝置，自己把物體吊上樓來(lái)，請(qǐng)你畫(huà)出最省力的繞線(xiàn)方式和物體所受重力的示意圖。
【答案】如圖所示
【分析】承擔(dān)物重的繩子段數(shù)越多越省力，由此完成最省力的繞線(xiàn)方式，重力的方向豎直向下，作用點(diǎn)在重心。
【解答】解：要使滑輪組最省力，需要承擔(dān)物重的繩子段數(shù)最多，圖中只有一個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪，最多只能有3股繩子，所以繩子要系在動(dòng)滑輪上面的掛鉤上，依次向外繞線(xiàn)；過(guò)物體的重心，作豎直向下的重力G，如答案圖所示。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查滑輪組的繞法和重力的示意圖，屬于基礎(chǔ)題。
【變式練3】（2021 鄂爾多斯）如圖1是一款升降座椅裝置，其簡(jiǎn)圖如圖2，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫(huà)出滑輪組的繞線(xiàn)情況，要求繩子的末端繞至按鈕處。
【答案】如圖所示
【分析】在繞線(xiàn)時(shí)，可以從動(dòng)滑輪或定滑輪繞起，依次繞過(guò)每一個(gè)滑輪，在題目中要根據(jù)實(shí)際情況而定。
【解答】解：由題意可知，要求繩子的末端繞至按鈕處，則可從按鈕開(kāi)始，引出一條繩子，依次繞過(guò)最上面的定滑輪、下面的動(dòng)滑輪、上面的第二個(gè)定滑輪，最后回到動(dòng)滑輪的掛鉤上，如答案圖所示。
【點(diǎn)評(píng)】此題主要考查了滑輪組的組裝，要掌握滑輪組的兩種繞線(xiàn)方式：可以從定滑輪或動(dòng)滑輪繞起。解決此題的關(guān)鍵是確定用力的方向。
模型5 有用功、額外功和總功
（2023 郴州）如圖所示，物體重10N，每個(gè)滑輪重1N，在F＝2.5N的拉力作用下，物體上升了1m，則拉力做的有用功是　 　 J，克服繩重及滑輪與繩子之間的摩擦所做的額外功為　 　J。
【答案】10；3。
【分析】（1）利用W有＝Gh求有用功；
（2）由圖可知每個(gè)動(dòng)滑輪中吊起動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n＝2，繩子自由端移動(dòng)的距離s＝nh，利用W總＝Fs求拉力做的總功，再根據(jù)總功等于有用功和額外功的和，求出額外功。
額外功包括提起動(dòng)滑輪所做的額外功和克服繩重及滑輪與繩子之間的摩擦所做的額外功，求出提起動(dòng)滑輪所做的額外功，進(jìn)而可求出克服繩重及滑輪與繩子之間的摩擦所做的額外功。
【解答】解：拉力做的有用功：W有＝Gh＝10N×1m＝10J，
由圖可知每個(gè)動(dòng)滑輪中吊起動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n＝2，
繩子自由端移動(dòng)的距離：s＝nh＝23×1m＝8m，
則力F做的功：W總＝Fs＝2.5N×8m＝20J；
總的額外功為：W額＝W總﹣W有＝20J﹣10J＝10J，
提起動(dòng)滑輪所做的額外功：
W動(dòng)額＝G動(dòng)h1+G動(dòng)h2+G動(dòng)h3＝1N×1m+1N×2m+1N×4m＝7J，
克服繩重及滑輪與繩子之間的摩擦所做的額外功為：
W摩擦額＝W額﹣W動(dòng)額＝10J﹣7J＝3J。
名師點(diǎn)撥：本題考查了功的計(jì)算公式的應(yīng)用，解答本題的關(guān)鍵是分析清楚滑輪組的結(jié)構(gòu)。
【變式練1】（2021 廣州）如圖顯示的是甲、乙兩機(jī)械的參數(shù)。甲、乙相比，甲的（　　）
A．總功較大 B．有用功較小
C．額外功較大 D．機(jī)械效率較低
【答案】B
【分析】W有+W額＝W總；η。
【解答】解：AD.由圖可知，W甲有＝1500J，W乙額＝900J，η甲＝75%，η乙＝70%，
由η可得，W甲總2000J，W乙總3000J，故AD錯(cuò)誤；BC.由W有+W額＝W總可得，W甲額＝W甲總﹣W甲有＝2000J﹣1500J＝500J，W乙有＝W乙總﹣W乙額＝3000J﹣900J＝2100J，故B正確、C錯(cuò)誤。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查有用功、額外功、總功及機(jī)械效率的計(jì)算，一定要把圖看懂，屬基礎(chǔ)題目。
【變式練2】（2022 宜賓）小洪在一次勞動(dòng)中，欲將重為600N的貨物搬到距地面2m高的平臺(tái)上。他用長(zhǎng)為4m的木板搭成斜面如圖，并用沿著斜面向上大小為400N的力將貨物勻速?gòu)牡锥送频巾敹耍『樵谠撨^(guò)程中做的有用功為
　 　 J，斜面起到了　 　（選填“省力”或“省功”）的作用。
【答案】1200；省力。
【分析】（1）根據(jù)W有＝Gh計(jì)算有用功；
（2）比較物體的重力和推力大小可知，斜面是否省力。
【解答】解：小洪在該過(guò)程中做的有用功為：W有＝Gh＝600N×2m＝1200J；
物體的重力G＝600N，沿斜面的推力F＝400N，F(xiàn)＜G，所以斜面是一種省力的簡(jiǎn)單機(jī)械。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了使用斜面時(shí)有用功的計(jì)算以及使用斜面時(shí)可以省力，屬于基礎(chǔ)性題目。
【變式練3】（2022 益陽(yáng)）建筑工地上起重機(jī)把重為1×104N的建筑材料勻速提升了9m，起重機(jī)做的有用功為　 　J，若起重機(jī)的機(jī)械效率為45%，做的總功為　 　J。
【答案】9×104；2×105。
【分析】（1）利用W有用＝Gh得出有用功；
（2）根據(jù)W總得出總功。
【解答】解：（1）有用功：W有用＝Gh＝1×104N×9m＝9×104J；
（2）由η得總功：W總2×105J。
【點(diǎn)評(píng)】此題主要考查的是對(duì)有用功、效率公式的理解和掌握，難度不大。
【變式練4】（2023 荊州）一位同學(xué)用如圖所示的滑輪組拉著重500N的物體，使物體以0.1m/s的速度沿水平地面向右勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)10s，已知物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力為150N，滑輪組的機(jī)械效率為60%，在此過(guò)程中下列選項(xiàng)正確的是（　　）
A．繩子自由端移動(dòng)的距離為3m
B．拉力做的有用功為500J
C．拉力做的額外功為150J
D．拉力做功的功率為25W
【答案】D
【分析】（1）根據(jù)v求出物體移動(dòng)的距離，由圖可知n＝2，繩子自由端移動(dòng)的距離s＝ns物；（2）利用W有＝fs物求有用功；（3）利用η100%求總功，利用W總＝W有+W額求拉力做的額外功；（4）利用P求拉力做功的功率。
【解答】解：A、由v可知，物體移動(dòng)的距離：s物＝v物t＝0.1m/s×10s＝1m，
由圖可知n＝2，繩子自由端移動(dòng)的距離：s＝ns物＝2×1m＝2m，故A錯(cuò)誤；
B、拉力做的有用功：W有＝fs物＝150N×1m＝150J，故B錯(cuò)誤；
C、由η100%可知，拉力做的總功：W總250J，
拉力做的額外功：W額＝W總﹣W有＝250J﹣150J＝100J，故C錯(cuò)誤；
D、拉力做功的功率：P25W，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查使用滑輪組時(shí)功、功率和機(jī)械效率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是從圖中得出滑輪組繩子的有效股數(shù)。
模型6 機(jī)械效率的概念
（2023 連云港）下列關(guān)于機(jī)械效率的說(shuō)法正確的是（　　）
A．越省力的機(jī)械，機(jī)械效率越高
B．做功越快的機(jī)械，機(jī)械效率越高
C．所做有用功越多的機(jī)械，機(jī)械效率越高
D．有用功與總功的比值越大的機(jī)械，機(jī)械效率越高
【答案】D
【分析】根據(jù)功、功率、機(jī)械效率的關(guān)系分析。功率是單位時(shí)間內(nèi)做的功的多少，機(jī)械效率是有用功與總功的比值；
使用機(jī)械可以省力、可以改變力的方向、可以省距離。
【解答】解：A、根據(jù)功的原理可知省力的機(jī)械不能省功，機(jī)械效率是有用功與總功的比值，機(jī)械省力與否與機(jī)械效率大小沒(méi)有關(guān)系，因此省力的機(jī)械，機(jī)械效率不一定越高，故A錯(cuò)誤；
B、做功越快的機(jī)械功率越大，功率反映了物體做功的快慢，機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，機(jī)械效率與功率大小沒(méi)有直接關(guān)系，故B錯(cuò)誤；
C、機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，有用功越多的機(jī)械，有用功與總功的比值不一定大，機(jī)械效率不一定高，故C錯(cuò)誤；
D、機(jī)械效率是有用功與總功的比值，有用功與總功的比值越大的機(jī)械，機(jī)械效率就越高，故D正確。
名師點(diǎn)撥：此題考查了學(xué)生對(duì)于功、功率和機(jī)械效率的理解和掌握，深刻理解功率和機(jī)械效率的概念是解答此題的關(guān)鍵。
【變式練1】（2021 宜昌）下列有關(guān)機(jī)械做功、功率、機(jī)械效率的說(shuō)法，正確的是（　　）
A．效率越高的機(jī)械，功率越大
B．做功越多的機(jī)械，功率越大
C．做有用功越多的機(jī)械，效率越高
D．功率越大的機(jī)械，做功越快
【答案】D
【分析】（1）功率是單位時(shí)間內(nèi)做的功，表示的是做功的快慢；
（2）機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，機(jī)械效率高說(shuō)明有用功與總功的比值大。
【解答】解：A、機(jī)械做功快慢與機(jī)械效率沒(méi)有關(guān)系，故A錯(cuò)誤；B、由P可以看出，功率大小決定于做功多少和所用時(shí)間。做功較多，時(shí)間不確定，功率大小不能確定，故B錯(cuò)誤；C、機(jī)械效率是有用功與總功的比值，有用功較多，總功不確定，機(jī)械效率不能確定，故C錯(cuò)誤；D、功率描述的是物體做功的快慢，所以功率越大的物體，做功越快，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了我們對(duì)機(jī)械效率、功率的理解和應(yīng)用，使用機(jī)械時(shí)省力情況、功率大小、效率高低之間沒(méi)有必然聯(lián)系。
【變式練2】（2020 涼山州）關(guān)于功率、機(jī)械效率，下列說(shuō)法正確的是（　　）
A．做功越多的機(jī)械，其功率就越大
B．越省力的機(jī)械，其功率就越小
C．做功越慢的機(jī)械，其機(jī)械效率就越低
D．有用功與總功的比值越大的機(jī)械，其機(jī)械效率就越高
【答案】D
【分析】①單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫功率，功率是描述物體做功快慢的物理量，功率的大小與做功多少和所用時(shí)間都有關(guān)，與機(jī)械的省力情況和機(jī)械效率無(wú)關(guān)；②機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，機(jī)械效率與是否省力、做功快慢沒(méi)有關(guān)系。
【解答】解：A、由公式P知，功率與做功多少和所用時(shí)間都有關(guān)；做功多，時(shí)間不確定，則功率不能確定，故A錯(cuò)誤；B、功率與機(jī)械的省力情況無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；C、功率是描述物體做功快慢的物理量，做功慢的機(jī)械，其功率小；機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，兩者沒(méi)有必然的聯(lián)系，故C錯(cuò)誤；D、機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，所以有用功與總功的比值越大的機(jī)械，其機(jī)械效率就越高，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】此題考查了學(xué)生對(duì)功率、機(jī)械效率及機(jī)械省力情況的理解，是一道基礎(chǔ)題。
【變式練3】（2022 江西）明代學(xué)者宋應(yīng)星（江西人）著有《天工開(kāi)物》，如圖所示，是書(shū)中描繪古代勞動(dòng)人民用桔槔汲水的場(chǎng)景。桔槔屬于　 　（選填“杠桿”“滑輪”或“輪軸”），使用時(shí)，機(jī)械效率η 　 　1（選填“＞”“＜”或“＝”）。
【答案】杠桿；＜。
【分析】（1）根據(jù)使用桔槔時(shí)動(dòng)力臂與阻力臂的關(guān)系判斷杠桿的類(lèi)型；
（2）由于存在額外功，機(jī)械效率小于1。
【解答】解：使用桔槔時(shí)，桔槔能繞懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，桔槔屬于杠桿；用桔槔汲水時(shí)，要提升桔槔、水桶做額外功，使得有用功小于總功，機(jī)械效率η＜1。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了簡(jiǎn)單機(jī)械的識(shí)別及杠桿的機(jī)械效率的分析，基礎(chǔ)題目。
模型7 斜面的機(jī)械效率
（2023 達(dá)州）搬運(yùn)工人為了將笨重的物體裝進(jìn)汽車(chē)車(chē)廂，常使用如圖所示的裝置把物體從斜面底端勻速推上頂端，已知斜面 長(zhǎng)5m，高2m，物體重1000N，沿斜面向上的推力為500N，則下列判定不正確的是（　　）
A．物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受3個(gè)力的作用，合力為0
B．推力所做的功是2500J
C．斜面的機(jī)械效率為80%
D．物體受到斜面的摩擦力為100N
【答案】A
【分析】（1）根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)情況分析受力；
（2）根據(jù)W總＝Fs得出總功；
（3）根據(jù)W有＝Gh得出有用功，根據(jù)η得出機(jī)械效率；
（4）根據(jù)W額＝W總﹣W有得出額外功，根據(jù)f得出貨物受到斜面對(duì)它的摩擦阻力。
【解答】解：A、把物體從斜面底端勻速推上頂端，物體受到沿斜面向下的摩擦力，受重力、支持力、推力和摩擦力4個(gè)力作用，合力為0，故A錯(cuò)誤；
B、總功為：W總＝Fs＝500N×5m＝2500J，故B正確；
C、有用功：W有＝Gh＝1000N×2m＝2000J；
機(jī)械效率為：η100%100%＝80%，故C正確；
D、額外功W額＝W總﹣W有＝2500J﹣2000J＝500J，
貨物受到斜面對(duì)它的摩擦阻力f100N，故D正確。
名師點(diǎn)撥：熟練運(yùn)用計(jì)算功、機(jī)械效率的公式，明確斜面能夠省力的特點(diǎn)，是解答此題的關(guān)鍵。
【變式練1】（2023 宜昌）如圖為某景區(qū)的盤(pán)山公路，汽車(chē)行駛過(guò)程中遇到陡坡時(shí)司機(jī)常常要換用低速擋，這樣做是因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率一定時(shí)可以增大 　 　。一輛總重為1×105N的汽車(chē)經(jīng)過(guò)某一長(zhǎng)為200m的路段時(shí)，豎直高度上升了20m，如果汽車(chē)的牽引力恒為2.5×104N，此過(guò)程中盤(pán)山公路斜面的機(jī)械效率為 　 　。
【答案】牽引力；40%。
【分析】（1）根據(jù)PFv分析解答。
（2）利用W＝Gh求出有用功，利用W＝Fs求出總功，然后利用η100%計(jì)算此過(guò)程中盤(pán)山公路斜面的機(jī)械效率。
【解答】解：（1）由PFv可知，當(dāng)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率一定時(shí)，減小行駛速度時(shí)，可以增大牽引力。
（2）有用功：W＝Gh＝1×105N×20m＝2×106J，
總功：W＝Fs＝2.5×104N×200m＝5×106J，
則此過(guò)程中盤(pán)山公路斜面的機(jī)械效率：η100%100%＝40%。
【點(diǎn)評(píng)】此題考查使用斜面時(shí)機(jī)械效率的計(jì)算、功率推導(dǎo)公式的應(yīng)用，屬于常考題目，難度不大。
【變式練2】（2023 永州）如圖所示，將一個(gè)重9.0N的物體從斜面底端勻速直線(xiàn)拉到斜面頂端，沿斜面向上的拉力為3.6N，在斜面上移動(dòng)的距離s＝1.2m，物體升高的高度h＝0.3m，則（　　）
A．物體所受的摩擦力3.6N
B．物體克服重力做功4.32J
C．拉力做功2.7J
D．斜面的機(jī)械效率62.5%
【答案】D
【分析】（1）根據(jù)W＝Gh求出有用功，即物體克服重力做功；利用W＝Fs可求出拉力做的功，即總功；然后根據(jù)機(jī)械效率的計(jì)算公式可求出斜面的效率η。（2）根據(jù)總功與有用功的差得出額外功，再根據(jù)W額＝fs，變形后可求摩擦力f。
【解答】解：B、克服物體重力做功即有用功為：W有＝Gh＝9.0N×0.3m＝2.7J，故B錯(cuò)誤；C、拉力做功為：W總＝Fs＝3.6N×1.2m＝4.32J，故C錯(cuò)誤；D、機(jī)械效率為：η100%100%＝62.5%，故D正確；A、額外功為：W額＝W總﹣W有＝4.32J﹣2.7J＝1.62J；由W額＝fs得，摩擦力為f1.35N，故A錯(cuò)誤。
【點(diǎn)評(píng)】熟練運(yùn)用計(jì)算功、功率、機(jī)械效率的公式，明確額外功是用來(lái)克服斜面上的摩擦，是解答此題的關(guān)鍵。
【變式練3】（2022 蘭州）如圖所示，斜面長(zhǎng)10m，高4m。用平行于斜面F＝50N的拉力，將重100N的物體，從斜面的底端勻速拉到頂端。在此過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（　　）
A．利用此裝置既可以省力，也可以省功
B．物體受到的摩擦力為50N
C．對(duì)物體所做的有用功為500J
D．該斜面的機(jī)械效率為80%
【答案】D
【分析】A、此裝置為斜面，可以省力；根據(jù)功的原理可知，使用任何機(jī)械都不省功；BCD、根據(jù)W有用＝Gh得出對(duì)物體所做的有用功；根據(jù)W總＝Fs得出總功，根據(jù)η得出機(jī)械效率；根據(jù)W額外＝W總﹣W有用得出額外功，根據(jù)f得出物體受到的摩擦力。
【解答】解：A、此裝置為斜面，可以省力，根據(jù)功的原理可知，使用任何機(jī)械都不省功，故使用此裝置不省功，故A錯(cuò)誤；BCD、對(duì)物體所做的有用功W有用＝Gh＝100N×4m＝400J，故C錯(cuò)誤；總功W總＝Fs＝50N×10m＝500J，機(jī)械效率η100%＝80%，故D正確；額外功W額外＝W總﹣W有用＝500J﹣400J＝100J，物體受到的摩擦力f10N，故B錯(cuò)誤。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查功、功率、效率的計(jì)算，綜合性強(qiáng)，難度適中。
【變式練4】（2023 內(nèi)江）如圖所示，將重力為10N的物體沿斜面向上從底端勻速拉到頂端。若斜面長(zhǎng)L為1m，斜面高h(yuǎn)為0.3m，拉力F為4N，拉力的功率為2W，則此過(guò)程中，斜面的機(jī)械效率是 　 　%，物體從斜面底端運(yùn)動(dòng)到斜面頂端所用的時(shí)間是　 　s。
【答案】75；2。
【分析】知道物體的重力和上升的高度，根據(jù)W＝Gh求出有用功；知道斜面的長(zhǎng)度和拉力的大小，根據(jù)W＝Fs求出總功；利用η求出斜面的機(jī)械效率；利用P求出物體由斜面底端運(yùn)動(dòng)到頂端的時(shí)間。
【解答】解：拉動(dòng)物體所做的有用功為W有＝Gh＝10N×0.3m＝3J，
總功為W總＝Fs＝4N×1m＝4J，
斜面的機(jī)械效率是η100%100%＝75%；
根據(jù)可得，物體從斜面底端運(yùn)動(dòng)到斜面頂端所用的時(shí)間是t。
【點(diǎn)評(píng)】本題以斜面為背景考查了功的原理、斜面的特點(diǎn)、有用功、總功、機(jī)械效率的計(jì)算以及功率公式的靈活運(yùn)用，明確有用功和總功是關(guān)鍵。
模型8 滑輪組的機(jī)械效率
（2023 北京）用如圖所示的裝置提升重為800N的物體A，動(dòng)滑輪重為200N。在卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)繩子的拉力F作用下，物體A在10s內(nèi)豎直勻速上升了2m。在此過(guò)程中，不計(jì)繩重和摩擦，下列說(shuō)法正確的是（　　）
A．物體A上升的速度為0.4m/s
B．滑輪組的有用功為2000J
C．拉力F的功率為100W
D．滑輪組的機(jī)械效率為80%
【答案】D
【分析】（1）已知物體上升的時(shí)間和距離，利用速度公式求物體A上升的速度；
（2）利用W＝Gh求拉力做的有用功；
（3）由圖知，滑輪組承擔(dān)物重的繩子有效股數(shù)n＝2，不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦，拉力F（G物+G動(dòng)）；拉力端移動(dòng)距離s＝2h，利用W＝Fs求拉力做的總功，再利用P求拉力F做功的功率；
（4）滑輪組的機(jī)械效率等于有用功與總功之比。
【解答】解：A、物體A上升的速度為：v0.2m/s，故A錯(cuò)誤；
B、拉力做的有用功：W有用＝Gh＝800N×2m＝1600J，故B錯(cuò)誤；
C、由圖知，n＝2，不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦，拉力：F（G物+G動(dòng)）（800N+200N）＝500N；拉力端移動(dòng)距離：s＝2h＝2×2m＝4m，拉力做總功：W總＝Fs＝500N×4m＝2000J；拉力做功功率：P200W，故C錯(cuò)誤；
D、動(dòng)滑輪提升物體A的機(jī)械效率：η100%100%＝80%。
名師點(diǎn)撥：本題考查了使用滑輪組時(shí)速度、有用功、總功、功率、機(jī)械效率的計(jì)算，要利用好關(guān)系式：不計(jì)繩重和輪與軸間的摩擦?xí)r，拉力F（G物+G動(dòng)）。
【變式練1】（2023 鄂州）小剛用如圖所示的滑輪組，將重為10N的物體勻速提升0.5m，已知?jiǎng)踊喼?N，不計(jì)繩重和摩擦。下列說(shuō)法正確的是（　　）
A．拉力F為5N
B．有用功為10J
C．繩子自由端移動(dòng)的距離為1.5m
D．該滑輪組的機(jī)械效率為83.3%
【答案】D
【分析】（1）圖中使用的滑輪組承擔(dān)物重的繩子股數(shù)n＝2，不計(jì)繩重和摩擦，利用F（G物+G動(dòng)）求拉力大小；
（2）根據(jù)W有用＝Gh求拉力做的有用功；
（3）由圖知，n＝2，則繩子自由端移動(dòng)距離s＝2h；
（4）利用W總＝Fs求拉力做的總功，利用機(jī)械效率的公式求滑輪組的機(jī)械效率。
【解答】解：A、由圖可知，n＝2；不計(jì)繩重和摩擦?xí)r，拉力F（G物+G動(dòng)）（10N+2N）＝6N，故A錯(cuò)誤；B、拉力做的有用功：W有用＝Gh＝10N×0.5m＝5J，故B錯(cuò)誤；C、繩子自由端移動(dòng)距離s＝2h＝2×0.5m＝1m，故C錯(cuò)誤；D、拉力做的總功：W總＝Fs＝6N×1m＝6J，滑輪組的機(jī)械效率：η100%100%≈83.3%，故D正確。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了學(xué)生對(duì)有用功、總功、機(jī)械效率公式、滑輪組s＝nh的理解和運(yùn)用，本題關(guān)鍵是利用好不計(jì)繩重和摩擦?xí)r拉力F（G物+G動(dòng)）。
【變式練2】（2023 鎮(zhèn)江）如圖所示，工人師傅利用滑輪將沙發(fā)運(yùn)上樓，該滑輪是 　 　滑輪，若工人師傅用1000N的拉力，將重為800N的沙發(fā)勻速提升5m，則工人師傅做的有用功為　 　J，該滑輪的機(jī)械效率為　 　%。
【答案】定；4000；80。
【分析】（1）定滑輪使用時(shí)，滑輪的位置固定不變；（2）根據(jù)W有＝Gh求出工人師傅做的有用功；（3）根據(jù)W總＝Fh求出工人師傅做的總功，利用η求出該滑輪的機(jī)械效率。
【解答】解：由圖可知，該滑輪不隨重物一起移動(dòng)，故該滑輪為定滑輪；
工人師傅做的有用功為：W有＝Gh＝800N×5m＝4000J；
工人師傅做的總功為：W總＝Fh＝1000N×5m＝5000J，
則該滑輪的機(jī)械效率為：η100%＝80%。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了做功公式和滑輪組機(jī)械效率公式的應(yīng)用，屬于求滑輪組機(jī)械效率中最基礎(chǔ)的題目。
【變式練3】（2023 河南）如圖所示，在200N的拉力F作用下，用滑輪組將重為300N的貨物勻速提升，在20s內(nèi)貨物豎直上升了2m。不計(jì)繩重及滑輪上的摩擦。下列說(shuō)法正確的是（　　）
A．滑輪組做的有用功為400J
B．拉力F做功的功率為30W
C．滑輪組的機(jī)械效率為75%
D．此滑輪組提升的貨物越輕、機(jī)械效率越大
【答案】C
【分析】（1）利用W有＝Gh求有用功；
（2）由圖可知n＝2，繩子自由端移動(dòng)的距離s＝nh，利用W總＝Fs求拉力做的總功，利用P求拉力做功的功率；
（3）利用η100%求滑輪組的機(jī)械效率；
（4）利用不計(jì)繩重和摩擦?xí)rη分析滑輪組機(jī)械效率的變化。
【解答】解：A、拉力做的有用功：W有＝Gh＝300N×2m＝600J，故A錯(cuò)誤；
B、由圖可知n＝2，繩子自由端移動(dòng)的距離：s＝nh＝2×2m＝4m，拉力做的總功：W總＝Fs＝200N×4m＝800J，拉力做功的功率：P40W，故B錯(cuò)誤；C、滑輪組的機(jī)械效率：η100%100%＝75%，故C正確；D、由不計(jì)繩重和摩擦?xí)rη可知，動(dòng)滑輪的重力一定，提升的貨物越輕，即G越小，機(jī)械效率越小，故D錯(cuò)誤。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查使用滑輪組時(shí)功、功率和機(jī)械效率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是從圖中得出滑輪組繩子的有效股數(shù)。
模型9 測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率
（2023 湘潭）用圖所示裝置測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 鉤碼重力G/N 鉤碼上升高度h/cm 拉力F/N 繩子自由端移動(dòng)距離s/cm 機(jī)械效率η
1 2.0 5 1.0 15 66.7%
2 4.0 5 1.8 15 74.1%
3 4.0 10 1.8 30 74.1%
4 6.0 5 2.5 15
（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，緩慢豎直拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼向上做　 　 運(yùn)動(dòng)。第1次實(shí)驗(yàn)時(shí)，鉤碼上升的時(shí)間為3s，此過(guò)程中，繩子自由端上升的速度為　 　m/s。
（2）第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)所做的有用功為　 　J，滑輪組的機(jī)械效率是　 　%。
（3）分析1、2、4次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升重物時(shí)，重物重力越　 　（選填“大”或“小”），滑輪組的機(jī)械效率越高；分析2、3次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度　 　（選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）。
（4）用滑輪組提升重物時(shí)，下列選項(xiàng)中也可提高機(jī)械效率的是　 　。
A．換用更輕的動(dòng)滑輪
B．加快提升物體的速度
【答案】（1）勻速直線(xiàn)；0.05；（2）0.3；80；（3）大；無(wú)關(guān)；（4）A。
【分析】（1）在滑輪組的機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中，彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)拉著鉤碼做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；根據(jù)速度公式計(jì)算繩子自由端上升的速度。
（2）根據(jù)有用功和效率的公式進(jìn)行計(jì)算。
（3）使用同一滑輪組提升重物時(shí)，重物重力越大，機(jī)械效率越高；同樣的滑輪組提升同樣的重物，機(jī)械效率與速度無(wú)關(guān)。
（4）減輕動(dòng)滑輪的重力可以提高機(jī)械效率。
【解答】解：（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，緩慢豎直拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼向上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。第1次實(shí)驗(yàn)時(shí)，鉤碼上升的時(shí)間為3s，此過(guò)程中，繩子自由端上升的速度為：。
（2）第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)所做的有用功為：W有＝Gh＝6.0N×0.05m＝0.3J；W總＝Fs＝2.5N×0.15m＝0.375J；滑輪組的機(jī)械效率為：。
（3）分析1、2、4次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組提升重物時(shí)，重物重力越大，滑輪組的機(jī)械效率越高；
分析2、3次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，滑輪組的機(jī)械效率與鉤碼上升的高度無(wú)關(guān)。
（4）A．換用更輕的動(dòng)滑輪，所做的額外功越少，機(jī)械效率越高，故A符合題意；B．加快提升物體的速度。機(jī)械效率不變，故B不符合題意。
名師點(diǎn)撥：本題主要考查的是測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率；關(guān)鍵是知道影響滑輪組機(jī)械效率的因素。
【變式練1】（2023 綏化）如圖所示，在“測(cè)量滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，利用圖2甲、乙、丙三個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。（鉤碼規(guī)格相同、動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)越多重力越大）
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 鉤碼重力G/N 提升高度h/m 繩端拉力F/N 繩端移動(dòng)距離s/m 機(jī)械效率η
1 4 0.1 0.3
2 8 0.1 3.2 0.3 83.3%
3 8 0.1 2.0 0.5 80.0%
（1）在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)沿豎直方向　 　拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。
（2）第一次實(shí)驗(yàn)中，如圖1所示，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是　 　N，機(jī)械效率是　 　（精確到0.1%）。
（3）由1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：　 　。
（4）由　 　兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：使用不同滑輪組提升相同重物，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低。
（5）在第三次實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上，如圖2丁所示改變繩端拉力方向，測(cè)得的滑輪組機(jī)械效率將　 　。（選填“偏高”、“偏低”或“不變”）
【答案】（1）勻速；（2）1.8；74.1%；（3）使用同一滑輪組，物重越大，機(jī)械效率越高；（4）2、3；（5）偏低。
【分析】（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要?jiǎng)蛩僦本€(xiàn)拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，便于讀數(shù)；
（2）彈簧測(cè)力計(jì)使用前要觀(guān)察它的量程和分度值，再根據(jù)指針?biāo)甘镜目潭热プx數(shù)；根據(jù)表中數(shù)據(jù)利用η100%求第一次實(shí)驗(yàn)機(jī)械效率；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論；
（4）不考慮繩重和摩擦?xí)r，滑輪組的機(jī)械效率跟提起的物重、動(dòng)滑輪的重有關(guān)，在提起的物重一定時(shí)，動(dòng)滑輪越重，機(jī)械效率越低；在動(dòng)滑輪重相同時(shí)，提起的物體越重，機(jī)械效率越高；
（5）分析拉力F向右傾斜時(shí)大小的變化，得出機(jī)械效率的變化。
【解答】解：（1）實(shí)驗(yàn)中要沿豎直方向勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變，便于讀數(shù)；
（2）圖示彈簧測(cè)力計(jì)的1N之間平均分成5等份，所以其分度值為0.2N；指針?biāo)甘镜目潭戎禐?.8N；
第一次實(shí)驗(yàn)機(jī)械效率：η100%100%100%≈74.1%；
（3）由1、2兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，使用同一滑輪組，物重越大，機(jī)械效率越高；
（4）比較第2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：使用不同的滑輪組提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪越重，滑輪組的機(jī)械效率越低；
（5）在丁圖中，若拉力F向右傾斜，則拉力變大，總功變大，有用功不變，故測(cè)出的機(jī)械效率將偏低。
【點(diǎn)評(píng)】此題是“探究滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)，考查了滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)分析影響滑輪組效率的因素，同時(shí)考查了測(cè)力計(jì)的讀數(shù)問(wèn)題，要細(xì)心分析每一個(gè)問(wèn)題。
【變式練2】（2023 懷化）提高機(jī)械效率能夠充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用，一組同學(xué)在“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如表所示。
次數(shù) 物體的重力G/N 提升的高度h/m 拉力F/N 繩端移動(dòng)的距離s/m 機(jī)械效率η
1 2 0.1 1 0.3 66.7%
2 3 0.1 1.4 0.3 71.4%
3 4 0.1 1.8 0.3
4 4 0.2 1.8 0.6 74.1%
（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量豎直向上　 　 （選填“勻速”或“加速”）拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。
（2）計(jì)算出第3組實(shí)驗(yàn)的有用功　 　J，機(jī)械效率是　 　（結(jié)果精確到0.1%）。
（3）分析比較第1、2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以判定，使用同一個(gè)滑輪組提升物體時(shí)，被提升的物體越重，滑輪組的機(jī)械效率　 　（選填“越高”或“越低”或“不變”）；分析比較第3、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，機(jī)械效率與物體上升的高度 　 　（選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）。
【答案】（1）勻速；（2）0.4；74.1%；（3）越高；無(wú)關(guān)
【分析】（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向勻速緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，拉力大小才等于測(cè)力計(jì)示數(shù)；
（2）根據(jù)W有＝Gh和W總＝Fs求出有用功和總功，根據(jù)η求出第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率；
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，利用控制變量法得出結(jié)論。
【解答】解：（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向勻速緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，拉力大小才等于測(cè)力計(jì)示數(shù)；
（2）根據(jù)第3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，有用功為：W有＝Gh＝4N×0.1m＝0.4J；
總功為：W總＝Fs＝1.8N×0.3m＝0.54J；
第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率：η74.1%；
（3）比較第1、2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，提升高度相同，繩子自由端移動(dòng)的距離相同，說(shuō)明使用的是同一滑輪組，但物重不同，且物重越大，滑輪組的機(jī)械效率越高；
分析比較第3、4次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，使用相同的滑輪組提升相同的物體，物體上升的高度不同，機(jī)械效率相同，這說(shuō)明機(jī)械效率與物體上升的高度無(wú)關(guān)。
【點(diǎn)評(píng)】本題是“測(cè)滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)”，考查了注意事項(xiàng)、功和機(jī)械效率的計(jì)算、控制變量法的應(yīng)用以及分析數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力。
【變式練3】（2023 棗莊）提高機(jī)械效率可以充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用，對(duì)節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。某科技創(chuàng)新小組根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和客觀(guān)事實(shí)，對(duì)影響滑輪組機(jī)械效率的因素作出如下猜想：
猜想Ⅰ：滑輪組的機(jī)械效率與物體被提升的高度有關(guān)
猜想Ⅱ：滑輪組的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪的重力有關(guān)
猜想Ⅲ：滑輪組的機(jī)械效率與所提物體的重力有關(guān)
根據(jù)猜想，運(yùn)用如圖甲、乙、丙所示的裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 鉤碼的重力G/N 鉤碼上升高度h/m 繩端拉力F/N 繩端移動(dòng)的距離s/m 機(jī)械效率η
1 2 0.1 0.90 0.3 74.1%
2 4 0.1 1.50 0.3 88.9%
3 4 0.1 1.25 0.4
4 4 0.2 1.50 0.6 88.9%
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)沿豎直方向 　 　緩慢向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)；
（2）分析表中數(shù)據(jù)可知：第3次實(shí)驗(yàn)是利用了圖　 　的裝置完成的，它的機(jī)械效率η＝　 　；
（3）比較2、4兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可驗(yàn)證猜想I是　 　（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）的；
（4）通過(guò)比較　 　（填實(shí)驗(yàn)序號(hào)）兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：同一滑輪組提升重物時(shí)，物重越大，滑輪組的機(jī)械效率越高；
（5）通過(guò)比較2、3兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：不同滑輪組提升相同重物時(shí)，動(dòng)滑輪越重，滑輪組的機(jī)械效率 　 。
【答案】（1）勻速；（2）丙；80%；（3）錯(cuò)誤；（4）1、2；（5）越低
【分析】（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，此時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，測(cè)力計(jì)示數(shù)等于繩子的拉力大小；
（2）分析表中數(shù)據(jù)可得出第3次實(shí)驗(yàn)繩子的有效股數(shù)，據(jù)此回答；
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，利用控制變量法分析猜想I是否正確；
（4）研究滑輪組機(jī)械效率與物體重力關(guān)系時(shí)，需要控制滑輪組相同，提升物體的重力不同；
（5）根據(jù)2、3兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用控制變量法得出結(jié)論。
【解答】解：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)，所以需要?jiǎng)蛩倬徛睦瓌?dòng)測(cè)力計(jì)，以方便讀數(shù)。
（2）由表中數(shù)據(jù)可得，鉤碼移動(dòng)的距離為0.1m時(shí)，繩子端移動(dòng)的距離為0.4m，則繩子的股數(shù)為：n4，即動(dòng)滑輪上有4股繩，所以丙圖符合題意。
由表中數(shù)據(jù)可得，有用功為：W有＝G3h3＝4N×0.1m＝0.4J；
總功為：W總＝F3S3＝1.25N×0.4m＝0.5J；
機(jī)械效率為：η80%；
（3）對(duì)比2、4的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其它條件不變，只改變物體提升的高度，機(jī)械效率是不變的，所以猜想Ⅰ是錯(cuò)誤的。
（4）要想得到同一滑輪組提升重物時(shí)，物重越大，滑輪組的機(jī)械效率越高的結(jié)論，需要保證滑輪組不變，重物提升的高度也不變，只改變重物的重力，所以表中1、2號(hào)實(shí)驗(yàn)符合條件。
（5）對(duì)比2、3次實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，重物的重力不變，提升的高度也不變，但滑輪組中動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)增多了，且動(dòng)滑輪個(gè)數(shù)越多，機(jī)械效率越低，所以可得結(jié)論：不同滑輪組提升相同重物時(shí)，動(dòng)滑輪越重，滑輪組的機(jī)械效率越低。
【點(diǎn)評(píng)】本題研究影響滑輪組機(jī)械效率因素，考查實(shí)驗(yàn)原理、注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)分析歸納結(jié)論的能力。

展開(kāi)更多......

收起↑