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專題11 杠桿、滑輪、斜面的機械效率
簡單機械包括杠桿、滑輪、斜面，這些經(jīng)典簡單機械是中考物理的重要考點。對于機械效率，會分析一次做功中，哪些是有用功，哪些是額外功，哪些是總功顯得尤為重要，也只要分清楚這些知識點，在答題時才從容。
2024年中考科學關于機械效率的考察要更加注重生活中的現(xiàn)象，多思考生活常見裝置。
★重難點01： 機械效率計算
一、機械效率
1、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（總功必定大于有用功）。
（4）有用功、額外功、總功的單位都是焦(J)。
2、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%
3、常見機械效率的計算分析
（1）滑輪組
①若不計繩重和摩擦
有用功：W有=Gh， 總功：W總=FS，
機械效率：η=×100%=×100%
②若計繩重和摩擦
有用功W額=G動h， 總功：W總=Gh+G動h，
機械效率：η==
（2）橫置滑輪組
有用功：W有=fs， 總功：W總=F·ns， 機械效率：η=×100%=×100%
4、機械效率的影響因素
（1）其他條件相同時，繩重和摩擦越大，機械效率越低。
（2）其他條件相同時，G動越大，機械效率越低；G物越大，機械效率越大。
5、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(shù)，或換用質(zhì)量小的動滑輪，盡量減小摩擦等；
（2）在所做額外功一定的情況下，增大有用功，即在機械能承受范圍內(nèi)盡可能增加每次提起重物的重力。
6、其他機械效率的測量
（1）測量滑輪組的機械效率：多數(shù)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＝＝＝。
（2）測量杠桿的機械效率：η= =
1．（2023·寧波）如圖所示，小寧用豎直向上的拉力F提升物體，使物體在2s內(nèi)勻速上升了0.1m已知物體重為1N，動滑輪重為0.25N，不計繩重和摩擦，這一過程中，下列說法錯誤的是（　　）
A．繩子自由端移動速度為0.05m/s B．拉力F的大小為0.625N
C．拉力F做功為0.125J D．該滑輪的機械效率為80%
【答案】A
【知識點】功的計算公式的應用；滑輪組及其工作特點；滑輪組繩子拉力的計算；機械效率的計算
【解析】【分析】（1）根據(jù)圖片確定承擔重力的繩子段數(shù)n，然后根據(jù)s=nh計算繩子自由端移動的距離，再根據(jù)計算自由端移動的速度；
（2）根據(jù)計算拉力大小；
（3）根據(jù)W總=Fs計算拉力做功；
（4）根據(jù)計算滑輪組的機械效率。
【解答】根據(jù)圖片可知，承擔重力的繩子段數(shù)n=2，則自由端移動的距離s=nh=2×0.1m=0.2m。
那么自由端移動的速度，故A錯誤符合題意；
拉力為，故B正確不合題意；
拉力做的功：W總=Fs=0.625N×0.2m=0.125J，故C正確不合題意；
該滑輪的機械效率：，故D正確不合題意。
故選A。
（1題圖） （2題圖）
2．（2025·拱墅模擬）如圖所示為晾衣架，橫桿自重10牛，兩個動滑輪的自重相同，現(xiàn)橫桿上掛有重為64牛的衣物。若小樂用20牛的拉力豎直向下拉繩子使衣物勻速上升1米，共用時5秒(衣物上升過程中，橫桿保持水平，不計繩重及摩擦)。則此過程中，繩子拉力做功的功率是　 　瓦；該晾衣架的機械效率為　 　；每個動滑輪自重為　 　牛。
【答案】16；80%；3
【知識點】機械效率；機械效率的計算
1．（2025·臺州模擬）如圖所示，某工人使用滑輪組勻速向上運送建筑材料。為了提高滑輪組機械效率，可進行的操作是（　　）
A．換更粗更重的繩子 B．換質(zhì)量更大的滑輪
C．增大提升的速度 D．運送更重的建筑材料
【答案】D
【知識點】機械效率；機械效率的計算
【解析】【分析】滑輪組的機械效率，W額主要包括動滑輪重力、繩子重力及摩擦等做的額外功。要提高機械效率，需增大有用功或減小額外功。
【解答】A、換更粗更重的繩子，會增大繩子重力，從而增大額外功，在有用功不變時，總功增大，根，機械效率會降低，故 A 錯誤。
B、換質(zhì)量更大的滑輪，會增大動滑輪重力，增大額外功，在有用功不變時，總功增大，機械效率降低，故 B 錯誤。
C、滑輪組的機械效率與物體提升速度無關，增大提升速度不會改變有用功和額外功的大小，也就不會改變機械效率，故 C 錯誤。
D、運送更重的建筑材料，在提升高度相同時，根據(jù)，有用功增大，而額外功基本不變，那么有用功在總功中所占比例增大，根據(jù)，機械效率會提高，故 D 正確。
故答案為：D。
（1題圖） （2題圖）
2．（2025九下·慈溪模擬）如圖，甲、乙兩人用不同的裝置，在相同時間內(nèi)把質(zhì)量相等的貨物勻速提升到同一平臺，不計繩重及滑輪的摩擦。下列說法正確的是
A．甲做的有用功多 B．乙做的總功多
C．甲做總功的功率大 D．乙所用裝置的機械效率小
【答案】C
【知識點】定滑輪及其工作特點；動滑輪及其工作特點；機械效率的計算
【解析】【分析】利用W=Gh比較拉力做的有用功的大小關系， 兩物體的質(zhì)量相等、重力相等，不計繩重和摩擦，使用定滑輪時，拉力F=G ，動滑輪省一半的力， 據(jù)此確定拉力大小關系，利用W=Fs比較拉力做的功的大小關系； 不計繩重和摩擦，使用定滑輪時，額外功為0J，機械效率為100%；使用動滑輪時，要提升動滑輪做額外功，機械效率小于100%。
【解答】A．在相同時間內(nèi)把質(zhì)量相等的貨物勻速提升到同一平臺，不計繩重及滑輪的摩擦，有用功，故甲、乙做的有用功一樣多，故A錯誤；
BCD．圖甲使用的是動滑輪，拉力端移動距離s甲=2h；圖乙使用的是定滑輪，拉力端移動距離s乙=h，不計繩重和摩擦，使用甲動滑輪時，拉力
拉力做功
使用乙定滑輪時，拉力F乙=G，所以拉力做功
在相同時間內(nèi)把質(zhì)量相等的貨物勻速提升到同一平臺，甲做的總功多，乙做的總功少，根據(jù)知，甲做總功的功率大；由A選項解析知有用一樣多，但甲的總功多，根據(jù)知，乙所用裝置的機械效率高，綜上分析知，故C正確，BD錯誤。
故答案為：C
3．（2024·鄞州模擬）如圖甲是小磊測動滑輪機械效率的示意圖。他用彈簧測力計拉動繩子自由端，將質(zhì)量為200g的鉤碼從A 位置勻速提升到B 位置，同時彈簧測力計從圖中的A'位置勻速豎直上升到B'位置，在此過程中，彈簧測力計對繩的拉力為F，彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示。請你根據(jù)小磊所做實驗判斷，下列說法中正確的是(g 取10N/ kg) (　　)
A．彈簧測力計示數(shù)為1.1 N
B．拉力 F 所做的功為2.4 J
C．此實驗中動滑輪的機械效率約為83.3%
D．若在動滑輪下加掛鉤碼，機械效率將降低
【答案】C
【知識點】功的計算公式的應用；滑輪組繩子拉力的計算；機械效率的計算
【解析】【分析】 A.彈簧測力計讀數(shù)時，先確定彈簧測力計的分度值，再根據(jù)指針位置讀數(shù)；
B.讀出鉤碼上升高度、拉力端移動距離，利用W=Fs求拉力做功；
C.利用W=Gh=mgh求有用功，動滑輪的機械效率等于有用功與總功之比；
D.提高機械效率的方法：一是減小摩擦而減小額外功，二是增大提升物重。
【解答】 A.由圖知，彈簧測力計的分度值為0.2N，示數(shù)為1.2N，故A錯誤；
B.由圖知，刻度尺的分度值為1cm，鉤碼上升高度h=AB=10.0cm，
拉力端移動距離s=A'B'=45.0cm-25.0cm=20.0cm；
拉力F做的功：W總=Fs=1.2N×20×10-2m=0.24J，故B錯誤；
C.有用功：W有用=Gh=mgh=0.2kg×10N/kg×10×10-2m=0.2J，
動滑輪的機械效率：，故C正確；
D.若在動滑輪下加掛鉤碼，額外功幾乎不變，有用功增大，有用功在總功中所占的比例增大，可提高機械效率，故D正確。
故選C。
4．（2024·浙江模擬）在實踐活動基地，同學們體驗使用勞動器具。如圖所示，分別用甲、乙兩種形式的滑輪組把重為600 N的物體勻速向上提起相同的高度。已知每個滑輪重為20 N，忽略繩子的重力及滑輪與繩子的摩擦。下列判斷正確的是 (　　)
A．甲方式中車對繩子的拉力為620 N
B．乙方式中人對繩子的拉力為300 N
C．使用甲、乙兩種方式都不能省功
D．甲、乙兩種方式的機械效率相等
【答案】C
【知識點】滑輪組及其工作特點；機械效率
【解析】【分析】根據(jù)滑輪組及定滑輪的特點進行解答。
【解答】A.在甲方式中，兩滑輪都是固定不動的，它們都是定滑輪，忽略繩子的重力及滑輪與繩子的摩擦，則車對繩子的拉力為600N，故A錯誤；
B.在乙方式中，兩個滑輪組成滑輪組，由乙圖可知，n=2，忽略繩子的重力及滑輪與繩子的摩擦，人對繩子的拉力：，故B錯誤；
C.根據(jù)機械的特點可知，使任何機械都不省功，所以使用甲、乙兩種方式都不省功，故C正確；
D.由于忽略繩子的重力及滑輪與繩子的摩擦，則在甲中，機械效率為100%；在乙中，機械效率為：，所以兩種方式的機械效率不同，故D錯誤。
故答案為：C。
5．（2024·富陽模擬）如圖所示，物重G為2000N，小金用800N的拉力花2s的時間把物體沿斜面勻速移動了4m，提升高度為h為2.5m.(不計滑輪、細繩的重.不計細繩與滑輪間的摩擦)。下列說法正確的是()
A．拉繩子自由端的速度4m/s
B．拉力所做的功大小為5000J
C．整個系統(tǒng)的機械效率為78.125%
D．物體受到斜面對它的摩擦力為1150N
【答案】D
【知識點】功的計算公式的應用；滑輪組及其工作特點；機械效率的計算
【解析】【分析】 AB.由圖可知，滑輪組繩子的有效股數(shù)為3，根據(jù)s=nh求出繩端移動的距離，根據(jù)速度公式求出繩子自由端的速度，根據(jù)W=Fs求出拉力所做的功；
CD.根據(jù)W=Gh求出有用功，不計滑輪、細繩的重、不計細繩與滑輪間的摩擦時，額外功即為物體克服摩擦力做的功，大小為拉力做的功減去有用功，根據(jù)W=Fs求出摩擦力的大小，根據(jù)求出整個系統(tǒng)的機械效率。
【解答】 A由圖可知，滑輪組繩子的有效股數(shù)n=3，
則繩端移動的距離：s=nL=3×4m=12m，
繩子自由端的速度：，故A錯誤；
B.拉力所做的功：W總=Fs=800N×12m=9600J，故B錯誤；
C.對物體做的有用功：W有=Gh=2000N×2.5m=5000J，
斜面的機械效率：，
故C錯誤；
D.因不計滑輪、細繩的重、不計細繩與滑輪間的摩擦時，額外功即為物體克服摩擦力做的功，
所以克服摩擦力所做的額外功：W額=W總-W有=9600J-5000J=4600J，
那么物體受到斜面對它的摩擦力：，
故D正確。
故選D。
（5題圖） （6題圖）
6．（2024·濱江模擬）如圖為某學生用所做的升降電梯模型模擬電梯的工作情況，電動機的拉力為F，動滑輪重為5N，在10s內(nèi)將重20N的轎箱連同內(nèi)部5N的物品一起勻速升高了 1m，忽略繩重和摩擦，下列說法正確的是
A．與電動機相連的繩端移動的速度為0.1m/s
B．與電動機相連的繩端拉力大小為12.5N
C．拉力F做功的功率為1.5W
D．滑輪組的機械效率為83.3%
【答案】D
【知識點】速度公式及其應用；功率計算公式的應用；滑輪組繩子拉力的計算；機械效率的計算
【解析】【分析】 （1）根據(jù)滑輪組裝置確定繩子股數(shù)，利用求出繩子自由端移動的速度；
（2）忽略繩重和摩擦，根據(jù)F=（G+G箱+G動）求出與電動機相連的繩端拉力大小；
（3）根據(jù)P=Fv繩求出拉力F做功的功率；
（4）根據(jù)求出該滑輪組的機械效率。
【解答】 A.由圖可知，承擔重力的繩子段數(shù)n=2，繩子自由端移動的速度為：
，故A正確；
B.忽略繩重和摩擦，與電動機相連的繩端拉力大小為：F=（G+G箱+G動）=×（5N+20N+5N）=15N，故B錯誤；
C.拉力F做功的功率為：P=Fv繩=15N×0.2m/s=3W，故C錯誤；
D.該滑輪組的機械效率為：
，故D正確。
故選D。
7．（2025·南湖模擬）如圖，利用斜面將一個重450牛的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力F=300牛，拉動的距離s=4米，物體提升的高度 米。此過程中拉力做的功是　 　焦，物體受到的摩擦力為　 　牛，機械效率是　 　。
【答案】1200；75；75%
【知識點】功的計算公式的應用；功率；功率計算公式的應用；機械效率；機械效率的計算
【解析】【分析】機械功是物理學中表示力對物體作用的空間的累積的物理量，簡稱功。機械功是標量，大小等于力與物體在力的方向上通過的距離的乘積，國際單位制單位為焦耳。
【解答】 如圖，利用斜面將一個重450牛的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力F=300牛，拉動的距離s=4米，物體提升的高度 米。此過程中拉力做的功=FS=300N×4m=1200焦，W有用=Gh=450N×2m=900J；W摩擦力=1200J-900J=300J；物體受到的摩擦力=300J/4m=75牛，機械效率=W有用/W總=900J/1200J=75%；
故答案為：1200；75；75%
8．（2024·嵊州模擬） 圖甲是某居民樓前的無障礙通道。為了解推輪椅時所用力的大小，小明進行了圖乙所示的斜面實驗。他測得斜面底端A 點與斜面上的B 點相距1米，B 點高0.09米，小車重2牛。
（1）彈簧測力計沿斜面勻速直線拉動小車(圖乙)，彈簧測力計示數(shù)為　 　牛。
（2）小車從A 點拉到B點的過程中，拉力所做的有用功為　 　焦。
（3）在小車上逐漸添加重物，測出小車的總重G 和沿斜面勻速直線拉動小車需要的力F，求出小車從A點到B 點拉力F所做的功 W1，及將小車從水平地面提升到B點所做的有用功 W2，并作出圖丙所示的W-G圖像。由圖像可知，用該斜面提升物體時的機械效率與物重　 　(選填“有關”或“無關”)。
【答案】（1）0.3
（2）0.18
（3）無關
【知識點】力的測量；功的計算公式的應用；機械效率
【解析】【分析】 機械效率是指機械在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，機械的輸出功（有用功量）與輸入功（動力功量）的百分比。
【解答】（1）為使彈簧測力計穩(wěn)定，便于讀數(shù)，小車應盡量處于平衡狀態(tài)，故應沿斜面勻速直線拉動小車，彈簧測力計如圖乙所示，分度值為0.02N，讀數(shù)為0.3N。
（2）克服重力做功為有用功，WG=mgh=2x0.09J=0.18J
（3） 由圖像可知，用該斜面提升物體時的機械效率，mg變大，斜面一定，F(xiàn)會相應變大，即mg與F比值一定，h和s保持不變，所以機械效率不變。
9．（2024·東陽模擬） 如圖甲所示，小金到滑雪場進行滑雪圈滑雪運動，小金的質(zhì)量為M。滑雪圈如圖乙所示，其質(zhì)量為m，滑雪場是一個高H，長L的斜坡。
（1）當小金從滑道頂端一直滑到水平終點，在斜坡上的時受到的摩擦力為f1，在水平軌道時受到的摩擦力為f2，由此可知f1　 　f2(填“大于”、“小于”或“等于”)。
（2）小金坐在滑雪圈里被電動機從斜面底部拉到了頂端， 已知電動機的拉力F，上坡過程中的機械效率是　 　。 (用題目中的已知量表示)
【答案】（1）小于
（2）(m+M)gH/FL
【知識點】影響摩擦力大小的因素；機械效率
【解析】【分析】有用功除以總功等于機械效率，壓力越大，接觸面粗糙程度不變，摩擦力越大。
【解答】（1）在水平軌道壓力等于重力，斜軌道壓力小于重力，接觸面粗糙程度不變，壓力越大，摩擦力越大，所以 f1 小于f2；
（2） 已知電動機的拉力F， 長L的斜坡 ， 則電動機所做總功為FL，有用功為克服重力所做功，等于（m+M）gH，所以機械效率等于(m+M)gH/FL 。
10．（2025·溫州模擬）圖1是礦井新型儲能方式的示意圖，其裝置由豎井、電機、重物組成。在電力富余時，電機執(zhí)行電動機功能，將重物提升至礦井內(nèi)高處；當需要電能時，讓重物下落，帶動電機發(fā)電，該過程電機執(zhí)行發(fā)電機功能。
（1）儲能時，消耗電能，電機工作抬升重物，將電能以　 　形式存儲。
（2）當重物上升速度不同時，礦井儲能裝置的機械效率不同，兩者關系如圖2所示。當豎井內(nèi)重物以10米/秒速度上升，儲存1.5×107焦耳能量時，需消耗電能為　 　焦耳。
（3）結合圖3推測礦井儲能裝置機械效率隨速度的增大在減小的可能原因是　 　。
【答案】（1）重力勢能
（2）2×107J
（3）重物提升速度越大，阻力越大，則克服阻力做的功越大，機械效率則越小
【知識點】能量的相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；機械效率的計算
【解析】【分析】（1）物體由于被舉高而產(chǎn)生的能量叫重力勢能；
（2）由圖得出，當豎井內(nèi)重物以10m/s速度上升時的機械效率，而機械效率等于儲存的能量與消耗的電能之比，據(jù)此求出消耗的電能。
（3）根據(jù)圖3分析礦井儲能裝置機械效率隨速度的增大在減小的可能原因。
【解答】（1）儲能時，消耗電能，電機工作抬升重物，將電能以重力勢能形式存儲。
（2）由圖得出，當豎井內(nèi)重物以10m/s速度上升時的機械效率為75%，
由可得消耗的電能：。
（3）由圖3可知，重物受到的阻力隨速度的增大而增大，速度增大、阻力增大，克服阻力做的額外功增大，在有用功一定時，機械效率減小。
11．（2025九下·浙江月考） 如圖甲為塔式起重機吊裝路燈燈柱簡易示意圖，若燈柱總重力為3000N，總長3m，重心在P點，OP 長度為路燈燈柱總長的
（1）使用時，滑輪A 的作用是　 　。
（2）若圖甲中動滑輪裝置B 和繩子的質(zhì)量、摩擦均不計，則當燈柱左端從水平地面剛被吊起時，求拉力F的大小。
（3）如圖乙所示，建筑工地上用該塔式起重機吊升重為1200N的窗玻璃，在勻速吊升過程中拉力F的大小保持800N，窗玻璃被吊升了 10m。求滑輪組的機械效率η。
【答案】（1）改變拉力的方向
（2）當燈柱左端從水平地面剛被吊起時，
（3）
【知識點】杠桿的平衡條件；定滑輪及其工作特點；滑輪組繩子拉力的計算；機械效率的計算
【解析】【分析】（1）定滑輪可以改變力的方向，但不能改變力的大小。
（2）通過杠桿平衡條件計算B點的拉力，由滑輪的特點計算拉力大小，B是動滑輪，可以省一半力。
（3）。
【解答】（1）由圖可知，滑輪A的位置不會隨著物體位置的變化而變化，可知是定滑輪，定滑輪的作用是：改變力的方向。
12．（2025·杭州模擬）利用如圖所示裝置將重為100N的物體勻速從斜面的底端拉到頂端。已知斜面的長是5m，高是2m，不計繩和滑輪的重力，不計繩和滑輪之間的摩擦，則該裝置的機械效率為40%，求：
（1）此過程中所做的有用功為多少焦？
（2）拉力F的大小為多少
（3）物體所受的摩擦力為多少？
【答案】（1）200J
（2）50N
（3）60N
【知識點】機械效率的計算；斜面及其工作特點
【解析】【分析】（1）已知物體重力和高度根據(jù)W有=Gh計算有用功；
（2）首先根據(jù)計算出總功，然后根據(jù)W總=Fs計算動滑輪上拉力F'，最后根據(jù)計算拉力F；
（3）首先根據(jù)W額=W總—W有計算出額外功，然后根據(jù)W額=fs計算摩擦力。
【解答】（1）此過程中做的有用功為：W有=Gh=100N×2m=200J；
（2）拉力F做的總功為：；
拉力F為：；
那么拉力；
（3）物體做的額外功為：W額=W總—W有=500J-200J=300J；
物體受到的摩擦力為：。
故答案為：（1）200J；（2）50N；（3）60N
13．（2024·上虞模擬）亞運主場館杭州奧體中心體育場，遠遠看上去很像一朵“大蓮花”(圖甲)，它由28片大蓮花瓣和27片小蓮花瓣共同組成。為了支撐這樣的設計，建筑師們進行了多輪優(yōu)化。經(jīng)過完善，杭州奧體中心體育場的用鋼量只有2.8萬噸，比同規(guī)模體育場的用鋼量減少三分之一。在施工的過程中用到了很多的機械。其中圖乙所示的滑輪組是常見的機械之一。
（1）工人用圖乙所示的滑輪組將80kg鋼材提升到5米高的位置，操作時，工人對鋼材做的有用功是多少
（2）第(1)小題的使用過程中機械的效率為80%，那么動滑輪的重力是多少 (不計摩擦和繩重)
（3）有同學提出也可以搭建一個長10米，高5米高的斜坡，將80kg的鋼材推到5米高的平臺上，推力是640N，請問此時斜面對鋼材的摩擦力是多少
【答案】（1）W有=G物h=4000J
（2）η=G物/(G物+G動)=800N/(800N+G動)=80%，G動=200N
（3）W額外功=W總功-W有用功=640N×10m-800N×5m=2400J ， f=W額外功/s=2400J/10m=240N
【知識點】機械效率；機械效率的計算；斜面及其工作特點
【解析】【分析】（1）克服重力做功為有用功，利用公式W有=G物h 即可求出有用功大小。
（2）滑輪重力做的功為額外功，根據(jù)額外功可以求出動滑輪的大小。
（3）求出總功和有用功，即可求出額外功大小，摩擦力做的功為額外功，最后求出摩擦力大小。
【解答】（1）克服重力做功為有用功，即W有=G物h=4000J 。
14．（2024·拱墅二模）如圖所示，一個重為500N的實心長方體A，體積為 其底面積為 用一滑輪組拉著將其從空氣中緩慢放入水中，直到最后沉在水池底部(池底水平)，已知動滑輪重為100N，不計繩重和摩擦， 取 g=10N/kg， 求：
（1）A未浸入水中時，拉力 F 的大小。
（2）A未浸入水中時，滑輪組的機械效率。
（3）A自由沉在水底時，對池底的壓強。
【答案】（1）由圖可知，n=3，不計繩重和摩擦，A未浸入水中時，拉力F的大小為：
。
（2）A未浸入水中時，滑輪組的機械效率為：。
（3）A自由沉在水底時，受到水的浮力為：F浮=ρ水gV排=ρ水gVA=1.0×103kg/m3×10N/kg×10-2m3=100N，
A自由沉在水底時，對池底的壓力為F壓=G-F浮=500N-100N=400N，
則A對池底的壓強為：。
【知識點】滑輪組及其工作特點；機械效率的計算
【解析】【分析】 （1）根據(jù)滑輪組裝置確定繩子股數(shù)，不計繩重和摩擦，根據(jù)求出A未浸入水中時，拉力F的大小。
（2）根據(jù)求出A未浸入水中時，滑輪組的機械效率。
（3）根據(jù)阿基米德原理求出A浸沒在水中時受到的浮力，A自由沉在水底時，對池底的壓力等于自身的重力減去浮力，利用求出A自由沉在水底時，對池底的壓強。
15．（2024·臨平模擬） 如圖甲所示，工人用推力F將重為1000N 的箱子沿斜面推至水平車廂中，斜面長3m、高1.5m，F(xiàn)始終與箱子運動方向相同。箱子運動路程隨時間變化關系如圖乙所示，推力F隨時間變化關系如圖丙所示。求：
（1）0~20s內(nèi)工人對箱子做的功。
（2）斜面的機械效率。
（3）箱子在斜面上受到的摩擦力。
【答案】（1）0～10s內(nèi)推力做功：W1=F1S1=600N×3m=1800J；
10s～20s內(nèi)推力做功：W2=F2S2=200N×（8-3）m=1000J；
0～20s內(nèi)工人對箱子做的功 W=W1+W2=1800J+1000J=2800J；
（2）箱子運動3m，提升高度h=1.5m，
推力克服箱子重力做的有用功：W有用=Gh=1000N×1.5m=1500J，
斜面的機械效率：；
（3）斜面上克服摩擦力做功：W額=W1-W有=1800J-1500J=300J；
由W=Fs可得，木箱受到斜面的摩擦力大小：。
【知識點】功的計算公式的應用；機械效率的計算
【解析】【分析】（1）由圖乙可知，箱子在0～10s和 10s～20s內(nèi)運動的路程；由圖丙可知推力大小，利用W=Fs求推力做的功（總功）；
（2）箱子運動3m，提升高度h=1.5m，即箱子沿斜面從底端被推至頂端，利用W=Gh求推力克服箱子重力做的有用功，斜面的機械效率等于有用功與總功的比值；
（3）根據(jù)W額=W總-W有計算在斜面上克服摩擦做功。
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專題11 杠桿、滑輪、斜面的機械效率
簡單機械包括杠桿、滑輪、斜面，這些經(jīng)典簡單機械是中考物理的重要考點。對于機械效率，會分析一次做功中，哪些是有用功，哪些是額外功，哪些是總功顯得尤為重要，也只要分清楚這些知識點，在答題時才從容。
2024年中考科學關于機械效率的考察要更加注重生活中的現(xiàn)象，多思考生活常見裝置。
★重難點01： 機械效率計算
一、機械效率
1、有用功、額外功、總功的定義
（1）有用功：人們提升重物過程中 ，用w有用表示。
（2）額外功：利用機械時，人們 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（總功必定大于有用功）。
（4）有用功、額外功、總功的單位都是 。
2、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%
3、常見機械效率的計算分析
（1）滑輪組
①若不計繩重和摩擦
有用功：W有=Gh， 總功：W總= ，
機械效率：η=
②若計繩重和摩擦
有用功W額=G動h， 總功：W總=Gh+G動h，
機械效率：η=
（2）橫置滑輪組
有用功：W有=fs， 總功：W總=F·ns， 機械效率：η=
4、機械效率的影響因素
（1）其他條件相同時，繩重和摩擦越大，機械效率越低。
（2）其他條件相同時，G動越大，機械效率越低；G物越大，機械效率越大。
5、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(shù)，或換用質(zhì)量小的動滑輪，盡量減小摩擦等；
（2）在所做額外功一定的情況下，增大有用功，即在機械能承受范圍內(nèi)盡可能增加每次提起重物的重力。
6、其他機械效率的測量
（1）測量滑輪組的機械效率：多數(shù)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＝＝＝。
（2）測量杠桿的機械效率：η= =
1．（2023·寧波）如圖所示，小寧用豎直向上的拉力F提升物體，使物體在2s內(nèi)勻速上升了0.1m已知物體重為1N，動滑輪重為0.25N，不計繩重和摩擦，這一過程中，下列說法錯誤的是（　　）
A．繩子自由端移動速度為0.05m/s B．拉力F的大小為0.625N
C．拉力F做功為0.125J D．該滑輪的機械效率為80%
（1題圖） （2題圖）
2．（2025·拱墅模擬）如圖所示為晾衣架，橫桿自重10牛，兩個動滑輪的自重相同，現(xiàn)橫桿上掛有重為64牛的衣物。若小樂用20牛的拉力豎直向下拉繩子使衣物勻速上升1米，共用時5秒(衣物上升過程中，橫桿保持水平，不計繩重及摩擦)。則此過程中，繩子拉力做功的功率是　 　瓦；該晾衣架的機械效率為　 　；每個動滑輪自重為　 　牛。
1．（2025·臺州模擬）如圖所示，某工人使用滑輪組勻速向上運送建筑材料。為了提高滑輪組機械效率，可進行的操作是（　　）
A．換更粗更重的繩子 B．換質(zhì)量更大的滑輪
C．增大提升的速度 D．運送更重的建筑材料
（1題圖） （2題圖）
2．（2025九下·慈溪模擬）如圖，甲、乙兩人用不同的裝置，在相同時間內(nèi)把質(zhì)量相等的貨物勻速提升到同一平臺，不計繩重及滑輪的摩擦。下列說法正確的是
A．甲做的有用功多 B．乙做的總功多
C．甲做總功的功率大 D．乙所用裝置的機械效率小
3．（2024·鄞州模擬）如圖甲是小磊測動滑輪機械效率的示意圖。他用彈簧測力計拉動繩子自由端，將質(zhì)量為200g的鉤碼從A 位置勻速提升到B 位置，同時彈簧測力計從圖中的A'位置勻速豎直上升到B'位置，在此過程中，彈簧測力計對繩的拉力為F，彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示。請你根據(jù)小磊所做實驗判斷，下列說法中正確的是(g 取10N/ kg) (　　)
A．彈簧測力計示數(shù)為1.1 N
B．拉力 F 所做的功為2.4 J
C．此實驗中動滑輪的機械效率約為83.3%
D．若在動滑輪下加掛鉤碼，機械效率將降低
4．（2024·浙江模擬）在實踐活動基地，同學們體驗使用勞動器具。如圖所示，分別用甲、乙兩種形式的滑輪組把重為600 N的物體勻速向上提起相同的高度。已知每個滑輪重為20 N，忽略繩子的重力及滑輪與繩子的摩擦。下列判斷正確的是 (　　)
A．甲方式中車對繩子的拉力為620 N
B．乙方式中人對繩子的拉力為300 N
C．使用甲、乙兩種方式都不能省功
D．甲、乙兩種方式的機械效率相等
5．（2024·富陽模擬）如圖所示，物重G為2000N，小金用800N的拉力花2s的時間把物體沿斜面勻速移動了4m，提升高度為h為2.5m.(不計滑輪、細繩的重.不計細繩與滑輪間的摩擦)。下列說法正確的是()
A．拉繩子自由端的速度4m/s
B．拉力所做的功大小為5000J
C．整個系統(tǒng)的機械效率為78.125%
D．物體受到斜面對它的摩擦力為1150N
（5題圖） （6題圖）
6．（2024·濱江模擬）如圖為某學生用所做的升降電梯模型模擬電梯的工作情況，電動機的拉力為F，動滑輪重為5N，在10s內(nèi)將重20N的轎箱連同內(nèi)部5N的物品一起勻速升高了 1m，忽略繩重和摩擦，下列說法正確的是
A．與電動機相連的繩端移動的速度為0.1m/s
B．與電動機相連的繩端拉力大小為12.5N
C．拉力F做功的功率為1.5W
D．滑輪組的機械效率為83.3%
7．（2025·南湖模擬）如圖，利用斜面將一個重450牛的物體勻速拉到高處，沿斜面向上的拉力F=300牛，拉動的距離s=4米，物體提升的高度 米。此過程中拉力做的功是　 　焦，物體受到的摩擦力為　 　牛，機械效率是　 　。
8．（2024·嵊州模擬） 圖甲是某居民樓前的無障礙通道。為了解推輪椅時所用力的大小，小明進行了圖乙所示的斜面實驗。他測得斜面底端A 點與斜面上的B 點相距1米，B 點高0.09米，小車重2牛。
（1）彈簧測力計沿斜面勻速直線拉動小車(圖乙)，彈簧測力計示數(shù)為　 　牛。
（2）小車從A 點拉到B點的過程中，拉力所做的有用功為　 　焦。
（3）在小車上逐漸添加重物，測出小車的總重G 和沿斜面勻速直線拉動小車需要的力F，求出小車從A點到B 點拉力F所做的功 W1，及將小車從水平地面提升到B點所做的有用功 W2，并作出圖丙所示的W-G圖像。由圖像可知，用該斜面提升物體時的機械效率與物重　 　(選填“有關”或“無關”)。
9．（2024·東陽模擬） 如圖甲所示，小金到滑雪場進行滑雪圈滑雪運動，小金的質(zhì)量為M。滑雪圈如圖乙所示，其質(zhì)量為m，滑雪場是一個高H，長L的斜坡。
（1）當小金從滑道頂端一直滑到水平終點，在斜坡上的時受到的摩擦力為f1，在水平軌道時受到的摩擦力為f2，由此可知f1　 　f2(填“大于”、“小于”或“等于”)。
（2）小金坐在滑雪圈里被電動機從斜面底部拉到了頂端， 已知電動機的拉力F，上坡過程中的機械效率是　 　。 (用題目中的已知量表示)
10．（2025·溫州模擬）圖1是礦井新型儲能方式的示意圖，其裝置由豎井、電機、重物組成。在電力富余時，電機執(zhí)行電動機功能，將重物提升至礦井內(nèi)高處；當需要電能時，讓重物下落，帶動電機發(fā)電，該過程電機執(zhí)行發(fā)電機功能。
（1）儲能時，消耗電能，電機工作抬升重物，將電能以　 　形式存儲。
（2）當重物上升速度不同時，礦井儲能裝置的機械效率不同，兩者關系如圖2所示。當豎井內(nèi)重物以10米/秒速度上升，儲存1.5×107焦耳能量時，需消耗電能為　 　焦耳。
（3）結合圖3推測礦井儲能裝置機械效率隨速度的增大在減小的可能原因是　 　。
11．（2025九下·浙江月考） 如圖甲為塔式起重機吊裝路燈燈柱簡易示意圖，若燈柱總重力為3000N，總長3m，重心在P點，OP 長度為路燈燈柱總長的
（1）使用時，滑輪A 的作用是　 　。
（2）若圖甲中動滑輪裝置B 和繩子的質(zhì)量、摩擦均不計，則當燈柱左端從水平地面剛被吊起時，求拉力F的大小。
（3）如圖乙所示，建筑工地上用該塔式起重機吊升重為1200N的窗玻璃，在勻速吊升過程中拉力F的大小保持800N，窗玻璃被吊升了 10m。求滑輪組的機械效率η。
12．（2025·杭州模擬）利用如圖所示裝置將重為100N的物體勻速從斜面的底端拉到頂端。已知斜面的長是5m，高是2m，不計繩和滑輪的重力，不計繩和滑輪之間的摩擦，則該裝置的機械效率為40%，求：
（1）此過程中所做的有用功為多少焦？
（2）拉力F的大小為多少
（3）物體所受的摩擦力為多少？
13．（2024·上虞模擬）亞運主場館杭州奧體中心體育場，遠遠看上去很像一朵“大蓮花”(圖甲)，它由28片大蓮花瓣和27片小蓮花瓣共同組成。為了支撐這樣的設計，建筑師們進行了多輪優(yōu)化。經(jīng)過完善，杭州奧體中心體育場的用鋼量只有2.8萬噸，比同規(guī)模體育場的用鋼量減少三分之一。在施工的過程中用到了很多的機械。其中圖乙所示的滑輪組是常見的機械之一。
（1）工人用圖乙所示的滑輪組將80kg鋼材提升到5米高的位置，操作時，工人對鋼材做的有用功是多少
（2）第(1)小題的使用過程中機械的效率為80%，那么動滑輪的重力是多少 (不計摩擦和繩重)
（3）有同學提出也可以搭建一個長10米，高5米高的斜坡，將80kg的鋼材推到5米高的平臺上，推力是640N，請問此時斜面對鋼材的摩擦力是多少
14．（2024·拱墅二模）如圖所示，一個重為500N的實心長方體A，體積為 其底面積為 用一滑輪組拉著將其從空氣中緩慢放入水中，直到最后沉在水池底部(池底水平)，已知動滑輪重為100N，不計繩重和摩擦， 取 g=10N/kg， 求：
（1）A未浸入水中時，拉力 F 的大小。
（2）A未浸入水中時，滑輪組的機械效率。
（3）A自由沉在水底時，對池底的壓強。
15．（2024·臨平模擬） 如圖甲所示，工人用推力F將重為1000N 的箱子沿斜面推至水平車廂中，斜面長3m、高1.5m，F(xiàn)始終與箱子運動方向相同。箱子運動路程隨時間變化關系如圖乙所示，推力F隨時間變化關系如圖丙所示。求：
（1）0~20s內(nèi)工人對箱子做的功。
（2）斜面的機械效率。
（3）箱子在斜面上受到的摩擦力。
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