3.4 简单机械——滑轮与机械效率
目录
模块一 知己知彼 1
模块二 知识掌握 2
知识点一、滑轮的分类与作用 2
知识点二、使用定滑轮和动滑轮的几种情况(图中物体全部匀速运动) 6
知识点三、滑轮组 9
知识点四、机械效率 13
知识点五、斜面的机械效率 18
模块三 巩固提高 21
模块一 知己知彼
学习目标 目标解读
1.了解定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点和实质，知道杠杆使用过程中能量转化。 2.理解机械效率，识别有用功、额外功和总功，区别机械功率和机械效率，学习测量计算简单机械的机械效率。 解读1:知道定滑轮和动滑轮的特点，知道滑轮组(限于两个滑轮的滑轮组的特点能使用滑轮组(限于两个滑轮的滑轮组)解决简单的问题，常见题型为选择题、填空题、实验探究题和解答题，难度稍大。 解读2:会解决滑轮、杠杆等简单机械与压力、摩擦力等力学综合问题，常见题型为选择题解答题,难度较大。
模块二 知识掌握
知识点一、滑轮的分类与作用
（一）滑轮的定义
滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子
（二）滑轮的分类和作用
使用滑轮工作时，根据滑轮轴的位置是否移动，可将滑轮分成定滑轮和动滑轮两类。
定滑轮 动滑轮
定义 轴固定不动 轴随物体一起移动
特点 不省力，不省距离，但能够改变力的作用方向 省一半力， 费一倍距离，并且不能改变力的作用方向
应用 旗杆顶部的滑轮 起重机的动滑轮
（三）定滑轮和动滑轮的实质
(1)定滑轮可以看做一个变形的杠杆，如图所示，滑轮的轴相当于支点，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，根据杠杆的平衡条件可知:F=G,所以不省力。因此，定滑轮的实质是一个等臂杠杆。
(2)动滑轮也可以看做一个变形的杠杆，如图所示，支点o在滑轮的边缘上，动力臂为阻力臂的2倍，故动力F是阻力F的二分之一，即动滑轮能够省一半力。因此，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆，使用动滑轮费一倍的距离，如物体上升距离为h，则绳子自由端移动的距离s=2h。
【能力拓展】
例：用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体,拉力F的f的值
题图可知：拉力F的方向不是竖直向上的，则力F的力臂将不再是动滑轮的直径，而是小于直径，如图所示，根据杠杆的平衡条件FL=（G+G轮）r，
（2023 海曙区校级一模）现有史籍中最早讨论滑轮的是《墨经》。书中将向上提举重物的力称为“挈”，将自由往下降落称为“收”，将整个滑轮称为“绳制”（图1）。现分别用甲、乙两个力替代“收”（图2），使重物在相同的时间内匀速上升相同高度。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．使用这个滑轮能省力
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．甲拉力使绳自由端移动的速度小于乙拉力使绳自由端移动的速度
【解答】解：A、由图可知，图中的滑轮是定滑轮，使用定滑轮只能改变力的方向，不能省力，故A错误；
B、定滑轮是等臂杠杆，由于阻力和阻力臂不变，动力臂都等于滑轮的半径，即甲、乙拉力的力臂相等，根据杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2，可知，甲拉力大小等于乙拉力的大小，故B正确
C、由题意可知，重物上升的距离相同；在使用定滑轮中，绳子移到的距离等于重物上升的距离；由于甲、乙拉力大小相等，根据W＝Fs可知甲、乙拉力做功的大小相等，故C错误；
D、由题意可知，重物在相同时间内上升的距离相同，即重物上升的速度相同；在使用定滑轮中，绳子移动的距离等于重物上升的距离，绳子移动的时间和重物上升的时间相同，根据v可知，甲、乙拉力移动的速度都等于重物上升的速度，故D错误。
故选：B。
（2021秋 衢江区期末）如图为动滑轮，它相当于一个 省力 杠杆，若用它将总重为1牛的钩码匀速提高2米，不计轮和绳重以及滑轮与绳子之间的摩擦，则弹簧测力计示数为 0.5 牛。
【解答】解：动滑轮实质是动力臂等于阻力臂二倍的杠杆，属于省力杠杆；
使用动滑轮时，不计轮和绳重以及滑轮与绳子之间的摩擦，则F0.5N，
则弹簧测力计示数为0.5N。
故答案为：省力；0.5。
（2022秋 温州期末）小明用如图装置“测量大气压”时，发现弹簧秤的量程太小，无法拉开紧贴在地面上的吸盘，于是他加了一个轻质滑轮，若不计滑轮自重和摩擦，下列操作最有可能完成实验的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：AB、AB图中两个滑轮均为定滑轮，定滑轮不省力，只能改变力的方向，故AB错误；
C、滑轮作为动滑轮使用，不计滑轮自重和摩擦，能省一半的力，故C正确；
D、滑轮作为动滑轮使用，弹簧测力计作用在滑轮轴上，不计滑轮自重和摩擦，弹簧测力计拉力为绳子拉力的2倍，故D错误。
故选：C。
（2023春 婺城区校级月考）如图所示，小华用动滑轮提起200N的物体使其匀速上升5m，若不计绳重、滑轮重及摩擦，则人对绳子的拉力为 100 N，实际测量出拉力为110N，不计绳重及摩擦，则滑轮重为 20 N的物体。
【解答】解：
图中使用动滑轮提升物体，则n＝2。
因动滑轮有两段绳子承担物重，不计绳重、滑轮重及摩擦，
所以绳端的拉力：FG200N＝100N；
若不计绳重及摩擦，拉力F（G+G动），则动滑轮重力：
G动＝2F′﹣G＝2×110N﹣200N＝20N。
故答案为：100；20。
知识点二、使用定滑轮和动滑轮的几种情况(图中物体全部匀速运动)
定滑轮 动滑轮
图示
表达式 F=G F=F摩，F摩物体与地面的摩擦力 F=(G+G轮)/2 S绳=2h物 v绳=2v物 F=F摩/ 2 S绳=2h物 v绳=2v物 F=2G+G轮 S轮=s物/2 v轮=v物/2 F=2F摩 S轮=s物/2 v轮=v物/2
【能力拓展】
使用定滑轮提升物体时，拉力F无论沿什么方向拉，拉力大小均等于物体的重力;使用动滑轮提升物体，只有拉力方向竖直向上时，拉力大小才等于物重的二分之一。(不考虑摩擦、绳重和动滑轮重)
（2021秋 舟山期末）物体A在大小为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匀速直线运动，如图所示。若不计滑轮、弹簧测力计和绳的自重及滑轮与绳之间的摩擦，则下列说法中正确的是（ ）
A．此滑轮是定滑轮
B．拉力F做功的功率为0.4瓦
C．使用此滑轮可以改变力的方向
D．物体A受到地面的摩擦力是4N
【解答】解：AC、滑轮随物体一起运动，所以滑轮为动滑轮，使用动滑轮可以省力，故AC错误；
B、有两端绳子拉着动滑轮，则拉力F的运动速度v＝2×0.2m/s＝0.4m/s；功率为PFv＝2N×0.4m/s＝0.8W，故B错误；
D、使用动滑轮能省一半的力，所以物体A受到的摩擦力f＝2F＝2×2N＝4N，故D正确。
故选：D。
（2022春 杭州月考）如图所示的三个滑轮分别拉同一物体沿同一水平地面做匀速直线运动，所用的拉力分别为F1，F2，F3，不计滑轮重及绳与滑轮间摩擦，那么，下列关系式中正确的是（ ）
A．F1＞F2＞F3 B．F1＜F2＜F3 C．F2＞F1＞F3 D．F2＜F1＜F3
【解答】解：第一个图中滑轮为定滑轮，因为定滑轮相当于一个等臂杠杆，不能省力，
所以根据二力平衡，此时拉力F1＝f；
第二个图中滑轮为动滑轮，因为动滑轮可省一半的力，
所以根据二力平衡，此时拉力F2f；
第三个图中滑轮为动滑轮，由二力平衡可知此时的拉力等于两股绳子向左的拉力，即F3＝2f；
由此可得F2＜F1＜F3。
故选：D。
（2022秋 婺城区校级期中）生活中我们经常使用简单机械。
（1）如图甲所示，已知撬棒AD＝1米，CD＝BC＝0.15米，石头垂直作用在棒上的力是420牛，若要撬动石头，则施加在撬棒A点的力至少是 63 牛；
（2）如图乙所示，利用动滑轮拉着一个40千克的重物，用大小为F2的力向右拉动5秒钟，物体匀速运动了10米，弹簧测力计的示数为6牛；则拉力F2的功率为 12 瓦；（不计滑轮重、绳子与滑轮之间摩擦）
【解答】解：（1）要使施加在撬棒A点的动力最小，应使动力臂L1最大。
当以D为支点，在A点施加垂直AD向上的动力时，动力臂L1＝AD＝1m，即动力臂为最大值，则动力为最小。
此时阻力F2＝420N，阻力臂L2＝CD＝0.15m，
根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2可得，施加在撬棒A点的力：
F163N；
（2）绳子对物体的拉力等于弹簧测力计的示数，即F绳＝F弹＝6N，
物体M做匀速直线运动，受到的水平向右的拉力和水平向左的摩擦力，
由力的平衡条件可得，摩擦力为：f＝F绳＝F弹＝6N；
由图可知，绳子的有效股数n＝2，作用在动滑轮轴上的拉力为：
F＝2F绳＝2×6N＝12N，
拉力F端移动的速度为：vv物1m/s，
拉力的功率为：PFv＝12N×1m/s＝12W；
（2023 绍兴）赛龙舟自古以来在我国广为流传，现已成为亚运会比赛项目。如图是运动员在室内进行划桨训练的两个场景，图甲是训练装置的结构示意图，绳子系在“船桨”的A端，运动员坐在位置上用力将“船桨“从位置“1”划到位置“2”，重物的位置也发生了相应的变化。若重物的质量为20千克，“划桨”一次拉过绳子的距离为60厘米。（船桨重、绳重与摩擦均不计）
（1）该装置中两个滑轮的作用是 改变力的方向 。
（2）“划桨”一次，人至少做功 120 焦。
（3）图乙是某种耐力练习示意图，保持“船桨”与绳子垂直并静止。若OA为60厘米，OB为40厘米，当一只手握在O端，另一只手握在B点并施加垂直“船桨”的力F。求此时力F的大小。
【解答】解：（1）该装置中两个滑轮是定滑轮，定滑轮可以改变力的方向；
（2）重物的质量为20kg，重物的重力为：
G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N；
“划桨”一次拉过绳子的距离为60cm，则“划桨”一次人克服重力做的功为：
W＝Gh＝200N×0.6m＝120J；
（3）若OA为60厘米，OB为40厘米，当一只手握在O端，另一只手握在B点并施加垂直“船桨”的力F，此时O为支点，OA为阻力臂，OB为动力臂，作用在A点的力大小等于物体的重力，即FA＝G＝200N，根据杠杆平衡条件，
FA×OA＝F×OB，即200N×60cm＝F×40cm，
解得：F＝300N。
故答案为：（1）改变力的方向；（2）120；（3）此时力F为300N。
知识点三、滑轮组
由定滑轮和动滑轮组成，同时具备定滑轮和动滑轮的特点，既可以省力，又能改变力的方向(但费距离)。
(1)探究滑轮组的省力情况:
①用弹簧测力计测出钩码和动滑轮的总重。
②按图甲所示的方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F1。
③按如图乙所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F2。
分析实验数据可以得出，在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数F与钩码的重G以及动滑轮的重G轮的关系为F=(G+G轮)/2即重物与动滑轮的总重由几股绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之几。
(2)利用滑轮组提起物体时，动力F通过的距离s与物体被提高的高度h的关系是s=nh (n表示承担物重的绳子股数)。
【能力拓展】
(1)确定滑轮组中承担物重绳子的股数n的方法:
①要分清哪个(些)是定滑轮，哪个(些)是动滑轮。
②在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔开来，只计算绕在动滑轮上的绳子股数。
(2)组装滑轮组的方法:
按要求确定动滑轮个数:n为奇数时，从动滑轮开始绕绳;n为偶数时，从定滑轮开始绕绳。
（2022秋 鹿城区期末）小明用下列方式匀速提升同一重物，若不计滑轮和绳子的自重及摩擦，拉力最大的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：不计滑轮和绳子的自重及摩擦，则
A、此图是动滑轮，由动滑轮及其工作特点可知，省一半的力，即F1G；
B、此图是滑轮组，绕在动滑轮上的绳子有2股，则F2G；
C、此图是定滑轮，由定滑轮及其工作特点可知，不省力，即F3＝G；
D、此图是滑轮组，绕在动滑轮上的绳子有3股，则F4G，
由以上可知：在滑轮重及摩擦不计的情况下拉力最大的是C。
故选：C。
（2022秋 台州期末）我国企业承建的2022年世界杯主场馆——卢塞尔体育场，创下全球最大跨度索网屋面单体建筑等六大世界之最。
（1）索网的主体部分是索钢，钢是一种 合金 （选填“合金”或“有机合成”）材料，其中加入了一定量的铬和镍，是通过改变金属的 内部结构 来达到防锈的目的。
（2）在吊索网过程中使用了大量的滑轮装置。用如图甲的滑轮组提升重20000牛的物体，拉力F为7000牛，不计绳重和摩擦，动滑轮的重力是 1000N 。物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，则反应绳子自由端运动的图线是 A （选填“A”或“B”）。
【解答】解：（1）钢是含碳量在0.04%﹣2.3%之间的铁碳合金；其中加入了一定量的铬和镍，是通过改变金属的内部结构，从而起到防锈作用；
（2）由图知，承担重物绳子的段数n＝3，
不计绳重和摩擦，根据F（G+G动）可得，动滑轮重力：
G动＝nF﹣G＝3×7000N﹣20000N＝1000N；
使用图甲滑轮组提升重物时，绳端移动距离s＝3h，
由图象知，时间相同时，sA＝3sB，所以A是反应绳子自由端运动的图线。
故答案为：（1）合金；内部结构；（2）1000N；A。
（2023 萧山区校级二模）如图所示，滑轮组悬挂在水平钢架上，某工人站在水平地面上，竖直向下拉动绳子自由端，5s内使物体A匀速上升1.5m，提升过程中绳子自由端拉力F的功率为180W。已知物体A重540N，该工人重700N。不计绳重和摩擦，下列关于该过程的说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的速度为0.3m/s
B．动滑轮重160N
C．该工人对地面的压力为400N
D．绳子自由端受到竖直向下的拉力为200N
【解答】解：A、由图知，承担重物绳子的段数n＝2，
由s＝nh和v可得，绳子自由端移动速度v0.6m/s，故A错误；
BD、由PFv可得，绳端拉力F300N，
不计绳重和摩擦，由F（G+G动）可得，动滑轮重力G动＝nF﹣G＝2×300N﹣540N＝60N，故BD错误；
C、因为力的作用是相互的，绳子对人的拉力F拉与人对绳端拉力F相等，地面对人的支持力F支与人对地面的压力F压相等，
人站在水平地面上，由平衡力知识知，G人＝F拉+F支，则F支＝G人﹣F拉＝700N﹣300N＝400N，
所以人对地面的压力F压＝F支＝400N，故C正确。
故选：C。
（2022秋 嵊州市期末）如图所示是小明家使用的升降衣架，它是通过一些简单机械组合来方便地晾起衣服。每个滑轮重1牛，横梁和衣架总重量为10牛。当晾衣架上所挂衣服重量为60牛时，小明同学用力F拉动绳子自由端，在5s时间内使衣服匀速上移了1m，不计绳重和摩擦。
（1）该升降衣架的6个滑轮中，动滑轮有 两 个。
（2）小明所用拉力的大小为多少牛？
（3）拉力的功率大小为多少瓦？
【解答】解：
（1）由图知，使用升降衣架时下面的两个滑轮会随所挂衣服一样运动，所以6个滑轮中有两个动滑轮；
（2）由题知，每个滑轮重1N，升降衣架中动滑轮重G动＝2N，所挂衣服重G＝60N，横梁和衣架总重量G′＝10N，
由图知，承担重物绳子的段数n＝4，
不计绳重和摩擦，拉力的大小：
F（G+G′+G动）（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。
故答案为：（1）两；
（2）小明所用拉力的大小为18N；
（3）拉力的功率14.4W。
知识点四、机械效率
（一）有用功、额外功、总功的定义
(1)有用功:人们提升重物过程中必须做的功，用w有用表示。
(2)额外功:利用机械时，人们不得不额外做的功，用W额外表示。
(3)总功:人的拉力(动力)对动滑轮(机械)所做的功，用W总表示，W总=W有用+W额外
(4)有用功、额外功、总功的单位都是焦(J)。
（二）机械效率
定义 公式
有用功 提升重物过程中必须要做的功 W有
额外功 利用机械时，人们不得不额外做的功 W额
总功 有用功和额外功之和 W总＝W有＋W额
机械效率 科学上把有用功跟总功的比值 η＝×100%
（三）提高机械效率的途径:
①在所做的有用功不变的情况下，减小额外功，具体方法是改进结构，使机械更合理，更轻巧，如减少动滑轮的个数，或换用质量小的动滑轮，尽量减小摩擦等;
②在所做额外功一定的情况下，增大有用功，即在机械能承受范围内尽可能增加每次提起重物的重力。
【能力拓展】
对于不同的目的，有用功和额外功会发生改变，如用水桶从井里提水的过程中，对桶中的水所做的功为有用功,而对水桶做的功为额外功;但当水桶不小心掉入井中，我们想办法从井中将水桶捞出时，对水桶所做的功为有用功，而对残留在水桶中的水所做的功为额外功。
（2022秋 余姚市校级期末）关于机械效率，下列说法正确的是（ ）
A．机械效率越大，越省力
B．机械效率越大，做功越多
C．机械效率越大，功率越大。
D．机械效率越大，额外功在总功中所占的比例越小
【解答】解：A、机械效率是指有用功与总功的比值，其大小与机械的省力情况没有关系，故A错误；
B、机械效率是指有用功与总功的比值，其大小与机械做功的多少没有关系，故B错误；
C、机械效率是指有用功与总功的比值，功率表示了机械做功的快慢，二者没有直接的关系，故C错误；
D、总功等于有用功与额外功的总和，从η可知，额外功在总功中所占的比例越小，机械效率越高，故D正确。
故选：D。
（2022秋 余姚市期末）“建设美丽城市，优化市内交通”，宁波市计划建设地铁五号线。地铁的建造过程需要大型机械——盾构机。如图是地铁建设施工挖隧道的盾构机正面，下列关于工作中的盾构机说法正确的是（ ）
A．做的功越多，机械效率越高
B．做功多的盾构机，功率大
C．延长工作时间，可提高机械效率
D．做功越快的盾构机，功率越大
【解答】解：A、根据可知，当盾构机做的总功相同时，有用功越多，则机械效率越高，选项缺条件，故A错误；
B、根据可知，当做功时间相同时，做功越多，则功率越大，选项缺条件，故B错误；
C、工作时间对机械效率没有影响，故C错误；
D、功率是表示物体做功快慢的物理量，故D正确。
故选D。
（2023 鹿城区模拟）如图甲所示，用一个动滑轮匀速提升重为600N的物体，在卷扬机拉力F的作用下，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图乙所示。已知动滑轮受到的重力为20N，不计绳重和轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．以动滑轮为参照物，物体是向上运动的
B．物体上升的速度是20m/s
C．卷扬机拉力F的功率是62W
D．机械效率为90.67%
【解答】解：A、在图甲中，物体相对于动滑轮的位置保持不变，以动滑轮为参照物，物体是静止的，故A错误；
B、由图象可知，提升物体时，绳子自由端移动的距离s＝40cm＝0.4m，用时t＝2s，速度为：v20cm/s＝0.2m/s，
则物体上升的速度：v物v0.2m/s＝0.1m/s，故B错误；
C、不计绳重和轮与轴间的摩擦，卷扬机拉力F（G物+G动）（600N+20N）＝310N，
则卷扬机拉力F的功率：PFv＝310N×0.2m/s＝62W，故C正确；
D、因为不计绳重和摩擦，所以滑轮组的机械效率：
η100%≈96.7%，故D错误。
故选：C。
（2023 拱墅区二模）如图为一举重杠铃。
（1）小明同学在一次体育课上举杠铃的过程中，他觉得自己右手力量要大于左手的力量，如果在举重过程中想让右手再多承担一些压力，则他的右手应该向 左端 （选填“右端”或“左端”）移动。
（2）在一次举重过程中，小明同学双手将杠铃举过头顶，在他举着杠铃站立时左右两手间距离为1m，左手距离左侧杠铃0.4m，右手距离右侧杠铃0.6m，若此时小明左手竖直向上举的力为350N，则小明同学所举杠铃总质量为多少千克？
（3）若小明同学体重50kg，某次举起的杠铃总重只有30kg，在由蹲下到起立的举重过程中，杠铃高度升高了1.8米，而自身重心升高1米，则在该次举重过程中的机械效率是多少？
【解答】解：（1）如图所示，杠杆的支点为O，动力为F，动力臂为OD，阻力为G，阻力臂为OC，
根据杠杆平衡条件可知，在动力和动力臂一定的情况下，阻力臂越短，阻力越大，因此，则他的右手应该向左端移动。
（2）如图，C为杠铃重心，OD＝1m，AD＝0.4m，OB＝0.6m，
则AB＝2m，AC＝CB＝1m，
则OC＝CB﹣OB＝1m﹣0.6m＝0.4m，
设杠铃的重力为G，根据杠杆平衡条件可得，F×OD＝G×OC，即：350N×1m＝G×0.4m，
解得G＝875N，
杠铃的质量m87.5kg；
（3）将杠铃举高做的功为有用功：
W有用＝G杠铃h＝m杠铃gh＝30kg×10N/kg×1.8m＝540J，
小明同学克服自身重力所做的功：
W＝G小明h＝m小明gh＝50kg×10N/kg×1m＝500J，
在该次举重过程中的总功：
W总＝W有用+W＝540J+500J＝1040J，
在该次举重过程中的机械效率：
η100%100%≈51.9%。
故答案为：（1）左端；
（2）小明同学所举杠铃总质量为87.5kg；
（3）在该次举重过程中的机械效率是51.9%。
知识点五、斜面的机械效率
(1)斜面是一种简单机械，使用它可以省力，但要费距离。
(2)探究 影响斜面机械效率的因素:
①如图所示，将-块长木板的一端垫高，构成一个斜面，用刻度尺测出斜面的长s和斜面的高度ho
②用弹簧测力计测出小车的重力G。
③用弹簧测力计沿着斜面把小车从斜面底端匀速拉到顶端，读出弹簧测力计的示数F。
改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤。实验测量结果见下表:
实验序号 1 2 3
斜面倾斜程度 较缓 较陡 最陡
斜面粗糙程度 木板表面 木板表面 木板表面
小车重力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
斜面长s/米 0.5 0.5 0.5
有用功W有用/焦 0.2 0.4 0.6
总功W总/焦 0.3 0.5 0.7
机械效率η 67% 80% 86%
结论:对于光滑程度相同的斜面，倾斜程度越大，机械效率越高。
(3)测量斜面的机械效率：
①光滑斜面：Fl＝Gh W额＝0 η＝100%
②有摩擦的斜面：η＝Gh/Fl
③斜面的机械效率与斜面的光滑程度和倾斜程度有关。
测量滑轮组的机械效率：多数情况下仅考虑由于动滑轮自重所带来的额外功，而不考虑绳子的重力和摩擦。此时对于用滑轮组提升物体时有：η＝＝＝。测量杠杆的机械效率：η= =
（2021秋 西湖区期末）小金用如图所示装置和相关的实验仪器探究斜面机械效率的影响因素，斜面长为L，高为h，他用沿斜面向上的拉力F把重为G的物体从斜面底端匀速拉到顶端。下列说法错误的是（ ）
A．改变h即可研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响
B．该过程中克服斜面摩擦力做的功属于额外功
C．该斜面的机械效率为100%
D．若物体没有被拉到斜面顶端，则无法测出斜面的机械效率
【解答】解：A、斜面的机械效率跟斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度有关，探究“斜面的倾斜程度对斜面机械效率的影响”时，应控制斜面的光滑程度和物体相同，在长度一定时，改变h即可改变斜面与水平面的夹角，故可以研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响，故A正确；
B、在斜面上克服斜面摩擦力做的额外功，故B正确；
C、根据η100%可以算出该斜面的机械效率，故C正确；
D、若物体没有被拉到斜面顶端，斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度都不变，斜面的机械效率不变，故可以测出斜面的机械效率，故D错误。
故选：D。
（2022春 江干区校级月考）如图甲，质量m的货物在拉力作用下，沿粗糙斜面向上运动（不考虑空气的阻力），斜面长L、高H。货物上升高度h与时间t关系图像如图乙所示，0至t1时间内的拉力为F1，t1至t2时间内拉力为F2。已知H＞4h0，t2＝2t1，不计速度变化时的时间，斜面粗糙程度不变。
（1）0至t1和t1至t2两个过程中受到的拉力F1 ＝ F2的大小关系。（选填：“＞”、“＜”或“＝”）
（2）F1时斜面效率η1 ＝ （选填：“＞”、“＜”或“＝”）F2时斜面效率η2。
【解答】解：（1）（2）斜面倾角一定，所以物体沿斜面运动的路程L与上升高度H的比值是一定的，即为定值；
根据功的原理可得：W总＝W有+W额，
即：FL＝GH+fL，
可得拉力：Ff﹣﹣﹣﹣﹣﹣①，
斜面的粗糙程度不变，物体对斜面的压力不变，则物体在运动过程中摩擦力不变，所以由①式可知，拉力的大小不变，即：F1＝F2；
斜面的机械效率：η100%，由于拉力和重力均不变，为定值，故斜面的机械效率相等。
故答案为：＝；＝。
（2021秋 临海市期末）某同学看到爸爸正准备把货物搬往高台上，如图1所示。他找来一块木板，搭成图2所示的斜面，然后站在高台上用一根绳子把货物拉上了高台。请回答下列问题：
（1）利用斜面搬运货物的优点是 省力 。
（2）该同学用400N的拉力沿斜面把重500N的货物拉上了高台，已知斜面长4m，高2m。求此斜面的机械效率。
【解答】解：（1）利用斜面搬运货物的优点是省力。
（2）所做有用功为：W有＝Gh＝500N×2m＝1000J；
总功为：W总＝Fs＝400N×4m＝1600J；
机械效率为：η62.5%。
答：（1）利用斜面搬运货物的优点是省力。
（2）此斜面的机械效率为62.5%。
模块三 巩固提高
（2021秋 柯桥区期末）如图所示，分别用力F1、F2、F3匀速提起重物A，若不计摩擦，关于三个力的大小关系，下列选项中正确的是（ ）
A．F1＝F2＝F3 B．F1＞F2＞F3 C．F2＞F1＝F3 D．F1＜F2＜F3
【解答】解：因为定滑轮相当于一等臂杠杆，只能改变力的方向，而不省力，故定滑轮拉同一重物G，不计摩擦，沿三个不同方向，用的拉力大小相等，即F1、F2、F3都等于物体的重力。故A正确，BCD错误。
故选：A。
（2021秋 温岭市期中）如图所示，健身员向下摆动脚踝使细绳拉着物体缓慢提升时，图中的滑轮是（ ）
A．定滑轮，可省力
B．动滑轮，可省力
C．定滑轮，可改变力的方向
D．动滑轮，可改变力的方向
【解答】解：由图知，图中用的是定滑轮，可以改变力的方向，但不省力。所以ABD错误，C正确。
故选：C。
（2022秋 婺城区校级期中）如图所示，分别用力F1、F2和F3，使用下列三个装置匀速提起同样的重物，不计滑轮的重力和摩擦且不计绳重，则F1、F2和F3的大小关系是（ ）
A．F1＜F2＝F3 B．F2＜F1＜F3 C．F1＝F3＜F2 D．F1＜F2＜F3
【解答】解：不计滑轮的重力和摩擦且不计绳重的情况下；
左边的滑轮是定滑轮，只能改变力的方向，不省力也不费力，故F1＝G。
中间的滑轮是动滑轮，能够省一半的力，故F2G。
右边的滑轮是动滑轮，F3作用在动滑轮的轴上，费一倍的力，则F3＝2G，
所以，F2＜F1＜F3。
故选：B。
（2023 定海区校级模拟）我们经常用摩擦力的知识来分析拔河比赛的输赢情况。如图，小明和爸爸妈妈通过一个滑轮组进行拔河比赛。已知爸爸与地面之间的摩擦力最大可达540牛。为了胜过爸爸，小明能挺住不动，则妈妈与地面间的摩擦力至少应达到（不计滑轮重、绳重及其摩擦）（ ）
A．540牛 B．270牛 C．360牛 D．200牛
【解答】解：若不计滑轮重、绳重及滑轮组摩擦，小明所使用的拉力Ff540N＝180N；
由于爸爸妈妈在轻质滑轮组两端拉着滑轮组，则f妈妈＝f爸爸﹣F＝540N﹣180N＝360N，故ABD错误，C正确。
故选：C。
（2022秋 上城区校级期中）如图所示，物体A重120N，实心物体B的体积是1dm3，此时A恰能沿着水平桌面以0.2m/s向右做匀速直线运动；若将B以原速度匀速上升，需要对A施加100N水平向左的拉力，则下列选项正确的是（不计摩擦、绳重及滑轮重）（ ）
A．物体B匀速下降的速度是0.1m/s
B．物体A向左做匀速直线运动与桌面之间的摩擦力为100N
C．物体B在匀速上升时，克服B重力做功的功率为2W
D．物体B密度是2.5×103kg/m3
【解答】解：A．B物体下滑的速度为vB＝2vA＝2×0.2m/s＝0.4m/s，故A错误；
B．分析滑轮组的特点可以得出，左侧滑轮为动滑轮，右侧滑轮为定滑轮，绳子的段数为2段。
不计摩擦、绳重及滑轮重，物体A在B的作用下匀速运动则f＝2GB，如果在A上再加一个向左的100N的力，物体A影响摩擦力的两个要素都没改变，所以摩擦力还是f，只是方向从向左变成了向右，
于是可以得出100N＝f+2GB，因为f＝2GB所以f＝50N，GB＝25N，故B错误；
C．物体B在匀速上升时，克服B重力做功的功率为：PFv＝GBvB＝25N×0.4m/s＝10W，故C错误；
D．物体B的质量：2.5kg，
物体B密度是2.5×103kg/m3，故D正确。
故选：D。
（2023 拱墅区模拟）如图所示，不计滑轮重及摩擦，分别用力F1、F2匀速提升同一重物，若力F1、F2在相等时间内对物体所做的功相等，则力F1、F2及其功率P1、P2的大小关系为（ ）
A．F1＞F2 P1＜P2 B．F1＞F2 P1＞P2
C．F1＞F2 P1＝P2 D．F1＜F2 P1＜P2
【解答】解：用在不计绳重和摩擦时，物体升高h，用定滑轮提升物体时，绳子自由端移动的距离为h，
若用动滑轮提升物体时，绳子自由端移动的距离为2h，
则定滑轮提升物体时，拉力做功为：W1＝F1s＝F1h，
动滑轮提升物体时，拉力做功为：W2＝F2s＝2F2h，
∵W1＝W2，∴F1＝2F2，即：F1＞F2
又时间相同，根据功率公式P可知：P1＝P2。
故选：C。
（2023 温州模拟）如图所示，用10N的力F沿水平方向拉滑轮，可使物体A以0.2m/s的速度在水平面上匀速运动。弹簧测力计的示数恒为2N（不计滑轮、测力计、绳子的重力，滑轮的转轴光滑）。下列说法错误的是（ ）
A．物体A受到地面水平向右3N的摩擦力
B．物体A受到B的摩擦力是2N
C．滑轮移动的速度是0.1m/s
D．拉力F做功功率为4W
【解答】解：
AB、不计滑轮的摩擦和重力，以动滑轮为研究对象，则两段绳子向右的拉力与向左的拉力平衡，所以2F拉＝F，则A物体对滑轮的拉力F拉F10N＝5N；力的作用是相互的，所以滑轮对A的拉力也为5N；
弹簧测力计的示数恒为2N，因拉滑轮时，物体B始终处于静止状态，则测力计对B向右的拉力与A对B向左的摩擦力平衡，所以fA对B＝F示＝2N；力的作用是相互的，所以，物体B对A的摩擦力为2N，方向向右，故B正确；
物体A向左匀速运动，同时地面对物体A还有向右的摩擦力，由力的平衡条件可得：F拉＝fB对A+f地，
所以物体A受到地面的摩擦力：f地＝F拉﹣fB对A＝5N﹣2N＝3N，方向水平向右，故A正确；
C、因拉力F作用在动滑轮的轴上，费力但省一半的距离，所以拉力端的移动速度（滑轮移动的速度）等于物体A移动速度的，则滑轮移动的速度vvA0.2m/s＝0.1m/s，故C正确；
D、拉力F做功功率：PFv＝10N×0.1m/s＝1W，故D错误。
故选：D。
（2023 桐庐县二模）如图所示的滑轮组将重10N的物体匀速提升1m，所用时间为2s，作用在绳子末端的拉力F为6N（不计绳重和绳与滑轮间的摩擦），下列说法中正确的是（ ）
A．所做的有用功为6J
B．动滑轮自重4N
C．拉力F做功的功率为5W
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
【解答】解：
A、有用功：W有用＝Gh＝10N×1m＝10J，故A错误；
B、由图可知，n＝2，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，拉力F（G+G动），
则动滑轮的重力：G动＝2F﹣G＝2×6N﹣10N＝2N，故B错误；
C、绳端移动的距离：s＝2h＝2×1m＝2m，
总功：W总＝Fs＝6N×2m＝12J，
拉力F做功的功率：P6W，故C错误；
D、滑轮组的机械效率：η100%100%≈83.3%，故D正确。
故选：D。
（2023 海曙区校级三模）图中的每个滑轮重0.5N，物体A重6N，托板重1N。为了提升重物A，在2s的时间内，拉力F的作用点沿竖直方向匀速升高了1.2m，这个过程中，不计滑轮轴摩擦和绳重，则下列分析正确的是（ ）
A．拉力F的大小为1.5N
B．天花板对定滑轮拉力大小为4.5N
C．物体A上升的速度为0.6m/s
D．滑轮组的机械效率为80%
【解答】解：
A、题图中与托板相连的两个滑轮为动滑轮，共有4股绳子跨过动滑轮，提升总重力G＝GA+G滑轮+G托板＝6N+0.5N+0.5N+1N＝8N，
不计滑轮轴摩擦和绳重，作用在绳端的力为：F2N，故A错误；
B、定滑轮对天花板的拉力等于两股绳对定滑轮的拉力加上定滑轮的重力，即T＝2N+2N+0.5N＝4.5N，天花板对定滑轮拉力大小等于4.5N，故B正确；
C、绳端移动的距离s和物体上升的距离h的关系是s＝nh，物体上升的高度h0.3m，
物体A上升的速度为：v0.15m/s，故C错误；
D、不计滑轮轴摩擦和绳重，滑轮组的机械效率为：η75%，故D错误。
故选：B。
（2023 鹿城区模拟）如图甲为工人师傅用滑轮组提升重物的装置示意图，已知动滑轮和水桶总重20N，将重为160N的水以0.2m/s的速度匀速提起，所用时间为20s，此过程工人拉力做的功随时间变化的图像如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．工人的拉力为200N
B．工人做功的功率为100W
C．绳子自由端移动的距离为4m
D．该装置的机械效率为80%
【解答】解：ABC．由v可得，20s内水桶上升的高度：h＝vt＝0.2m/s×20s＝4m，
由图甲可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，则绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×4m＝8m，故C错误；
由图乙可知，20s内拉力做的总功：W总＝800J，
由W＝Fs可得，工人的拉力：F100N，故A错误；
工人做功的功率：P40W，故B错误；
D．拉力做的有用功：W有＝Gh＝160N×4m＝640J，
该装置的机械效率：η100%100%＝80%，故D正确。
故选：D。
（2023 拱墅区模拟）某型号挖掘机的质量3000kg，两履带与地面接触的总面积1.5m挖掘机在6s内将装满铲斗质量为0.75t的泥石送到岸边，挖掘深度H＝2m。（如图乙所示）（取g＝10N/kg）求：
（1）挖掘机静止在水平地面上不工作时对地面的压强多大？
（2）挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，对泥土做功多少？
（3）若发动机的总功率是20kW，挖泥过程中挖掘机的机械效率多大？
【解答】解：
（1）挖掘机对地面的压力为
F＝G＝mg＝3000kg×10N/kg＝3×104N，
挖掘机对地面的压强为
P2×104Pa；
（2）泥石的重力为
G＝mg＝750kg×10N/kg＝7.5×103N
对泥石做的功为
W有用＝Gh＝7.5×103N×2m＝1.5×104J；
（3）挖掘机做的总功为
W总＝Pt＝2×104W×6s＝1.2×105J
挖掘机的机械效率为η12.5%。
答：
（1）挖掘机对地面的压强为2×104Pa；
（2）挖掘机对泥石做的功为1.5×104J；
（3）挖掘机的机械效率为12.5%。
（2023 舟山三模）工人师傅利用如图甲所示的滑轮组搬运石材质量为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匀速直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。石材在水平方向上受到的阻力为石材重的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%，滑轮组和绳子的自重不计。（g＝10N/kg） 求：
a.石材受到的阻力？
b.在石材移动40s过程中，工人作用在绳子自由端的拉力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、由乙图可得，在t＝10s内石材移动的距离s＝1.0m，石材匀速运动的速度：
v0.1m/s，
石材在t′＝40s移动的距离：
s′＝vt′＝0.1m/s×40s＝4m，
因为石材做匀速直线运动，受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，
则滑轮组对石材的拉力：
F拉＝f＝1800N，
工人做的有用功：
W有＝F拉s′＝1800N×4m＝7200J；
由η75%可得工人做的总功：
W总9600J，
由图知，n＝3，工人拉力端移动的距离：
sF＝3s′＝3×4m＝12m，
由W总＝Fs可得工人的拉力：
F800N。
答：a、石材受到的阻力为1800N；
b、在石材移动40s过程中，工人作用在绳子自由端的拉力为800N。3.4 简单机械——滑轮与机械效率
目录
模块一 知己知彼 1
模块二 知识掌握 2
知识点一、滑轮的分类与作用 2
知识点二、使用定滑轮和动滑轮的几种情况(图中物体全部匀速运动) 5
知识点三、滑轮组 7
知识点四、机械效率 9
知识点五、斜面的机械效率 12
模块三 巩固提高 14
模块一 知己知彼
学习目标 目标解读
1.了解定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点和实质，知道杠杆使用过程中能量转化。 2.理解机械效率，识别有用功、额外功和总功，区别机械功率和机械效率，学习测量计算简单机械的机械效率。 解读1:知道定滑轮和动滑轮的特点，知道滑轮组(限于两个滑轮的滑轮组的特点能使用滑轮组(限于两个滑轮的滑轮组)解决简单的问题，常见题型为选择题、填空题、实验探究题和解答题，难度稍大。 解读2:会解决滑轮、杠杆等简单机械与压力、摩擦力等力学综合问题，常见题型为选择题解答题,难度较大。
模块二 知识掌握
知识点一、滑轮的分类与作用
（一）滑轮的定义
滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子
（二）滑轮的分类和作用
使用滑轮工作时，根据滑轮轴的位置是否移动，可将滑轮分成 和 两类。
定滑轮 动滑轮
定义 轴固定不动 轴随物体一起移动
特点 不省力，不省距离，但能够改变力的作用方向 省一半力， 费一倍距离，并且不能改变力的作用方向
应用 旗杆顶部的滑轮 起重机的动滑轮
（三）定滑轮和动滑轮的实质
(1)定滑轮可以看做一个变形的杠杆，如图所示，滑轮的轴相当于支点，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，根据杠杆的平衡条件可知:F=G,所以不省力。因此，定滑轮的实质是一个 杠杆。
(2)动滑轮也可以看做一个变形的杠杆，如图所示，支点o在滑轮的边缘上，动力臂为阻力臂的2倍，故动力F是阻力F的二分之一，即动滑轮能够省一半力。因此，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆，使用动滑轮费一倍的距离，如物体上升距离为h，则绳子自由端移动的距离s=2h。
【能力拓展】
例：用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体,拉力F的f的值
题图可知：拉力F的方向不是竖直向上的，则力F的力臂将不再是动滑轮的直径，而是小于直径，如图所示，根据杠杆的平衡条件FL=（G+G轮）r，
（2023 海曙区校级一模）现有史籍中最早讨论滑轮的是《墨经》。书中将向上提举重物的力称为“挈”，将自由往下降落称为“收”，将整个滑轮称为“绳制”（图1）。现分别用甲、乙两个力替代“收”（图2），使重物在相同的时间内匀速上升相同高度。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．使用这个滑轮能省力
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．甲拉力使绳自由端移动的速度小于乙拉力使绳自由端移动的速度
（2021秋 衢江区期末）如图为动滑轮，它相当于一个 杠杆，若用它将总重为1牛的钩码匀速提高2米，不计轮和绳重以及滑轮与绳子之间的摩擦，则弹簧测力计示数为 牛。
（2022秋 温州期末）小明用如图装置“测量大气压”时，发现弹簧秤的量程太小，无法拉开紧贴在地面上的吸盘，于是他加了一个轻质滑轮，若不计滑轮自重和摩擦，下列操作最有可能完成实验的是（ ）
A． B．
C． D．
（2023春 婺城区校级月考）如图所示，小华用动滑轮提起200N的物体使其匀速上升5m，若不计绳重、滑轮重及摩擦，则人对绳子的拉力为 N，实际测量出拉力为110N，不计绳重及摩擦，则滑轮重为 N的物体。
知识点二、使用定滑轮和动滑轮的几种情况(图中物体全部匀速运动)
定滑轮 动滑轮
图示
表达式 F=G F=F摩，F摩物体与地面的摩擦力 F=(G+G轮)/2 S绳=2h物 v绳=2v物 F=F摩/ 2 S绳=2h物 v绳=2v物 F=2G+G轮 S轮=s物/2 v轮=v物/2 F=2F摩 S轮=s物/2 v轮=v物/2
【能力拓展】
使用定滑轮提升物体时，拉力F无论沿什么方向拉，拉力大小均等于物体的重力;使用动滑轮提升物体，只有拉力方向竖直向上时，拉力大小才等于物重的二分之一。(不考虑摩擦、绳重和动滑轮重)
（2021秋 舟山期末）物体A在大小为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匀速直线运动，如图所示。若不计滑轮、弹簧测力计和绳的自重及滑轮与绳之间的摩擦，则下列说法中正确的是（ ）
A．此滑轮是定滑轮
B．拉力F做功的功率为0.4瓦
C．使用此滑轮可以改变力的方向
D．物体A受到地面的摩擦力是4N
（2022春 杭州月考）如图所示的三个滑轮分别拉同一物体沿同一水平地面做匀速直线运动，所用的拉力分别为F1，F2，F3，不计滑轮重及绳与滑轮间摩擦，那么，下列关系式中正确的是（ ）
A．F1＞F2＞F3 B．F1＜F2＜F3 C．F2＞F1＞F3 D．F2＜F1＜F3
（2022秋 婺城区校级期中）生活中我们经常使用简单机械。
（1）如图甲所示，已知撬棒AD＝1米，CD＝BC＝0.15米，石头垂直作用在棒上的力是420牛，若要撬动石头，则施加在撬棒A点的力至少是 牛；
（2）如图乙所示，利用动滑轮拉着一个40千克的重物，用大小为F2的力向右拉动5秒钟，物体匀速运动了10米，弹簧测力计的示数为6牛；则拉力F2的功率为 瓦；（不计滑轮重、绳子与滑轮之间摩擦）
（2023 绍兴）赛龙舟自古以来在我国广为流传，现已成为亚运会比赛项目。如图是运动员在室内进行划桨训练的两个场景，图甲是训练装置的结构示意图，绳子系在“船桨”的A端，运动员坐在位置上用力将“船桨“从位置“1”划到位置“2”，重物的位置也发生了相应的变化。若重物的质量为20千克，“划桨”一次拉过绳子的距离为60厘米。（船桨重、绳重与摩擦均不计）
（1）该装置中两个滑轮的作用是 。
（2）“划桨”一次，人至少做功 焦。
（3）图乙是某种耐力练习示意图，保持“船桨”与绳子垂直并静止。若OA为60厘米，OB为40厘米，当一只手握在O端，另一只手握在B点并施加垂直“船桨”的力F。求此时力F的大小。
知识点三、滑轮组
由定滑轮和动滑轮组成，同时具备定滑轮和动滑轮的特点，既可以 ，又能 。
(1)探究滑轮组的省力情况:
①用弹簧测力计测出钩码和动滑轮的总重。
②按图甲所示的方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F1。
③按如图乙所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F2。
分析实验数据可以得出，在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数F与钩码的重G以及动滑轮的重G轮的关系为F=(G+G轮)/2即重物与动滑轮的总重由几股绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之几。
(2)利用滑轮组提起物体时，动力F通过的距离s与物体被提高的高度h的关系是s=nh (n表示承担物重的绳子股数)。
【能力拓展】
(1)确定滑轮组中承担物重绳子的股数n的方法:
①要分清哪个(些)是定滑轮，哪个(些)是动滑轮。
②在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔开来，只计算绕在动滑轮上的绳子股数。
(2)组装滑轮组的方法:
按要求确定动滑轮个数:n为奇数时，从动滑轮开始绕绳;n为偶数时，从定滑轮开始绕绳。
（2022秋 鹿城区期末）小明用下列方式匀速提升同一重物，若不计滑轮和绳子的自重及摩擦，拉力最大的是（ ）
A． B．
C． D．
（2022秋 台州期末）我国企业承建的2022年世界杯主场馆——卢塞尔体育场，创下全球最大跨度索网屋面单体建筑等六大世界之最。
（1）索网的主体部分是索钢，钢是一种 （选填“合金”或“有机合成”）材料，其中加入了一定量的铬和镍，是通过改变金属的 来达到防锈的目的。
（2）在吊索网过程中使用了大量的滑轮装置。用如图甲的滑轮组提升重20000牛的物体，拉力F为7000牛，不计绳重和摩擦，动滑轮的重力是 。物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，则反应绳子自由端运动的图线是 （选填“A”或“B”）。
（2023 萧山区校级二模）如图所示，滑轮组悬挂在水平钢架上，某工人站在水平地面上，竖直向下拉动绳子自由端，5s内使物体A匀速上升1.5m，提升过程中绳子自由端拉力F的功率为180W。已知物体A重540N，该工人重700N。不计绳重和摩擦，下列关于该过程的说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的速度为0.3m/s
B．动滑轮重160N
C．该工人对地面的压力为400N
D．绳子自由端受到竖直向下的拉力为200N
（2022秋 嵊州市期末）如图所示是小明家使用的升降衣架，它是通过一些简单机械组合来方便地晾起衣服。每个滑轮重1牛，横梁和衣架总重量为10牛。当晾衣架上所挂衣服重量为60牛时，小明同学用力F拉动绳子自由端，在5s时间内使衣服匀速上移了1m，不计绳重和摩擦。
（1）该升降衣架的6个滑轮中，动滑轮有 个。
（2）小明所用拉力的大小为多少牛？
（3）拉力的功率大小为多少瓦？
知识点四、机械效率
（一）有用功、额外功、总功的定义
(1)有用功:人们提升重物过程中必须做的功，用w有用表示。
(2)额外功:利用机械时，人们不得不额外做的功，用W额外表示。
(3)总功:人的拉力(动力)对动滑轮(机械)所做的功，用W总表示，W总=W有用+W额外
(4)有用功、额外功、总功的单位都是焦(J)。
（二）机械效率
定义 公式
有用功 提升重物过程中必须要做的功 W有
额外功 利用机械时，人们不得不额外做的功 W额
总功 有用功和额外功之和 W总＝W有＋W额
机械效率 科学上把有用功跟总功的比值 η＝×100%
（三）提高机械效率的途径:
①在所做的有用功不变的情况下，减小额外功，具体方法是改进结构，使机械更合理，更轻巧，如减少动滑轮的个数，或换用质量小的动滑轮，尽量减小摩擦等;
②在所做额外功一定的情况下，增大有用功，即在机械能承受范围内尽可能增加每次提起重物的重力。
【能力拓展】
对于不同的目的，有用功和额外功会发生改变，如用水桶从井里提水的过程中，对桶中的水所做的功为有用功,而对水桶做的功为额外功;但当水桶不小心掉入井中，我们想办法从井中将水桶捞出时，对水桶所做的功为有用功，而对残留在水桶中的水所做的功为额外功。
（2022秋 余姚市校级期末）关于机械效率，下列说法正确的是（ ）
A．机械效率越大，越省力
B．机械效率越大，做功越多
C．机械效率越大，功率越大。
D．机械效率越大，额外功在总功中所占的比例越小
（2022秋 余姚市期末）“建设美丽城市，优化市内交通”，宁波市计划建设地铁五号线。地铁的建造过程需要大型机械——盾构机。如图是地铁建设施工挖隧道的盾构机正面，下列关于工作中的盾构机说法正确的是（ ）
A．做的功越多，机械效率越高
B．做功多的盾构机，功率大
C．延长工作时间，可提高机械效率
D．做功越快的盾构机，功率越大
（2023 鹿城区模拟）如图甲所示，用一个动滑轮匀速提升重为600N的物体，在卷扬机拉力F的作用下，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图乙所示。已知动滑轮受到的重力为20N，不计绳重和轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．以动滑轮为参照物，物体是向上运动的
B．物体上升的速度是20m/s
C．卷扬机拉力F的功率是62W
D．机械效率为90.67%
（2023 拱墅区二模）如图为一举重杠铃。
（1）小明同学在一次体育课上举杠铃的过程中，他觉得自己右手力量要大于左手的力量，如果在举重过程中想让右手再多承担一些压力，则他的右手应该向 （选填“右端”或“左端”）移动。
（2）在一次举重过程中，小明同学双手将杠铃举过头顶，在他举着杠铃站立时左右两手间距离为1m，左手距离左侧杠铃0.4m，右手距离右侧杠铃0.6m，若此时小明左手竖直向上举的力为350N，则小明同学所举杠铃总质量为多少千克？
（3）若小明同学体重50kg，某次举起的杠铃总重只有30kg，在由蹲下到起立的举重过程中，杠铃高度升高了1.8米，而自身重心升高1米，则在该次举重过程中的机械效率是多少？
知识点五、斜面的机械效率
(1)斜面是一种简单机械，使用它可以 ，但要 。
(2)探究 影响斜面机械效率的因素:
①如图所示，将-块长木板的一端垫高，构成一个斜面，用刻度尺测出斜面的长s和斜面的高度ho
②用弹簧测力计测出小车的重力G。
③用弹簧测力计沿着斜面把小车从斜面底端匀速拉到顶端，读出弹簧测力计的示数F。
改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤。实验测量结果见下表:
实验序号 1 2 3
斜面倾斜程度 较缓 较陡 最陡
斜面粗糙程度 木板表面 木板表面 木板表面
小车重力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
斜面长s/米 0.5 0.5 0.5
有用功W有用/焦 0.2 0.4 0.6
总功W总/焦 0.3 0.5 0.7
机械效率η 67% 80% 86%
结论:对于光滑程度相同的斜面，倾斜程度越大，机械效率 。
(3)测量斜面的机械效率：
①光滑斜面：Fl＝Gh W额＝0 η＝100%
②有摩擦的斜面：η＝Gh/Fl
③斜面的机械效率与斜面的光滑程度和倾斜程度有关。
测量滑轮组的机械效率：多数情况下仅考虑由于动滑轮自重所带来的额外功，而不考虑绳子的重力和摩擦。此时对于用滑轮组提升物体时有：η＝＝＝。测量杠杆的机械效率：η= =
（2021秋 西湖区期末）小金用如图所示装置和相关的实验仪器探究斜面机械效率的影响因素，斜面长为L，高为h，他用沿斜面向上的拉力F把重为G的物体从斜面底端匀速拉到顶端。下列说法错误的是（ ）
A．改变h即可研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响
B．该过程中克服斜面摩擦力做的功属于额外功
C．该斜面的机械效率为100%
D．若物体没有被拉到斜面顶端，则无法测出斜面的机械效率
（2022春 江干区校级月考）如图甲，质量m的货物在拉力作用下，沿粗糙斜面向上运动（不考虑空气的阻力），斜面长L、高H。货物上升高度h与时间t关系图像如图乙所示，0至t1时间内的拉力为F1，t1至t2时间内拉力为F2。已知H＞4h0，t2＝2t1，不计速度变化时的时间，斜面粗糙程度不变。
（1）0至t1和t1至t2两个过程中受到的拉力F1 F2的大小关系。（选填：“＞”、“＜”或“＝”）
（2）F1时斜面效率η1 （选填：“＞”、“＜”或“＝”）F2时斜面效率η2。
（2021秋 临海市期末）某同学看到爸爸正准备把货物搬往高台上，如图1所示。他找来一块木板，搭成图2所示的斜面，然后站在高台上用一根绳子把货物拉上了高台。请回答下列问题：
（1）利用斜面搬运货物的优点是 。
（2）该同学用400N的拉力沿斜面把重500N的货物拉上了高台，已知斜面长4m，高2m。求此斜面的机械效率。
模块三 巩固提高
（2021秋 柯桥区期末）如图所示，分别用力F1、F2、F3匀速提起重物A，若不计摩擦，关于三个力的大小关系，下列选项中正确的是（ ）
A．F1＝F2＝F3 B．F1＞F2＞F3 C．F2＞F1＝F3 D．F1＜F2＜F3
（2021秋 温岭市期中）如图所示，健身员向下摆动脚踝使细绳拉着物体缓慢提升时，图中的滑轮是（ ）
A．定滑轮，可省力
B．动滑轮，可省力
C．定滑轮，可改变力的方向
D．动滑轮，可改变力的方向
（2022秋 婺城区校级期中）如图所示，分别用力F1、F2和F3，使用下列三个装置匀速提起同样的重物，不计滑轮的重力和摩擦且不计绳重，则F1、F2和F3的大小关系是（ ）
A．F1＜F2＝F3 B．F2＜F1＜F3 C．F1＝F3＜F2 D．F1＜F2＜F3
（2023 定海区校级模拟）我们经常用摩擦力的知识来分析拔河比赛的输赢情况。如图，小明和爸爸妈妈通过一个滑轮组进行拔河比赛。已知爸爸与地面之间的摩擦力最大可达540牛。为了胜过爸爸，小明能挺住不动，则妈妈与地面间的摩擦力至少应达到（不计滑轮重、绳重及其摩擦）（ ）
A．540牛 B．270牛 C．360牛 D．200牛
（2022秋 上城区校级期中）如图所示，物体A重120N，实心物体B的体积是1dm3，此时A恰能沿着水平桌面以0.2m/s向右做匀速直线运动；若将B以原速度匀速上升，需要对A施加100N水平向左的拉力，则下列选项正确的是（不计摩擦、绳重及滑轮重）（ ）
A．物体B匀速下降的速度是0.1m/s
B．物体A向左做匀速直线运动与桌面之间的摩擦力为100N
C．物体B在匀速上升时，克服B重力做功的功率为2W
D．物体B密度是2.5×103kg/m3
（2023 拱墅区模拟）如图所示，不计滑轮重及摩擦，分别用力F1、F2匀速提升同一重物，若力F1、F2在相等时间内对物体所做的功相等，则力F1、F2及其功率P1、P2的大小关系为（ ）
A．F1＞F2 P1＜P2 B．F1＞F2 P1＞P2
C．F1＞F2 P1＝P2 D．F1＜F2 P1＜P2
（2023 温州模拟）如图所示，用10N的力F沿水平方向拉滑轮，可使物体A以0.2m/s的速度在水平面上匀速运动。弹簧测力计的示数恒为2N（不计滑轮、测力计、绳子的重力，滑轮的转轴光滑）。下列说法错误的是（ ）
A．物体A受到地面水平向右3N的摩擦力
B．物体A受到B的摩擦力是2N
C．滑轮移动的速度是0.1m/s
D．拉力F做功功率为4W
（2023 桐庐县二模）如图所示的滑轮组将重10N的物体匀速提升1m，所用时间为2s，作用在绳子末端的拉力F为6N（不计绳重和绳与滑轮间的摩擦），下列说法中正确的是（ ）
A．所做的有用功为6J
B．动滑轮自重4N
C．拉力F做功的功率为5W
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
（2023 海曙区校级三模）图中的每个滑轮重0.5N，物体A重6N，托板重1N。为了提升重物A，在2s的时间内，拉力F的作用点沿竖直方向匀速升高了1.2m，这个过程中，不计滑轮轴摩擦和绳重，则下列分析正确的是（ ）
A．拉力F的大小为1.5N
B．天花板对定滑轮拉力大小为4.5N
C．物体A上升的速度为0.6m/s
D．滑轮组的机械效率为80%
（2023 鹿城区模拟）如图甲为工人师傅用滑轮组提升重物的装置示意图，已知动滑轮和水桶总重20N，将重为160N的水以0.2m/s的速度匀速提起，所用时间为20s，此过程工人拉力做的功随时间变化的图像如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．工人的拉力为200N
B．工人做功的功率为100W
C．绳子自由端移动的距离为4m
D．该装置的机械效率为80%
（2023 拱墅区模拟）某型号挖掘机的质量3000kg，两履带与地面接触的总面积1.5m挖掘机在6s内将装满铲斗质量为0.75t的泥石送到岸边，挖掘深度H＝2m。（如图乙所示）（取g＝10N/kg）求：
（1）挖掘机静止在水平地面上不工作时对地面的压强多大？
（2）挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，对泥土做功多少？
（3）若发动机的总功率是20kW，挖泥过程中挖掘机的机械效率多大？
（2023 舟山三模）工人师傅利用如图甲所示的滑轮组搬运石材质量为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匀速直线运动，其路程随时间变化的图象如图乙所示。石材在水平方向上受到的阻力为石材重的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%，滑轮组和绳子的自重不计。（g＝10N/kg） 求：
a.石材受到的阻力？
b.在石材移动40s过程中，工人作用在绳子自由端的拉力F？
