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华师大版初中科学九年级上学期5.3功与机械效率(第3课时)
一、夯实基础
1．下列做法不能够改变滑轮组机械效率的是（ ）.
A．改变提升重物的高度
B．用体积相等的塑料动滑轮代替铸铁动滑轮
C．提升更重的物体
D．给定滑轮加润滑油
【答案】A
【知识点】机械效率的计算
【解析】【分析】（1）使用滑轮组时，克服绳子的重力、动滑轮的重力和摩擦做额外功；
（2）当不计摩擦和绳重时，根据公式可知，影响滑轮组机械效率的因素有两个，即动滑轮的重力和物体重力，据此分析即可。
【解答】A.滑轮组的机械效率与提升重物的高度无关，故A符合题意；
B.用体积相等的塑料动滑轮代替铸铁动滑轮，可以减小动滑轮的重力，根据公式可知，滑轮组的机械效率增大，故B不合题意；
C.提升更重的物体，根据公式可知，滑轮组的机械效率增大，故C不合题意；
D.给定滑轮加润滑油，可以减小摩擦力，减小额外功，根据公式可知，滑轮组的机械效率增大，故D不合题意。
故选A。
2．如图所示，不计摩擦，把重G＝16N的物体匀速提起所用的拉力F＝10N，则下列关于该动滑轮的说法中错误的是（ ）
A．动滑轮重4N
B．使用该动滑轮要费距离
C．该动滑轮的机械效率为80%
D．提升物体的速度越快，机械效率越高
【答案】D
【知识点】动滑轮及其工作特点
【解析】【分析】（1）对动滑轮进行受力分析，根据二力平衡的知识计算动滑轮的重力；
（2）根据动滑轮的工作特点判断；
（3）已知拉力和物体的重力，根据公式计算机械效率；
（4）根据滑轮组机械效率的影响因素判断。
【解答】当动滑轮处于匀速直线运动状态时，它自身的重力、物体向下的拉力和两个向上的绳子的拉力F平衡，那么得到：2F=G物体+G动；
2×10N=16N+G动；
解得：G动=4N，故A正确不合题意；
使用该动滑轮能够省力，肯定费距离，故B正确不合题意；
该动滑轮的机械效率：，故C正确不合题意；
根据公式可知，影响滑轮组机械效率的因素是物体重力和动滑轮重力，与提升物体的速度无关，故D错误符合题意。
故选D。
3．如图所示的剪刀剪纸时的机械效率为80%，这表示（ ）
A．若作用在剪刀的动力是1N，则阻力是0.8N
B．若作用在剪刀的阻力是1N，则动力是0.8N
C．若作用在剪刀的动力做功1J，则有0.2J的功用于剪纸
D．若作用在剪刀的动力做功1J，则有0.8J的功用于剪纸
【答案】D
【知识点】机械效率
【解析】【分析】根据机械效率的定义分析。
【解答】机械所做的有用功与总功的比值叫做机械效率；在使用剪刀时，作用在手柄上的力做总功，对纸片做有用功。如果作用在剪刀上的动力做功1J，那么作用在纸片上的有用功为：，故D正确，而A、B、C错误。
故选D。
4．如图所示，重400N的物体在30N的水平拉力F的作用下，以0.1m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率为80%，则在此过程中，下列说法不正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为3m
B．有用功为400J
C．拉力F的功率为9W
D．物体与地面间的滑动摩擦力为72N
【答案】B
【知识点】功的计算公式的应用；功率计算公式的应用；滑轮组及其工作特点
【解析】【分析】（1）首先根据s物=v物t计算物体运动的距离，再根据s=ns物计算出绳子自由端移动的距离；
（2）首先根据W总=Fs计算出总功，再根据W有=W总η计算有用功；
（3）根据计算拉力的功率；
（4）物体克服摩擦做有用功，那么根据计算地面的摩擦力。
【解答】物体运动的距离s物=v物t=0.1m/s×10s=1m，
绳子自由端移动的距离s=ns物=3×1m=3m，故A正确不合题意；
绳子自由端的拉力做的总功W总=Fs=30N×3m=90J，
滑轮组做的有用功为：W有=W总η=90J×80%=72J，故B错误符合题意；
拉力的功率，故C正确不合题意；
物体与地面之间的摩擦力为：，故D正确不合题意。
故选B。
5．如图所示，物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体，不计绳重及摩擦。若每个滑轮质量相同，对比两个滑轮组，下列说法正确的是（ ）
A．甲更省力，甲机械效率大 B．乙更省力，机械效率一样大
C．乙更省力，乙机械效率大 D．甲更省力，机械效率一样大
【答案】B
【知识点】滑轮组绳子拉力的计算；机械效率的计算
【解析】【分析】使用滑轮组提升重物时，根据比较拉力的大小，根据比较机械效率的大小。
【解答】（1）物体的质量相等，动滑轮的质量也相等，
根据G总=m总g可知，物理和动滑轮的总重力相等。
承担物体重力的绳子段数：n甲=2，n乙=3；
即n甲根据公式可知，绳子的拉力F甲>F乙；
那么乙更省力；
（2）物体的质量相等，动滑轮的质量也相等，
根据公式G=mg可知，物体的重力相等，且动滑轮的重力也相等。
根据可知，甲和乙的机械效率相等。
故选B。
6．如图所示，物体重180N，动滑轮重10N，小明用100N的拉力 (方向不变)将物体匀速提升2m，用了10s，则此过程中有用功是 J，额外功是 J，拉力的功率是 W，滑轮组的机械效率是 。
【答案】360；40；40；90%
【知识点】功的计算公式的应用；功率计算公式的应用；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）滑轮组克服物体的重力做有用功，即W有=Gh；自由端的拉力做总功，即W总=Fs=Fnh；
滑轮组做的额外功W额=W总-W有。
（2）根据公式计算拉力的功率；根据计算滑轮组的机械效率。
【解答】（1）则此过程中有用功是W有=Gh=180N×2m=360J；
总功W总=Fs=Fnh=100N×（2×2m）=400J；
额外功W额=W总-W有=400J-360J=40J。
（2）拉力的功率；
滑轮组的机械效率。
7．如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦。若GA＞GB，则η甲 η乙；若FA＝FB，则GA GB。(均选填“＞”“＜”或“＝”)
【答案】＞；＜
【知识点】滑轮组绳子拉力的计算；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）使用滑轮组提升重物时，可根据公式计算机械效率的大小；
（2）使用滑轮组提升重物时，可根据计算自由端的拉力，据此分析即可。
【解答】（1）根据公式可知，滑轮组的机械效率随物体重力的增大而增大，随动滑轮重力的增大而减小。因为GA＞GB，所以；
（2）滑轮相同，那么两个滑轮组中动滑轮的重力相等。根据可知，当两个滑轮组承担重力的绳子段数都是2时，且FA＝FB，那么两个物体的重力GA=GB。
8．用如图甲的装置探究滑轮组的机械效率η与动滑轮重G动的关系：
（1）实验时，应 向下拉动弹簧测力计。
（2）改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图乙的图像，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 。
（3）分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N。(忽略绳重和摩擦)
【答案】（1）匀速
（2）低
（3）3
【知识点】机械效率的测量实验
【解析】【分析】（1）只有匀速拉动测力计，此时整个装置才处于平衡状态，那么此时测力计的示数才等于绳子上受到的拉力；
（2）根据乙图分析滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系；
（3）当使用滑轮组竖直提升重物时，可根据公式计算机械效率。
【解答】（1）实验时，应匀速向下拉动弹簧测力计。
（2）根据乙图可知，被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。
（3）根据乙图可知，当动滑轮重力为1N时，滑轮组的机械效率为75%；
根据公式得到：；
解得：G=3N。
9．小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系如图所示。她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车，调节斜面倾斜角θ的大小并多次测量，得表中所示的数据：
斜面倾斜角θ 小车重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有/J 总功W总/J 机械效率η
12° 5 0.2 1 2.1 _____ 2.1 48%
30° 5 0.5 1 3.6 2.5 __ 69%
45° 5 0.7 1 4.3 3.5 4.3 __
（1）请你替小芳在表格的空格中填上适当的数据。
（2）分析表中的数据，可以得出的探究结论：斜面倾斜角θ越 ，斜面越省力，斜面的机械效率越 。
（3）实验过程中拉力的方向应与斜面 。
（4）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持 不变，斜面的光滑程度不变，只改变 ，这种研究问题的方法我们称之为 法。
（5）在上述实验中，物重、斜面长度不变，若不考虑斜面摩擦，图中能正确表示拉力F与斜面高度h关系的是____(填字母)。
A． B．
C． D．
【答案】（1）1；3.6；81%
（2）小；低
（3）平行向上
（4）斜面倾斜角；小车重；控制变量
（5）B
【知识点】斜面及其工作特点
【解析】【分析】（1）根据W有=Gh计算有用功，根据W总=Fs计算总功，根据计算机械效率；
（2）斜面越省力，即拉力越小，根据表格中第5列和第1列数据进行比较即可；将表格中的三组数据从下向上看，分析第5列和第8列数据之间的关系即可。
（3）小车的重力在斜面上向下的分力和摩擦力都是沿斜面平行向下的，根据平衡力的知识可知，拉力的方向肯定与它们的方向相反，即与斜面平行向上。
（4）根据控制变量法的要求解答；
（5）如果不考虑斜面摩擦，那么有用功和总功相等，据此得到拉力F与斜面高度的关系式，从而对图像的形状进行分析即可。
【解答】（1）根据表格数据可知，有用功W有=Gh=5×0.2N=1J；
总功W总=Fs=3.6N×1m=3.6J；
机械效率：。
（2）将表格中的数据从下向上看，比较第5列和第1列数据可知，斜面倾斜角θ越小，斜面越省力；
将第5列与第8列比较可知，斜面越省力，斜面的机械效率越低。
（3）实验过程中拉力的方向应与斜面平行向上。
（4）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持斜面倾斜角不变，斜面的光滑程度不变，只改变小车重，这种研究问题的方法我们称之为控制变量法。
（5）如果不考虑斜面摩擦，那么有用功和总功相等，
那么Fs=Gh；
因此拉力；
因为重力G和s相同，所以拉力F与物体重力成正比，那么图像为一条通过坐标原点的斜线，
故选B。
二、能力提升
10．某人用50 N的拉力将重160 N的物体沿斜面匀速拉上长为4 m、高为0.8 m的斜面顶端，则该斜面的机械效率η和斜面对物体的摩擦力f的大小分别为 （ ）
A．η=64%，f=32 N B．η=50%，f=18 N
C．η=64%，f=18 N D．η=80%，f=32 N
【答案】C
【知识点】机械效率的计算
【解析】【分析】（1）首先根据W有=Gh计算有用功，然后根据W总=Fs计算总功，最后根据公式计算斜面的机械效率；
（2）首先根据W额=W总-W有计算出克服摩擦力做的额外功，然后根据计算摩擦力的大小。
【解答】（1）拉动物体做的有用功为：W有=Gh=160N×0.8m=128J；
拉力做的总功为：W总=Fs=50N×4m=200J；
斜面的机械效率为：；
（2）克服摩擦力做的额外功为：W额=W总-W有=200J-128J=72J；
斜面对物体的摩擦力为：。
故选C。
11．如图所示的滑轮组中，动滑轮重1N，小强用6N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重10N的物体，物体沿竖直方向上升0.4m。此过程中，额外功和机械效率分别是（ ）
A．0.4J 83.3% B．0.8J 91.7% C．0.8J 83.3% D．0.4J 91.7%
【答案】C
【知识点】功的计算公式的应用；滑轮组及其工作特点；机械效率的计算
【解析】【分析】使用滑轮组提升重物时，根据W有=Gh计算有用功，根据W总=Fs计算总功，根据计算机械效率，根据W额=W总-W有计算额外功。
【解答】滑轮组做的有用功W有=Gh=10N×0.4m=4J；
总功：W总=Fs=6N×（2×0.4m）=4.8J；
那么额外功：W额=W总-W有=4.8J-4J=0.8J；
滑轮组的机械效率。
故选C。
12．小明利用如图所示的滑轮组将重为900N的物体从一楼匀速提升到六楼，所用的拉力为360N，绳子自由端移动的速度为0.3m/s(已知每层楼高3m)，求：
（1）小明所用的时间。
（2）拉力的功率。
（3）所做的额外功。
【答案】（1）解；物体提升距离h＝3m×5＝15m，绳子自由端移动距离s＝3h＝3×15m＝45m，则小明所用的时间t＝s÷v＝45m÷0.3m/s＝150s。
（2）解；拉力所做的总功W总＝Fs＝360N×45m＝16200J，拉力的功率P＝ ＝ ＝108W。
（3）解；有用功W有＝Gh＝900N×15m＝13500J，W额外＝W总－W有＝16200J－13500J＝2700J。
【知识点】速度公式及其应用；功率计算公式的应用；滑轮组及其工作特点
【解析】【分析】（1）从一楼到六楼其实等于5层楼的高度，据此计算出物体上升的距离，然后根据s=nh计算出绳子自由端的移动距离，最后根据计算即可；
（2）首先根据W总＝Fs计算拉力做的总功，再根据计算拉力的功率；
（3）首先根据W有＝Gh计算出有用功，再根据W额外＝W总－W有计算所做的额外功。
13．如图所示，用甲、乙两种滑轮组，分别匀速竖直向上提升同一重物，从相同位置开始提升至同一高度处，求：
（1）若不计绳重、滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比。
（2）若不计绳重及摩擦，重物质量为400g，动滑轮质量为100g，匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率。(g取10N/kg)
【答案】（1）解：由图可知，甲图中，n1＝2；乙图中，n2＝3，若不计绳重、滑轮重及摩擦，则拉力F＝ G，两次拉力F1和F2之比F1∶F2＝ G∶ G＝ ∶ ＝3∶2。
（2）解：重物的重力G＝mg＝0.4kg×10N/kg＝4N，动滑轮的重力G轮＝m轮g＝0.1kg×10N/kg＝1N，不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率η＝ ＝ ＝ ，由于两装置中物重和动滑轮重均相同，所以甲、乙两装置的机械效率η1＝η2＝ ＝ ×100%＝80%。
【知识点】滑轮组及其工作特点；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）根据图片，确定两个滑轮组中承担重力的绳子段数，然后根据分别计算出两个拉力，最后作比即可；
（2）两个装置中的物体重力和动滑轮重力相等，根据公式 可知，两个滑轮组的机械效率相同。首先根据G=mg分别计算出物体重力和动滑轮重力，再根据这个公式计算机械效率。
三、拓展创新
14．如图所示，工人用沿斜面向上、大小为500N的推力，将重800N的货物从A点匀速推至B点；再用100N的水平推力使其沿水平台面匀速运动5s，到达C点。已知AB长3m，BC长1.2m，距地面高1.5m。试问：
（1）利用斜面搬运货物主要是为了 。
（2）货物在水平面上运动的速度为多少？
（3）水平推力做功的功率为多少？
（4）斜面的机械效率为多少？
【答案】（1）省力
（2）解：货物在水平面上运动的距离s＝1.2m，所用时间t＝5s，在水平面上运动的速度v＝ ＝ ＝0.24m/s。
（3）解：水平推力做功的功率P＝ ＝ ＝Fv＝100N×0.24m/s＝24W。
（4）解：在斜面上推力做的功W总＝F′s＝500N×3m＝1500J，做的有用功W有＝Gh＝800N×1.5m＝1200J，则斜面的机械效率η＝ ×100%＝ ×100%＝80%。
【知识点】速度公式及其应用；功率计算公式的应用；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）使用斜面搬运物体，即通过增大距离的方向减小拉力，从而起到省力的作用；
（2）根据公式计算货物在水平面上的速度；
（3）已知推力和它的速度，根据公式P=Fv计算推力做功的功率；
（4）根据W总＝F′s计算斜面上推力做的总功，根据W有＝Gh计算推力做的有用功，最后根据计算斜面的机械效率即可。
15．搬运工人站在水平高台上用如图所示的滑轮组匀速竖直向上提升重物，不计绳重和摩擦。工人的重力为640N，与地面接触的总面积为4×10－2m2，提升时间为20s，重物上升高度为2m。求：
（1）提升时绳自由端的速度为多少？
（2）若拉力F的大小为150N，则拉力的功率为多少？
（3）若上述过程中所提货物重为360N，则滑轮组的机械效率为多少？
（4）若仍用该滑轮组提升另一货物，当提升过程中该工人对高台的压强为2×104Pa，则所提升货物的重力为多少？
【答案】（1）解：重物上升速度v物＝ ＝ ＝0.1m/s，由图可知，n＝3，则提升时绳自由端的速度v′＝3v＝3×0.1m/s＝0.3m/s。
（2）解：拉力的功率P＝ ＝ ＝Fv′＝150N×0.3m/s＝45W。
（3）解：已知G＝360N，则滑轮组的机械效率η＝ ＝ ＝ ＝ ×100%＝80%。
（4）解：在上述过程中，F＝150N，G＝360N，不计绳重和摩擦，拉力F＝ (G＋G动)，则动滑轮的重力G动＝3F－G＝3×150N－360N＝90N，
当提升另一重物时，工人对高台的压力F压＝pS＝2.0×104Pa×4×10－2m2＝800N，
压力和支持力是一对相互作用力，则F压＝F支＝800N，
此时人受向下的重力、向下的绳子拉力和向上的支持力，则有G人＋F拉＝F支，
所以，人对绳子末端的拉力F拉′＝F拉＝F支－G人＝800N－640N＝160N，由F拉′＝ (G′＋G动)得，此时所提升货物的重力G′＝3F拉′－G动＝3×160N－90N＝390N。
【知识点】二力平衡的条件及其应用；压强的大小及其计算；滑轮组及其工作特点；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）首先根据计算出物体上升的速度，再根据v'=nv计算自由端的速度；
（2）已知拉力和速度，根据公式P=Fv'计算拉力的功率；
（3）根据公式 计算滑轮组的机械效率；
（4）根据原来的情况，利用公式 计算动滑轮的重力。再根据F压＝pS计算出工人对高台的压力，根据相互作用力原理计算出高台对工人的支持力，对人进行受力分析，根据二力平衡的知识得到平衡关系式：G人＋F拉＝F支，从而计算出人对绳子的拉力，最后再次利用计算出提升重物的重力即可。
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华师大版初中科学九年级上学期5.3功与机械效率(第3课时)
一、夯实基础
1．下列做法不能够改变滑轮组机械效率的是（ ）.
A．改变提升重物的高度
B．用体积相等的塑料动滑轮代替铸铁动滑轮
C．提升更重的物体
D．给定滑轮加润滑油
2．如图所示，不计摩擦，把重G＝16N的物体匀速提起所用的拉力F＝10N，则下列关于该动滑轮的说法中错误的是（ ）
A．动滑轮重4N
B．使用该动滑轮要费距离
C．该动滑轮的机械效率为80%
D．提升物体的速度越快，机械效率越高
3．如图所示的剪刀剪纸时的机械效率为80%，这表示（ ）
A．若作用在剪刀的动力是1N，则阻力是0.8N
B．若作用在剪刀的阻力是1N，则动力是0.8N
C．若作用在剪刀的动力做功1J，则有0.2J的功用于剪纸
D．若作用在剪刀的动力做功1J，则有0.8J的功用于剪纸
4．如图所示，重400N的物体在30N的水平拉力F的作用下，以0.1m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率为80%，则在此过程中，下列说法不正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为3m
B．有用功为400J
C．拉力F的功率为9W
D．物体与地面间的滑动摩擦力为72N
5．如图所示，物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体，不计绳重及摩擦。若每个滑轮质量相同，对比两个滑轮组，下列说法正确的是（ ）
A．甲更省力，甲机械效率大 B．乙更省力，机械效率一样大
C．乙更省力，乙机械效率大 D．甲更省力，机械效率一样大
6．如图所示，物体重180N，动滑轮重10N，小明用100N的拉力 (方向不变)将物体匀速提升2m，用了10s，则此过程中有用功是 J，额外功是 J，拉力的功率是 W，滑轮组的机械效率是 。
7．如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦。若GA＞GB，则η甲 η乙；若FA＝FB，则GA GB。(均选填“＞”“＜”或“＝”)
8．用如图甲的装置探究滑轮组的机械效率η与动滑轮重G动的关系：
（1）实验时，应 向下拉动弹簧测力计。
（2）改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图乙的图像，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 。
（3）分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N。(忽略绳重和摩擦)
9．小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系如图所示。她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车，调节斜面倾斜角θ的大小并多次测量，得表中所示的数据：
斜面倾斜角θ 小车重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有/J 总功W总/J 机械效率η
12° 5 0.2 1 2.1 _____ 2.1 48%
30° 5 0.5 1 3.6 2.5 __ 69%
45° 5 0.7 1 4.3 3.5 4.3 __
（1）请你替小芳在表格的空格中填上适当的数据。
（2）分析表中的数据，可以得出的探究结论：斜面倾斜角θ越 ，斜面越省力，斜面的机械效率越 。
（3）实验过程中拉力的方向应与斜面 。
（4）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持 不变，斜面的光滑程度不变，只改变 ，这种研究问题的方法我们称之为 法。
（5）在上述实验中，物重、斜面长度不变，若不考虑斜面摩擦，图中能正确表示拉力F与斜面高度h关系的是____(填字母)。
A． B．
C． D．
二、能力提升
10．某人用50 N的拉力将重160 N的物体沿斜面匀速拉上长为4 m、高为0.8 m的斜面顶端，则该斜面的机械效率η和斜面对物体的摩擦力f的大小分别为 （ ）
A．η=64%，f=32 N B．η=50%，f=18 N
C．η=64%，f=18 N D．η=80%，f=32 N
11．如图所示的滑轮组中，动滑轮重1N，小强用6N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重10N的物体，物体沿竖直方向上升0.4m。此过程中，额外功和机械效率分别是（ ）
A．0.4J 83.3% B．0.8J 91.7% C．0.8J 83.3% D．0.4J 91.7%
12．小明利用如图所示的滑轮组将重为900N的物体从一楼匀速提升到六楼，所用的拉力为360N，绳子自由端移动的速度为0.3m/s(已知每层楼高3m)，求：
（1）小明所用的时间。
（2）拉力的功率。
（3）所做的额外功。
13．如图所示，用甲、乙两种滑轮组，分别匀速竖直向上提升同一重物，从相同位置开始提升至同一高度处，求：
（1）若不计绳重、滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比。
（2）若不计绳重及摩擦，重物质量为400g，动滑轮质量为100g，匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率。(g取10N/kg)
三、拓展创新
14．如图所示，工人用沿斜面向上、大小为500N的推力，将重800N的货物从A点匀速推至B点；再用100N的水平推力使其沿水平台面匀速运动5s，到达C点。已知AB长3m，BC长1.2m，距地面高1.5m。试问：
（1）利用斜面搬运货物主要是为了 。
（2）货物在水平面上运动的速度为多少？
（3）水平推力做功的功率为多少？
（4）斜面的机械效率为多少？
15．搬运工人站在水平高台上用如图所示的滑轮组匀速竖直向上提升重物，不计绳重和摩擦。工人的重力为640N，与地面接触的总面积为4×10－2m2，提升时间为20s，重物上升高度为2m。求：
（1）提升时绳自由端的速度为多少？
（2）若拉力F的大小为150N，则拉力的功率为多少？
（3）若上述过程中所提货物重为360N，则滑轮组的机械效率为多少？
（4）若仍用该滑轮组提升另一货物，当提升过程中该工人对高台的压强为2×104Pa，则所提升货物的重力为多少？
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】机械效率的计算
【解析】【分析】（1）使用滑轮组时，克服绳子的重力、动滑轮的重力和摩擦做额外功；
（2）当不计摩擦和绳重时，根据公式可知，影响滑轮组机械效率的因素有两个，即动滑轮的重力和物体重力，据此分析即可。
【解答】A.滑轮组的机械效率与提升重物的高度无关，故A符合题意；
B.用体积相等的塑料动滑轮代替铸铁动滑轮，可以减小动滑轮的重力，根据公式可知，滑轮组的机械效率增大，故B不合题意；
C.提升更重的物体，根据公式可知，滑轮组的机械效率增大，故C不合题意；
D.给定滑轮加润滑油，可以减小摩擦力，减小额外功，根据公式可知，滑轮组的机械效率增大，故D不合题意。
故选A。
2．【答案】D
【知识点】动滑轮及其工作特点
【解析】【分析】（1）对动滑轮进行受力分析，根据二力平衡的知识计算动滑轮的重力；
（2）根据动滑轮的工作特点判断；
（3）已知拉力和物体的重力，根据公式计算机械效率；
（4）根据滑轮组机械效率的影响因素判断。
【解答】当动滑轮处于匀速直线运动状态时，它自身的重力、物体向下的拉力和两个向上的绳子的拉力F平衡，那么得到：2F=G物体+G动；
2×10N=16N+G动；
解得：G动=4N，故A正确不合题意；
使用该动滑轮能够省力，肯定费距离，故B正确不合题意；
该动滑轮的机械效率：，故C正确不合题意；
根据公式可知，影响滑轮组机械效率的因素是物体重力和动滑轮重力，与提升物体的速度无关，故D错误符合题意。
故选D。
3．【答案】D
【知识点】机械效率
【解析】【分析】根据机械效率的定义分析。
【解答】机械所做的有用功与总功的比值叫做机械效率；在使用剪刀时，作用在手柄上的力做总功，对纸片做有用功。如果作用在剪刀上的动力做功1J，那么作用在纸片上的有用功为：，故D正确，而A、B、C错误。
故选D。
4．【答案】B
【知识点】功的计算公式的应用；功率计算公式的应用；滑轮组及其工作特点
【解析】【分析】（1）首先根据s物=v物t计算物体运动的距离，再根据s=ns物计算出绳子自由端移动的距离；
（2）首先根据W总=Fs计算出总功，再根据W有=W总η计算有用功；
（3）根据计算拉力的功率；
（4）物体克服摩擦做有用功，那么根据计算地面的摩擦力。
【解答】物体运动的距离s物=v物t=0.1m/s×10s=1m，
绳子自由端移动的距离s=ns物=3×1m=3m，故A正确不合题意；
绳子自由端的拉力做的总功W总=Fs=30N×3m=90J，
滑轮组做的有用功为：W有=W总η=90J×80%=72J，故B错误符合题意；
拉力的功率，故C正确不合题意；
物体与地面之间的摩擦力为：，故D正确不合题意。
故选B。
5．【答案】B
【知识点】滑轮组绳子拉力的计算；机械效率的计算
【解析】【分析】使用滑轮组提升重物时，根据比较拉力的大小，根据比较机械效率的大小。
【解答】（1）物体的质量相等，动滑轮的质量也相等，
根据G总=m总g可知，物理和动滑轮的总重力相等。
承担物体重力的绳子段数：n甲=2，n乙=3；
即n甲根据公式可知，绳子的拉力F甲>F乙；
那么乙更省力；
（2）物体的质量相等，动滑轮的质量也相等，
根据公式G=mg可知，物体的重力相等，且动滑轮的重力也相等。
根据可知，甲和乙的机械效率相等。
故选B。
6．【答案】360；40；40；90%
【知识点】功的计算公式的应用；功率计算公式的应用；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）滑轮组克服物体的重力做有用功，即W有=Gh；自由端的拉力做总功，即W总=Fs=Fnh；
滑轮组做的额外功W额=W总-W有。
（2）根据公式计算拉力的功率；根据计算滑轮组的机械效率。
【解答】（1）则此过程中有用功是W有=Gh=180N×2m=360J；
总功W总=Fs=Fnh=100N×（2×2m）=400J；
额外功W额=W总-W有=400J-360J=40J。
（2）拉力的功率；
滑轮组的机械效率。
7．【答案】＞；＜
【知识点】滑轮组绳子拉力的计算；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）使用滑轮组提升重物时，可根据公式计算机械效率的大小；
（2）使用滑轮组提升重物时，可根据计算自由端的拉力，据此分析即可。
【解答】（1）根据公式可知，滑轮组的机械效率随物体重力的增大而增大，随动滑轮重力的增大而减小。因为GA＞GB，所以；
（2）滑轮相同，那么两个滑轮组中动滑轮的重力相等。根据可知，当两个滑轮组承担重力的绳子段数都是2时，且FA＝FB，那么两个物体的重力GA=GB。
8．【答案】（1）匀速
（2）低
（3）3
【知识点】机械效率的测量实验
【解析】【分析】（1）只有匀速拉动测力计，此时整个装置才处于平衡状态，那么此时测力计的示数才等于绳子上受到的拉力；
（2）根据乙图分析滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系；
（3）当使用滑轮组竖直提升重物时，可根据公式计算机械效率。
【解答】（1）实验时，应匀速向下拉动弹簧测力计。
（2）根据乙图可知，被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。
（3）根据乙图可知，当动滑轮重力为1N时，滑轮组的机械效率为75%；
根据公式得到：；
解得：G=3N。
9．【答案】（1）1；3.6；81%
（2）小；低
（3）平行向上
（4）斜面倾斜角；小车重；控制变量
（5）B
【知识点】斜面及其工作特点
【解析】【分析】（1）根据W有=Gh计算有用功，根据W总=Fs计算总功，根据计算机械效率；
（2）斜面越省力，即拉力越小，根据表格中第5列和第1列数据进行比较即可；将表格中的三组数据从下向上看，分析第5列和第8列数据之间的关系即可。
（3）小车的重力在斜面上向下的分力和摩擦力都是沿斜面平行向下的，根据平衡力的知识可知，拉力的方向肯定与它们的方向相反，即与斜面平行向上。
（4）根据控制变量法的要求解答；
（5）如果不考虑斜面摩擦，那么有用功和总功相等，据此得到拉力F与斜面高度的关系式，从而对图像的形状进行分析即可。
【解答】（1）根据表格数据可知，有用功W有=Gh=5×0.2N=1J；
总功W总=Fs=3.6N×1m=3.6J；
机械效率：。
（2）将表格中的数据从下向上看，比较第5列和第1列数据可知，斜面倾斜角θ越小，斜面越省力；
将第5列与第8列比较可知，斜面越省力，斜面的机械效率越低。
（3）实验过程中拉力的方向应与斜面平行向上。
（4）若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持斜面倾斜角不变，斜面的光滑程度不变，只改变小车重，这种研究问题的方法我们称之为控制变量法。
（5）如果不考虑斜面摩擦，那么有用功和总功相等，
那么Fs=Gh；
因此拉力；
因为重力G和s相同，所以拉力F与物体重力成正比，那么图像为一条通过坐标原点的斜线，
故选B。
10．【答案】C
【知识点】机械效率的计算
【解析】【分析】（1）首先根据W有=Gh计算有用功，然后根据W总=Fs计算总功，最后根据公式计算斜面的机械效率；
（2）首先根据W额=W总-W有计算出克服摩擦力做的额外功，然后根据计算摩擦力的大小。
【解答】（1）拉动物体做的有用功为：W有=Gh=160N×0.8m=128J；
拉力做的总功为：W总=Fs=50N×4m=200J；
斜面的机械效率为：；
（2）克服摩擦力做的额外功为：W额=W总-W有=200J-128J=72J；
斜面对物体的摩擦力为：。
故选C。
11．【答案】C
【知识点】功的计算公式的应用；滑轮组及其工作特点；机械效率的计算
【解析】【分析】使用滑轮组提升重物时，根据W有=Gh计算有用功，根据W总=Fs计算总功，根据计算机械效率，根据W额=W总-W有计算额外功。
【解答】滑轮组做的有用功W有=Gh=10N×0.4m=4J；
总功：W总=Fs=6N×（2×0.4m）=4.8J；
那么额外功：W额=W总-W有=4.8J-4J=0.8J；
滑轮组的机械效率。
故选C。
12．【答案】（1）解；物体提升距离h＝3m×5＝15m，绳子自由端移动距离s＝3h＝3×15m＝45m，则小明所用的时间t＝s÷v＝45m÷0.3m/s＝150s。
（2）解；拉力所做的总功W总＝Fs＝360N×45m＝16200J，拉力的功率P＝ ＝ ＝108W。
（3）解；有用功W有＝Gh＝900N×15m＝13500J，W额外＝W总－W有＝16200J－13500J＝2700J。
【知识点】速度公式及其应用；功率计算公式的应用；滑轮组及其工作特点
【解析】【分析】（1）从一楼到六楼其实等于5层楼的高度，据此计算出物体上升的距离，然后根据s=nh计算出绳子自由端的移动距离，最后根据计算即可；
（2）首先根据W总＝Fs计算拉力做的总功，再根据计算拉力的功率；
（3）首先根据W有＝Gh计算出有用功，再根据W额外＝W总－W有计算所做的额外功。
13．【答案】（1）解：由图可知，甲图中，n1＝2；乙图中，n2＝3，若不计绳重、滑轮重及摩擦，则拉力F＝ G，两次拉力F1和F2之比F1∶F2＝ G∶ G＝ ∶ ＝3∶2。
（2）解：重物的重力G＝mg＝0.4kg×10N/kg＝4N，动滑轮的重力G轮＝m轮g＝0.1kg×10N/kg＝1N，不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率η＝ ＝ ＝ ，由于两装置中物重和动滑轮重均相同，所以甲、乙两装置的机械效率η1＝η2＝ ＝ ×100%＝80%。
【知识点】滑轮组及其工作特点；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）根据图片，确定两个滑轮组中承担重力的绳子段数，然后根据分别计算出两个拉力，最后作比即可；
（2）两个装置中的物体重力和动滑轮重力相等，根据公式 可知，两个滑轮组的机械效率相同。首先根据G=mg分别计算出物体重力和动滑轮重力，再根据这个公式计算机械效率。
14．【答案】（1）省力
（2）解：货物在水平面上运动的距离s＝1.2m，所用时间t＝5s，在水平面上运动的速度v＝ ＝ ＝0.24m/s。
（3）解：水平推力做功的功率P＝ ＝ ＝Fv＝100N×0.24m/s＝24W。
（4）解：在斜面上推力做的功W总＝F′s＝500N×3m＝1500J，做的有用功W有＝Gh＝800N×1.5m＝1200J，则斜面的机械效率η＝ ×100%＝ ×100%＝80%。
【知识点】速度公式及其应用；功率计算公式的应用；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）使用斜面搬运物体，即通过增大距离的方向减小拉力，从而起到省力的作用；
（2）根据公式计算货物在水平面上的速度；
（3）已知推力和它的速度，根据公式P=Fv计算推力做功的功率；
（4）根据W总＝F′s计算斜面上推力做的总功，根据W有＝Gh计算推力做的有用功，最后根据计算斜面的机械效率即可。
15．【答案】（1）解：重物上升速度v物＝ ＝ ＝0.1m/s，由图可知，n＝3，则提升时绳自由端的速度v′＝3v＝3×0.1m/s＝0.3m/s。
（2）解：拉力的功率P＝ ＝ ＝Fv′＝150N×0.3m/s＝45W。
（3）解：已知G＝360N，则滑轮组的机械效率η＝ ＝ ＝ ＝ ×100%＝80%。
（4）解：在上述过程中，F＝150N，G＝360N，不计绳重和摩擦，拉力F＝ (G＋G动)，则动滑轮的重力G动＝3F－G＝3×150N－360N＝90N，
当提升另一重物时，工人对高台的压力F压＝pS＝2.0×104Pa×4×10－2m2＝800N，
压力和支持力是一对相互作用力，则F压＝F支＝800N，
此时人受向下的重力、向下的绳子拉力和向上的支持力，则有G人＋F拉＝F支，
所以，人对绳子末端的拉力F拉′＝F拉＝F支－G人＝800N－640N＝160N，由F拉′＝ (G′＋G动)得，此时所提升货物的重力G′＝3F拉′－G动＝3×160N－90N＝390N。
【知识点】二力平衡的条件及其应用；压强的大小及其计算；滑轮组及其工作特点；机械效率的计算
【解析】【分析】（1）首先根据计算出物体上升的速度，再根据v'=nv计算自由端的速度；
（2）已知拉力和速度，根据公式P=Fv'计算拉力的功率；
（3）根据公式 计算滑轮组的机械效率；
（4）根据原来的情况，利用公式 计算动滑轮的重力。再根据F压＝pS计算出工人对高台的压力，根据相互作用力原理计算出高台对工人的支持力，对人进行受力分析，根据二力平衡的知识得到平衡关系式：G人＋F拉＝F支，从而计算出人对绳子的拉力，最后再次利用计算出提升重物的重力即可。
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