3.4 简单机械（滑轮、机械效率专题）（含解析）

3.4 简单机械（滑轮、机械效率专题）
一 、选择题
1.如图所示工具中，使用时不能省力但能省距离的是( )
A．动滑轮 B．订书机C．羊角锤D．镊 子
2.小西学习了滑轮知识后， 用一根绳和一个滑轮，借助木桩设计出如图所示的方案， 将船拉近岸边。
则( )
A．这是一个动滑轮，可省力
B．这是一个定滑轮，可省力
C．这是一个动滑轮，可改变力的方向
D．这是一个定滑轮，可改变力的方向
3.山区的公路多修成环绕山坡的盘山公路如图所示， 这样车辆向上行驶时可以( )
A．减小所必需的牵引力 B．减小所做的功
C．提高机械效率 D．提高发动机功率
4.工人利用如图所示的滑轮组将重 300N 的物体向上匀速提起 2m 用时 5s。所用拉力为 110N。（不计绳
重和摩擦力）以下相关计算的正确的是( )
A．绳子端的移动速度为 0.4m/s B．动滑轮的重力为 30N
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C．拉力的功率为 44W D．该滑轮的机械效率为 85%
5.如图所示， 用三种不同的方式分别拉同一物体在水平地面上做匀速直线运动，所用拉力分别为 F1、
F2 和 F3 ，则它们的大小关系正确的是(不计滑轮重和绳子与滑轮间的摩擦) ( )
A．F3＜F1＜F2 B．F1＜F2＜F3 C．F2＜F1＜F3 D．F3＜F2＜F1
6.工人用如图所示的装置运送砂石，下列说法正确的是( )
A．滑轮组中的定滑轮能改变拉力的大小
B．图中动滑轮相当于一个省力杠杆
C．绳子自由端下拉 1m，桶上升 2m
D．质量为 50kg 的工人利用该滑轮组能提起 120kg 的砂石
7.小张搭了一块木板在平台上， 用 F=300N 的推力， 将质量为 40kg 的货物在 6s 内匀速推上 1m 高的平
台，木板长 S=2m。( )
A．推力的功率为 50W B．斜面的机械效率为 75%
C．推力做的总功 300J D．斜面对货物的摩擦力 100N
8.某工厂搬运货物用了如图所示的装置。已知滑轮组中绳子能承受的最大拉力为 500N，定滑轮的质量 为 0.5kg，动滑轮的质量为 0.6kg，货箱重为 15N，不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦，下列说法正确的
是( )
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A．匀速吊起货物上楼， 每次能吊的货物最多不能超过 1469N
B．使用的定滑轮质量越小越省力
C．工人分别以 5m/s 和 3m/s 的速度匀速拉升同一货物，工人做功的功率相同
D．所吊货物质量为 100kg 时，匀速提升 10m，则水平拉力 F 所做的功为 10210J
9.体重为 80kg 的工人利用如图滑轮组将一质量为 60kg 的重物 A 匀速提升 1m，此时该滑轮组的机械效 率为 75% (不计绳重与摩擦， g 取 10N/kg)，小明对此工作过程及装置作出了论断， 下列论断正确的是
( )
A．动滑轮重为 200N
B．此过程中， 工人对地面的压力为 600N
C．重物匀速上升过程中机械能不变
D．若增大重物 A，滑轮组机械效率不变
10.如所示的滑轮组，挂上砝码 a、b 后恰好平衡， 若不计动滑轮重和摩擦， 在 a、b 下面再加挂一个质
量相等的小砝码，将出现( )
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A．a 下降 B．a 上升
C．仍保持平衡 D．条件不足， 不能判断
二 、填空题
11.如图所示,用 F=25N 的水平拉力,通过一个动滑轮,使重为 100N 的物体 A 水平向右匀速移动了 2m, 在这个过程中,拉力 F 做功 J,物体 A 所受到的摩擦力为 N(不计滑轮、绳子的重,
以及滑轮与绳子的摩擦).
12.如图所示， 斜面长 s=1.5m，高 h=0.3m。建筑工人将重 G=500N 的货物箱， 用绳子从地面匀速拉到顶 端时， 沿斜面向上的拉力 F=150N。忽略绳子重力， 该过程拉力 F 做的功 J；该斜面的机械效
率是 ；货物箱在斜面上受的摩擦力大小 N。
13.如图为滑轮组装置， 每个滑轮重 20 牛， 绳子与滑轮之间的摩擦不考虑。用此装置提升一个 400 牛 的重物，在绳子自由端竖直向上拉动 5 秒钟，将物体提高了 10 米，则绳子自由端的拉力为 牛，
该装置的机械效率为 （精确到 1%）。
三 、实验题
14.小乐完成了“测滑轮组机械效率”的实验后， 得到如表所示的实验数据：
实验小组 钩码重 G(N) 动滑轮重 G′(N) 拉力 F(N) 滑轮组机械效率 η
1 1 0.6 0.62 53.8%
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2 1 0.8 0.71 46.9%
3 2 0.6 0.98 68.0%
4 2 0.8 1.06 62.9%
请你对小乐各次试验数据进行分析比较， 回答下列问题：
（1）小乐所采用的实验装置图是 （选填“ 甲 ”或“ 乙 ”）。
（2）通过小乐的实验可知，影响滑轮组机械效率的因素是 。
（写出一个即可）
（3）在绳重和摩擦都不计的情况下， 选择第一次的钩码和动滑轮，用另一图示的绳子绕法来做实验，
滑轮组的机械效率是否相同？请通过推导分析。
四 、解答题
15.建筑工人利用如图所示装置，将质量为 100kg 的沙袋从地面匀速提到 3m 高的一楼楼面。已知动滑
轮的质量为 8kg，不计绳子重力和摩擦。求： (g 取 10N/kg)
（1）拉力的大小。
（2）人拉绳子所做的功。
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3.4 简单机械（滑轮、机械效率专题）答案解析
一 、选择题
1.D
【解析】分析各个选项中简单机械的特点即可。
A．定滑轮的本质为等臂杠杆，不省力不费力， 不省距离也不费距离，故 A 不合题意；
B.订书机的转轴为支点， 阻力作用在刀口上， 动力作用在手柄上， 为省力杠杆，即省力费距离， 故 B
不合题意；
C.羊角锤的弯曲处为支点，阻力作用在豁口上， 动力作用在手柄上，为省力杠杆，即省力费距离， 故 C
不合题意；
D.使用镊子时， 两个镊片相连的位置为支点， 阻力作用在尖端，动力作用在中间， 此时动力臂小于阻
力臂， 为费力杠杆， 即费力省距离， 故 D 符合题意。
故选 D。
2.A
【解析】使用时，滑轮的轴随物体一起移动， 此滑轮叫做动滑轮； 动滑轮可以看做是一个省力杠杆； 动滑轮的作用： 可以省力，但不能改变力的方向； 定滑轮的中心轴固定不动；定滑轮的功能是改变力
的方向，但不能省力。
用绳子拉动船时，滑轮的轴随船一起运动，所以， 此滑轮为动滑轮，动滑轮的特点为： 可以省力，但
不能改变力的方向； 故 B、C、D 错误， A 正确；
故答案为： A.
3.A
【解析】（1）根据 W=Fs 分析汽车受到牵引力的大小变化；
（2）使用任何机械都不省功，这是功的原理；
（3）首先根据 w 额=fs 分析克服摩擦做的额外功的大小， 然后根据” = w (w)总 (有)分析机械效率的变化；
（4）功率是发动机的一个重要参数，发动机的最大功率是出厂前设计好的，不会受到外界条件的影响。 A．根据 W=Fs 可知， 当总功的大小相同时，距离越大，牵引力越小；盘山公路其实是变形的斜面，就
是通过增大 s 的方式减小上坡时的牵引力，故 A 正确；、
B.使用任何机械都不省功；在盘山公路上行驶时， 由于行驶距离增大，所以克服摩擦做的额外功增大。
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而有用功不变， 根据总功=有用功+额外功可知，做的功增大了， 故 B 错误；
C.根据公式η = w (w)总 (有) = w额可知，由于克服摩擦做的额外功增大，所以机械效率减小了，故 C 错误；
D.在盘山公路上行驶时， 对发动机的功率大小没有任何影响， 故 D 错误。
故选 A.
4.B
【解析】 1）由图可知滑轮组绳子的有效股数，根据 s=nh 求出绳子自由端移动的距离， 根据 v=
s
t
求出绳子自由端移动速度；
（2）因为不计摩擦和绳重时，绳子末端的拉力 F 拉=
1
2
（G+G 动），由此可求动滑轮的自重.
（3）根据p = = = Fv求功率.
（4）滑轮组的机械效率可利用 η=w (w)总功 (有用) .
A．由图可知， n=3，则绳子自由端移动的距离：s=3h=3×2m=6m，
绳子自由端移动速度：v=
==1.2m/s，故 A 错误；
B.不计摩擦和绳重时，绳子末端的拉力 F=（G+G 动），
所以动滑轮的自重 G 动=nF-G=3×110N-300N=30N．故 B 正确；
C.拉力做功的功率p = = = Fv=110N×1.2m/s=145.2W．故 C 错误；
D.滑轮组的机械效率=w总 (w有)功 (用) × 100%=110N (300)2 (×)3 × 100%=90.1%，故 D 错误.
故选 B.
5.C
【解析】根据动滑轮和定滑轮的工作特点计算出三个拉力，然后比较大小即可。
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左图； 定滑轮不省力不费力，那么拉力等于地面对 A 的摩擦力，即 F1=f；
中图： 动滑轮可以省一半的力， 那么拉力等于地面对 A 摩擦力的一半， 即 F2=f；
右图： 动滑轮受到两个向左的拉力， 都等于地面对 A 的摩擦力，向右的一个拉力 F3。根据二力平衡的
知识得到， 拉力 F3=2f。
因此三个拉力的大小关系为： F2＜F1＜F3。
故选 C。
6.B
【解析】（1）根据定滑轮的作用判断；
（2）根据动滑轮的作用判断；
（3）根据 s=nh 判断；
（4）根据F = G动n (+)G物判断。
A．定滑轮不省力不费力，但能改变力的方向， 故 A 错误；
B.动滑轮相当于一个省力杠杆， 它的动力臂是阻力臂的 2 倍， 故 B 正确；
C.根据 s=nh 可知， 当绳子自由端下拉 1m 时， 桶上升： = = = 0.5m，故 C 错误；
D.根据F = G动n (+)G物得到：50kg × 10N/kg = G动2 (+)G物，解得：G 动+G 物=1000N，肯定不能提起 120kg 的砂石，
故 D 错误。
故选 B。
7.D
【解析】（1）首先根据 W 总=Fs 计算总功， 再根据P总 = t (w)总计算推力的功率；
（2）首先根据 W 有=Gh 计算出有用功，再根据η = w (w)总 (有)计算机械效率；
（3）根据（1）中的分析判断；
（4）首先根据 W 额=W 总-W 有计算出额外功， 再根据f = S (w)额计算摩擦力。
推力做的总功 W 总=Fs=300N×2m=600J，推力的功率：P总 = t (w)总 = 66S (00)J = 100W，故 A．C 错误；
推力做的有用功：W 有=Gh=40kg×10N/kg×1m=400J，斜面的机械效率：η = w (w)总 (有) = 600J (400J) ≈ 66.7% ，故 B
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错误；
推力做的额外功 W 额=W 总-W 有=600J-400J=200J；
斜面对货物的摩擦力：f = s (w)额 = = 100N，故 D 正确。
故选 D。
8.D
【解析】（1）由图知承担物重的绳子股数 n=3，不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦，拉力F = （G + G箱+
G动），知道每根绳子能承受的最大拉力， 可求每次能吊的材料最大重力；
（2）使用滑轮组增大机械效率的方法：增大提升的物重， 减小动滑轮重力、减小摩擦；
（3）利用公式p = 分析判断工人做功的功率大小关系；
（4）知道所吊材料受到的重力，利用F = ）可求拉力，利用 s=3h 求拉力端移动的距
离，利用 W=Fs 可计算水平拉力 F 所做的功。动滑轮重力 G 动=mg=0.6kg×10N/kg=6N。
(
3
) (
1
)A．由图知，n=3，不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦，拉力F =
（G + G箱+ G动），
则每次能吊的材料最大重 G 最大=3F 最大-（G 箱+G 动 ）=3×500N-（15N+6N）=1479N，故 A 错误；
B.改变使用的定滑轮的质量， 不会影响有用功、总功的大小，不会影响滑轮组的机械效率，故 B 错误； C.工人快速拉升、慢速拉升同样的材料， 做的功相同， 但时间不同， 由p = 可知，工人做功的功率不
相同， 故 C 错误；
D.所吊材料受到的重力 G=mg=100kg×10N/kg=1000N，
不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦，拉力F = （G + G箱+ G动）= （1000N + 15N + 6N） = N，
水平拉 F 所做的功W = Fs = N × 30m = 10210J，故 D 正确。
故选 D。
9.A
【解析】（1）知道重物 A 的质量，利用 G=mg 求其重力；不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率
η = w (w)总 (有) = GA动，据此求动滑轮重力；
（2）根据图片确定绳子的有效段数为 n，不计绳重与摩擦，然后根据F = G物n (+)G动计算出作用在绳子自
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由端的拉力，再根据力的相互性可知绳子对人向上的拉力。利用 G=mg 求出人的重力，最后根据 F 压=G
物-G 人得出人对地面的压力；
（3）重力势能与质量和物体的高度有关，动能大小质量和速度有关，机械能为重力势能和动能之和；
（4）根据滑轮组的机械效率 η = W (W)总 (有) = GA动分析。
A．重物 A 的重力： GA=mAg=60kg×10N/kg=600N；
不计绳重和摩擦， 克服动滑轮重力做的功为额外功的唯一来源，
滑轮组的机械效率：η = W (W)总 (有) = GA动 × 100% = 75%；
即600 (6)动 × 100% = 75%
解得：动滑轮重力：G 动=200N，故 A 正确；
B．绳子的有效段数为 n=3，因不计绳重与摩擦，
作用在绳子自由端的拉力：F = G物n (+)G动 = ≈ 266.7N；
根据力的相互性， 绳子对人向上的拉力为 F′=266.7N，
质量为 80kg 人的重力： G 人=m 人 g=80kg×10N/kg=800N；
故人对地面的压力：F 压=G 物-G 人=800N-266.7N=533.3N，故 B 错误；
C．重物匀速上升过程中，因速度不变，故重物的动能不变，但因高度变大，重物的重力势能变大，则
机械能变大，故 C 错误；
D．由 A 知，滑轮组的机械效率： η = W (W)总 (有) = GA动，动滑轮的重力不变，若增
加增大重物，则滑轮组机械效率变大，故 D 错误。
故选 A.
10.B
【解析】设一个钩码的重力为 G，根据动滑轮的特点计算出自由端绳子上产生的拉力，然后与这个钩码
的重力进行比较即可。
设一个钩码的重力为 G，
那么绳子的自由端产生的拉力为：F = G；
因为 F第 10 页（共 13 页）
所以自由端的钩码下降， a 钩码上升。
故选 B。
二 、填空题
11.25；12.5
【解析】（1）动滑轮上有 2 段绳子承担拉力， 首先根据 s=S 物计算出拉力移动的距离，然后根据公式
W=Fs 计算拉力做的功；
（2）首先根据F拉 = 计算出物体 A 受到的拉力，然后根据二力平衡的知识计算 A 受到的摩擦力。
（1）动滑轮上有 2 段绳子承担拉力，
那么拉力 F 移动的距离为：s=S 物= × 2m = 1m；
那么拉力 F 做的功为：W=Fs=25N×1m=25J；
（2）物体 A 受到的拉力为：F拉 = = = 12.5N；
根据二力平衡的知识可知，物体 A 受到的摩擦力 f=F 拉=12.5N。
12.225；66.7%；50
【解析】（1）根据 W 总=Fs 计算出拉力做的总功，根据 W 有=Gh 计算出拉力做的有用功，根据η = w (w)总 (有)计算
斜面的机械效率；
（2）斜面克服摩擦做额外功，首先根据 W 额=W 总-W 有计算出额外功， 再根据f = s (w)额计算出摩擦力。
（1）拉力做的总功 W 总=Fs=150N×1.5m=225J；
拉力做的有用功 W 有=Gh=500N×0.3m=150J；
斜面的机械效率η = w (w)总 (有) = 225J (150J) = 66.7%；
（2）克服摩擦做的额外功 W 额=W 总-W 有=225J-150J=75J；
货物箱受到的摩擦力f = s (w)额 = = 50N。
13.140；95%
【解析】（1）使用滑轮组提升重物时，根据公式F = G物n (+)G动计算自由端的拉力；
（2）根据 W 有用=Gh 计算出有用功，根据 W 总=Fs 计算出总功，根据公式η = w总 (w有用) × 100%计算出滑轮组
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的机械效率。
（1）根据图片可知，承担重力的绳子段数为 n=3，物体的重力为 400N，
那么绳子自由端的拉力为：F = G物n (+)G动 = = 140N。
（2）该装置做的有用功：W 有用=Gh=400N×10m=4000J；
总功 W 总=F 拉 ×3h=140N×3×10m=4200J；
该装置的机械效率η = w总 (w有用) × 100% = 4200J (4000J) × 100% = 95%。
三 、实验题
14.（1）乙
（2）提升物体的重力（或动滑轮的重力）
（3）相同； 因为滑轮组的机械效率为
w有 G G G
(
w
总
FS
Fn

Fn
)η = × 100% = × 100% = × 100% = × 100%
如果按照甲图绕线 η 甲 = 2F (G)甲 × 100% ，如果按照乙图绕线： η 乙 = 3F (G)乙 × 100%
在绳重和摩擦都不计的情况下 F甲 = (G + G0) ， F乙 = (G + G0)
所以 η 甲 = 2F (G)甲 = ， η 乙 = 2F (G)乙 =
由此可知 η 甲 = η丙 说明对于同一滑轮组，挂同一重物，滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关。
【解析】（1）根据η = w (w)总 (有) = 计算承担重力的绳子段数 n，再与图片比对即可；
（2）根据表格数据分析影响滑轮组机械效率的因素；
（3）根据F = n (1) （G + G动）分别计算出两种方式下的拉力， 再根据 η = w (w)总 (有)× 100% = FS (G ) × 100% =
× 100% = × 100% 分别计算出两种方式下的机械效率， 最后比较即可。
（1）将第 1 组数据代入公式η = w (w)总 (有) = 得到：53.8% = ；
解得： n=3；
根据图片可知， 小乐采用的是实验装置乙。
（2）比较实验 1 和 2 可知，当钩码重力相同时，动滑轮重力越大， 滑轮组的机械效率越小；
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比较实验 1 和 3 可知，当动滑轮重力相同时， 物体的重力越大，滑轮组的机械效率越大。
综上所述， 影响滑轮组机械效率的因素是：提升物体的重力（或动滑轮的重力）。
四 、解答题
15.（1）解： F＝ G 总 ＝ m 总 g＝ (m 沙＋m 轮)g＝ (100kg＋8kg)×10N/kg＝540N。
（2）解： W＝2Fs＝2×540N×3m＝3240J。
【解析】（1）首先弄清承担重力的绳子段数 n，然后根据 F ＝ G总 =
（2）首先根据 s=nh 计算自由端的绳子移动的距离，再根据 W=Fs 计算绳子拉力做的功。
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