2024年河北中考物理教材知识梳理课件——第十五讲 斜面、滑轮组及机械效率(共36张PPT)

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中考考点清单解读
第十五讲 斜面、滑轮组及机械效率
■滑轮和斜面
1. 定滑轮、动滑轮和滑轮组
类 型 定 义 实 质 特 点
定滑轮 轴固定不动的滑轮 ________ 杠杆 可以改变 _________，
不省力，不省距离
动滑轮 轴可以随物体一起运动的滑轮 动力臂是阻力臂二倍的杠杆 不能改变力的方向，____力，___ 距离
滑轮组 定滑轮和动滑轮组合在一起构成的机械 既可以省力，又可以改变力的方向
等臂
力的方向
省
费
2. 轮轴和斜面
类 型 实 质 特 点
轮轴 轮轴由具有公共转轴的大轮和小轮组成，一个变形的杠杆 如果动力作用在大轮上，阻力作用在小轮上，可以 _______ 力；如果动力作用在小轮上，阻力作用在大 轮上，则 _____ 力
斜面 一种简单机械 省 ________（选填“力”或“距离”）；提升物体到相同的高度，斜面越 ______（选填“长”或“短”）越省力
省
费
力
长
1． 判断物重由几段绳子承担的方法——隔离法。在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线将其隔离开，数一数绕在动滑轮上绳子的段数即可。
2. 定滑轮、动滑轮及滑轮组中的关系式（以竖直方向为例）
类 型 拉力 F 与物体重力 G 的关系（不计绳重与摩擦） 重物提升的高度h 与绳子通过的距离 s 的关系
定滑轮 F=G s=h
动滑轮 F= （G+G 动） s=2h
滑轮组 F= （G+G 动）（n指承担物重的绳子的段数） s=nh（n指承担物重的绳子的段数）
2. 杠杆的三种类型的判断方法及特点：
3. 生活中杠杆应用汇总：
（1）省力杠杆：铡刀、瓶盖起子、手推车、钢丝钳等；
（2）费力杠杆：钓鱼竿、筷子、镊子、食品夹等；
（3）等臂杠杆：天平、晾衣架等。
杠杆的类型 判断方法 特 点
省力杠杆 动力臂大于阻力臂 省力，但费距离
费力杠杆 动力臂小于阻力臂 费力，但省距离
等臂杠杆 动力臂等于阻力臂 不省力也不费力，不省距离也不费距离
■机械效率
1. 有用功：不使用机械时，我们必须要做的功。
额外功：在使用机械时，我们不需要但又不得不做的功。
总功 =______________+_______________。
2. 机械效率
________________________ 叫做机械效率，常用字母 _____ 表示，计算公式是 _______。因为有用功总小于总功，所以机械效率总 _________1。
3. 计算总功、有用功、额外功的公式
（1）总功：①W总 =Fs；②W总 =W有 +W额 ；③
（2）有用功：①W有 = Gh；②W有 =W总 -W额；③W有 =W总η。
（3）额外功：①W额 =W总 -W有 ；②W额 =Ｗ总（1-η）。
有用功
额外功
有用功跟总功的比值
η
小于
4. 提高滑轮组的机械效率，就要提高 _______在总功中所占的比例。如：提高物重，减轻机械自重，改进机械结构，加润滑油等。
5. 斜面的机械效率 。（W总 =Fs，W有 =Gh）。
有用功
机械效率由有用功和总功两个因素决定。反映的是有用功在总功中所占的比例的大小，与具体做功多少、是否省力无关，分析机械效率高低不能只考虑一个因素。
（1）当总功一定时，机械所做的有用功越多或额外功越少，机械效率就越高。
（2）当有用功一定时，机械所做的总功越少或额外功越少，机械效率就越高。
（3）当额外功一定时，机械所做的总功越多或有用功越多，机械效率就越高。
判断下列说法是否正确。
1. 减小斜面的倾斜程度，可以提高斜面机械效率。 （ ）
2. 滑轮组的机械效率越大，拉力做功就越快。 （ ）
3. 在总功相同时，机械效率越高的机械，有用功就越多。 （ ）
4. 使用机械做功时，如不考虑机械自重及所引起的摩擦，机械效率可以高于 100%。（ ）
×
×
√
×
■滑轮组的相关判断
例 1 （多选）如图所示，用完全相同的四个滑轮组成甲、乙两个滑轮组，在各自的自由端分别施加 F1 和 F2 的拉力，在相同的时间内将相同的物块提升相同的高度（不计绳重和摩擦）。下列说法正确的是（ ）
A. 拉力 F1 小于 F2
B. 甲、乙滑轮组的机械效率相等
C. 甲、乙两滑轮组拉力所做的额外功相等
D. 图甲中绳子自由端移动的速度大于图乙中绳子自由端移
动的速度
BC
1. 用滑轮组来提升重物时，计算绳子拉力的方法：（1）如果不考虑动滑轮和绳子的重及摩擦：
（2）如果考虑动滑轮的重，不考虑摩擦及绳重，
2. 判断机械效率的大小，根据 比值越大，机械效率越大。
练习一 如图所示，用拉力 F1 将物体 A 匀速提升高度 h，若借助滑轮组用拉力 F2 把物体 A 匀速提升相同的高度。下列说法正确的是 （ ）
A. 使用滑轮组的过程中，绳子自由端移动的距
离是物体上升高度的 2 倍
B. 两个过程中拉力 F1=3F2
C. 滑轮组的机械效率为
D. 拉力 F2 做功的功率比拉力 F1 做功的功率大
C
练习二 （多选）建筑工地的施工人员先后用如图所示的甲、乙两个装置在相同时间内把重力为 G 的物体提升了相同高度，两次施加的力分别为 F1 和 F2， 则下列说法正确的是（每个滑轮的重力均为 G轮，不计绳重及摩擦） （ ）
A. F1=F2= （G+G轮）
B. F1= （G+G轮），F2=G
C. F1 比 F2 做的功多，功率大
D. F1 比 F2 做的功少，功率小
BC
■机械效率相关计算
例 2 体重为 600 N 的小明用如图所示的滑轮组来竖直提升物体 A。当 A 以 0.1 m/s 的速度匀速上升时，小明对绳子的拉力 F 为 400 N，滑轮组的机械效率为 80%。（不计绳重及摩擦）求：
（1）拉力 F 的功率；
（2）物体 A 受到的重力；
（3）小明拉动绳子前与拉动绳子后对地面的压强之比。
解：（1）由题图可知承担物重的绳子段数：n=3，拉力 F 的功率：
P=Fv=Fnv物=400 N×3×0.1 m/s=120 W；
（2）滑轮组的机械效率：
则物体 A 受到的重力：G=3Fη=3×400 N×80%=960 N；
（3）拉动绳子前，小明对地面压力：F1=G人=600 N，
拉动绳子时，小明对地面压力：F2=G人-F=600 N-400 N=200 N，
小明拉动绳子前、 后地面的受力面积不变，根据 可知，小明拉动绳子
前后对地面的压强之比：
机械效率是有用功和总功的比值。计算机械效率时要找到利用机械的目的，是提升物体，还是平移物体，以便确定有用功。
练习一 图甲是某大型起吊装置，图乙是其机械起吊部分的简化示意图。已知物体 A 重为 2 700 N，底面积为 0.675 m2，不计绳重和摩擦。（g 取 10 N/kg）求：
（1）起吊前物体 A 静止在水平地面时对水平地面的压强；
（2）如图乙所示，动滑轮的总重为 650 N，在绳子自由端
施加拉力后物体 A 被匀速提升 2 m，此时整个机械的机械效
率。（百分号前保留整数）
解：（1）起吊前物体 A 静止在水平地面时，对水平地面的压力：
F压 =G =2700 N，
物体 A 对水平地面的压强：
（2）因为不计绳重和摩擦，所以滑轮组的机械效率：
81%。
练习二 某货场对一个木箱进行称重，如图甲所示，磅秤显示为 105 kg。小明站在地上想用图乙所示的滑轮组把木箱提升到高处去，他竭尽全力也没有提起来，磅秤最小示数是 5 kg。他脑筋一转，换了种组装方式，如图丙所示，顺利地将木箱匀速提升。已知木箱的底面积为 0.5 m2，小明重为 600 N，不计摩擦和绳重，g 取 10 N/kg。 求：
（1）图甲中，木箱对磅秤的压强；
（2）动滑轮所受的重力；
（3）图丙中，小明匀速提升木箱时，滑
轮组的机械效率。
解：（1）由题图甲可知，木箱的质量 m箱=105 kg，则木箱的重力：
G箱=m箱 g=105 kg×10 N/kg=1 050 N，
木箱对磅秤的压强：
（2）如题图乙，n=2，他竭尽全力也没有提起来，磅秤最小示数是 5 kg，则
人对绳子的拉力： F拉1=G人=600 N，磅秤最小示数是 5 kg， 则此时磅秤对木
箱的支持力：F支1=5 kg×10 N/kg=50 N，
不计摩擦和绳重，则此时人对绳子的拉力：F拉1= （G箱-F支1+G动），
所以动滑轮所受的重力：G动=2F拉1-（G箱-F支1）=2×600 N-（1050 N-50 N）=
200 N；
（3）改变绕绳方式后，如题图丙所示，此时承担物重的绳子股数 n=3，由于
能顺利地将木箱匀速提升，且不计摩擦和绳重，则滑轮组的机械效率：
实 验 命题点
实验 原理
实验 器材 及实 验装 置图 滑轮组、钩码、弹簧测力计、刻度尺 1. 画出滑轮组的绕线方法（奇动偶定：如果 n 是奇数，绳子绕线从动滑轮开始；如果 n 是偶数，绳子绕线从定滑轮开始）
实验：测量滑轮组的机械效率
实验 步骤 1. 用弹簧测力计测量钩码重力 G； 2． 安装滑轮组，分别记下钩码和弹簧测力计的位置； 3． 缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力 F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度 h 和绳端移动的距离 s； 4. 改变钩码的数量，重复上面的实验； 5. 改变动滑轮个数，重复上面的实验； 6. 计算三次实验中测得的机械效率 2. 弹簧测力计匀速竖直拉动的目的（保证拉力大小等于弹簧测力计的示数）。
3. 有用功的计算（①__________）。
4. 机械效率的计算（② _________
____________________________）。
5. 绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系（③__________）
W有=Gh
s=nh
实验 结论 在其他条件一定时，所提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；在其他条件一定时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高 6. 滑轮组机械效率的影响因素（④_____________、⑤_____________、绳子与滑轮之间的摩擦力）
物体的重力
动滑轮的重力
练 1 涪江六桥建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组的机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图所示，实验数据记录如下表所示：
（1）实验中应沿竖直方向 ______ 拉动弹簧测力计。
（2）分析表中数据可知：第 4 次实验是用 ______ 图所示装置来完成的。
（3）通过比较 1、2 两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同的重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度 __________。
（4）通过比较 ______（填实验次数的序号，下同）两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。
（5）通过比较 ________ 两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率越小。
匀速
丙
无关
1、3
3、4
（6）为提高滑轮组机械效率节约电能，根据以上结论和生活经验，你建议可采取的措施有 _____（多选，填选项字母）。
A. 减轻动滑轮重
B. 增加所提物重
C. 机械加润滑油
D. 增加重物上升高度
ABC
（7）根据所学知识分析用同一滑轮组匀速提升质量不同的物体，该滑轮组的机械效率 η 与所提升物体的重力 G 的关系图象正确的是 _____（填选项字母）。
B
1.在老旧小区改造中，工人利用滑轮组将重 380 N 的建筑材料提升到楼顶，如图所示。已知工人对绳子的拉力为 200 N，建筑材料在 5 s 内匀速上升 5 m，不计绳重及摩擦。此过程中，下列说法正确的是 （ ）
A. 动滑轮所受重力为 10 N
B. 滑轮组所做的有用功为 2 000 J
C. 工人所用拉力的功率为 380 W
D. 滑轮组的机械效率为 95%
■滑轮、滑轮组及机械效率
D
2. 如图甲是一辆起重车的图片。起重车的质量为 9.6t，有四个支撑脚，每个支撑脚的面积为 0.3 m2，起重时汽车轮胎离开地面。如图乙是起重机吊臂上的滑轮组在某次作业中将质量为 1 200 kg 的货物匀速提升，滑轮组上钢丝绳的拉力 F 为 5 000 N，货物上升过程中的 s-t 图象如图丙所示。（不考虑绳重，g 取 10 N/kg）求：
（1）拉力 F 的功率；
（2）提升货物过程中滑轮组
的机械效率。
解：（1）由题图乙可知动滑轮上由三段绳子承担重物，如题图丙所示，当
t=10 s 时，s物=2.5 m， 0.25 m/s，所以货物上升的速度为
0.25 m/s，则拉力 F 的功率：
P=Fv=F×3v物 =5 000 N ×3 ×0.25 m/s =3.75×103 W；
（2）货物重：G物 =m物g=1.2×103 kg×10 N/kg=1.2×104 N，
滑轮组的机械效率：
3.（多选）如图所示，重为 G 的物体在拉力 F 的作用下，以 v 的速度匀速运动了 s，已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的 n 分之一，不计绳重、轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（ ）
A． 使用该滑轮组一定省力
B． 拉力的功率为 2Fv
C． 额外功为 （2nF-G）s
D． 滑轮组的机械效率为
BC
4.斜面是一种简单机械，在生活和生产中使用斜面的好处是可以省力，如：________________________________。 那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢？（使用斜面的省力情况可以通过比较沿斜面拉力 F 与物体重力 G 的比值大小来判定，比值越小，越省力）小明做了如下猜想：
猜想 1：与斜面的表面材料有关；
猜想 2：与斜面的倾斜程度有关；
猜想 3：与物体受到的重力大小有关。
■探究斜面省力情况的影响因素
盘山公路
小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验。实验中所用的物块材料及其表面粗糙程度相同，在沿斜面拉力的作用下，在斜面上做匀速直线运动。实验中相关的记录如下表。
回答下列问题：
（1）通过对比实验 ______ 中的数据可知，使用斜面省力的情况与斜面的表面材料有关；
（2）通过对比实验 1、5、6 中的数据，得出的结论：在其他条件相同时，__________________________；
（3）为验证猜想 3，小明做了实验 _____（填写实验序号），分析实验数据后，小明认为这几次实验省力情况相同，依据是 ___________________________
_____________________________________________________________________。
1、2
斜面的倾角越小，越省力
1、3、4
沿斜面的拉力 F 与物体的重力 G 的比值大小相等
【拓展】完成实验后，小明沿斜面用 1.8 N 的拉力，将重为 4.5 N 的物体从斜面底端匀速拉到了顶端。已知斜面长 1.2 m、高 0.3 m，则斜面的机械效率是 _________ %。（把重物直接提升 0.3 m 所做的功作为有用功）
62.5