第十八讲 滑轮 机械效率
考点一 滑轮
项目 图示 定义 特点 F与G的关系 s与h的关系 实质
定 滑 轮 工作时轴 ① 的滑轮 可以② ,但不能 ③ ④F G s=h ⑤ 杠杆
动 滑 轮 工作时轴 随重物一起运动的滑轮 可以⑥ ,但不能⑦ F=⑧G (不计滑轮重、绳重及任何摩擦) s=⑨ 动力臂等于阻力臂 ⑩ 倍的杠杆
滑 轮 组 定滑轮和动滑轮的组合 既可以 ,又可以 F= (n是吊着动滑轮的绳子段数,不计滑轮重、绳重及任何摩擦) s= ——
考点二 三种功
项目 有用功 额外功 总功
定义 无论是否使用机械, 的功(直接拉物体的力所做的功) 使用机械时,并非我们需要但 的功 使用机械时,动力对机械所做的功
举例 用滑轮提升物体时,对物体做的功 用滑轮提升物体时,克服动滑轮重、绳重和摩擦做的功 用滑轮提升物体时,拉力做的功
关系 W总= ,W总总是大于W有用,使用任何机械都不省功。
考点三 机械效率
微点拨(1)任何机械的机械效率都小于1。
(2)机械效率的高低与使用机械是省力还是费力无关,也与使用机械的功率无关。
教材包装练
命题点一 滑轮
1.(人教八下P114图12.3-5乙原创)用如图所示的滑轮组吊起某一物体,如该物体重是G=400 N,滑轮重、绳子重、摩擦等不计,为了使物体匀速上升,拉力F= N;若绳子自由端移动了1.2 m,则物体被提升的高度为 m。
2.(沪粤八下P37图6-6-12原创)如图所示,两个物体的物重分别为G1和G2,忽略滑轮自重及摩擦,当滑轮平衡时,有( )
A.G1=2G2 B.G1=G2
C.2G1=G2 D.G1=3G2
命题点二 三种功
3.(人教八下P117图12.4-1乙原创)如图所示,在使用动滑轮提起重物时,若钩码的重力是G,弹簧测力计的拉力是F,重物上升的高度是h,弹簧测力计拉绳子移动的距离是s,则有用功W有= ,总功W总= ,额外功W额= 。(用题中已知量表示)
4.(人教八下P120图12.4-2原创)用如图所示的滑轮组将重为10 N的重物匀速提升2 m,绳子自由端拉力F=4 N,所做的有用功为 J,额外功为 J,总功为 J。
命题点三 机械效率
5.(人教八下P117图12.4-1原创)在图甲中,用弹簧测力计拉着钩码竖直匀速上升h,拉力F甲做了功W甲;在图乙中,弹簧测力计通过动滑轮也使钩码竖直匀速上升了h,拉力F乙做了功W乙,则W甲 W乙(选填“>”“<”或“=”);若每个钩码重为1 N,弹簧测力计拉动滑轮的力F乙=1.2 N,则动滑轮的机械效率是 。
6.(人教八下P123T7改编)工人师傅用如图所示的装置在10 s内把质量为48 kg的货物从地面匀速提升至3楼,每层楼高3 m,所用的拉力为300 N。下列关于图示装置的说法正确的是( )
A.此过程中,该装置所做有用功为4 320 J
B.此装置中动滑轮的重力为120 N
C.此过程中装置的机械效率为80%
D.拉力做功的功率为540 W
主题 测量滑轮组的机械效率
【一题式探究】用如图所示装置测量滑轮组的机械效率,部分实验数据如表:
序号 钩码重 力G/N 钩码上 升高度 h/cm 拉力 F/N 绳子自 由端移 动距离 s/cm 机械 效率 η/%
1 2.0 6 1.0 18 66.7
2 4.0 6 1.8 18 74.1
3 6.0 6 2.5 18
4 4.0 12 1.8 36 74.1
【设计实验】
(1)实验过程中,应沿竖直方向 拉动弹簧测力计,第1次实验时,钩码上升的时间为3 s,此过程中,绳子自由端上升的速度为 m/s;
【进行实验与得出结论】
(2)第3次实验时所做的有用功为 J,滑轮组的机械效率是 %;
(3)分析 次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物的重力越大,滑轮组的机械效率越高;分析2、4次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 ;
(4)提高机械效率可以充分地发挥机械设备的作用,对节能减排、提高经济效益有很重要的意义。下列措施中可以提高滑轮组机械效率的有 (填序号);
①增大物体的重力
②增大物体上升的高度
③使用更加省力的绕绳方法
④使用质量更小的动滑轮
⑤减小滑轮转动轴间的摩擦
(5)小华发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数。同组的其他同学认为她的做法不正确,因为她没有考虑到 对拉力F的影响。
【生活应用】
(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 。
考点 机械效率的计算
【典例】工人利用如图所示的滑轮组,将质量为80 kg的重物在10 s 内匀速提升1 m,此时滑轮组的机械效率为80%(不计绳重与摩擦,g取10 N/kg),回答以下问题:
(1)有用功的功率为 W;
(2)工人对绳的拉力做功 J;动滑轮重 N;
(3)若增大物重,该滑轮组的机械效率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
【提分必备】 利用简单机械做功的计算
装置 W η
W有=Gh W额=G动h W总=Fs=Fnh=Gh+G动h (忽略绳重及摩擦) η====(通用) 或η== (忽略绳重及摩擦) 注:n为承担物重的绳子股数
W有=fs物 W总=Fs=Fns物 注:f为物体与 地面的摩擦力 η=== = 注:n为承担摩擦力 的绳子股数
W有=Gh W额=fl W总=Fl或 W总=Gh+fl η==或 η=
【中考挑战】
1.(2025·眉山中考)一台起重机将重2 000 N的货物在10 s内匀速提高5 m,如果额外功是10 000 J,则下列说法错误的是( )
A.起重机做的总功是20 000 J
B.起重机的功率是1 000 W
C.起重机的机械效率为50%
D.增大货物的质量,可以提高起重机的机械效率
2.如图是小龙“测量斜面机械效率”的实验装置,斜面粗糙程度相同。他用平行于斜面向上的恒定拉力F,将重6 N的物体以1 m/s 的速度匀速拉到斜面顶端,测得斜面的机械效率为75%。则下列说法正确的是( )
A.拉力做功为3 J
B.物体受到摩擦力为1.5 N
C.在匀速拉动过程中,物体的机械能不变
D.若以2 m/s的速度匀速拉动物体,斜面机械效率仍为75%
3.一位同学用如图所示的滑轮组拉着重500 N的物体,使物体以0.1 m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10 s,已知物体与地面间的滑动摩擦力为150 N,滑轮组的机械效率为60%,在此过程中下列选项正确的是( )
A.绳子自由端移动的距离为3 m
B.拉力做的有用功为500 J
C.拉力做的额外功为150 J
D.拉力做功的功率为25 W
广西中考真题
题组一 滑轮
1.(2022·柳州中考)如图甲,大人、男孩、女孩用两根相同圆木棍和一根绳子玩“比力气”的游戏。该游戏装置与滑轮组类似,图乙是其示意图。绳的一端固定在一根木棍上,在两根木棍上绕几圈后女孩拽住绳的另一端向外拉,大人、男孩则各握住一根木棍向外拉,三人中被拉动者为负,他们都使出了最大力气,仍处于“僵持”状态,没能分出胜负。忽略绳与木棍之间的摩擦,以下做法中最有可能使女孩获胜的是( )
A.仅将绳在两木棍上多绕1圈
B.仅将绳在两木棍上少绕1圈
C.仅增加绳的总长
D.仅减小绳的总长
2.(2022·贵港中考)如图所示,用动滑轮提起重物。若重物为900 N,工人用F=500 N的拉力将重物沿竖直方向匀速提升了4 m,则拉力所做的功为 J。
3.(2020·桂林中考)如图所示中,在建筑工地上,工人师傅利用一根绳子和两个滑轮运送建筑材料。请在图中画出最省力的滑轮组绕绳方法。
题组二 机械效率
4.(2022·桂林中考)下列办法中,能提高如图滑轮组机械效率的是( )
A.增大摩擦
B.增大定滑轮重力
C.增大动滑轮重力
D.增大被提升物体重力
5.(2022·玉林中考)如图所示,某同学把重为1.5 N的物体匀速提升10 cm,所用的拉力是0.8 N,则他做的有用功为 J,滑轮组的机械效率为 。
全国一年中考
6.(2025·湖南中考)如图,这是小静设计的一款无需电池和燃料的无碳小车。在重物下落驱动无碳小车运动的过程中,下列说法正确的是( )
A.顶部的定滑轮可以省力
B.机械效率可达到100%
C.主要是利用重力势能转化为动能
D.给车轮轴承加润滑油可以增大摩擦力
7.(多选)(2025·天津中考)用如图1所示的动滑轮,先后将两个不同重物在相同时间内匀速提升相同高度,两次做功的情况如图2所示。第一次的额外功为900 J,不计绳重和摩擦,则( A、D )
A.第一次提升重物时机械效率较高
B.第二次提升重物时的额外功较大
C.先后两次提升重物的重力之比为7∶9
D.先后两次提升重物的总功率之比为6∶5
8.(2025·成都中考)在“使用动滑轮”的实验中,竖直向上拉弹簧测力计,如图。弹簧测力计静止时的示数是F1、F2,则F1、F2的大小关系是 ;若钩码匀速上升0.1 m,则绳子自由端移动的距离是 m。
9.(2025·乐山中考)如图所示,在斜面上将一个重10 N的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力F=6 N,斜面长s=0.6 m、高h=0.3 m,则拉力所做的功为 J;把重物直接提升h所做的功作为有用功,忽略弹簧测力计的重力和空气阻力,则斜面对物体的摩擦力为 N。
10.(2025·德阳中考)塔吊是工程建设中常用的装置,其起吊部分的结构可简化为如图所示的滑轮组。用200 N的拉力F,将480 N的重物在10 s内竖直匀速提升2 m,则拉力F的功率为 W,该滑轮组的机械效率为 。
11.(2025·广安中考)小丽用图甲所示的装置,测量滑轮组的机械效率。根据所学知识回答下列问题。
实验 次数 钩码重 力G/N 钩码上 升的高 度h/cm 绳子自 由端的 拉力F/N 绳子自 由端移 动的距 离s/cm 机械 效率η
1 1 3 0.5 ① 66.7%
2 3 5 1.4 15 71.4%
3 6 9 2.5 27 ②
(1)实验时应该竖直向上 (选填“匀速”或“变速”)拉动弹簧测力计。
(2)她按照正确步骤进行了3次实验,记录数据如表格所示。第1次实验中,绳子自由端移动的距离①为 ;第3次实验中,机械效率②为 。
(3)她将图甲装置改接为图乙装置,提升相同钩码,得出图乙装置更 (选填“省力”或“费力”)。
12.(2025·安徽中考)图示为某工人利用一滑轮提升物体的示意图。若该工人将质量为40 kg 的物体沿竖直方向匀速提升3 m,此过程中滑轮的机械效率为80%,g取10 N/kg。求:
(1)物体受到的重力大小;
(2)工人所做的有用功;
(3)工人所做的总功。第十八讲 滑轮 机械效率
考点一 滑轮
项目 图示 定义 特点 F与G的关系 s与h的关系 实质
定 滑 轮 工作时轴 ①固定不动的滑轮 可以②改变力的方向,但不能 ③省力 ④F=G s=h ⑤等臂 杠杆
动 滑 轮 工作时轴 随重物一起运动的滑轮 可以⑥省力,但不能⑦改变力的方向 F=⑧G (不计滑轮重、绳重及任何摩擦) s=⑨2h 动力臂等于阻力臂 ⑩2倍的杠杆
滑 轮 组 定滑轮和动滑轮的组合 既可以省力,又可以改变力的方向 F=G(n是吊着动滑轮的绳子段数,不计滑轮重、绳重及任何摩擦) s=nh ——
考点二 三种功
项目 有用功 额外功 总功
定义 无论是否使用机械, 必须要做 的功(直接拉物体的力所做的功) 使用机械时,并非我们需要但 又不得不做 的功 使用机械时,动力对机械所做的功
举例 用滑轮提升物体时,对物体做的功 用滑轮提升物体时,克服动滑轮重、绳重和摩擦做的功 用滑轮提升物体时,拉力做的功
关系 W总= W有用+W额外 ,W总总是大于W有用,使用任何机械都不省功。
考点三 机械效率
微点拨(1)任何机械的机械效率都小于1。
(2)机械效率的高低与使用机械是省力还是费力无关,也与使用机械的功率无关。
教材包装练
命题点一 滑轮
1.(人教八下P114图12.3-5乙原创)用如图所示的滑轮组吊起某一物体,如该物体重是G=400 N,滑轮重、绳子重、摩擦等不计,为了使物体匀速上升,拉力F= 200 N;若绳子自由端移动了1.2 m,则物体被提升的高度为 0.6 m。
2.(沪粤八下P37图6-6-12原创)如图所示,两个物体的物重分别为G1和G2,忽略滑轮自重及摩擦,当滑轮平衡时,有(C)
A.G1=2G2 B.G1=G2
C.2G1=G2 D.G1=3G2
命题点二 三种功
3.(人教八下P117图12.4-1乙原创)如图所示,在使用动滑轮提起重物时,若钩码的重力是G,弹簧测力计的拉力是F,重物上升的高度是h,弹簧测力计拉绳子移动的距离是s,则有用功W有= Gh ,总功W总= Fs ,额外功W额= Fs-Gh 。(用题中已知量表示)
4.(人教八下P120图12.4-2原创)用如图所示的滑轮组将重为10 N的重物匀速提升2 m,绳子自由端拉力F=4 N,所做的有用功为 20 J,额外功为 4 J,总功为 24 J。
命题点三 机械效率
5.(人教八下P117图12.4-1原创)在图甲中,用弹簧测力计拉着钩码竖直匀速上升h,拉力F甲做了功W甲;在图乙中,弹簧测力计通过动滑轮也使钩码竖直匀速上升了h,拉力F乙做了功W乙,则W甲 < W乙(选填“>”“<”或“=”);若每个钩码重为1 N,弹簧测力计拉动滑轮的力F乙=1.2 N,则动滑轮的机械效率是 83.3% 。
6.(人教八下P123T7改编)工人师傅用如图所示的装置在10 s内把质量为48 kg的货物从地面匀速提升至3楼,每层楼高3 m,所用的拉力为300 N。下列关于图示装置的说法正确的是(C)
A.此过程中,该装置所做有用功为4 320 J
B.此装置中动滑轮的重力为120 N
C.此过程中装置的机械效率为80%
D.拉力做功的功率为540 W
主题 测量滑轮组的机械效率
【一题式探究】用如图所示装置测量滑轮组的机械效率,部分实验数据如表:
序号 钩码重 力G/N 钩码上 升高度 h/cm 拉力 F/N 绳子自 由端移 动距离 s/cm 机械 效率 η/%
1 2.0 6 1.0 18 66.7
2 4.0 6 1.8 18 74.1
3 6.0 6 2.5 18
4 4.0 12 1.8 36 74.1
【设计实验】
(1)实验过程中,应沿竖直方向 匀速 拉动弹簧测力计,第1次实验时,钩码上升的时间为3 s,此过程中,绳子自由端上升的速度为 0.06 m/s;
【进行实验与得出结论】
(2)第3次实验时所做的有用功为 0.36 J,滑轮组的机械效率是 80 %;
(3)分析 1、2、3 次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物的重力越大,滑轮组的机械效率越高;分析2、4次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 无关 ;
(4)提高机械效率可以充分地发挥机械设备的作用,对节能减排、提高经济效益有很重要的意义。下列措施中可以提高滑轮组机械效率的有 ①④⑤ (填序号);
①增大物体的重力
②增大物体上升的高度
③使用更加省力的绕绳方法
④使用质量更小的动滑轮
⑤减小滑轮转动轴间的摩擦
(5)小华发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数。同组的其他同学认为她的做法不正确,因为她没有考虑到 摩擦力 对拉力F的影响。
【生活应用】
(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 减轻动滑轮重力、机械加润滑油 。
考点 机械效率的计算
【典例】工人利用如图所示的滑轮组,将质量为80 kg的重物在10 s 内匀速提升1 m,此时滑轮组的机械效率为80%(不计绳重与摩擦,g取10 N/kg),回答以下问题:
(1)有用功的功率为 80 W;
(2)工人对绳的拉力做功 1 000 J;动滑轮重 200 N;
(3)若增大物重,该滑轮组的机械效率 变大 (填“变大”“变小”或“不变”)。
【提分必备】 利用简单机械做功的计算
装置 W η
W有=Gh W额=G动h W总=Fs=Fnh=Gh+G动h (忽略绳重及摩擦) η====(通用) 或η== (忽略绳重及摩擦) 注:n为承担物重的绳子股数
W有=fs物 W总=Fs=Fns物 注:f为物体与 地面的摩擦力 η=== = 注:n为承担摩擦力 的绳子股数
W有=Gh W额=fl W总=Fl或 W总=Gh+fl η==或 η=
【中考挑战】
1.(2025·眉山中考)一台起重机将重2 000 N的货物在10 s内匀速提高5 m,如果额外功是10 000 J,则下列说法错误的是(B)
A.起重机做的总功是20 000 J
B.起重机的功率是1 000 W
C.起重机的机械效率为50%
D.增大货物的质量,可以提高起重机的机械效率
2.如图是小龙“测量斜面机械效率”的实验装置,斜面粗糙程度相同。他用平行于斜面向上的恒定拉力F,将重6 N的物体以1 m/s 的速度匀速拉到斜面顶端,测得斜面的机械效率为75%。则下列说法正确的是(D)
A.拉力做功为3 J
B.物体受到摩擦力为1.5 N
C.在匀速拉动过程中,物体的机械能不变
D.若以2 m/s的速度匀速拉动物体,斜面机械效率仍为75%
3.一位同学用如图所示的滑轮组拉着重500 N的物体,使物体以0.1 m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10 s,已知物体与地面间的滑动摩擦力为150 N,滑轮组的机械效率为60%,在此过程中下列选项正确的是(D)
A.绳子自由端移动的距离为3 m
B.拉力做的有用功为500 J
C.拉力做的额外功为150 J
D.拉力做功的功率为25 W
广西中考真题
题组一 滑轮
1.(2022·柳州中考)如图甲,大人、男孩、女孩用两根相同圆木棍和一根绳子玩“比力气”的游戏。该游戏装置与滑轮组类似,图乙是其示意图。绳的一端固定在一根木棍上,在两根木棍上绕几圈后女孩拽住绳的另一端向外拉,大人、男孩则各握住一根木棍向外拉,三人中被拉动者为负,他们都使出了最大力气,仍处于“僵持”状态,没能分出胜负。忽略绳与木棍之间的摩擦,以下做法中最有可能使女孩获胜的是(A)
A.仅将绳在两木棍上多绕1圈
B.仅将绳在两木棍上少绕1圈
C.仅增加绳的总长
D.仅减小绳的总长
2.(2022·贵港中考)如图所示,用动滑轮提起重物。若重物为900 N,工人用F=500 N的拉力将重物沿竖直方向匀速提升了4 m,则拉力所做的功为 4 000 J。
3.(2020·桂林中考)如图所示中,在建筑工地上,工人师傅利用一根绳子和两个滑轮运送建筑材料。请在图中画出最省力的滑轮组绕绳方法。
答:
题组二 机械效率
4.(2022·桂林中考)下列办法中,能提高如图滑轮组机械效率的是(D)
A.增大摩擦
B.增大定滑轮重力
C.增大动滑轮重力
D.增大被提升物体重力
5.(2022·玉林中考)如图所示,某同学把重为1.5 N的物体匀速提升10 cm,所用的拉力是0.8 N,则他做的有用功为 0.15 J,滑轮组的机械效率为 62.5% 。
全国一年中考
6.(2025·湖南中考)如图,这是小静设计的一款无需电池和燃料的无碳小车。在重物下落驱动无碳小车运动的过程中,下列说法正确的是(C)
A.顶部的定滑轮可以省力
B.机械效率可达到100%
C.主要是利用重力势能转化为动能
D.给车轮轴承加润滑油可以增大摩擦力
7.(多选)(2025·天津中考)用如图1所示的动滑轮,先后将两个不同重物在相同时间内匀速提升相同高度,两次做功的情况如图2所示。第一次的额外功为900 J,不计绳重和摩擦,则( A、D )
A.第一次提升重物时机械效率较高
B.第二次提升重物时的额外功较大
C.先后两次提升重物的重力之比为7∶9
D.先后两次提升重物的总功率之比为6∶5
8.(2025·成都中考)在“使用动滑轮”的实验中,竖直向上拉弹簧测力计,如图。弹簧测力计静止时的示数是F1、F2,则F1、F2的大小关系是 F1=F2 ;若钩码匀速上升0.1 m,则绳子自由端移动的距离是 0.2 m。
9.(2025·乐山中考)如图所示,在斜面上将一个重10 N的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力F=6 N,斜面长s=0.6 m、高h=0.3 m,则拉力所做的功为 3.6 J;把重物直接提升h所做的功作为有用功,忽略弹簧测力计的重力和空气阻力,则斜面对物体的摩擦力为 1 N。
10.(2025·德阳中考)塔吊是工程建设中常用的装置,其起吊部分的结构可简化为如图所示的滑轮组。用200 N的拉力F,将480 N的重物在10 s内竖直匀速提升2 m,则拉力F的功率为 120 W,该滑轮组的机械效率为 80% 。
11.(2025·广安中考)小丽用图甲所示的装置,测量滑轮组的机械效率。根据所学知识回答下列问题。
实验 次数 钩码重 力G/N 钩码上 升的高 度h/cm 绳子自 由端的 拉力F/N 绳子自 由端移 动的距 离s/cm 机械 效率η
1 1 3 0.5 ① 66.7%
2 3 5 1.4 15 71.4%
3 6 9 2.5 27 ②
(1)实验时应该竖直向上 匀速 (选填“匀速”或“变速”)拉动弹簧测力计。
(2)她按照正确步骤进行了3次实验,记录数据如表格所示。第1次实验中,绳子自由端移动的距离①为 9 ;第3次实验中,机械效率②为 80% 。
(3)她将图甲装置改接为图乙装置,提升相同钩码,得出图乙装置更 费力 (选填“省力”或“费力”)。
12.(2025·安徽中考)图示为某工人利用一滑轮提升物体的示意图。若该工人将质量为40 kg 的物体沿竖直方向匀速提升3 m,此过程中滑轮的机械效率为80%,g取10 N/kg。求:
(1)物体受到的重力大小;
(2)工人所做的有用功;
(3)工人所做的总功。
解:(1)物体受到的重力大小为
G=mg=40 kg×10 N/kg=400 N;
(2)工人所做的有用功为:
W有用=Gh=400 N×3 m=1 200 J;
(3)根据η=可知,工人所做的总功为:W总===1 500 J。
