第19讲 滑轮与机械效率-【暑假自学课】2024年新九年级科学暑假提升精品讲义（浙教版）

第19讲 滑轮与机械效率 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（6大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1．理解定滑轮不能省力，但可以改变用力方向。 2．理解动滑轮不能改变用力方向。 3．知道动滑轮省力的原因。 4．掌握水平、竖直滑轮组的相关考点。 5．掌握不同简单机械的机械效率的计算方法。 6．知道斜面省力程度、机械效率与斜面倾斜程度的关系。 知识点一：动滑轮与定滑轮的性质 动滑轮斜拉时，动力臂会减小，而定滑轮斜拉时，动力臂不变 （1）探究定滑轮的工作特点 ①实质：定滑轮的支点是转动轴，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，是一个等臂杠杆。 ②特点：使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向。 ③定滑轮中的力的关系：（不计轮轴间摩擦）F=G ④定滑轮中的路程/速度关系：绳子自由端移动距离/速度=重物移动的距离/速度 （2）探究动滑轮的工作特点 ①实质：动滑轮的支点是那段上端固定的绳子与动滑轮相切的点，动力臂是滑轮的直径，阻力臂是滑轮的半径 ，因此动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂一半的省力杠杆。 ②特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变力的方向，且多费一倍距离。 ③动滑轮中力的关系：（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：F= 1 /2 G （只忽略轮轴间的摩擦则拉力）F= 1 /2 （G 物+G 动） ④动滑轮中的路程/速度关系：绳子自由端移动距离/速度=2倍的重物移动的距离/速度 知识点二：机械效率 1.有用功 （1） 定义：使用机械做功时，对人们有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人们不用机械而直接 用手时必须做的功，也等于在理想情况下（即不考虑摩擦和机械本身的重力）人们所做的功，或 者是机械对物体做的功。 （2） 常见有用功的计算：在提升物体时，W有用＝ ；在水平拉动物体时，W有用＝ 。 2.额外功 使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额表示。 额外功的来源主要有：①提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功；②克服机械的摩擦所做的功。 3.总功 人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，用W总表示。它等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额，或人对机械的动力为F，则W总＝Fs。 4.机械效率 （1）定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。 （2）公式：η＝ （3）由于总是存在额外功，使得W有用＜W总，所以η一般是 1；影响机械效率的主要因素有摩擦和 机械自重等。 5.机械功率与机械效率有什么区别？ ①　功率是描述物体做功快慢的物理量；机械效率是描述总功中有用功占多大比例的物理量 ②　功率是有单位，而机械效率无单位 ③　功率与机械效率之间无因果关系。功率大的机械，机械效率不一定高 ④　机械效率并不是固定不变的，而是随着不同的工作状态和环境而变化的。同一滑轮组，提升的重物不同，其机械效率不同，提升的重物越重，机械效率越高。 知识点三：水平、竖直滑轮组与机械效率 1.自由端：针对绕在滑轮上的绳子而言，未以任何方式与滑轮连接并且可以移动的一端。 2.滑轮组中的路程关系：自由端移动距离（速度）是动滑轮移动距离（速度）的n倍。（n为与动滑轮连接的绳子段数） （不计轮重及摩擦） （不计轮重及摩擦） 自由端与重物端移动距离/速度关系 力的关系（对动滑轮进行受力分析） 机械效率 重物端 自由端 S拉=nh V拉=nV物 不计绳重及摩擦： 3F拉（nF拉） F物 G动 ①W有用=F物h=G物h ②W总=F拉·S拉=F拉·nh （不计绳重和摩擦时） =（F物＋G动）·h =（G物＋G动）·h ③ （不计绳重和摩擦时） 自由端 重物端 S拉=nS物 V拉=nV物 不计绳重及摩擦： F物 3F拉（nF拉） ①W有用=F物S物=f S物 ②W总=F拉·S拉=F拉·nS物 ③ 额外功来源： 竖直动滑轮/滑轮组：（绳子与滑轮转轴处）摩擦、动滑轮重力、、绳子重力 水平滑轮/滑轮组：（绳子与滑轮转轴处）摩擦 定滑轮：（绳子与滑轮转轴处）摩擦 知识点四：斜面 （1）斜面机械效率 == 斜面的额外功是克服斜面上摩擦力做功 求解斜面摩擦力的方法：W额=W总-W有用 =- f= （2）斜面机械效率影响因素 ①斜面粗糙程度；②斜面倾斜程度 斜面粗糙程度越小，斜面机械效率越大 斜面倾斜程度越大，斜面机械效率越大 （3）斜面上摩擦力与拉力的大小关系 f <F拉 如何推导? == W额=W总-W有用 (4)斜面上摩擦力大小与斜面倾斜程度的关系 斜面粗糙程度相同时，斜面倾斜程度越大，同一个物体在斜面上所受的滑动摩擦力越小 教材习题01 要使图 3-58 中的重物和动滑轮的总重由 3段绳子承担，应当怎样绕制滑轮组？请画在图 3-58 上。 解题方法 ①图中一只定滑轮和一只动滑轮，根据奇动偶定原则确定绳子固定的位置，然后动滑轮和定滑轮交替绕下去即可。 ②奇动偶定原则：如果承担重物的绳子的段数（即绳子股数）是奇数，那么绳子的起始端应拴在动滑轮上（即奇动）；如果绳子的段数是偶数，那么绳子的起始端应拴在定滑轮上（即偶定）。 教材习题02 用滑轮组把 720 牛重的货物提高 10 米，若滑轮组的机械效率是 60%，求有用功、总功和额外功。 解题方法 ①本题考查使用滑轮组时有用功、机械效率公式的应用，要明确有用功、总功的含义 ②由W有=Gh计算有用功，根据η=W有/W总计算总功，根据W总=W有+W额计算额外功。 考点一 定滑轮及其工作特点 1．如图所示，国旗杆顶部装有一个滑轮，下列说法正确的是（　　） A．它可以上下移动 B．用它改变力的大小 C．用它为了更美观 D．用它改变力的方向 2．如图所示，用机械将物体G分别在拉力F1、F2、F3作用下保持静止，不计摩擦，下列说法错误的是（　　） A．这个机械可以改变力的方向 B．F1、F2、F3一样大 C．这个机械的实质是一个等臂杠杆 D．使用这个机械可以省功 3．（2023秋•杭州期中）小李的质量为50千克，可以举起80千克的杠铃；小胖的质量为70千克，可以举起60千克的杠铃。他们两人通过如图所示的装置来比赛，双方都竭尽全力，看谁能把对方拉起来。比赛结果应是（　　） A．小李把小胖拉起 B．小胖把小李拉起 C．两个都拉不起 D．两个都拉起 4.（2024春•淳安县期中）小金用弹簧测力计完成了两个实验（不计弹簧秤自重和摩擦）。 （1）如图1，小金将两个相同的弹簧测力计甲、乙串联起来使用，在弹簧测力计乙的下方挂上5牛的重物，此时甲弹簧测力计显示的读数为 。 （2）如图2，小金用细绳跨过定滑轮，左端挂着重为3牛的物块A，右端系在竖直倒放的弹簧测力计的秤钩上，弹簧测力计的另一端固定重为5牛的重物B上，此时弹簧测力计的示数为 。 考点二 动滑轮及其工作特点 5．（2024•杭州模拟）如图所示，在水平拉力F的作用下重100N的物体A，沿水平桌面做匀速直线运动，弹簧秤B的示数为10N，则拉力F的大小为（　　）N，物体A与水平桌面的摩擦力大小（　　）N。 A．200N；10N B．200N；20N C．20N；10N D．20N；20N 6．（2024•拱墅区一模）小乐用如图所示的两种方式竖直匀速提升某物体，且都使物体上升了2m。已知物体重200N，滑轮重40N，提升时的拉力分别为F甲和F乙。若不计绳重和摩擦，则在提升过程中（　　） A．F甲＝240N B．F甲做的功为240J C．F乙向上移动距离为4m D．F乙所做的功为440J 7.（2023·宁波）如图所示，小宁用竖直向上的拉力F提升物体，使物体在内匀速上升了。已知物体重为，动滑轮重为，不计绳重和摩擦。这一过程中，下列说法错误的是（　　） A．绳子自由端移动速度为 B．拉力F的大小为 C．拉力F做功为 D．该滑轮的机械效率为80% 8．（2023秋•新昌县期末）力F作用下，物块A在水平面上做匀速直线运动。下列三种情况下施加的力F最小的是（不计滑轮的自重及滑轮与绳子间的摩擦）（　　） A．F1 B．F2 C．F3 D．一样大 9．（2022·丽水一模）如图所示，用10N的水平拉力F拉滑轮，使足够长的物体A以0.4m/s的速度在水平地面上匀速运动，弹簧测力计的示数为3N。下列说法正确的是（不计滑轮、弹簧测力计、绳重及滑轮摩擦）（　　） A．地面对A的摩擦力为3N B．绳子拉物体A的功率为2W C．物体B受到的摩擦力为3N，方向水平向左 D．在运动过程中若将拉力F增大到12N，弹簧测力计的示数也增大 考点三 滑轮组的连接与设计 10．如图所示，请画出用滑轮组提升重物时最省力的绕线方法 11．(西湖区一模)如图所示小金想利用滑轮组最省力的绳子绕法水平拉动物体A。若地面对 A的摩擦力与 A的重力比值为n ，A的比热为c, A的温度上升t (为计算方便假设摩擦产生的热都被A吸收) (1)画出滑轮组上绳子的绕法 (2)在用绳子水平匀速拉动物体 A 的过程中，若不计绳子与滑轮之间的摩擦和自重，拉力所做的功 物体A 克服摩擦力所做的功 (选填“大于”小于”或“等于”) (3)已知物体受到的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积，在数值上等于滑动过程中产生的内能，试推导绳子末端移动的距离 S= (请写出推导过程，所得结果用字母表示) 考点四 竖直滑轮组及机械效率 12．（2023•余杭区模拟）用如图所示的滑轮组，在10s内将一个重为1200N的物体匀速提升3m，绳子自由端的拉力为500N，下列相关说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动速度为0.3m/s B．10s内拉力做功的功率是450W C．滑轮组提升重物时的机械效率是72% D．若只减小物体的重力，则滑轮组的机械效率会增大 13．（2024•余姚市模拟）甲、乙两铁块通过滑轮组用细绳连接，吸附在竖直放置且足够长的固定磁性平板两侧，m甲＝1.8kg、m乙＝2kg，如图所示。甲以0.2m/s的速度竖直向下做匀速直线运动，磁性平板对甲的摩擦力大小为4N，对乙的摩擦力大小为2N（细绳足够长且始终处于竖直拉伸状态，不计绳重和绳与滑轮的摩擦，磁性平板对其他器材无磁力作用）。下列说法不正确的是（　　） A．动滑轮质量为0.6kg B．甲所受拉力为22N C．乙所受拉力的功率为2.2W D．3s时间内甲、乙克服摩擦力做的功不相等 14．（2024•滨江区二模）如图为某学生用所做的升降电梯模型模拟电梯的工作情况，电动机的拉力为F，动滑轮重为5N，在10s内将重20N的轿箱连同内部5N的物品一起匀速升高了1m，忽略绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．与电动机相连的绳端移动的速度为0.2m/s B．与电动机相连的绳端拉力大小为12.5N C．拉力F做功的功率为1.5W D．滑轮组的机械效率为83.3% 15．（2024•浙江模拟）在测量滑轮组机械效率的实验中，用如图所示的滑轮组先匀速提升重为G1的物体，额外功与总功之比为1：4，再匀速提升重为G2的物体，先后两次提升时滑轮组的机械效率之比为5：6。若不计绳重和摩擦，则（　　） A．G1：G2＝2：5 B．G1：G2＝2：3 C．先后两次绳子自由端的拉力之比为2：5 D．先后两次绳子自由端的拉力之比为3：5 16．（2024•滨江区一模）如图甲所示装置，小欢用力F向下拉绳子，使物体M在水平地面匀速移动，地面ab、bc粗糙程度不同。物体M重为400N，动滑轮重为5N，ab＝2m，bc＝3m。物体M从a点到c点过程中，拉力F与M移动距离的关系如图乙所示，不考虑物体大小对运动的影响，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，对此过程的分析，下列结论正确的是（　　） A．拉力F做的功为840J B．绳子自由端移动的距离为15m C．物体从ab段到bc段，滑轮组的机械效率变小 D．拉力F在ab段做的额外功等于在bc段做的额外功 17.（2022·舟山一模）如图所示的甲、乙两套装置，每个滑轮的质量均相等，且绳重和摩擦不计。用它们分别将质量相同的重物匀速提升相同高度，若拉力均竖直向上，两装置中，下列四个科学量不相同的是（　　） A．额外功 B．有用功 C．机械效率 D．拉力大小 考点五 水平滑轮组及机械效率 18.（2023·浙江绍兴二模）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 19. 用如图所示的滑轮组拉动重300N的箱子，以0.2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动，箱子与地面间的摩擦力为自身重力的0.2倍，滑轮组的机械效率为75%，下列说法正确的是（　　） A．拉力F为80N B．10s内绳子自由端移动2m C．3s内物体重力做功180J D．拉力F的功率为16W 20．（2024•浙江模拟）如图所示，重为120N的物体A在物体B的重力作用下，以0.06m/s匀速向右移动，此时物体B重力做功的功率为1.8W，水平向左拉力F为24N。不计滑轮、绳子的自重及它们之间的摩擦，下列说法正确的是（　　） A．物体B的重力为8N B．此时机械效率为80% C．物体A重力的功率为7.2W D．当拉力F增大到30N时，物体A将匀速向左运动 21．（2024•浙江模拟）如图所示，两滑轮采取不同的绕绳方法，在粗糙程度相同的木板上，拉着同一重物（不计绳重和摩擦），沿水平方向匀速运动相同的距离。下列说法中正确的是（　　） A．F1所做的额外功多 B．F1＜F2，F2移动距离多 C．两装置的机械效率相同 D．F1＞F2，F1移动距离多 考点6 斜面 22．（2023秋•越城区期末）在图中所示的简单机械中，忽略机械自重和摩擦，当提起相同重物时，最省力的是（　　） A． B． C． D． 23．（2024•西湖区校级模拟）盘山公路相当于 ，是一种省力的简单机械。当汽车在盘山公路上行驶时，公路的倾斜角度越小，汽车的牵引力越小，受到的摩擦力 （选填“越大”、“越小”或“不变”）。24．如图两个光滑的斜面甲和乙，斜面长度一致，甲的高度小于乙，不考虑其他阻力的影响，现用两个不同的力F1和F2将相同的物体推上斜面顶端，则（　　） A．拉力F1＞F2 B．拉力所做的功W1＞W2 C．拉力所做的功率P1＞P2 D．斜面的机械效率η1＝η2 一、选择题 1．如图所示用三个力沿不同的方向拉绳子，则（　　） A．F1最大 B．F2 C．F3最大 D．一样大 2．如图所示，用大小相同的力F匀速提起两个物体，若不计滑轮重及摩擦，则两物体所受重力的大小关系是（　　） A．G1＝2G2 B．G1＝G2 C．G1＝4G2 D．G1＝G2 3．（2024春•杭州月考）如图所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓慢上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变物体的重力G，不计绳重与摩擦，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合下列图中的（　　） A． B． C． D． 4．（2024春•淳安县期中）如图装置，物体B放在水平桌面上，重为2N的物体A通过滑轮组拉物体B，使物体B以0.6m/s的速度水平匀速向右运动。现用一水平拉力F向左拉物体B，使物体A以0.3m/s的速度匀速上升。不计滑轮重、绳重和摩擦，则下列判断正确的是（　　） A．当物体B向右匀速运动时，受到的摩擦力大小为4N B．当物体B向右匀速运动时，物体A的速度为0.2m/s C．当物体B向左匀速运动时，拉力F大小为12N D．当物体B向左匀速运动时，拉力F功率为0.6W 5．（2024•越城区校级一模）如图是小金家阳台上的手摇晾衣架，衣服和晾衣架的总重为100牛，在拉力作用下5s内使衣服匀速上移了1m，不计滑轮重、绳重及摩擦。下列说法正确的是（　　） A．A为动滑轮，B为定滑轮 B．利用该装置能省力，也能改变力的方向 C．衣服匀速上升时，摇柄对绳的拉力F为20牛 D．拉力的功率为80W 6．（2024•上城区校级一模）如图所示，分别使用滑轮或滑轮组匀速提升同一物体，滑轮质量均相等且G动小于G物，在相同的时间内物体被提升的高度也相等，不计绳重和摩擦，下列说法不正确的是（　　） A．三个装置所做的有用功为W甲＝W乙＝W丙 B．绳子自由端移动的速度关系为v甲＜v乙＜v丙 C．绳子自由端的拉力大小为F甲＞F乙＝F丙 D．三个装置的机械效率为η甲＞η乙＝η丙 7．（2023秋•西湖区期末）为测出超过测力计量程的物体的重力，用轻质棉绳按如图方法进行测量，图甲读数为0.4N，图乙读数为4.6N，则物体的重力为（　　） A．2.3N B．5.0N C．8.8N D．9.2N 8.（2023·浙江宁波模拟）小滨同学用如图滑轮组提起一个重物，已知重物重力为G，小滨重力为500N，不计绳重及绳与滑轮之间的摩擦。以下说法正确的是（ ） A．若不计滑轮重力，小滨可以提起的重物最大重力不超过500N B．若小滨将绳子竖直向下拉动2m，则重物可以提升4m C．若G=600N时，滑轮组的机械效率为75%，则动滑轮的重力为200N D．若小滨向右拉动绳子，所需的拉力将会逐渐增大 9．（2024•舟山模拟）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．工人利用该滑轮组提升物体的最大机械效率为90% 10．（2024•平阳县校级模拟）某同学模拟建筑工地上拉动工件的情景，设置了如图所示的滑轮组，每个滑轮重10牛。并用该滑轮组将一个重为100牛的物体沿水平面匀速拉动2米，物体移动时受到地面对物体的摩擦力为35牛。不计绳重和机械摩擦，人对绳端的拉力为（　　） A．22.5牛 B．50牛 C．55牛 D．60牛 二、实验题 11．（2022•北仑区二模）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。那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢？某科学兴趣小组开展以下探究。 【查阅资料】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。 【建立假设】假设1：与斜面的表面材料有关： 假设2：与斜面的倾斜程度有关： 假设3：与物体受到的重力大小有关。 【收集证据】小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验。实验中所用物块的材料及表面粗糙程度相同，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表。 实验序号 1 2 3 4 5 6 斜面倾角θ/度 30 30 30 30 35 40 斜面的表面材料 木板 毛巾 木板 木板 木板 木板 物块重G/N 2.0 2.0 4.0 6.0 2.0 2.0 沿斜面拉力F/N 1.25 1.45 2.50 3.75 1.36 1.48 【得出结论】分析上述数据，斜面的省力情况与 　 　有关。 【拓展交流】已知实验中，斜面长均为1.2m、第1次实验中斜面高为0.6m，则第1次实验中斜面的机械效率是 %。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第19讲 滑轮与机械效率 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（6大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1．理解定滑轮不能省力，但可以改变用力方向。 2．理解动滑轮不能改变用力方向。 3．知道动滑轮省力的原因。 4．掌握水平、竖直滑轮组的相关考点。 5．掌握不同简单机械的机械效率的计算方法。 6．知道斜面省力程度、机械效率与斜面倾斜程度的关系。 知识点一：动滑轮与定滑轮的性质 动滑轮斜拉时，动力臂会减小，而定滑轮斜拉时，动力臂不变 （1）探究定滑轮的工作特点 ①实质：定滑轮的支点是转动轴，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，是一个等臂杠杆。 ②特点：使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向。 ③定滑轮中的力的关系：（不计轮轴间摩擦）F=G ④定滑轮中的路程/速度关系：绳子自由端移动距离/速度=重物移动的距离/速度 （2）探究动滑轮的工作特点 ①实质：动滑轮的支点是那段上端固定的绳子与动滑轮相切的点，动力臂是滑轮的直径，阻力臂是滑轮的半径 ，因此动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂一半的省力杠杆。 ②特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变力的方向，且多费一倍距离。 ③动滑轮中力的关系：（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：F= 1 /2 G （只忽略轮轴间的摩擦则拉力）F= 1 /2 （G 物+G 动） ④动滑轮中的路程/速度关系：绳子自由端移动距离/速度=2倍的重物移动的距离/速度 知识点二：机械效率 1.有用功 （1） 定义：使用机械做功时，对人们有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人们不用机械而直接 用手时必须做的功，也等于在理想情况下（即不考虑摩擦和机械本身的重力）人们所做的功，或 者是机械对物体做的功。 （2） 常见有用功的计算：在提升物体时，W有用＝ ；在水平拉动物体时，W有用＝ 。 2.额外功 使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额表示。 额外功的来源主要有：①提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功；②克服机械的摩擦所做的功。 3.总功 人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，用W总表示。它等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额，或人对机械的动力为F，则W总＝Fs。 4.机械效率 （1）定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。 （2）公式：η＝ （3）由于总是存在额外功，使得W有用＜W总，所以η一般是 1；影响机械效率的主要因素有摩擦和 机械自重等。 5.机械功率与机械效率有什么区别？ ①　功率是描述物体做功快慢的物理量；机械效率是描述总功中有用功占多大比例的物理量 ②　功率是有单位，而机械效率无单位 ③　功率与机械效率之间无因果关系。功率大的机械，机械效率不一定高 ④　机械效率并不是固定不变的，而是随着不同的工作状态和环境而变化的。同一滑轮组，提升的重物不同，其机械效率不同，提升的重物越重，机械效率越高。 知识点三：水平、竖直滑轮组与机械效率 1.自由端：针对绕在滑轮上的绳子而言，未以任何方式与滑轮连接并且可以移动的一端。 2.滑轮组中的路程关系：自由端移动距离（速度）是动滑轮移动距离（速度）的n倍。（n为与动滑轮连接的绳子段数） （不计轮重及摩擦） （不计轮重及摩擦） 自由端与重物端移动距离/速度关系 力的关系（对动滑轮进行受力分析） 机械效率 重物端 自由端 S拉=nh V拉=nV物 不计绳重及摩擦： 3F拉（nF拉） F物 G动 ①W有用=F物h=G物h ②W总=F拉·S拉=F拉·nh （不计绳重和摩擦时） =（F物＋G动）·h =（G物＋G动）·h ③ （不计绳重和摩擦时） 自由端 重物端 S拉=nS物 V拉=nV物 不计绳重及摩擦： F物 3F拉（nF拉） ①W有用=F物S物=f S物 ②W总=F拉·S拉=F拉·nS物 ③ 额外功来源： 竖直动滑轮/滑轮组：（绳子与滑轮转轴处）摩擦、动滑轮重力、、绳子重力 水平滑轮/滑轮组：（绳子与滑轮转轴处）摩擦 定滑轮：（绳子与滑轮转轴处）摩擦 知识点四：斜面 （1）斜面机械效率 == 斜面的额外功是克服斜面上摩擦力做功 求解斜面摩擦力的方法：W额=W总-W有用 =- f= （2）斜面机械效率影响因素 ①斜面粗糙程度；②斜面倾斜程度 斜面粗糙程度越小，斜面机械效率越大 斜面倾斜程度越大，斜面机械效率越大 （3）斜面上摩擦力与拉力的大小关系 f <F拉 如何推导? == W额=W总-W有用 (4)斜面上摩擦力大小与斜面倾斜程度的关系 斜面粗糙程度相同时，斜面倾斜程度越大，同一个物体在斜面上所受的滑动摩擦力越小 教材习题01 要使图 3-58 中的重物和动滑轮的总重由 3段绳子承担，应当怎样绕制滑轮组？请画在图 3-58 上。 解题方法 ①图中一只定滑轮和一只动滑轮，根据奇动偶定原则确定绳子固定的位置，然后动滑轮和定滑轮交替绕下去即可。 ②奇动偶定原则：如果承担重物的绳子的段数（即绳子股数）是奇数，那么绳子的起始端应拴在动滑轮上（即奇动）；如果绳子的段数是偶数，那么绳子的起始端应拴在定滑轮上（即偶定）。 【答案】 教材习题02 用滑轮组把 720 牛重的货物提高 10 米，若滑轮组的机械效率是 60%，求有用功、总功和额外功。 解题方法 ①本题考查使用滑轮组时有用功、机械效率公式的应用，要明确有用功、总功的含义 ②由W有=Gh计算有用功，根据η=W有/W总计算总功，根据W总=W有+W额计算额外功。 【答案】解：由题知，货物重力和货物被提高的高度， 克服货物重力做的有用功： W有=Gh=720N×10m=7200J； 由η=W有/W总可得，总功：W总=W有/η==12000J； 由W总=W有+W额可得，额外功： W额=W总-W有=12000J-7200J=4800J。 答：有用功为7200J，总功为12000J，额外功为4800J。 考点一 定滑轮及其工作特点 1．如图所示，国旗杆顶部装有一个滑轮，下列说法正确的是（　　） A．它可以上下移动 B．用它改变力的大小 C．用它为了更美观 D．用它改变力的方向 【答案】D 【解析】升旗时旗杆顶端的滑轮并不随旗帜升降，它是一个定滑轮，用力方向与红旗运动的方向相反，故用它改变力的方向。 2．如图所示，用机械将物体G分别在拉力F1、F2、F3作用下保持静止，不计摩擦，下列说法错误的是（　　） A．这个机械可以改变力的方向 B．F1、F2、F3一样大 C．这个机械的实质是一个等臂杠杆 D．使用这个机械可以省功 【答案】D 【解析】ABC、定滑轮的动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，所以定滑轮的实质是一个等臂杠杆，则使用定滑轮不能省力，不计摩擦，所以F1、F2、F3一样大，但定滑轮可以改变力的方向，故ABC正确；D、使用任何机械都不省功 3．（2023秋•杭州期中）小李的质量为50千克，可以举起80千克的杠铃；小胖的质量为70千克，可以举起60千克的杠铃。他们两人通过如图所示的装置来比赛，双方都竭尽全力，看谁能把对方拉起来。比赛结果应是（　　） A．小李把小胖拉起 B．小胖把小李拉起 C．两个都拉不起 D．两个都拉起 【答案】B 【解答】解：小李和小胖虽然他们能举起的杠铃重力不一样，但向下拉动定滑轮上的绳子的拉力与他们的胳膊的举力无关；由于对绳子的拉力是靠自身的重力产生的，所以对绳子的拉力最大能达到自身的重力的大小，由于装置是定滑轮，只改变力的方向，不能省力，所以绳子上的作用力最大只能等于重力较小的小李的重力，则绳子上的作用力小于小胖的重力，即小胖把小李拉起。 故选：B。 4.（2024春•淳安县期中）小金用弹簧测力计完成了两个实验（不计弹簧秤自重和摩擦）。 （1）如图1，小金将两个相同的弹簧测力计甲、乙串联起来使用，在弹簧测力计乙的下方挂上5牛的重物，此时甲弹簧测力计显示的读数为 。 （2）如图2，小金用细绳跨过定滑轮，左端挂着重为3牛的物块A，右端系在竖直倒放的弹簧测力计的秤钩上，弹簧测力计的另一端固定重为5牛的重物B上，此时弹簧测力计的示数为 。 【答案】（1）5N；（2）3N。 【解答】解：（1）如图1，小金将两个相同的弹簧测力计甲、乙串联起来使用，不计弹簧秤自重和摩擦，在弹簧测力计乙的下方挂上5牛的重物，此时甲弹簧测力计秤钩拉力等于物体的重力G，即显示的读数为5。 （2）如图2，小金用细绳跨过定滑轮，左端挂着重为3牛的物块A，右端系在竖直倒放的弹簧测力计的秤钩上，弹簧测力计的另一端固定重为5牛的重物B，此时弹簧测力计的示数等于秤钩绳子的拉力，而定滑轮不改力的大小，故为3。 故答案为：（1）5N；（2）3N。 考点二 动滑轮及其工作特点 5．（2024•杭州模拟）如图所示，在水平拉力F的作用下重100N的物体A，沿水平桌面做匀速直线运动，弹簧秤B的示数为10N，则拉力F的大小为（　　）N，物体A与水平桌面的摩擦力大小（　　）N。 A．200N；10N B．200N；20N C．20N；10N D．20N；20N 【答案】C 【解答】解：如图所示，弹簧测力计B测出了动滑轮上的绳子上的拉力为10N；则物体A受到拉力为10N；又因物体A做匀速直线运动，则物体A与水平桌面的摩擦力与物体A受到拉力是一对平衡力，则摩擦力大小也是10N； 拉力F＝2f＝2×10N＝20N。 故选：C。 6．（2024•拱墅区一模）小乐用如图所示的两种方式竖直匀速提升某物体，且都使物体上升了2m。已知物体重200N，滑轮重40N，提升时的拉力分别为F甲和F乙。若不计绳重和摩擦，则在提升过程中（　　） A．F甲＝240N B．F甲做的功为240J C．F乙向上移动距离为4m D．F乙所做的功为440J 【答案】D 【解答】解：A、甲图n＝2，F甲＝（G+G动）＝×（200N+40N）＝120N，故A错误； B、根据不计绳重及摩擦，拉力做功W＝（G+G动）h＝（200N+40N）×2m＝480J，故B错误； C、乙动力作用在轴心，属于费力杠杆，可以省距离，拉力移动的距离是物体高度的一半，即1m，故C错误； D、根据不计绳重及摩擦，拉力做功W＝Gh+G动h动＝200N×2m+40N×1m＝440J，故D正确。 故选：D。 7.（2023·宁波）如图所示，小宁用竖直向上的拉力F提升物体，使物体在内匀速上升了。已知物体重为，动滑轮重为，不计绳重和摩擦。这一过程中，下列说法错误的是（　　） A．绳子自由端移动速度为 B．拉力F的大小为 C．拉力F做功为 D．该滑轮的机械效率为80% 【答案】A 【解析】A．由题意可知，绳子的股数为2股，物体上升的速度为 故绳子自由端移动速度为 故A    错误，符合题意； B．拉力F的大小为 故B正确，不符合题意； C．拉力F做功为 故C正确，不符合题意； D．该滑轮的机械效率为 故D正确，不符合题意。 故选A。 8．（2023秋•新昌县期末）力F作用下，物块A在水平面上做匀速直线运动。下列三种情况下施加的力F最小的是（不计滑轮的自重及滑轮与绳子间的摩擦）（　　） A．F1 B．F2 C．F3 D．一样大 【答案】B 【解答】解：由图示和题意可知，使用滑轮水平拉动物体A使其在水平面上做匀速直线运动，需要克服物体A受到地面的摩擦力，设物体A受到的摩擦力为f； 第一幅图为定滑轮，不计滑轮的自重及滑轮与绳子间的摩擦，由定滑轮的特点可得拉力F1＝f； 第二幅图为动滑轮，绳子股数为2，不计滑轮的自重及滑轮与绳子间的摩擦，由动滑轮的特点可得拉力F2＝f； 第三幅图为“倒置”的动滑轮，拉力作用在动滑轮的轴上，相当于费力杠杆，不计滑轮的自重及滑轮与绳子间的摩擦，则拉力F3＝2f； 综上所述，三种情况下施加的力F最小的是F2。 故选：B。 9．（2022·丽水一模）如图所示，用10N的水平拉力F拉滑轮，使足够长的物体A以0.4m/s的速度在水平地面上匀速运动，弹簧测力计的示数为3N。下列说法正确的是（不计滑轮、弹簧测力计、绳重及滑轮摩擦）（　　） A．地面对A的摩擦力为3N B．绳子拉物体A的功率为2W C．物体B受到的摩擦力为3N，方向水平向左 D．在运动过程中若将拉力F增大到12N，弹簧测力计的示数也增大 【答案】B 【解析】AC．测力计对B的拉力与A对B的摩擦力是一对平衡力，这两个力大小相等，弹簧测力计示数为3N，所以A对B的摩擦力为3N，方向水平向右；由于物体间力的左右是相互的，则B对A的摩擦力为3N，方向水平向左，对A受力分析，A受到水平向右的绳子的拉力、水平向左的B对A的摩擦力、水平向左的地面对A的摩擦力，F作用在动滑轮上，对滑轮的拉力为10N，则拉动A的力为5N，所以地面对A的摩擦力为 f=5N-3N=2N 故AC错误； B．绳子拉物体A的功率为 故B正确； D．在运动过程中若将拉力F增大，但是AB间的压力大小和接触面的粗糙程度不变，则AB间的摩擦力不变，且物体B仍然静止，由二力平衡条件可知，测力计的示数不变，仍为3N，故D错误。 故选B。 考点三 滑轮组的连接与设计 10．如图所示，请画出用滑轮组提升重物时最省力的绕线方法 【答案】最省力的画法是从动滑轮起到动滑轮结束 11．(西湖区一模)如图所示小金想利用滑轮组最省力的绳子绕法水平拉动物体A。若地面对 A的摩擦力与 A的重力比值为n ，A的比热为c, A的温度上升t (为计算方便假设摩擦产生的热都被A吸收) (1)画出滑轮组上绳子的绕法 (2)在用绳子水平匀速拉动物体 A 的过程中，若不计绳子与滑轮之间的摩擦和自重，拉力所做的功 物体A 克服摩擦力所做的功 (选填“大于”小于”或“等于”) (3)已知物体受到的滑动摩擦力和物体间相对滑动的距离的乘积，在数值上等于滑动过程中产生的内能，试推导绳子末端移动的距离 S= (请写出推导过程，所得结果用字母表示) 考点四 竖直滑轮组及机械效率 12．（2023•余杭区模拟）用如图所示的滑轮组，在10s内将一个重为1200N的物体匀速提升3m，绳子自由端的拉力为500N，下列相关说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动速度为0.3m/s B．10s内拉力做功的功率是450W C．滑轮组提升重物时的机械效率是72% D．若只减小物体的重力，则滑轮组的机械效率会增大 【解答】解：A、图中连接动滑轮的绳子股数n＝3，绳子自由端移动的距离s＝nh＝3×3m＝9m，移动的速度v0.9m/s，故A错误； B、拉力做的功W总＝Fs＝500N×9m＝4500J，功率P450W，故B正确； C、滑轮组做的有用功W有用＝Gh＝1200N×3m＝3600J， 滑轮组提升重物时的机械效率η100%100%＝80%，故C错误； D、滑轮组的机械效率η，若只减小物体的重力，有用功减小，有用功在总功中的比值减小，滑轮组的机械效率减小，故D错误。 故选：B。 13．（2024•余姚市模拟）甲、乙两铁块通过滑轮组用细绳连接，吸附在竖直放置且足够长的固定磁性平板两侧，m甲＝1.8kg、m乙＝2kg，如图所示。甲以0.2m/s的速度竖直向下做匀速直线运动，磁性平板对甲的摩擦力大小为4N，对乙的摩擦力大小为2N（细绳足够长且始终处于竖直拉伸状态，不计绳重和绳与滑轮的摩擦，磁性平板对其他器材无磁力作用）。下列说法不正确的是（　　） A．动滑轮质量为0.6kg B．甲所受拉力为22N C．乙所受拉力的功率为2.2W D．3s时间内甲、乙克服摩擦力做的功不相等 【答案】B 【解答】解：对甲、乙两物体进行受力分析，如下图所示： AB.甲受到的重力为：G甲＝m甲g＝1.8kg×10N/kg＝18N， 乙受到的重力为：G乙＝m乙g＝2kg×10N/kg＝20N， 因为甲、乙都做匀速直线运动， 则有：G甲＝f甲+F甲，G乙+f乙＝F乙， 则：F甲＝G甲﹣f甲＝18N﹣4N＝14N，故B错误； 则：F乙＝G乙+f乙＝20N+2N＝22N， 而对于动滑轮有：2F甲＝G动+F乙，则：G动＝2F甲﹣F乙＝2×14N﹣22N＝6N， 由G＝mg可知，动滑轮的质量为：m动＝＝＝0.6kg，故A正确； C.由v甲＝2v乙可知，乙运动的速度为：v乙＝v甲＝×0.2m/s＝0.1m/s， 由P＝＝＝Fv可知，乙所受拉力的功率为：P乙＝F乙v乙＝22N×0.1m/s＝2.2W，故C正确； D.由v＝可知，甲、乙两物体在3s内运动的路程分别为： s甲＝v甲t＝0.2m/s×3s＝0.6m， s乙＝v乙t＝0.1m/s×3s＝0.3m， 由W＝fs可知，3s时间内甲、乙克服摩擦力做的功分别为： W甲＝f甲s甲＝4N×0.6m＝2.4J， W乙＝f乙s乙＝2N×0.3m＝0.6J， 所以3s时间内甲、乙克服摩擦力做的功不相等，故D正确。 故选：B。 14．（2024•滨江区二模）如图为某学生用所做的升降电梯模型模拟电梯的工作情况，电动机的拉力为F，动滑轮重为5N，在10s内将重20N的轿箱连同内部5N的物品一起匀速升高了1m，忽略绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．与电动机相连的绳端移动的速度为0.2m/s B．与电动机相连的绳端拉力大小为12.5N C．拉力F做功的功率为1.5W D．滑轮组的机械效率为83.3% 【答案】A 【解答】解：A、由图可知，n＝2，绳子自由端移动的速度为： v绳＝nv物＝＝＝0.2m/s，故A正确； B、忽略绳重和摩擦，与电动机相连的绳端拉力大小为： F＝（G+G箱+G动）＝×（5N+20N+5N）＝15N，故B错误； C、拉力F做功的功率为： P＝＝＝Fv绳＝15N×0.2m/s＝3W，故C错误； D、该滑轮组的机械效率为： η＝＝＝＝＝×100%≈16.7%，故D错误。 故选：A。 15．（2024•浙江模拟）在测量滑轮组机械效率的实验中，用如图所示的滑轮组先匀速提升重为G1的物体，额外功与总功之比为1：4，再匀速提升重为G2的物体，先后两次提升时滑轮组的机械效率之比为5：6。若不计绳重和摩擦，则（　　） A．G1：G2＝2：5 B．G1：G2＝2：3 C．先后两次绳子自由端的拉力之比为2：5 D．先后两次绳子自由端的拉力之比为3：5 【答案】C 【解答】解：AB、由题意可知，使用滑轮组匀速提升重为G1的物体时，额外功与总用功之比为1：4， 因不计绳重和摩擦时，克服物体重力所做的功为有用功，克服动滑轮重力所做的功为额外功，总功等于有用功和额外功之和， 所以，由W＝Gh可得： ＝＝＝，即G动＝； 两次提升时滑轮组的机械效率之比为5：6，不计绳重和摩擦，根据η＝＝＝＝可知， ＝＝＝， 解得：G1：G2＝1：3，故AB错误； CD、不计绳重和摩擦，根据F＝（G+G动）可知，先后两次绳子自由端的拉力之比为： ＝＝＝，故C正确，D错误。 故选：C。 16．（2024•滨江区一模）如图甲所示装置，小欢用力F向下拉绳子，使物体M在水平地面匀速移动，地面ab、bc粗糙程度不同。物体M重为400N，动滑轮重为5N，ab＝2m，bc＝3m。物体M从a点到c点过程中，拉力F与M移动距离的关系如图乙所示，不考虑物体大小对运动的影响，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，对此过程的分析，下列结论正确的是（　　） A．拉力F做的功为840J B．绳子自由端移动的距离为15m C．物体从ab段到bc段，滑轮组的机械效率变小 D．拉力F在ab段做的额外功等于在bc段做的额外功 【答案】A 【解答】解：AB、物体M从a点到c点过程中，通过的距离为2m+3m＝5m，绳子的有效段数为2，故绳子自由端移动的距离：s＝2h＝2×5m＝10m； ab＝2m，bc＝3m，绳子自由端移动的距离分别为：s1＝2×2m＝4m，s2＝2×3m＝6m，由图乙知绳子的拉力分别为60N和100N，拉力做的总功为：W＝W1+W2＝F1s1+F2s2＝60N×4m+100N×6m＝840J，故A正确、B错误； C、使物体M在水平地面匀速移动，根据二力平衡，物体受到的滑动摩擦力等于水平面上绳子的拉力的大小，因绳端拉力100N大于60N，由f＝F水平＝nF绳﹣G动可知bc段物体受到的滑动摩擦力大，滑轮组的机效率为：η＝＝＝＝＝，动滑轮的重力不变，物体从ab段到bc段，滑动摩擦力变大，故滑轮组的机械效率变大，故C错误； D、本题中，克服摩擦力做的功为有用功，忽略绳子重力及滑轮转轴摩擦，故克服动滑轮的重力做的功为额外功，ab段和在bc段动滑轮提升的高度不同，根据W＝Gh可知，拉力F在ab段做的额外功小于在bc段做的额外功，故D错误。 故选：A。 17.（2022·舟山一模）如图所示的甲、乙两套装置，每个滑轮的质量均相等，且绳重和摩擦不计。用它们分别将质量相同的重物匀速提升相同高度，若拉力均竖直向上，两装置中，下列四个科学量不相同的是（　　） A．额外功 B．有用功 C．机械效率 D．拉力大小 【答案】D 【解析】A．绳重和摩擦不计，所以克服动滑轮所做的功就是额外功，由W额=G动h可知，由于每个滑轮的质量均相等且被提升相同高度，所以两装置中，额外功相同，故A不符合题意； B．物体的质量，由G=mg可知物体的重力相等，上升的高度相等，由W有=Gh可知，有用功相等，故B不符合题意； C．有用功和额外功相等，总功等于有用功和额外功之和，所以总功相等，机械效率等于有用功和总功的比值，所以机械效率相等，故C不符合题意； D．绳重和摩擦不计，物体的重力相等，动滑轮的重力相等，由图可知，甲图中动滑轮绕绳子的段数是2段，乙图中动滑轮绕绳子的段数是3段，由可知拉力大小不同，故D符合题意。 故选D。 考点五 水平滑轮组及机械效率 18.（2023·浙江绍兴二模）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 【答案】C 【解析】因滑轮组处于静止状态，在水平方向受到的爸爸的拉力大小等于受到妈妈拉力与小明的拉力大小之和。因爸爸、妈妈处都于静止状态，故爸爸、妈妈受到的地面施加的摩擦力与滑轮组对爸爸、妈妈的拉力为一对平衡力，大小相等。爸爸与地面之间的摩擦力最大可达540牛，故滑轮组右端拉爸爸的拉力大小等于540N，由力的作用是相互的，爸爸拉滑轮组的拉力为540N，不计滑轮重、绳重及其摩擦，右侧滑轮组绳子的有效段数为3，小明的拉力大小为 妈妈拉滑轮组的拉力 F妈妈= F爸爸-F= f爸爸-F=540N-180N=360N 滑轮组拉力妈妈的力为360N，根据二力平衡，则妈妈与地面间的摩擦力至少应达到360N，故ABD不符合题意，C符合题意。 19. 用如图所示的滑轮组拉动重300N的箱子，以0.2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动，箱子与地面间的摩擦力为自身重力的0.2倍，滑轮组的机械效率为75%，下列说法正确的是（　　） A．拉力F为80N B．10s内绳子自由端移动2m C．3s内物体重力做功180J D．拉力F的功率为16W 【答案】D 【解析】A．物体所受摩擦力为 由图可知，相当于两段绳子拉着物体，又由于物体匀速运动，绳子拉物体的拉力等于摩擦力，则有 所以拉力为 故A错误； B．绳端移动的距离为 故B错误； C．重力方向竖直向下，在力的方向上，物体没有移动，故重力不做功，故C错误； D．绳子端移动速度为 拉力功率为 故D正确。故选D。 20．（2024•浙江模拟）如图所示，重为120N的物体A在物体B的重力作用下，以0.06m/s匀速向右移动，此时物体B重力做功的功率为1.8W，水平向左拉力F为24N。不计滑轮、绳子的自重及它们之间的摩擦，下列说法正确的是（　　） A．物体B的重力为8N B．此时机械效率为80% C．物体A重力的功率为7.2W D．当拉力F增大到30N时，物体A将匀速向左运动 【答案】B 【解答】解：A、由图可知，n＝2，物体B移动的速度为： v绳＝nv物＝2×0.06m/s＝0.12m/s，根据P＝＝＝Gv绳可知，物体B的重力为： GB＝＝＝15N，故A错误； B、物体A匀速向右移动，根据力的平衡关系可知，滑轮组对物体A的拉力F'＝F＝24N， 该滑轮组的机械效率为： η＝＝＝＝＝＝80%，故B正确； C、物体A在物体B的重力作用下匀速向右移动，在重力方向移动的距离为0，根据W＝Fs和P＝可知。物体A重力做功为0，功率为0，故C错误； D、当拉力F增大到30N，此时拉力F大于滑轮组对物体A的拉力F'，物体A处于非平衡状态，因此物体A将向左做加速运动，故D错误。 故选：B。 21．（2024•浙江模拟）如图所示，两滑轮采取不同的绕绳方法，在粗糙程度相同的木板上，拉着同一重物（不计绳重和摩擦），沿水平方向匀速运动相同的距离。下列说法中正确的是（　　） A．F1所做的额外功多 B．F1＜F2，F2移动距离多 C．两装置的机械效率相同 D．F1＞F2，F1移动距离多 【答案】C 【解答】解：由图可知，承担物重的绳子股数分别为：n1＝2，n2＝3； 绳子自由端移动的距离分别为：s1＝n1h＝2h，s2＝n2h＝3h，所以F2移动距离多； 不计绳重及摩擦，由F＝f可知绳子自由端受到的拉力分别为： F1＝f，F2＝f， 由此可知，F1＞F2； 由于不计绳重和摩擦，两图中的额外功都为零， 由于接触面的粗糙程度相同、物体的重力相同，物体对水平面的压力也相同，所以物体受到的摩擦力相同，由W有用＝fh知利用两滑轮组做的有用功相同，总功也相同，由η＝×100%可知，两装置的机械效率相同； 故ABD错误，C正确。 故选：C。 考点6 斜面 22．（2023秋•越城区期末）在图中所示的简单机械中，忽略机械自重和摩擦，当提起相同重物时，最省力的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解答】解：A、图为斜面，忽略机械自重和摩擦，根据功的原理，可知FL＝Gh，可以计算出F1＝＝＝G； B、此图是定滑轮，由定滑轮的工作特点可知，使用定滑轮不省力，即F2＝G； C、根据杠杆的平衡条件可知，F3×3L＝G×L，所以动力F3＝＝G； D、此图是动滑轮，由动滑轮的工作特点可知，使用动滑轮能省一半的力，即F4＝G； 由以上可知：忽略机械自重和摩擦，当提起相同重物时，最省力的是C。 故选：C。 23．（2024•西湖区校级模拟）盘山公路相当于 ，是一种省力的简单机械。当汽车在盘山公路上行驶时，公路的倾斜角度越小，汽车的牵引力越小，受到的摩擦力 （选填“越大”、“越小”或“不变”）。 【答案】斜面；越大。 【解答】解：盘山公路相当于斜面，省力费距离，是一种省力的简单机械。当汽车在盘山公路上行驶时，公路的倾斜角度越小，汽车对公路的压力越大，受到的摩擦力越大。 故答案为：斜面；越大。 24．如图两个光滑的斜面甲和乙，斜面长度一致，甲的高度小于乙，不考虑其他阻力的影响，现用两个不同的力F1和F2将相同的物体推上斜面顶端，则（　　） A．拉力F1＞F2 B．拉力所做的功W1＞W2 C．拉力所做的功率P1＞P2 D．斜面的机械效率η1＝η2 【答案】D 【分析】（1）使用斜面时，斜面倾斜角度越大，越费力； （2）斜面没有摩擦时，额外功为零；总功等于有用功； （3）根据功率计算公式P=W/t分析，拉力所做功率大小与功的大小和做功时间有关； （4）根据机械效率公式η=W有用/W总=W有用/(W有用+W额)进行分析。 一、选择题 1．如图所示用三个力沿不同的方向拉绳子，则（　　） A．F1最大 B．F2 C．F3最大 D．一样大 【答案】C 【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，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B、C、D错误。 故选：A。 2．如图所示，用大小相同的力F匀速提起两个物体，若不计滑轮重及摩擦，则两物体所受重力的大小关系是（　　） A．G1＝2G2 B．G1＝G2 C．G1＝4G2 D．G1＝G2 【答案】B 【解析】用大小相同的力F匀速提起两个物体， 左图使用的是定滑轮，不计滑轮重及摩擦，拉力F＝G1； 右图使用的是动滑轮，不计滑轮重及摩擦，拉力F＝G2； 可得：G1＝G2； 3．（2024春•杭州月考）如图所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓慢上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变物体的重力G，不计绳重与摩擦，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合下列图中的（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解答】解：动滑轮的重力不可忽略，则克服动滑轮的重所做的功为额外功，η＝＝＝＝， 可见，当物重增大时，机械效率增大，但机械效率η与物体重力G的关系并不成正比，故B正确符合题意。 故选：B。 4．（2024春•淳安县期中）如图装置，物体B放在水平桌面上，重为2N的物体A通过滑轮组拉物体B，使物体B以0.6m/s的速度水平匀速向右运动。现用一水平拉力F向左拉物体B，使物体A以0.3m/s的速度匀速上升。不计滑轮重、绳重和摩擦，则下列判断正确的是（　　） A．当物体B向右匀速运动时，受到的摩擦力大小为4N B．当物体B向右匀速运动时，物体A的速度为0.2m/s C．当物体B向左匀速运动时，拉力F大小为12N D．当物体B向左匀速运动时，拉力F功率为0.6W 【答案】C 【解答】解：由图可知，连接动滑轮绳子的股数n＝3； A、当B水平匀速向右运动时，由题意和平衡条件可知，B受到的摩擦力：f＝nFA＝nGA＝3×2N＝6N，故A错误； B、当物体B以0.6m/s的速度水平匀速向右运动时，物体A的速度为物体B速度的3倍：vA＝nvB＝3×0.6m/s＝1.8m/s，故B错误； C、水平向左匀速拉物体B时，由于压力大小和接触面的粗糙程度不变，则B受到的摩擦力大小不变（仍然为6N），方向水平向右； 由力的平衡条件可得，此时的拉力：F＝3FA+f＝3GA+f＝3×2N+6N＝12N，故C正确； D、水平向左匀速拉物体B时，此时B移动的速度：vB′＝vA′＝×0.3m/s＝0.1m/s，则拉力F功率： P＝＝＝FvB′＝12N×0.1m/s＝1.2W，故D错误。 故选：C。 5．（2024•越城区校级一模）如图是小金家阳台上的手摇晾衣架，衣服和晾衣架的总重为100牛，在拉力作用下5s内使衣服匀速上移了1m，不计滑轮重、绳重及摩擦。下列说法正确的是（　　） A．A为动滑轮，B为定滑轮 B．利用该装置能省力，也能改变力的方向 C．衣服匀速上升时，摇柄对绳的拉力F为20牛 D．拉力的功率为80W 【答案】B 【解答】解：A．A滑轮的轴是固定不动的，是定滑轮，B滑轮的轴与物体一起运动，是动滑轮，故A错误； B．由图可知，晾衣架右两个动滑轮，连接动滑轮绳子的股数n＝4，不计滑轮重、绳重及摩擦，人对绳的拉力F＝G，拉力方向向下，可见，利用该装置既能省力，又能改变力的方向，故B正确； C．由图可知，连接动滑轮绳子的股数n＝4，不计滑轮重绳重及摩擦，静止时绳的拉力：F＝G总＝×100N＝25N，故C错误； D．由图可知，晾衣架有两个动滑轮，连接动滑轮绳子的股数n＝4，晾衣架上升1m，摇柄端绳子要下降s＝4h＝4×1m＝4m， 不计滑轮重、绳重及摩擦，摇柄对绳做功W＝Fs＝25N×4m＝100J， 拉力的功率：P＝＝＝20W，故D错误。 故选：B。 6．（2024•上城区校级一模）如图所示，分别使用滑轮或滑轮组匀速提升同一物体，滑轮质量均相等且G动小于G物，在相同的时间内物体被提升的高度也相等，不计绳重和摩擦，下列说法不正确的是（　　） A．三个装置所做的有用功为W甲＝W乙＝W丙 B．绳子自由端移动的速度关系为v甲＜v乙＜v丙 C．绳子自由端的拉力大小为F甲＞F乙＝F丙 D．三个装置的机械效率为η甲＞η乙＝η丙 【答案】C 【解答】解：A、克服物体重力做的功为有用功，甲、乙、丙三种装置做的有用功都为W有用＝G物h，故A正确； B、从图中可知，甲为定滑轮（n＝1），乙为动滑轮（n＝2），丙为滑轮组（n＝3），在相同的时间内物体被提升的高度均为h，则绳子自由端移动的距离s甲＝h，s乙＝2h，s丙＝3h，因此s甲＜s乙＜s丙，运动时间相同，根据v＝可知绳子自由端移动的速度关系为v甲＜v乙＜v丙，故B正确； C、不计绳重和摩擦，F甲＝G物，F乙＝×（G物+G动），F丙＝×（G物+G动），滑轮质量均相等且G动小于G物，故F甲＞F乙＞F丙，故C错误； D、不计绳重和摩擦，甲的有用功与总功相等，机械效率为100%，乙和丙克服动滑轮的重力做的功为额外功，W额＝G动h，乙、丙两种装置的机械效率η＝＝＝，则η乙＝η丙，故D正确。 故选：C。 7．（2023秋•西湖区期末）为测出超过测力计量程的物体的重力，用轻质棉绳按如图方法进行测量，图甲读数为0.4N，图乙读数为4.6N，则物体的重力为（　　） A．2.3N B．5.0N C．8.8N D．9.2N 【答案】C 【解答】解：图甲读数为0.4N，由甲图可知动滑轮的重力为：G动＝0.4N， 动滑轮能省一半的力，由乙图可得物体和动滑轮的总重为：G＝4.6N×2＝9.2N， 则物体重力为：G物＝G﹣G动＝9.2N﹣0.4N＝8.8N。 故选：C。 8.（2023·浙江宁波模拟）小滨同学用如图滑轮组提起一个重物，已知重物重力为G，小滨重力为500N，不计绳重及绳与滑轮之间的摩擦。以下说法正确的是（ ） A．若不计滑轮重力，小滨可以提起的重物最大重力不超过500N B．若小滨将绳子竖直向下拉动2m，则重物可以提升4m C．若G=600N时，滑轮组的机械效率为75%，则动滑轮的重力为200N D．若小滨向右拉动绳子，所需的拉力将会逐渐增大 【答案】C 【解析】A．小滨同学重500N，他对绳子的最大拉力为500N。有两根绳子与动滑轮接触，不考虑绳重与摩擦。则他能够提起的重物总重（物重与动滑轮总重）为 而动滑轮的重力为几牛或者几十牛，故小滨同学能够提起的物重远超500N。故A错误； B．有两段绳子与动滑轮接触，绳子自由端移动的距离为动滑轮上升距离的2倍，所以此时物体上升的距离为 故B错误； C．不考虑绳重与摩擦，滑轮组的机械效率计算式为 当物重G=600N且机械效率为75%时，可求出动滑轮重为 故C正确； D．绳子自由端最后接触的是定滑轮，定滑轮能改变力的方向，不会改变力的大小。故向右拉绳子，拉力不会增大。故D错误。 9．（2024•舟山模拟）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．工人利用该滑轮组提升物体的最大机械效率为90% 【答案】C 【解答】解：A、由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×1.5m＝3m， 绳子自由端移动的速度：v＝＝＝0.6m/s，故A错误； B、由P＝＝＝Fv可知，绳子自由端的拉力：F＝＝＝300N， 因为不计绳重和摩擦时F＝（G+G动），所以动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣540N＝60N，故B错误； C、此时工人受到竖直向下的重力、竖直向上的拉力和支持力，由力的平衡条件可知，工人受到的支持力：F支＝G人﹣F＝700N﹣300N＝400N， 工人对地面的压力与工人受到的支持力是一对相互作用力，因此工人对地面的压力：F压＝F支＝400N，故C正确； D、人通过定滑轮向下拉绳子时的最大拉力等于人自身的重力，即绳子自由端的最大拉力：F最大＝G人＝700N， 因为不计绳重和摩擦时F＝（G+G动），所以此时能提升的最大物重：G最大＝nF最大﹣G动＝2×700N﹣60N＝1340N， 滑轮组的最大机械效率：η最大＝＝＝＝＝×100%≈95.7%，故D错误。 故选：C。 10．（2024•平阳县校级模拟）某同学模拟建筑工地上拉动工件的情景，设置了如图所示的滑轮组，每个滑轮重10牛。并用该滑轮组将一个重为100牛的物体沿水平面匀速拉动2米，物体移动时受到地面对物体的摩擦力为35牛。不计绳重和机械摩擦，人对绳端的拉力为（　　） A．22.5牛 B．50牛 C．55牛 D．60牛 【答案】A 【解答】解：由图知，n＝2，不计绳重和机械摩擦， F＝（G动+f）＝×（10N+35N）＝22.5N。 故选：A。 二、实验题 11．（2022•北仑区二模）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。那么斜面的省力情况与哪些因素有关呢？某科学兴趣小组开展以下探究。 【查阅资料】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。 【建立假设】假设1：与斜面的表面材料有关： 假设2：与斜面的倾斜程度有关： 假设3：与物体受到的重力大小有关。 【收集证据】小明为验证上述猜想，利用如图所示的装置进行了实验。实验中所用物块的材料及表面粗糙程度相同，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表。 实验序号 1 2 3 4 5 6 斜面倾角θ/度 30 30 30 30 35 40 斜面的表面材料 木板 毛巾 木板 木板 木板 木板 物块重G/N 2.0 2.0 4.0 6.0 2.0 2.0 沿斜面拉力F/N 1.25 1.45 2.50 3.75 1.36 1.48 【得出结论】分析上述数据，斜面的省力情况与 　 　有关。 【拓展交流】已知实验中，斜面长均为1.2m、第1次实验中斜面高为0.6m，则第1次实验中斜面的机械效率是 %。 【解答】解：【得出结论】由表中数据1、2可知，当斜面倾角θ和物块重G一定时，斜面的表面材料越光滑，斜面越省力；由表中数据1、3、4可知，当斜面倾角θ和斜面的表面材料一定时，物体的重力变为原来的几倍，拉力会变为原来的几倍，即沿斜面的拉力与物体的重力G的比值大小相等，由此可知，斜面省力情况与物体受到的重力大小无关；由表中数据1、5、6可知，当斜面的表面材料和物块重G一定时，斜面倾角θ越小，斜面越省力；综上所述，斜面的省力情况与斜面倾角θ和斜面的表面材料有关，与物块重G无关； 【拓展交流】已知实验中，斜面长均为1.2m、第1次实验中斜面高为0.6m，物块重G＝2.0N，沿斜面拉力F＝1.25N，则斜面的机械效率： η100%100%100%＝80%。 故答案为：【得出结论】斜面倾角θ和斜面的表面材料；【拓展交流】80 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！10 学科网（北京）股份有限公司 $$