资源简介

　斜面　滑轮　滑轮组及机械效率
考点一　滑轮
定滑轮、动滑轮和滑轮组
类型 定义 实质 特点 拉力F与物体重力G的关系(不计绳重与摩擦) 物体提升的高度h与绳子通过的距离s的关系
定滑轮 轴固定不动的滑轮 ①　　　　杠杆 可以改变②　　　　,不省力,不省距离 F=③　　　 s=④　　　
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,可以⑤　　　　 力,⑥　　　　距离 F=⑦　　　 s=⑧　　　
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 F=⑨　　　　(n指承担物重的绳子的段数) s=⑩　　　　(n指承担物重的绳子的段数)
滑轮组绳子段数n的确定:
在定滑轮和动滑轮之间画一条虚线,将定滑轮和动滑轮隔开,然后再数出与动滑轮相连的绳子段数,如图甲、乙所示。
考点二　斜面
定义:斜面是一个与水平面成一定夹角的平面,这是一种简单机械,使用时省　　　　,费　　　　 。
特点:斜面高度一定时,斜面越长越　　　　。
应用:螺丝、盘山公路等。
考点三　机械效率
功的分类
(1)有用功:无论是否使用机械,必须要做的功,用W有用表示。
(2)额外功:使用机械时,并非我们需要又不得不做的功,用W额外表示。
(3)总功:有用功与额外功之和,用W总表示,W总=　　　　。
机械效率
(1)定义:物理学中,将　　　　跟　　　　的比值叫作机械效率,用符号η表示。
(2)公式:η=　　　　　　。
(3)特点:使用任何机械都不可避免地要做额外功,有用功总是　　　　总功,机械效率总是
　　　　1。
(4)提高的方法:减小机械的摩擦和自重等来减小额外功;增大物重来增大有用功的占比。
计算总功、有用功、额外功的公式
总功 W总=　　　　;W总=W有用+W额外;W总=
有用功 W有用=Gh;W有用=W总-W额外;W有用=　　　
额外功 W额外=　　　　;W额外=　　　　
常见模型的机械效率
模型 机械效率
(物体上升的高度为h,绳自由端移动的距离为s,n为承重绳子的段数) η==　　　　　　　
(f为物体与水平面间的摩擦力) η==　　　　　　　
η==　　　　　　　
滑轮组的组装与设计
(1)绳子段数n的判断
a.根据F=可知:n=(若n计算结果不是整数,采取“进一法”,使n取整数);
b.根据s=nh可知:n=;
c.根据v绳=nv物可知:n=。
(2)奇动偶定:滑轮组中,若动滑轮上绳子的段数n为奇数,可以将绳端接在动滑轮的挂钩上,向定滑轮上绕绳,直至绕绳结束。若动滑轮上绳子的段数n为偶数,可以将绳端接在定滑轮的挂钩上,向动滑轮上绕绳,直至绕绳结束。
(3)接少绕多:滑轮组中,如果动滑轮和定滑轮数量不同,可以将绳端接在数量少的滑轮的挂钩上,向数量多的滑轮上绕绳,直至绕绳结束。
(4)在给滑轮组绕绳时要注意一些特殊的要求,比如“最省力”“人要站在地面上”“向上拉”等,还要符合一定的物理情境。
(教材素材改编题)如图甲所示,工作人员正在组装神舟飞船。用图乙所示的电动滑轮将2×104 N的飞船部件在10 s内匀速提升2 m,电动滑轮的功率为5×103 W,(g取10 N/kg)以下分析正确的是(　　)
A.电动滑轮做的有用功为5×104 J B.绳子自由端移动的距离为2 m
C.电动滑轮的机械效率为80% D.飞船部件在10 s内上升的速度为0.4 m/s
(教材素材改编题)如图所示,用相同的滑轮组成甲、乙两个不同的滑轮组,分别将同一物体匀速提升相同高度,拉力分别为F甲、F乙,不计绳重及摩擦,则以下说法正确的是 (　　)
A.拉力F甲大于F乙
B.F甲的功率一定等于F乙的功率
C.甲、乙做的有用功一样多
D.甲的机械效率大于乙的机械效率
(教材素材改编题)如图所示,小明用沿斜面向上的150 N推力,将总重500 N的物体匀速推到斜面顶端的车上,用时15 s。斜面高1.2 m,长5 m。此过程小明做的有用功为　　　　J;小明推力做功的功率为　　　　W;该斜面的机械效率为　　　　。
重难点一　滑轮组的相关计算与判断
(2025·石家庄栾城区一模)如图,用甲、乙两个滑轮组分别将两个物体在相同时间内匀速提升相同高度,拉力分别为F1、F2,此过程相关数据如图丙所示,则下列说法正确的是 (　　)
A.F1比F2小
B.甲的机械效率更高
C.F1功率比F2的功率小
D.甲、乙装置中的两个物体重力G1比G2大
(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,F拉=;
②如果考虑动滑轮的重,不考虑摩擦及绳重,F拉=。
(2)判断机械效率的大小,根据η=,比值越大,机械效率越大。
如图,用甲、乙两机械分别将重为GM、GN的两物体M、N匀速提升,物体上升高度分别为
h甲、h乙。对绳子的拉力分别为F甲、F乙,机械效率分别为η甲、η乙,忽略两机械的一切摩擦阻力和绳重,两机械的动滑轮重力未知。下列说法正确的是 (　　)
A.若h甲=h乙、GM=GN,则F甲=F乙 B.若GM=GN、F甲>F乙,则η甲>η乙
C.若GMη乙 D.若GM>GN、F甲η乙
重难点二　滑轮组的综合计算
如图所示,建筑工地上的工人利用滑轮组将一质量为80 kg的铁箱子A匀速提升到10 m高的楼上,用时1 min。已知动滑轮重40 N,工人的质量为80 kg,不计绳重与摩擦,g取10 N/kg。求:
(1)在提升过程中,工人做功的总功率。
(2)该滑轮组的机械效率。(计算结果保留到0.1%)
(3)①工人提升的最大物重。
②滑轮组的最大机械效率。(计算结果保留到0.1%)
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。
如图所示,工人师傅用竖直向下、大小为120 N的拉力,使重为850 N的物体在1 min内沿水平地面匀速直线运动了6 m。已知物体在运动时受到地面的摩擦力为物重的,工人师傅的质量为70 kg,工人师傅的脚与地面的总接触面积为400 cm2,不计绳重及滑轮轴处摩擦。(g取10 N/kg)求:
(1)拉动物体的过程中,工人师傅对地面的压强。
(2)工人师傅拉动物体时,拉力的功率。
(3)该工人师傅使用该滑轮组的最大机械效率。
工人师傅要将质量80 kg的木箱搬到1.5 m高的车厢里,他将一块5 m长的长板搁在地面与车厢之间构成斜面,然后站在车上用300 N的拉力在20 s内将木箱从斜面底端匀速拉到车厢里,如图所示,(g取10 N/kg)求:
(1)工人做功的功率。
(2)斜面的机械效率。
(3)木箱和斜面之间的摩擦力。
实验　测量滑轮组的机械效率
实验装置图
a b c　
实验器材
　　　　　　　、　　　　、细绳、动滑轮、定滑轮、钩码若干。
实验原理
　　　　　　　　　　。
实验方法
控制变量法:当探究滑轮组的机械效率与物重的关系时,使用　　　　的滑轮组,改变所挂钩码的数量;当探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系时,控制所挂钩码的数量　　　　,改变滑轮组中　　　　的重力。
实验操作
(1)安装好滑轮组,记下钩码和弹簧测力计的位置。
(2)缓慢　　　　拉动弹簧测力计,使钩码G升高,用刻度尺测量钩码上升的高度h和绳端移动的距离s,填入表中。
(3)算出W有用、W总、η,填入表格中。
(4)改变钩码数量,重做两次实验。
实验结论
在其他条件相同时,动滑轮越重,机械效率越　　　　;在绳子所能承受的范围内,所吊物体越重,机械效率越　　　　。
交流与反思
(1)计算滑轮组的有用功:W有用=　　　　。
(2)计算滑轮组的总功:W总=　　　　。
(3)计算滑轮组的机械效率:η=。
(4)实验中竖直匀速拉动弹簧测力计的目的:保证拉力　　　　弹簧测力计的示数。
(5)绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系:s=　　　　(n为作用在动滑轮上绳子的股数)。
(6)滑轮组的机械效率与物体被提升的高度及滑轮组的绕线方式　　　　。
(7)提高滑轮组机械效率的方法:　　　　绳与滑轮之间的摩擦,　　　　动滑轮的重力,增加　　　　。
某实验小组用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率,部分实验数据如下表所示。
实验次数 1 2 3 4
钩码重G物/N 0.5 1.0 1.5 2.0
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 0.3 0.5 0.7 0.9
绳端移动距离s/m 0.3 0.3 0.3 0.3
机械效率η 67% 71% 74%
【基础设问】
(1)实验中应尽量竖直向上　　　　拉动弹簧测力计。
(2)小组同学发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计的示数不稳定,应该静止读数,你认为他的想法　　　　(选填“正确”或“不正确”),因为他没有考虑到　　　　对滑轮组机械效率的影响。
(3)第1次实验中测得滑轮组的机械效率约为　　　　%。
(4)分析以上数据可知,使用同一个滑轮组提升重物时,被提升物体的重力越　　　　,滑轮组的机械效率越高。
(5)若在第3次实验中,物体上升的速度为0.1 m/s,则拉力F的功率为　　　　W。
【补充设问】
(6)(实验改进)小明增加动滑轮个数继续实验,但发现绳端移动距离太长,不方便操作,你的改进方法是　　　　　　　　　　。
(7)实验中,如果没有刻度尺就不能测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s,那么你　　　　(选填“能”或“不能”)求出滑轮组的机械效率,理由是　 　。
(8)下列能粗略反映滑轮组的机械效率η与提升物重G关系的是　　　　(选填字母)。
A B C D
【新考法】
(9)(实际应用)小明通过分析表格中的数据,得到了提高滑轮组机械效率的方法之一是增大物重,汽车作为一种“机械”,提高效率对节能减排有重要意义,以下三种提高效率的方法中,方法　　　　与该方法是同理的。
方法一:鼓励人们“拼车”出行,使汽车尽量装满人员。
方法二:汽车制造厂用新材料减轻汽车重量。
方法三:经常给汽车做保养,保持良好润滑。
实验次数 钩码总重G/N 钩码上升的高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/%
1 4 0.1 1.8 0.3 74.1
2 6 0.1 2.5 0.3 80.0
3 4 0.1 1.5 0.4 66.7
4 4 0.2 1.5 0.8 66.7
命题点一　滑轮、滑轮组的特点
(2025·河北节选)如图为三峡船闸的示意图。在某次检修闸门过程中应用到了定滑轮,使用这种滑轮　　　　(选填“可以”或“不可以”)改变力的方向。
命题点二　滑轮、滑轮组及机械效率
(2022·河北)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%
(2021·河北节选)图甲是一辆起重车的图片,起重车的质量为9.6 t。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,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,货物上升过程中的图像如图丙所示。(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。
甲 乙 丙
命题点三　斜面及机械效率
(2020·河北)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的拉力F与物块的重力G的比值大小来判定,比值越小,越省力)
小明做了如下猜想:
猜想一:与斜面的表面材料有关;
猜想二:与斜面的倾斜程度有关;
猜想三:与物体受到的重力大小有关。
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表。
实验序号 1 2 3 4 5 6
斜面倾角 θ θ θ θ θ1(θ1>θ) θ2(θ2>θ1)
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 1.35 1.52 2.70 4.05 1.52 1.70
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,得出的结论是在其他条件相同时, 　。
(3)为验证猜想三,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　 　。
【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　　　　%。
【详解答案】
教材考点·深度梳理
①等臂　②力的方向　③G　④h　⑤省
⑥费　⑦(G+G动)　⑧2h
⑨(G+G动)　⑩nh　力　距离　省力　W有用+W额外　有用功
总功　　小于　小于
Fs　W总η　W总-W有用
W总(1-η)　Fs　Gh　
　Fl　Gh　
对应练习
1.C
2.C
3.600　50　80%
重点难点·提升训练
重难点一
例1.D　解析:由题图可知,甲滑轮组中,n甲=3;乙滑轮组中,n乙=2;由题图丙可知,甲、乙滑轮组的总功和额外功分别为:W总甲=1 200 J、W额外甲=500 J,W总乙=800 J、W额外乙=200 J,甲、乙滑轮组做的有用功分别为:W有用甲=W总甲-
W额外甲=1 200 J-500 J=700 J,W有用乙=W总乙-W额外乙=800 J-200 J=600 J,即W有用甲>W有用乙,由于物体上升的高度相同,由W有用=Gh可知,物重G1、G2的大小关系为G1>G2,故D正确;由s=nh可知,绳子自由端移动距离分别为s甲=
n甲h=3h,s乙=n乙h=2h,即s甲>s乙,由W总=Fs可知,两滑轮组中,绳端拉力分别为F1=,F2=,即F1=F2,故A错误;甲、乙滑轮组的机械效率分别为η1=≈58.3%,η2==75%,即η1<η2,故B错误;甲、乙装置中拉力做功的功率分别为:P1=,P2=,即P1>P2,故C错误。
变式训练
1.D　解析:由题图可知:甲滑轮绳子承重股数为n甲=2,乙滑轮组绳子承重股数为n乙=2;若h甲=h乙、GM=GN,则题图甲中绳子自由端的拉力为F甲=(GM+G甲动),乙中绳子自由端的拉力为F乙=(GM+G乙动),由于不知道动滑轮重力的大小关系,所以无法比较F甲和F乙的大小,故A错误;若GM=GN、F甲>F乙,甲中绳子自由端的拉力为F甲=(GM+G甲动),乙中绳子自由端的拉力为F乙=(GN+G乙动),可知,G甲动>G乙动,根据η=,则η甲=,η乙=,可知,物重相等时,动滑轮重力越大,机械效率越低,即η甲<η乙,故B错误;若GMG乙动,根据η=,由题意可知:,可知,η甲<η乙,故C错误;若GM>GN、F甲η乙,故D正确。
重难点二
例2.解:(1)由题图知,有3段绳子吊着动滑轮,不计绳重与摩擦,则工人的拉力:F==280 N,
绳子自由端移动的距离:s=nh=3×10 m=30 m,
拉力做的总功:W总=Fs=280 N×30 m=8 400 J,
在提升过程中,工人做功的总功率:P总==140 W。
(2)拉力做的有用功:W有用=Gh=mgh=80 kg×10 N/kg×10 m=8 000 J,
该滑轮组的机械效率:η=≈95.2%。
(3)①工人对滑轮组施加的最大拉力等于工人的重力,最大为F最大=G人=m人g=80 kg×10 N/kg=800 N,
工人提升的最大物重:G最大=nF最大-G动=3×800 N-40 N=2 360 N。
②滑轮组的最大机械效率:η最大=≈98.3%。
变式训练
2.解:(1)拉动物体的过程中,工人对地面的压力等于人的重力减去绳子对人的拉力,即F压=G人-F=m人g-F=70 kg
×10 N/kg-120 N=580 N,
则工人对地面的压强:p==1.45×104 Pa。
(2)由题图可知,n=2,拉力的功率:P==24 W。
(3)不计绳重及滑轮轴处摩擦,根据F=(f+G动)=可知,动滑轮重为G动=nF-G=2×120 N-×850 N=
70 N,
工人师傅施加的最大拉力等于自身的重力,F'=G人=m人g=70 kg×10 N/kg=700 N,
滑轮组能克服物体与地面之间最大的摩擦力:f'=nF'-G动=2×700 N-70 N=1 330 N,
该滑轮组最大机械效率:η==95%。
3.解:(1)工人做的功:
W总=Fs=300 N×5 m=1 500 J,
工人做功的功率:
P==75 W。
(2)工人做的有用功:
W有用=Gh=mgh=80 kg×10 N/kg×1.5 m=1 200 J,
斜面的机械效率:
η==80%。
(3)克服摩擦力所做的额外功:
W额外=W总-W有用=1 500 J-1 200 J=300 J,
由W额外=fs可得,木箱和斜面之间的摩擦力:
f==60 N。
重点实验·完全突破
实验
2.弹簧测力计　刻度尺　3.η=
4.相同　相同　动滑轮
5.(2)匀速　6.低　高
7.(1)Gh　(2)Fs　(4)等于
(5)nh　(6)无关　(7)减小　减小　物重
即时演练
(1)匀速　(2)不正确　摩擦力
(3)56　(4)大　(5)0.21
(6)降低钩码上升的高度
(7)能　用弹簧测力计测出G和F,已知绳子的有效段数n,代入η=即可求出滑轮组的机械效率　(8)C　(9)一
河北中考·考向体验
1.可以　解析:在某次检修闸门过程中应用到了定滑轮,轴固定不动的滑轮是定滑轮,定滑轮不能省力,但能改变力的方向。
2.D　解析:由题图可知,有2段绳子拉着动滑轮,不计绳重及摩擦,根据F=(G+G动)可知,动滑轮的重力为G动=nF-G=2×200 N-380 N=20 N,故A错误;滑轮组所做的有用功为W有用=Gh=380 N×5 m=1 900 J,故B错误;绳端移动的距离:s=2h=2×5 m=10 m,拉力做的总功:W总=Fs=200 N×10 m=2 000 J,拉力的功率:P==400 W,故C错误;该滑轮组的机械效率:η==95%,故D正确。
3.解:(1)由题图乙可知,滑轮组钢丝绳的有效股数n=3,由题图丙可知,货物在t=10 s内上升的高度h=2.5 m,则钢丝绳移动的距离:s=nh=3×2.5 m=7.5 m,
拉力F做的功:
W总=Fs=5 000 N×7.5 m=3.75×104 J,
拉力F的功率:
P==3.75×103 W。
(2)拉力F在10 s内所做的有用功:
W有用=G货物h=m货物gh=1 200 kg×10 N/kg×2.5 m=3×104 J,
提升货物过程中滑轮组的机械效率:
η==80%。
4.盘山公路　(1)1和2　
(2)斜面的倾斜程度越小,提升物块越省力
(3)1、3、4　根据1、3、4的实验数据可知,物块的重力变为原来的几倍,拉力就会变为原来的几倍,即沿斜面的拉力F与物块的重力G的比值大小相等
【拓展】62.5
解析:斜面是一种简单机械,使用斜面可以省力。当斜面的高度一定时,斜面越长,则坡度越缓,越省力,如盘山公路。(1)当探究斜面省力的情况与斜面的表面材料有关时,采用的是控制变量法,实验中需要控制物重、斜面倾角相同,斜面的表面材料不同,所以应该对比实验1和2中的数据。(2)对比实验1、5、6中的数据可知,在斜面的表面材料、物重相同的情况下,斜面倾角越小,拉力越小,故结论是在其他条件相同时,斜面的倾斜程度越小,提升物块越省力。(3)当探究斜面省力的情况与物体受到的重力大小有关时,根据控制变量法可知,实验中需要控制斜面的倾角相同、表面材料相同,物体的重力不同,所以需要对比1、3、4的实验数据;根据1、3、4的实验数据可知,物块的重力变为原来的几倍,拉力就会变为原来的几倍,即沿斜面的拉力F与物块的重力G的比值大小相等。【拓展】有用功为W有用=Gh=4.5 N×0.3 m=1.35 J;拉力做的总功:W总=Fs=1.8 N×1.2 m=2.16 J;斜面的机械效率η==62.5%。

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