滑轮与机械效率考点解析

滑轮与机械效率考点解析

滑轮及其机械效率是考试的重点内容，题型以计算题（包含简答题）、

实验题为主，考点集中在以下四点：使用动滑轮能省一半力的条件；测滑

轮组的机械效率；影响滑轮组机械效率的因素；省力与绳子绕法的关系。

考点一、省力与绳子绕法的关系

知识回放：滑轮组的绕线问题应先确定所需绳子段数，题目中一般会

指出绳子的重力及绳子与滑轮之间的摩擦不计，以下是两种情况的具体分

析。

1.提升重物：如图1,有几段绳子与动滑轮相连，拉力F拉就等于物

体和动滑轮总重力的几分之一，即F拉=（G物+G动），所以，绳子段数

n=o

2.水平牵引物体：如图2,有几段绳子与动滑轮相连，拉力F就等于

摩擦力的几分之一，即F=f摩，所以，绳子的段数n=o

以上两种情况求n时，如果不能整除，则需要采用“进尾法”，即无

论小数点后的数字是多大，都要向整数进一位。

如果绳子段数n为奇数，则绳子起始位置应系在动滑轮的挂钩上，然

后再往定滑轮边框上绕线；如果绳子段数n为偶数，则绳子起始端系在定

滑轮的挂钩上，然后再往动滑轮的挂钩上绕线，简称“奇动偶定”。

例1一根绳子只能承受100N的力，要把330N的物体拉起，怎样组

装滑轮组？（滑轮重、绳重及摩擦均不计）

解析滑轮重、绳重及摩擦均不计的情况下，拉力是物重的几分之一,

那么物重就由几段绳子来承担，即n===3.3-4（进尾法）。

因此，动滑轮需要2个，定滑轮可以是一个，也可以是2个，滑轮组

的组装方法有两种（如图3甲、乙）。

考点二、影响滑轮组机械效率的因素

用滑轮组匀速提升重物时，不计绳重及摩擦，根据机械效率的定义，

由此可分析，影响滑轮组机械效率的因素有物体的重力G物、动滑轮的重

力G动。

例2如图4所示，相同的滑轮用不同的绕法提起相同的重物，摩擦力

可以忽略不计，在物体匀速上升的过程中（）

A.甲图省力，机械效率甲图大B.甲图省力，机械效率一样大

C.乙图省力，机械效率乙图大D.乙图省力，机械效率一样大

解析由甲、乙两图可知：承担物重的绳子段数n甲=3,n乙=2。由摩

擦力忽略不计，得甲、乙两图中绳子的拉力大小分别为：F甲=（G物+G动）,

F乙=（G物+G动）。因为重物和动滑轮相同，所以绳子拉力大小F甲〈F乙；

由机械效率公式。由于重物和动滑轮相同，所以。甲二11乙。故答案选B。

考点三、机械效率的计算

根据机械效率的定义，机械效率的计算公式是，当不计绳重及摩擦时,

该公式可变为。其中G为物重，G动为动滑轮的重力，h为重物升高的高

度，F为拉力，S为绳子自由端移动的距离，n为承担重物的绳子的段数。

例3在小型建筑工地，常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料•，其工

作原理相当于如图5所示的滑轮组。某次将总重G为4000N的砖块匀速

吊运到高为10m的楼上，用时40S,卷扬机提供的拉力F为2500N。

求在此过程中：

(1)拉力F所做的有用功；

(2)拉力F的功和功率；

(3)滑轮组的机械效率。

分析由滑轮组的结构可以看出，承担物重的绳子段数n=2,则拉力F

移动的距离s=2h,

解(1)拉力F所做的有用功亚有=611=4000NX10m=4X104J。

(2)拉力F移动的距离s=2h=2X10m=20m,

拉力F所做的总功~E、=FS=2500NX20m=5X104J,

拉力F做功的功率P=・=・=l250Wo

(3)滑轮组的机械效率。

考点四、实验：测量滑轮组的机械效率

对“测量滑轮组的机械效率”实验的考查，通常包括以下两方面的内

容。

1.考查实验方法及数据的收集、分析与处理

例4某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，

实验装置如图6o

(1)通过表中数据可分析出实验1是用(填“甲”或"乙”)

图做的实验，实验2是用(填“甲”或“乙”)图做的实验。

(2)实验时，应竖直向上拉动弹簧测力计。

(3)请将表格中的实验数据补充完整。(百分号前保留整数)

(4)通过实验1和实验2的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮

组，提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组的机械效率

(5)比较实验1和实验3可得出结论:使用同一滑轮组时,,

可以提高滑轮组的机械效率。

解析(1)实验1中拉力移动的距离是物体和动滑轮移动距离的3倍,

因此动滑轮被3根绳子承担，甲图符合要求。

(2)为了让弹簧测力计获得稳定的数值，应匀速拉动测力计。

(3)第二次实验中拉力的有用功亚有=611=4NXO.1m=0.4J,

拉力做的总功八E、=FS=1.4NXO.5m=0.7J,

滑轮组的机械效率；

②第三次实验中拉力的有用功亚有=611=6NXO.1m=0.6J,

拉力做的总功八E、=Fs=2.4NXO.3m=0.72J,

滑轮组的机械效率为。

(4)74%>57%,说明提升相同的重物时，动滑轮的个数越多，滑轮组

的机械效率越低。

(5)83%>74%,说明使用同一滑轮组，提升重物的重力越大，滑轮组

的机械效率越高，因此增加钩码的重力可以提高滑轮组的机械效率。

答案：(1)甲；乙(2)匀速(3)57%；83%(4)越低(5)增加

钩码的重力。

2.对实验进行纠错、评估及扩展性探究。

例5小雪和小红在“测滑轮组机械效率”的实验中，一起组装好如图

7所示的实验装置，他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。

(1)小红向上拉动弹簧测力计，使钩码升高，并由弹簧测力

计读出拉力为0.5N,同时小雪用刻度尺测出钩码提升的高度为0.1m,

以上测量准确无误，其他被测物理量和计算的数据如下表：

(2)小雪和小红测得滑轮组的机械效率为100%,他们意识到出现了

错误，请你帮助找出原因o

(3)该滑轮组的机械效率实际为o

(4)若提升的钩码重力增加到6N,则该滑轮组的机械效率将

。(填变化情况)

(5)有同学想进一步探究滑轮组的机械效率是否与滑轮组中细绳的

绕法有关。根据探究目的，他们先通过实验测算出如图8所示的滑轮组的

机械效率，请你在图9中画出下一步实验所需的组装图。

解析(1)测量滑轮组的实验中应该竖直匀速拉动弹簧测力计；

(2)动滑轮被5根绳子承担，拉力移动的距离就是物体移动距离的5

倍，因此弹簧测力计提升的高度错了，应为0.5m；

(3)滑轮组的机械效率：，