简单机械-滑轮与机械效率（原卷版）

3.4简单机械——滑轮与机械效率

i哇f学习目录］

目录

模块一知己知彼......................................................................1

模块二知识掌握......................................................................2

知识点一、滑轮的分类与作用......................................................2

知识点二、使用定滑轮和动滑轮的几种情况（图中物体全部匀速运动）...................5

知识点三、滑轮组.................................................................7

知识点四、机械效率...............................................................9

知识点五、斜面的机械效率.......................................................12

模块三巩固提高.....................................................................14

叵知识重点I

模块一知己知彼

学习目标目标解读

解读1：知道定滑轮和动滑轮的特点，知道滑轮组（限于两个

L了解定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点和

滑轮的滑轮组的特点能使用滑轮组（限于两个滑轮的滑轮

实质，知道杠杆使用过程中能量转化。

组）解决简单的问题，常见题型为选择题、填空题、实验探

2.理解机械效率，识别有用功、额外功和

究题和解答题,难度稍大。

总功，区别机械功率和机械效率，学习

解读2:会解决滑轮、杠杆等简单机械与压力、摩擦力等力

测量计算简单机械的机械效率，

学综合问题，常见题型为选择题解答题，难度较大。

模块二知识掌握

知识点一、滑轮的分类与作用

（一）滑轮的定义

滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子

（二）滑轮的分类和作用

使用滑轮工作时.，根据滑轮轴的位置是否移动，可将滑轮分成和两类。

定滑轮动滑轮

定义轴固定不动轴随物体一起移动

不省力，不省距离，但能够改变力的省一半力，费一倍距离，并且不能改变力

特点

作用方向的作用方向

应用旗杆顶部的滑轮起重机的动滑轮

（三）定滑轮和动滑轮的实质

（1）定滑轮可以看做•个变形的杠杆，如图所示，滑轮的轴相当于支点，动力臂和阻力臂都等于滑轮

的半径，根据杠杆的平衡条件可知:F=G,所以不省力。因此，定滑轮的实质是一个—杠杆。

（2）动滑轮也可以看做一个变形的杠杆，如图所示，支点。在滑轮的边缘上，动力臂为阻力臂的2倍,

故动力F是阻力F的二分之一，即动滑轮能够省一半力。因此，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2

倍的省力杠杆，使用动滑轮费一倍的距离，如物体上升距离为h,则绳子自由端移动的距离s-2h。

【能力拓展】

例：用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体，拉力F的f的值

题图可知：拉力F的方向不是竖直向上的，则力F的力臂将不再是动滑轮的直径，而是

小于直径，如图所示，根据杠杆的平衡条件FL=（G-GQr,

因为/<2r,所以*(G+G轮)(50N+10N)=30N,即/30N。

Q考点剖析

[例题1]（2023•海曙区校级一模）现有史籍中最早讨论滑轮的是《墨经》。书中将向上提举重物的

力称为“挈”，将自由往下降落称为“收”，将整个滑轮称为“绳制”（图1）。现分别用甲、乙两个

力替代"收''（图2）,使重物在相同的时间内匀速上升相同高度。不计绳重和摩擦，下列说法止

确的是（）

图1图2

A.使用这个滑轮能省力

B.甲拉力大小等于乙拉力大小

C.甲拉力做的功大于乙拉力做的功

D.甲拉力使绳自由端移动的速度小「乙拉力使绳自由端移动的速度

[例题2]（2021秋•衢江区期末）如图为动滑轮，它相当于一个________杠杆，若用它将总重为1

牛的钩码匀速提高2米，不计轮和绳重以及滑轮与绳子之间的摩擦，则弹簧测力计示数为

牛。

知识点二、使用定滑轮和动滑轮的几种情况（图中物体全部匀速运

动）

定滑轮动滑轮

J%

图_____F

一A-0

示Lm^

▼，，，，，，，，，，，，，，，，，，r，，，，，，

m

m

,^99

表F=（G+G轮）/2F=F隼/2F=2G+G轮F=2F学

F=F*,F摩物体与地

达F=GS绳=2h物S纨=2h物S$t=s»2Stt=s1J2

面的摩擦力

式v细=2v物v维=2v物v轮=丫"2v轮=v曾2

【能力拓展】

使用定滑轮提升物体时，拉力F无论沿什么方向拉，拉力大小均等于物体的重力;使用动滑轮提升物

体，只有拉力方向竖直向上时，拉力大小才等于物重的二分之一。（不考虑摩擦、绳重和动滑轮重）

Q考点剖析!

IIIIINIIIIIIIIIIIIHIIII1IIIIIIIIIIIIIII

［例题51（2021秋•舟山期末）物体A在大小为2N的水平拉力F的作用下，以米/秒的速度在水平

面上做匀速直线运动，如图所示。若不计滑轮、弹簧测力计和绳的自重及滑轮与绳之间的摩擦,

则下列说法中正确的是（）

A.此滑轮是定滑轮

B.拉力F做功的功率为瓦

C.使用此滑轮可以改变力的方向

D.物体A受到地面的摩擦力是4N

|例题6]（2022春•杭州月考〕如图所示的三个滑轮分别拉同一物体沿同一水平地面做匀速直线运动,

所用的拉力分别为Fi，F>,F3,不计滑轮重及绳与滑轮间摩擦，那么，下列关系式中正确的是

（）

A.Fi>F2>F3B.F1VF2VF3C.F2>FI>F3D.F2VF1VF3

[例题7]（2022秋•婺城区校级期中）生活中我们经常使用简单机械。

（1）如图甲所示，已知撬棒AD=1米，CD=BC=米，石头垂直作用在棒上的力是420牛，若

要撬动石头，则施加在撬棒A点的力至少是牛；

（2）如图乙所示，利用动滑轮拉着一个40千克的重物，用大小为F2的力向右拉动5秒钟，物体

匀速运动了10米，弹簧测力计的示数为6牛；则拉力F2的功率为瓦；（不计滑轮重、

绳子与滑轮之间摩擦）

[例题8]（2023•绍兴）赛龙舟自古以来在我国广为流传•，现已成为亚运会比赛项目。如图是运动员

在室内进行划桨训练的两个场景，图甲是训练装置的结构示意图，绳子系在“船桨”的A端，运

动员坐在位置上用力将“船桨”从位置T划到位置“2”，重物的位置也发生了相应的变化。若重

物的质量为20千克，“划桨”一次拉过绳子的距离为60匣米.（船桨重、绳重与摩擦均不计）

（1）该装置中两个滑轮的作用是

（2）“划桨”一次，人至少做功焦。

(3)图乙是某种耐力练习示意图，保持“船桨”与绳子垂直并静止。若0A为6()厘米，0B为4()

厘米，当一只手握在0端，另一只手握在B点并施加垂直“船桨”的力F。求此时力F的大小。

知识点三、滑轮组

由定滑轮和动滑轮组成，同时具备定滑轮和动滑轮的特点，既可以，又

能O

(1)探究滑轮组的省力情况：

①用弹簧测力计测出钩码和动滑轮的总重。

②按图甲所示的方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的

读数

③按如图乙所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的

读数F2。

分析实验数据可以得出，在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧测力计的示数F与钩码

的重G以及动滑轮的重G轮的关系为F=(G+GQ/2即重物与动滑轮的总重由几股绳子承担，提

起重物所用的力就是总重的几分之几。

入=1/3Ga

*=3万：

s：绳端移动的距惠。物体上升的距离

(2)利用滑轮组提起物体时，动力F通过的距离s与物体被提高的高度h的关系是s=nh(n表示承担物

重的绳子股数)。

【能力拓展】

(1)确定滑轮组中承担物重绳子的股数n的方法：

①要分清明B个(些)是定滑轮，明B个(些)是动滑轮。

②在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔开来，只计算绕在动滑轮上的绳子股数。

(2)组装滑轮组的方法：

按要求确定动滑轮个数:n为奇数时，从动滑轮开始绕绳;n为偶数时，从定滑轮开始绕绳。

考点剖析

|例题9|（2022秋•鹿城区期末）小明用下列方式匀速提升同一重物，若不计滑轮和绳子的自重及摩

擦，拉力最大的是（）

A.

C.

|例题10|（2022秋•台州期末）我国企业承建的2022年世界杯主场馆——卢塞尔体育场，创下全球

最大跨度索网屋面单体建筑等六大世界之最。

（1）索网的主体部分是索钢，钢是一种（选填“合金”或“有机合成”）材料，其中加入

了一定量的铝和银，是通过改变金属的来达到防锈的目的。

（2）在吊索网过程中使用了大量的滑轮装置。用如图中的滑轮组提升重20000牛的物体，拉力F

为7000牛，不计绳重和摩濠，动滑轮的重力是。物体和绳子自由端的运动情况

如图乙所示，则反应绳子自由端运动的图线是（选填或

甲

[例题11]（2023•萧山区校级二模）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，提升过程中绳子自由端拉力F的功率为

180Wo已知物体A重5"N,该工人重700N。不计绳重和摩擦，卜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

B.动滑轮重160N

C.该工人对地面的压力为400N

D.绳子自由端受到竖直向下的拉力为200N

|例题12|（2022秋麻州市期末）如图所示是小明家使用的升降衣架，它是通过一些简单机械组合来

方便地晾起衣服。每个滑轮重1牛，横梁和衣架总重量为10牛。当晾衣架上所挂衣服重量为

60牛时，小明同学用力F拉动绳子自由端，在5s时间内使衣服匀速上移了1m,不计绳重和摩

擦。

（1）该升降衣架的6个滑轮中，动滑轮有个。

（2）小明所用拉力的大小为多少牛？

（3）拉力的功率大小为多少瓦？

知识点四、机械效率

（一）有用功、额外功、总功的定义

（1）有用功:人们提升重物过程中必须做的功，用w恤表示。

（2）额外功:利用机械时，人们不得不额外做的功，用W置外表示。

（3）总功:人的拉力（动力）对动滑轮（机械）所做的功，fflW总表示，W,『Wf训十W领外

（4）有用功、额外功、总功的单位都是焦。）。

（二）机械效率

定义公式

有用功提升重物过程中必须要做的功叫

额外功利用机械时，人们不得不额外做的功吸

总功有用功和额外功之和%&=%，，+小版

Wfi

机械效率科学上把有用功跟总功的比值ri=flx|00%

（三）提高机械效率的途径：

①在所做的有用功不变的情况下，减小额外功，具体方法是改进结构，使机械更合理，更轻巧,

如减少动滑轮的个数，或换用质量小的动滑轮，尽量减小摩擦等；

②在所做额外功一定的情况下，增大有用功，即在机械能承受范围内尽可能增加每次提起重物

的重力。

【能力拓展】

对于不同的目的，有用功和额外功会发生改变，如用水桶从井里提水的过程中，对桶中的水所做的

功为有用功,而对水桶做的功为额外功;但当水桶不小心掉入井中，我们想办法从井中将水桶捞出时，

对水桶所做的功为有用功，而对残留在水桶中的水所做的功为额外功。

|Q考点剖析1

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIMIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

|例题13|（2022秋•余姚市校级期末）关于机械效率，下列说法正确的是（）

A.机械效率越大，越省力

B.机械效率越大，做功越多

C.机械效率越大，功率越大。

D.机械效率越大，额外功在总功中所占的比例越小

[例题14]（2022秋•余姚市期末）“建设美丽城市，优化市内交通”，宁波市计划建设地铁五号线。地

铁的建造过程需要大型机械——盾构机。如图是地铁建设施工挖隧道的盾构机正面，下列关于

工作中的盾构机说法正确的是（）

A.做的功越多，机械效率越高

B.做功多的盾构机，功率大

C.延长T作时间，可提高机械效率

D.做功越快的盾构机，功率越大

[例题15]（2023•鹿城区模拟）如图甲所示，用一个动滑轮匀速提升重为600N的物体，在卷扬机拉

力F的作用下，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图乙所示。已知动滑轮受到的

重力为20N,不计绳重和轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（）

3卷扬机

甲乙

A.以动滑轮为参照物，物体是向上运动的

B.物体上升的速度是20nVs

C.卷扬机拉力F的功率是62W

D.机械效率为90.67%

[例题16]（2023•拱壁区二模）如图为一举重杠铃。

（1）小明同学在一次体育课上举杠铃的过程中，他觉得自己右手力量要大于左手的力量，如果

在举重过程中想让右手再多承担一些压力，则他的右手应该向（选填“右端”或“左端”）

移动。

（2）在一次举重过程中，小明同学双手将杠铃举过头顶，在他举着杠铃站立时左右两手间距离

为1m,左手距离左侧杠铃，右手距离右侧杠铃，若此时小明左手竖直向上举的力为350N,则小

明同学所举杠铃总质量为多少千克？

(3)若小明同学体重50kg,某次举起的杠铃总重只有30kg,在由蹲下到起立的举重过程中，杠

铃高度升高了米，而自身重心升高1米，则在该次举重过程中的机械效率是多少？

知识点五、斜面的机械效率

⑴斜面是一种简单机械，使正它可以—，但要。

(2)探究影响斜面机械效率的因素：

①如图所示，将-块长木板的一端垫高，构成一个斜面，用刻度尺测出斜面的长s和斜面的高

度ho

②用弹簧测力计测出小车的重力Go

③用弹簧测力计沿着斜面把小车从斜面底端匀速拉到顶端，读出弹簧测力计的示数F。

改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤。实验测量结果见下表：

实验序号123

斜面倾斜程度较缓较陡最陡

斜面粗糙程度木板表面木板表面木板表面

小车重力G/牛222

斜面高度h/米

斜面拉力F/牛1

斜面长S/米

有用功W#/焦

总功WJ焦

机械效率n67%80%86%

结论:对于光滑程度相同的斜面，倾斜程度越大，机械效率.

(3)测量斜面的机械效率：

①光滑斜面：Fl=Gh%软=0q=100%

②有摩擦的斜面：x\=GhiFl

③斜面的机械效率与斜面的光滑程度和倾斜程度有关。

测量滑轮组的机械效率：多数情况下仅考虑由于动滑轮自重所带来的额外功，而不考虑绳子的

重力和摩擦。此时对于用滑轮组提升物体时有：n=w«HI_Gh。测量杠杆的机械效

w怠Gh+Gd』G+G动

女_Wfl；u_J分用

争：n==-------

w6匹“用+人外

考点剖析

［例题17］（2021秋•西湖区期末）小金用如图所示装置和相关的实验仪器探究斜面机械效率的影响因

素，斜面长为L,高为h,他用沿斜面向上的拉力F把重为G的物体从斜面底端匀速拉到顶端。

卜列说法错误的是（）

A.改变h即可研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响

B.该过程中克服斜面摩擦力做的功属于额外功

Gh

C.该斜面的机械效率为MX100%

Fs

D.若物体没有被拉到斜面顶端，则无法测出斜面的机械效率

［例题18|（2022春•江干区校级月考）如图甲，质量m的货物在拉力作用下，沿粗糙斜面向上运动

（不考虑空气的阻力），斜面长L、高H。货物上升高度h与时间t关系图像如图乙所示，0至

ti时间内的拉力为Fi，1|至12时间内拉力为F2。己知H>4ho,t2=2ti，不计速度变化时的时间,

斜面粗糙程度不变。

⑴0至ti和ti至12两个过程中受到的拉力FiF2的大小关系。（选填：“>“、"V”或“=”）

（2）Fl时斜面效率ni（选填：“>"、"V”或“="）F2时斜面效率3

|例题19|（2021秋•临海市期末）某同学看到爸爸正准备把货物搬往高台上，如图1所示。他找来一

块木板，搭成图2所示的斜面，然后站在高台上用一根绳子把货物拉上了高台。请回答下列问

题：

（1）利用斜面搬运货物的优点是。

（2）该同学用400N的拉力沿斜面把重500N的货物拉上了高台，已知斜面长4m,高2m。求此

斜面的机械效率.

模块三巩固提高

1.（2021秋•柯桥区期末）如图所示，分别用力Fi、F2、F3匀速提起重物A,若不计摩擦，关于

三个力的大小关系，下处选项中正确的是（）

A.FI=FZ=F3B.FI>F2>F3C.F2>FI=F3D.F1VF2VF3

2.（2021秋•温岭市期中）如图所示，健身员向下摆动脚踝使细绳拉着物体缓慢提升时，图中的滑

A.定滑轮，可省力

B.动滑轮，可省力

C.定滑轮，可改变力的方向

D.动滑轮，可改变力的方向

3.（2022秋•婺城区校级期中）如图所示，分别用力Fi、F2和F3,使用下列三个装置匀速提起同

样的重物，不计滑轮的重力和摩擦且不计绳重，则日、F2和F3的大小关系是（）

A.FI<F2=F3B.F2VF1VF3C.FI=F3<F2D.F1VF2VF3

4.（2023•定海区校级模拟）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）（）

0妈妈爸爸o

A.540牛B.270牛C.360牛D.200牛

5.（2022秋•上城区校级期中）如图所示，物体A重120N,实心物体B的体积是Idn?,此时A

恰能沿着水平桌面以向右做匀速直线运动；若将B以原速度匀速上升，需要对A施加1（）（）N水

平向左的拉力，则下列选项正确的是（不计摩擦、绳重及滑轮重）（）

A.物体B匀速下降的速度是

B.物体A向左做匀速直线运动与桌面之间的摩擦力为100N

C.物体B在匀速上升时，克服B重力做功的功率为2W

D.物体B密度是2.5x1（Pkg/m?

6.（2023•拱壁区模拟）如图所示，不计滑轮重及摩擦，分别用力Fi、F2匀速提升同一重物，若

力Fi、F2在相等时间内对物体所做的功相等，则力Fi、F2及其功率Pi、P2的大小关系为（

A.FI>F2P1VP2B.FI>F2PI>P2

C.FI>F2P1=P2D.F1VF2P1VP2

7.（2。23•温州模拟）如图所示,用IUN的力卜沿水平方向拉滑轮,可使物体A以的速度在水平

面上匀速运动。弹簧测力计的示数恒为2N（不计滑轮、测力计、绳子的重力，滑轮的转轴光滑）。

下列