滑輪與機械效率考點解析

滑輪與機械效率考點解析

滑輪及其機械效率是考試的重點內(nèi)容，題型以計算題（包含簡答題）、

實驗題為主，考點集中在以下四點：使用動滑輪能省一半力的條件；測滑

輪組的機械效率；影響滑輪組機械效率的因素；省力與繩子繞法的關(guān)系。

考點一、省力與繩子繞法的關(guān)系

知識回放：滑輪組的繞線問題應(yīng)先確定所需繩子段數(shù)，題目中一般會

指出繩子的重力及繩子與滑輪之間的摩擦不計，以下是兩種情況的具體分

析。

1.提升重物：如圖1,有幾段繩子與動滑輪相連，拉力F拉就等于物

體和動滑輪總重力的幾分之一，即F拉=（G物+G動），所以，繩子段數(shù)

n=o

2.水平牽引物體：如圖2,有幾段繩子與動滑輪相連，拉力F就等于

摩擦力的幾分之一，即F=f摩，所以，繩子的段數(shù)n=o

以上兩種情況求n時，如果不能整除，則需要采用“進尾法”，即無

論小數(shù)點后的數(shù)字是多大，都要向整數(shù)進一位。

如果繩子段數(shù)n為奇數(shù)，則繩子起始位置應(yīng)系在動滑輪的掛鉤上，然

后再往定滑輪邊框上繞線；如果繩子段數(shù)n為偶數(shù)，則繩子起始端系在定

滑輪的掛鉤上，然后再往動滑輪的掛鉤上繞線，簡稱“奇動偶定”。

例1一根繩子只能承受100N的力，要把330N的物體拉起，怎樣組

裝滑輪組？（滑輪重、繩重及摩擦均不計）

解析滑輪重、繩重及摩擦均不計的情況下，拉力是物重的幾分之一,

那么物重就由幾段繩子來承擔(dān)，即n===3.3-4（進尾法）。

因此，動滑輪需要2個，定滑輪可以是一個，也可以是2個，滑輪組

的組裝方法有兩種（如圖3甲、乙）。

考點二、影響滑輪組機械效率的因素

用滑輪組勻速提升重物時，不計繩重及摩擦，根據(jù)機械效率的定義，

由此可分析，影響滑輪組機械效率的因素有物體的重力G物、動滑輪的重

力G動。

例2如圖4所示，相同的滑輪用不同的繞法提起相同的重物，摩擦力

可以忽略不計，在物體勻速上升的過程中（）

A.甲圖省力，機械效率甲圖大B.甲圖省力，機械效率一樣大

C.乙圖省力，機械效率乙圖大D.乙圖省力，機械效率一樣大

解析由甲、乙兩圖可知：承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n甲=3,n乙=2。由摩

擦力忽略不計，得甲、乙兩圖中繩子的拉力大小分別為：F甲=（G物+G動）,

F乙=（G物+G動）。因為重物和動滑輪相同，所以繩子拉力大小F甲〈F乙；

由機械效率公式。由于重物和動滑輪相同，所以。甲二11乙。故答案選B。

考點三、機械效率的計算

根據(jù)機械效率的定義，機械效率的計算公式是，當(dāng)不計繩重及摩擦?xí)r,

該公式可變?yōu)?。其中G為物重，G動為動滑輪的重力，h為重物升高的高

度，F(xiàn)為拉力，S為繩子自由端移動的距離，n為承擔(dān)重物的繩子的段數(shù)。

例3在小型建筑工地，常用簡易的起重設(shè)備豎直吊運建筑材料?，其工

作原理相當(dāng)于如圖5所示的滑輪組。某次將總重G為4000N的磚塊勻速

吊運到高為10m的樓上，用時40S,卷揚機提供的拉力F為2500N。

求在此過程中：

(1)拉力F所做的有用功；

(2)拉力F的功和功率；

(3)滑輪組的機械效率。

分析由滑輪組的結(jié)構(gòu)可以看出，承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n=2,則拉力F

移動的距離s=2h,

解(1)拉力F所做的有用功亞有=611=4000NX10m=4X104J。

(2)拉力F移動的距離s=2h=2X10m=20m,

拉力F所做的總功~E、=FS=2500NX20m=5X104J,

拉力F做功的功率P=?=?=l250Wo

(3)滑輪組的機械效率。

考點四、實驗：測量滑輪組的機械效率

對“測量滑輪組的機械效率”實驗的考查，通常包括以下兩方面的內(nèi)

容。

1.考查實驗方法及數(shù)據(jù)的收集、分析與處理

例4某實驗小組在測滑輪組機械效率的實驗中得到的數(shù)據(jù)如表所示，

實驗裝置如圖6o

(1)通過表中數(shù)據(jù)可分析出實驗1是用(填“甲”或"乙”)

圖做的實驗，實驗2是用(填“甲”或“乙”)圖做的實驗。

(2)實驗時，應(yīng)豎直向上拉動彈簧測力計。

(3)請將表格中的實驗數(shù)據(jù)補充完整。(百分號前保留整數(shù))

(4)通過實驗1和實驗2的數(shù)據(jù)分析可得出結(jié)論：使用不同的滑輪

組，提升相同的重物時，動滑輪的個數(shù)越多，滑輪組的機械效率

(5)比較實驗1和實驗3可得出結(jié)論:使用同一滑輪組時,,

可以提高滑輪組的機械效率。

解析(1)實驗1中拉力移動的距離是物體和動滑輪移動距離的3倍,

因此動滑輪被3根繩子承擔(dān)，甲圖符合要求。

(2)為了讓彈簧測力計獲得穩(wěn)定的數(shù)值，應(yīng)勻速拉動測力計。

(3)第二次實驗中拉力的有用功亞有=611=4NXO.1m=0.4J,

拉力做的總功八E、=FS=1.4NXO.5m=0.7J,

滑輪組的機械效率；

②第三次實驗中拉力的有用功亞有=611=6NXO.1m=0.6J,

拉力做的總功八E、=Fs=2.4NXO.3m=0.72J,

滑輪組的機械效率為。

(4)74%>57%,說明提升相同的重物時，動滑輪的個數(shù)越多，滑輪組

的機械效率越低。

(5)83%>74%,說明使用同一滑輪組，提升重物的重力越大，滑輪組

的機械效率越高，因此增加鉤碼的重力可以提高滑輪組的機械效率。

答案：(1)甲；乙(2)勻速(3)57%；83%(4)越低(5)增加

鉤碼的重力。

2.對實驗進行糾錯、評估及擴展性探究。

例5小雪和小紅在“測滑輪組機械效率”的實驗中，一起組裝好如圖

7所示的實驗裝置，他們分別記下了鉤碼和彈簧測力計的位置。

(1)小紅向上拉動彈簧測力計，使鉤碼升高，并由彈簧測力

計讀出拉力為0.5N,同時小雪用刻度尺測出鉤碼提升的高度為0.1m,

以上測量準(zhǔn)確無誤，其他被測物理量和計算的數(shù)據(jù)如下表：

(2)小雪和小紅測得滑輪組的機械效率為100%,他們意識到出現(xiàn)了

錯誤，請你幫助找出原因o

(3)該滑輪組的機械效率實際為o

(4)若提升的鉤碼重力增加到6N,則該滑輪組的機械效率將

。(填變化情況)

(5)有同學(xué)想進一步探究滑輪組的機械效率是否與滑輪組中細繩的

繞法有關(guān)。根據(jù)探究目的，他們先通過實驗測算出如圖8所示的滑輪組的

機械效率，請你在圖9中畫出下一步實驗所需的組裝圖。

解析(1)測量滑輪組的實驗中應(yīng)該豎直勻速拉動彈簧測力計；

(2)動滑輪被5根繩子承擔(dān)，拉力移動的距離就是物體移動距離的5

倍，因此彈簧測力計提升的高度錯了，應(yīng)為0.5m；

(3)滑輪組的機械效率：，