第15讲 滑轮组和斜面的机械效率问题-中考物理重点核心知识点专题讲练（全国通用）

第15讲 滑轮组和斜面的机械效率问题

类型一：滑轮组的机械效率

【例1】

如图所示，小明用该滑轮组提升重物时，重80N的物体在5s内匀速上升了1m，已知动滑轮重20N，如果不计绳重及摩擦，则提升重物的过程中（　　）

A．拉力F为40N

B．绳子自由端移动了3m

C．拉力F的功率为16W

D．滑轮组的机械效率为80%

1．（2022·贵州铜仁·统考中考真题）课后延时服务社团活动中，“勇创”兴趣小组计划探究“影响滑轮组机械效率的因素”的实践活动，提出如下科学猜想；

猜想一：滑轮组机械效率可能与被提升物体的重力大小有关

猜想二：滑轮组机械效率可能与被提升物体的高度有关

现有实验器材支架、细绳、轻质滑轮2个、弹簧测力计（量程合适）、规格2N的钩码多个，实验装置如图所示；请你协助“勇创”兴趣小组完成实验；

（1）除上述实验器材，完成该实验还需要的测量工具是______；

（2）实验数据记录如下表：

①根据表格中的数据，第二次实验时滑轮组的机械效率为______；

②分析实验数据可得出结论同一滑轮组，物体提升相同高度，______，机械效率越高；

③若要验证猜想二，你的关键操作是______。

2．（2022·湖北襄阳·统考中考真题）某同学用如图所示的实验装置测量滑轮组的机械效率，相关数据记录在下表中。

（1）实验中，使用滑轮组提升重物时，应竖直向上 _____拉动弹簧测力计；

（2）第二次实验中，滑轮组的机械效率为 _____；

（3）分析1、2、3次实验数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物越 _____（选填“重”或“轻”），滑轮组的机械效率越高；

（4）小琪同学在仅改变提升物体速度的情况下，又做了上述第三次实验，结果会发现滑轮组的机械效率 _____（选填“变大”“变小”或“不变”）。

3．（2022·江苏南通·统考中考真题）用图甲滑轮组做“探究动滑轮的重对滑轮组机械效率的影响”实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变滑轮的重，每次实验都匀速拉动绳端使物体上升10cm。不计绳重，实验数据如表。

（1）每次实验绳端移动距离为______cm；

（2）第2次实验中拉力F的示数如图乙，读数为______N，第2次实验滑轮组的机械效率为______%。分析数据可知：在物重不变的情况下，动滑轮越重滑轮组的机械效率越______；

（3）实验中若仅增大绳端移动的距离，则滑轮组的机械效率将______；

（4）本实验中，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦引起的额外功占总额外功的比例______（选填“变大”“变小”或“不变”）。

4．（2022·安徽芜湖·芜湖市第二十九中学校考二模）如图所示，小明同学在测量滑轮组机械效率实验的过程中，发现所使用的刻度尺示数模糊不清，但他仍然测出了该滑轮组匀速提升重物时的机械效率。其实验步骤如下：

①用弹簧测力计测出物重G；

②按图示组装好滑轮组；

③竖直向上匀速拉动弹簧测力计使物体上升，读出此时弹簧测力计示数的大小F；

（1）该滑轮组机械效率的表达式为______（用题中已知物理量的字母表示，绳子的股数要用具体的数字表示）；

（2）为提高滑轮组的机械效率，可以减小轮与轴间的摩擦。若忽略上述摩擦，也不考虑绳重，下列方法中，还能提高滑轮组机械效率的是______（选填“A”、“B”、“C”或“D”）。

A．增加滑轮的个数

B．减小动滑轮的重量

C．减小钩码升高的高度

D．增大提升钩码的速度

5．（2022·山东淄博·统考二模）小华在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。

（1）实验中要竖直向上___________拉动弹簧测力计，使物体升高。小华同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法___________（选填“正确”或“不正确”）；

（2）表格中，①②两处的数据应该是___________ 和___________；

（3）通过比较___________（填实验次序）两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子股数无关；

（4）通过比较___________（填实验次序）两次实验数据得出结论：用同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高；

（5）有的同学认为，要测量绕法确定的滑轮组的机械效率，钩码上升的高度和绳端移动距离___________（选填“可以不测量”或“一定要测量”）；

（6）如果第4次试验中，小组同学将钩码提升0.1m用时2s，在此过程中拉力F 做功的功率是 ___________ W；

（7）结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中可以提高机械效率的是(    )

A．增加物体提升的高度   B．加快提升物体的速度

C．减小动滑轮的重力     D．减小物体的重力

6．（2022·陕西汉中·统考一模）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，实验小组用如图所示的装置进行了实验，实验数据记录如表所示，第三次实验时的拉力如图所示。

（1）实验中应竖直向上 ___________拉动弹簧测力计使钩码上升；

（2）表格中编号①的数据应为 ___________；编号②的数据应为 ___________；

（3）比较实验数据可得出的实验结论是：使用同样的滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 ___________；

（4）如果在第一次实验时，忽略绳重和摩擦，可以计算出动滑轮的重力为 ___________N；

（5）结合生产生活实际，用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 ___________。

A．增大绳重

B．减轻动滑轮重

C．加快物体提升的速度

类型二：斜面的机械效率

【例2】如图所示，在斜面上将一个重4.5N的物体从A处匀速拉到B处，沿斜面向上的拉力F=1.8N把重物直接提升A所做的功作为有用功，下列说法不正确的是（　　）

A．拉力F所做的功是2.16J

B．斜面的机械效率是62.5%

C．斜面对物体的摩擦力是1.8N

D．仅将斜面表面变粗糙，斜面的机械效率会降低

7．（2022·山东潍坊·统考中考真题）许多实验器材在物理实验中能被重复利用，斜面就是其中之一。请完成下列利用斜面进行实验的有关内容:

（1）图甲所示实验中，为便于测量小车在斜面上的运动时间，应使斜面保持__________（选填“很大”或“很小”）的坡度；

（2）图乙所示实验中，对于同一个球A，要改变A撞击木块前的动能大小，可进行的操作是_________；

（3）图丙所示实验中，斜面倾斜角为，物体B重为。用弹簧测力计沿斜面拉动B时，应使B做___运动，实验中弹簧测力计示数如图所示，则所测斜面的机械效率为__________。

8．（2022·江苏无锡·统考模拟预测）探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系，如图1所示，实验数据记录如表：

（1）分析表中数据，可以得出的初步结论是：在其他条件不变的情况下，斜面倾斜程度越陡，斜面的机械效率越 ___________；此外可以通过 ___________提高机械效率；

（2）接着小霞找来几个铁球和弹簧探究影响动能大小的因素，让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离；（如图2所示）

①该实验的目的是研究铁球的动能大小与 ___________的关系；

②若让同一铁球从倾斜程度不同的斜面上的同一高度滚下，斜面的粗糙程度相同，如图乙所示，铁球下滑到水平面的速度分别为v1和v2，则v1___________v2（填“>”“＜”或“=”）；

③若将实验装置改进成图丙所示，利用质量不同的B、C铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击同一木块，该实验方案是否可行？答 ___________，若他按此方案操作，他会看到的现象是 ___________。

9．（2022·福建福州·福建省福州延安中学校考模拟预测）在生活和生产中，简单机械有着十分重要的作用。小明用图中的实验装置探究斜面的机械效率，发现斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用减小接触面粗糙程度的方法减小摩擦，从而___________斜面的机械效率。某次实验测得物重G=4N，斜面长s=1m，高h′=0.2m，若机械效率=80%，则物体在斜面上运动时受到的摩擦力为___________N。

10．（2022·江苏扬州·校联考二模）如图甲所示是某一学习小组探究“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度关系”的实验装置。在其它条件一定时获取了表格中的实验数据。

（1）实验时，沿斜面拉动木块时，为使测力计的示数稳定，应尽量使木块做___________运动；

（2）通过比较表格中“___________”和“___________”两栏对应的数据，可知斜面是一种省力的简单机械；

（3）表格中空缺处的数据为___________。依据完整的数据可得出结论：在其它条件一定时，斜面___________，机械效率越高；

（4）学习小组进一步分析实验数据，发现在其它条件一定时，斜面越陡，物体所受的摩擦力越___________；

（5）请你结合所学物理知识，解决斜面的有关物理问题。图乙中木块分别沿斜面1、2滑到底端，木块到达斜面1、2底端时的速度分别为的v1、v2，若斜面粗糙程度相同，则v1___________v2（选填“大于”、“等于”或“小于”）。

11．（2022·陕西·陕西师大附中校考模拟预测）小明在“探究斜面的机械效率与哪些因素有关”的活动中，提出了以下猜想：

猜想A：斜面的机械效率可能与物体的重力有关；

猜想B：斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关；

猜想C：斜面的机械效率可能与斜面的粗糙程度有关；

猜想D：斜面的机械效率可能与物体运动的速度有关；

为了验证自己的猜想，小明用木板搭成了如图所示的装置进行探究，记录数据如下表所示。分析实验数据，回答下列问题：

（1）在实验过程中，应沿斜面向上___________拉动木块；

（2）第2次实验中斜面的机械效率为___________；

（3）为了验证猜想C，可对比实验___________；对比实验1和2，可验证猜想___________；

（4）对比2和4两次实验数据，可初步得出的结论是：___________；对比2和5，可初步得出得结论是：___________。

（5）如果小明要提高此斜面的机械效率，可以采用的方法是：___________（说出一种即可）。

类型三：机械效率的综合

【例3】

12．（2022·湖南张家界·统考一模）质量为550kg、体积为0.1m3的一只密封箱子沉没于水面下5m深处，工人们用如图所示的滑轮组打捞箱子．求：

（1）5m深处水产生的压强；

（2）箱子完全浸没在水中时受到的浮力；

（3）箱子在水中被匀速提起时，所用的拉力F为2×103N，滑轮组的机械效率？

13．（2022·广东佛山·统考一模）南极冰面上，科考队用拖拉机借助绳索水平牵引装有货物的轻质木箱来运输货物．

（1）木箱底面积为5m2，质量不计，水平冰面能承受的最大压强为1×104Pa，求木箱内可装货物的最大质量（g取10N/kg）

（2）某次运输过程中，拖拉机用绳索牵引装有货物的木箱在水平冰面上以36km/h的速度匀速直线行驶10km．消耗柴油1kg，牵引木箱做功的功率为9kW，（q柴油＝4.5×107J/kg．）求该运输过程中，柴油完全燃烧释放的内能转化为绳索牵引木箱做功的效率？

14．（2022·江苏无锡·统考二模）学校文化建设需要在阅读广场放置一座雕像，其质量为4.5t，吊装时用如图所示的滑轮组将雕像匀速吊上3m的高台。已知提升雕像时，拉力F的功率为6×103W，绳子自由端移动速度为0.3m/s。（g=10N/kg）求：

（1）滑轮组将雕像吊上高台需要的时间；

（2）滑轮组对雕像做的有用功；

（3）提升雕像的过程中滑轮组的机械效率。

15．（2022·湖南·校考一模）如图所示是一个建筑工地提升物体的装置示意图，其中AB是一个以O为支点的杠杆，lAB=1.8m，D是一个系在杠杆B端的配重物体，GD=2500N，人可以通过固定在A端的滑轮组提升物体，有一位质量为75kg的工人站在水平地面上，他利用该装置以0.1m/s的速度匀速提升钢材时，他双脚与地面的接触面积为400cm2，他拉力的功率为50W。每个滑轮重均为50N，绳和杠杆重及各种摩擦不计，g取10N/kg。求匀速提升钢材时：

（1）工人的拉力F甲的大小；

（2）工人对地面的压强；

（3）为了提升更重的物体，将杠杆的支点O向左移动20cm，同样提升该钢材时，配重物体D对地面的压力增加了600N，计算此时利用该装置最多可提升多重的物体。

16．（2022·贵州铜仁·统考一模）工人利用如图所示的装置，在河边打捞水中的物体M，物体M的体积是0.08m3，打捞过程中物体M在水中匀速上升的速度为0.2m/s；当物体被打捞出水面后，工人对绳子施加最大的拉力，恰好能使物体继续匀速上升。已知：工人的质量为60kg，物体M的密度为2.5×103kg/m3。不计绳重、摩擦及水对物体的阻力，g取10N/kg。求：

（1）物体M在水中时所受的浮力；

（2）物体M的重力GM；

（3）动滑轮的重力G动；

（4）物体M在水中匀速上升时工人做功的功率。

17．（2022·山东威海·统考中考真题）为了建设精致城市，每到春天园林工人要在过街天桥上放置花草，为城市增添一抹绿色。如图所示，工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平，与栏杆M接触点为O；用沙袋将木棒B端压在栏杆N上，在木棒A端吊装滑轮组。，每个沙袋重，每个滑轮重。（木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计）

（1）若A点受到竖直向下的拉力为，为了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置几个沙袋？

（2）若某次工人利用滑轮组竖直向下拉绳子，将重为的花架匀速提升。求：

①滑轮组的机械效率。

②滑轮组对绳的拉力。

18．（2022·辽宁盘锦·统考中考真题）如图所示，工人师傅利用滑轮组将静止在水平地面上质量为45kg的石板匀速提升6m，用时30s。石板与地面接触面积为9000cm2，动滑轮重为50N。（g取10N/kg，不计绳重和摩擦）求：

（1）提升前石板对地面的压强；

（2）石板上升的速度和工人师傅所用拉力；

（3）拉力的功率。

19．（2022·湖北荆州·统考中考真题）某项目建设中，工人用如图所示的装置将质量为70kg的建筑材料匀速提升了6m，用时10s。电动机的输出功率恒定为600W，不计绳重和摩擦，g=10N/kg。求：

（1）建筑材料上升的速度；

（2）10s内电动机输出的总功；

（3）动滑轮所受的重力；

（4）若用此滑轮组匀速提升另一批建筑材料时，机械效率是90%，则该建筑材料上升的速度。

20．（2022·贵州黔东南·统考中考真题）如图所示，是某工作队用滑轮组从水中打捞正方体物体M的情景。物体M的棱长为1m，密度为2.8×103kg/m3，用7500N的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升2m。忽略绳重、绳与滑轮的摩擦和滑轮与轴的摩擦。（ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求：

（1）物体M上升后，还未露出水面时受到的浮力；

（2）物体M上表面在水面下0.2m时，它的下表面受到水的压力；

（3）物体M上升后，在未露出水面前，此滑轮组的机械效率。

21．（2022·湖南郴州·统考中考真题）如图所示，用细线将一质量可忽略不计的杠杆悬挂起来，把质量为0.3kg的物体A用细线悬挂在杠杆的C处；质量为0.5kg的物体B（B不溶于水）用细线悬挂在杠杆的D处。当物体B浸没于水中静止时，杠杆恰好在水平位置平衡。此时C、D到O点的距离分别为20cm、30cm。（g取10N/kg）求：

（1）物体A的重力；

（2）细线对物体B的拉力；

（3）物体B的体积。

22．（2022·四川达州·统考中考真题）某兴趣小组设计了一个水塔水位监测装置，图甲是该装置的部分简化模型，轻质硬杆AB能绕O点无摩擦转动，AO∶OB=2∶3，物体N是一个不吸水的柱体，打开阀门，假定水的流量相同，物体M对压力传感器的压强p与水流时间t的关系如图乙所示，t2时刻装置自动报警，t3时刻塔内水流完，杠杆始终在水平位置平衡。已知正方体M的密度为6×103kg/m3，棱长为0.1m，悬挂物体M、N的轻质细绳不可伸长，g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，单位时间内水通过阀门处管道横截面的体积为水的流量，求：

（1）物体M的重力大小；

（2）t1时刻杠杆A端所受拉力大小；

（3）物体N的密度。