中考物理必考专题突破 实验19 测量滑轮组的机械效率(解析版)

实验19 测量滑轮组的机械效率
一．选择题（共6小题）
1．在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时，小明如图所示的甲、乙两个滑轮组来验证的猜想是：滑轮组的机械效率可能与()
A．被提升物体的质量有关B．动滑轮的个数有关
C．物体被提升的高度关D．承重绳子的段数有关
【解答】解：图中提升的物体的重力不相同（钩码的个数不相同），但是使用相同的滑轮组，因此这两个图研究的是滑轮组的机械效率与被提升物体重力的关系。

故选：A。

2．如图所示是小刚同学在“测量滑轮组的机械效率”实验中使用的实验装置，得到的数据记录在下方表格中。

关于小刚的实验，忽略绳重和摩擦，下列说法不正确的是()
试验次数123
钩码重/
G N446
钩码上升高度/
h m0.10.10.1
绳端拉力/
F N 1.8 1.4 2.4
绳端移动距离/s m0.30.50.3
机械效率 74%57%83%
A．由表中数据可知，第1次实验是使用甲图做的实验
B．由表中数据可知，第2次实验是使用乙图做的实验
C．由第1、2次数据可知，滑轮组的机械效率与动滑轮的自重有关
D．由第2、3次数据可知，滑轮组的机械效率与被提升的钩码的重力有关【解答】解：
（1）根据s nh
=，第1次实验绳子的有效段数：
0.3
3
0.1
s m
n
h m
===；
同理，第2、3次实验绳子的有效段数分别为5、3，故第1次实验是使用甲图做的实验；
第2次实验是使用乙图做的实验，AB正确；
（2）第1、2次实验使用的装置不同，提升物体的重力相同，第2次实验要克服两个动滑轮做额外功，由表中数据可知，两次实验滑轮组的机械效率不同，故滑轮组的机械效率与动滑轮的自重有关；C正确；（3）因滑轮组的机械效率与动滑轮的自重有关，故研究滑轮组的机械效率与被提升的钩码的重力有关，要控制使用相同的装置，只改变提升物体的重力大小，而第2、3次中，所用装置不同（动滑轮重不同），故由第2、3次数据可知不能得出滑轮组的机械效率与被提升的钩码的重力有关。

D错误。

故选：D。

3．某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，如图所示，并测算了各次实验装置的机械效率。

关于他的实验过程，下列说法中不正确的是()
A．由①②可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关
B．由②③可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低
C．在①实验中，应匀速竖直向上拉动绳子
D．为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律
【解答】解：
A、①、②两次实验中绳子绕法不同，提升的物重相同，两次机械效率都是70%，所以可知滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关，故A说法正确；
B、②、③两次实验是同一滑轮组，提升的物重不同（第③次物重更大），③的机械效率大于②，说明同一滑轮组提起物重越大，机械效率越高，故B说法错误；
C、在①实验中，为正确测量拉力的大小，应匀速竖直向上拉动绳子，故C说法正确；
D、为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律，这种做法是值得提倡的，故D说法正确。

故选：B。

4．为了研究机械效率与哪些因素有关，小明同学提出两个猜想：猜想一：机械效率是否与G
物
有关；猜想
二：机械效率是否与G
动有关。

为了验证猜想，小明先用如图甲所示的装置不断改变G
物
，竖直向上匀速拉
动弹簧测力计，计算并绘出η与G
物关系如图乙（a）所示；然后换另一个不同重量的动滑轮，不断改变G
物
，
计算并绘出η与G
物
关系如图乙（b）所示。

根据图象他()
A．只能验证猜想一
B．只能验证猜想二
C．既不能验证猜想一，也不能验证猜想二
D．既能验证猜想一，也能验证猜想二
【解答】解：
由图（a）或者图（b）可知，当甲图中动滑轮的重力一定时，都有滑轮组的机械效率随提升物体重力的增大而增大，故可以验证猜想一；
在图（a）和图（b）中，提升物体的重力相同时，动滑轮的重力不同，滑轮组的机械效率不同，故可以验证猜想二。

综上可知，ABC选项错误、D正确。

故选：D。

5．用如图所示的装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是()
A ．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动
B ．测量机械效率的原理：100%W W η⎛⎫
=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭
有用总
C ．机械效率与动滑轮重力的大小有关
D ．提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现 【解答】解：
A ．在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，这样弹簧测力计处于平衡状态，弹簧测力计的示数才
反映了拉力的大小，故A 正确；
B ．测量机械效率的原理：100%W W η=
⨯有用总
，故B 正确；
C ．图中滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关，在物重一定的条件下，动滑轮越重，机械效率越低，故C 正确；
D ．减小钩码的重力，在额外功相同的情况下，有用功减小，有用功占总功的百分比减小，滑轮组的机械
效率减小，故D 错误。

故选：D 。

6．某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”。

他做了如图所示的实验，并测算了各次实验装置的机械效率。

关于他的实验过程，下列说法中不正确的是( )
A ．根据①、②两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关
B ．根据②、③两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低
C ．根据该同学的探究结论可知，通过适当增大物重可以提高滑轮组的机械效率
D ．为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律
【解答】解：A 、①、②两次实验中绳子绕法不同，提升物重相同，机械效率都是70%，因此，说明滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关，是正确的；
B 、②、③两次实验是同一滑轮组，提升的物重不同，②的机械效率小于③，说明同一滑轮组提起物重越
大，机械效率越高，因此，B 是错误的，符合题意；
C 、通过比较②、③两次实验可以看出，适当增大物重可提高机械效率，是正确的；
D 、为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律，这种做法是值得提
倡的，是正确的。

故选：B 。

二．填空题（共4小题）
7．现用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与所挂物重G 物的关系，改变G 物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G 物关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则： （1）动滑轮自重是 2 N ；
（2）当7G N =物时，重物以2/v m s =速度匀速上升，拉力F 做功的功率是 W ，此时滑轮组的机械效率是 ；
（3）图乙中的曲线表明，同一滑轮组的机械效率η随所挂物重G 物的增大而增大，最终 （会/不会）达到100%；仅改变图甲中的绕绳方式、重复上述实验，所得到的G η-物图线与图乙所示曲线 （相同/不同）。

【解答】解：（1）由图乙可知，物重8G N =时，滑轮组的机械效率80%η=，
因不计绳重和摩擦，克服物重做的功为有用功，克服动滑轮重力和物重做的功为总功， 所以，滑轮组的机械效率：
()880%8W Gh G N
W G G N G G G h η=
=
===+++有总
动动
动，
解得：2G N =动； （2）由图可知，3n =， 不计绳重和摩擦，拉力的大小： ()()11
7233
F G G N N N n =
+=+=动物， 绳端移动的速度：
32/6/v nv m s m s ==⨯=绳， 则拉力F 做功的功率：
36/18P Fv N m s W ==⨯=绳； 此时滑轮组的机械效率为：
()
7100%90%77.8%72W G h G N
W G G N N G G h η''''=
⨯=
==⨯≈''++'+有用总
动动； （3）不计绳重和摩擦，使用滑轮组提升物体时，需要克服动滑轮重力做额外功，有用功一定小于额外功，滑轮组的机械效率达不到100%；
不计绳重和摩擦，用滑轮组提升相同的物体上升相同的高度时，改变图甲中的绕绳方式，所做的有用功相同，克服物体重力和动滑轮重力所做的总功不变，则滑轮组的机械效率不变，所以，重复上述实验，所得到的G η-物图线与图乙所示曲线相同。

故答案为：（1）2N ；（2）18；77.8%；（3）不会；相同。

8．在“测定动滑轮机械效率”的实验中，小明用如图所示的动滑轮提升钩码，不计绳重及摩擦，改变钩码的数量，正确操作后，记录的实验数据如表：
（1）第①次实验时，测得动滑轮的机械效率为 71.4 %
．（结果保留一位小数）
（2）第②次实验时，若钩码静止，拉力F 的大小会 （选填“大于”、“小于”或“等于” )1.2N 。

（3）由表中实验数据分析可知，同一动滑轮，所提升物重增大，机械效率将 （选填“增大”、“减小”或“不变” )。

【解答】解：（1）由表中实验数据可知，第①次实验测得动滑轮的机械效率：
1111110.2100%100%71.4%0.70.4G h N m
F s N m
η⨯=
⨯=⨯≈⨯； （2）若钩码静止，装置仍处于平衡状态，因为不计绳重及摩擦，所以拉力大小不变，等于1.2N 。

（6）根据表格数据可知，②③两次实验动滑轮的机械效率分别为：
2222220.2100%100%83.3%1.20.4G h N m
F s N m η⨯=
⨯=⨯≈⨯； 3333330.2100%100%88.2%1.70.4G h N m F s N m
η⨯=⨯=⨯≈⨯；
根据三次的机械效率及物重的变化可得：同一动滑轮，所提升物重增大，机械效率将增大。

故答案为：（1）71.4；（2）小于；（3）增大。

9．学校的物理兴趣小组在“探究滑轮组的机械效率”时设计了如图所示的实验装置，钩码总重6N ，由图可知，弹簧测力计竖直向上匀速拉动细绳时的拉力为 2.4 N ，钩码4s 内上升0.2m ，上升过程中钩码的机械能 （填“变大”“变小”或“不变” )，该滑轮组所做的有用功为 ，该滑轮组的机械效率为 。

（保留一位小数）
【解答】解：（1）由图知，测力计的分度值为0.2N ，所以测力计的示数为2.4N ；
（2）弹簧测力计匀速拉动钩码上升，钩码的质量不变，速度不变，故动能不变；高度增加，故重力势能增大，所以机械能变大；
（3）60.2 1.2W Gh N m J ==⨯=有用， 因为由3段绳子承担物重，所以3s h =，
6100%100%100%83.3%2.43W Gh N h W Fs N h
η⨯=
⨯=
⨯=⨯=⨯有用总。

故答案为：2.4；变大；1.2J ；83.3%。

10．测量滑轮组的机械效率 器材 滑轮、细线、0.1kg 的钩码若干、铁架台、弹簧测力计、 刻度尺 。

数据记录表格
钩码重/G N
钩码升高的高度/h m
有用功/W J 有 拉力/F N 测力计移动距离/s m
总功
/W J 总 机械
效率η
10
0.1 1 0.3 83.3%
问题讨论 若不计绳重和摩擦，使用该滑轮组提起重 N 的钩码时刚好不省力。

【解答】
解：器材：
根据滑轮组的机械效率为：
100%W Gh
W Fs
η=
=
⨯有总
，F 、G 用测力计测量大小，s 、h 用刻度尺测量； 数据记录表格： 1 1.283.3\%
W J
W J η
=
=
=有
总，
根据W Fs =总，拉力：
1.240.3W J
F N s m
=
==总； 如下表所示：
码重/G N 钩码升高的
高度/h m
有用功
/W J 有 拉力/F N 测力计移动距离/s m
总功/W J 总
机械效率η
10
0.1
1
4
0.3
1.2
83.3%
问题讨论：
根据s nh =，则绳子的有效段数： 0.330.1s m n h m
=
==， 若不计绳重和摩擦，克服动滑轮做的功为额外功，则 1.210.2W J J J =-=额外；即W G h =动额外，
0.220.1W J
G N h
m
=
=
=额外动 若不计绳重和摩擦，则3
G G F +=
动
，
3G F G =------动①； 刚好不省力，即F G =------② 由①②得：212
2
G N
G N =
=
=动。

使用该滑轮组提起重1N 的钩码时，钩码时刚好不省力。

故答案为：刻度尺；如上表；1。

三．实验探究题（共4小题）
11．在“探究动滑轮工作时的特点”活动中，小明用如图所示的动滑轮提升钩码，改变钩码的数量，在正确操作的情况下，测得的实验数据如下。

（1）分析表中数据发现，使用动滑轮提升物体时，拉力不等于物体重力的一半，而是大于物体重力的一半，其主要原因是 动滑轮有重力 。

（2）在某一次测量中，弹簧测力计不是沿竖直向上拉，而是斜向上拉，其他条件不变，动滑轮的机械效率将 （选填“增大”、“减小”或“不变” )。

（3）小明进一步研究，测出动滑轮的质量为100g ，计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△W W W W =--总有轮，根据表格中的数据，发现重物的重力越大，差值△W （选“越大”、“越小”或“不变” )，请你利用所学知识对此作出解释 。

（4）某次实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数记为F ，钩码重记为G ，动滑轮重记为G '，绳自由端移动距离记为s ，钩码提升高度记为h ，不计绳子重及摩擦。

则下列关于滑轮组机械效率的计算
关系中正确的是 。

.Gh A Fs
.
G
B G G +' .1Gh
C Fs
- .
G D F
【解答】解： （1）由()1
2
F G G =
+动物可知，由于动滑轮有重力，所以拉力大于物体重力的一半； （2）当方向不在竖直方向上时，由于动力臂变短，会造成拉力偏大，从而使得总功变大。

根据
100%W W η=
⨯有用总
，在有用功不变的情况下，总功增大，所以机械效率减小；
（3）在计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△W W W W =--总有轮，即克服绳重和绳子与轮之间的摩擦做的功时，要控制物体提升的高度相同，故应通过比较第①、②和③组的数据； △1110.220.10.12W W W W J J G h J G h =--=--=-总有轮轮轮； △222 1.70.2 2.00.10.14W W W W J J G h J G h =--=⨯-⨯-=-总有轮轮轮； △333 2.30.2 3.00.10.16W W W W J J G h J G h =--=⨯-⨯-=-总有轮轮轮；
故重物的重力越大，差值△W 越大，原因是：所挂钩码增多，摩擦力增大，额外功增多； （4）不计绳子重及摩擦，
A 、有用功为W Gh =有，总功为W Fs =总，所以W Gh
W Fs
η=
=
有用总
，故A 正确； B 、用功为W Gh =有，总功为()W G G h =+'总，所以()
W Gh G
W G G h G G η=
=
=+'+'有用总
，故B 正确；
C 、额外功W G h ='额，总功为W Fs =总，有用功W W W Fs G h =-=-'总有额，所以
1W Fs G h G h
W Fs Fs
η-''=
=
=-有用总
，故C 错误。

D 、有用功为W Gh =有，总功为W Fs =总，s nh =，所以W Gh Gh G
W Fs Fnh nF
η=
=
==有用总
，故D 错误。

故选AB 。

故答案为：（1）动滑轮有重力；（2）减小；（3）越大；所挂钩码越多，摩擦力增大，额外功增大；（4）
AB 。

12．如图甲为某实验小组测一滑轮组机械效率，下表为该组的数据：
（1）将表格中的数据补充填写完整：.a 0.6 ；.b 。

（2）分析数据可得结论，同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越 （选填“高”或“低”
)。

（3）根据实验结论推测，使用该滑轮组再次将重3N 的物体匀速提升0.1m ，此时滑轮组的机械效率可能为 （只填序号）。

A ．53.2%
B ．63.6%
C ．71.2%
D ．88.7%
（4）另一组在该组实验基础上多使用一个动滑轮和一个定滑轮也做了实验，如图乙所示， ①多使用一个动滑轮，目的是为了改变 ；
②当两组使用各自的滑轮组提升相同重物时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率 （填“相同”或“不相同” )，理由是 。

【解答】解：（1）使用滑轮组动力做的总功为： 2.00.30.6W Fs N m J ==⨯=总； 斜面的机械效率：0.4100%66.7%0.6W J
W J
η=
=
⨯≈有用总。

（2）分析三次实验可知，分析数据可得结论，是由同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高；
（3）该滑轮组将2N 的物体匀速提升时的机械效率为60.6%，该滑轮组将4N 的物体匀速提升时的机械效率为66.7%，由于使用同一个滑轮组时，物体越重，滑轮组的机械效率越高，则使用该滑轮组再次将3N 的物体匀速提升时滑轮组的机械效率应大于60.6%，小于66.7%，故B 选项符合； （4）①小红多使用一个动滑轮，目的是为了改变动滑轮的总重；
②这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，他们做的有用功相同，但额外功不同样，有用功占总功的百分比不同即滑轮组的机械效率不同。

故答案为：
（1）0.6；66.7%；（2）高；（3）B ；（4）①动滑轮的总重；②不相同；在有用功相同，额外功不同，则有用功占总功的百分比不同即滑轮组的机械效率不同。

13．小丽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，实验装置如图所示。

物理量名称 实验1 实验2 实验3 钩码量/()G N 4 4 6 钩码上升高度()h m 0.1 0.1 0.1 绳端拉力()F N 1.8 1.4 2.4 绳端移动距离()s m
0.3
0.5
0.3
机械效率(%)
η7457
机械效率平均值
（1）小玲同学认为表格设计有问题，请你指出问题所在：表格中不应设计机械效率的平均值；（不说明理由）。

在实验中，弹簧测力计应竖直向上提升重物；
（2）通过表中数据可分析出实验1是用（选填“甲”或“乙”)图滑轮组做的实验；
（3）3次实验后得出表中的数据，请将第3次测量的效率补充在表中的空白处；
（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，动滑轮越重，滑轮组的机械效率；
（5）比较实验两个实验的数据可得出正确结论：使用同组滑轮组，增大物重可以提高滑轮组的机械效率。

下列做法提高汽车燃油效率的方法与该结论相同的是。

A．汽车通过减轻车身重达到提高汽车燃油效率
B．汽车在荷载范围内尽量增大载荷量提高汽车燃油效率
C．汽车按时保养减少机械摩擦损耗提高汽车燃油效率
D．规范操作汽车驾驶提高汽车效率
【解答】解：（1）滑轮组的机械效率可以反映机械性能的好坏，不同的滑轮组机械效率一般不同，同一滑轮组的机械效率与提升的物重有关，故不能将机械效率取平均值；表格中不应设计机械效率的平均值；在测滑轮组机械效率的实验中需要沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计；
（2）根据s nh
=可知，实验1中
0.3
3
0.1
s m
n
h m
===，因此需要甲装置进行实验；
（3）实验3中的机械效率：
60.1
100%83%
2.40.3
W Gh N m
W Fs N m
η
⨯
===⨯≈
⨯
有用
总
；
（4）实验1和2，提升重物相同，距离相同，只是滑轮组不同，尤其是动滑轮的个数不同，实验2的机械效率低于实验1，因此可得出：使用不同的滑轮组，提升相同的重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率
（5）实验1和3中，滑轮组相同，实验3提升的重物大于实验1，机械效率也更高，说明：使用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高；
A．汽车通过减轻车身重来提高汽车燃油效率与增大物重可以提高滑轮组的机械效率的结论不符，故A不符合题意；
B．在荷载范围内尽量增大汽车荷载量来提高汽车燃油效率，与增大物重可以提高滑轮组的机械效率的结论相符，故B符合题意；
C．汽车按时保养减少机械摩擦损耗提高汽车燃油效率与增大物重可以提高滑轮组的机械效率的结论不符，故C不符合题意；
D．规范操作汽车驾驶提高汽车效率与增大物重可以提高滑轮组的机械效率的结论不符，故D不符合题意。

故选：B。

故答案为：（1）表格中不应设计机械效率的平均值；匀速；（2）甲；（3）83；（4）越低；（5）1和3；B。

14．在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。

提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。

（1）为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。

实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做匀速运动。

①比较1和2两次实验推测，使用该滑轮组再次将重4N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能为（只填序号）。

A
.60.6%
B
.66.7%
②由表中第3、4组数据可知，同一滑轮组的机械效率与摩擦和有关.
③比较两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。

④第5次实验是利用了图的装置完成的，判断依据是。

（2）实验表明：额外功越小，总功越接近有用功；进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都。

下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是。

.A平面镜成像规律
.B牛顿第一定律
.C阿基米德原理
.D光的反射定律
【解答】解：
（1）实验过程中，应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码竖直向上做匀速运动。

①根据使用同一滑轮组，提升物体的重力越大，滑轮组的机械效率越高，故使用该滑轮组再次将重4N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率应大于67%，故可能为71.4%，选C。

②由第3、4组数据可知，钩码重、钩码被提升的高度相同，动滑轮重不同，机械效率不同，可知同一滑轮组的机械效率与摩擦和动滑轮重有关；
③由第2、3组数据可知，动滑轮重、钩码重均相同，钩码被提升的高度不同，但机械效率相同，可知同一滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关；
④第5次实验中提升钩码的高度和绳端移动的距离相等，所以
0.2
1
0.2
s m
n
h m
===，绳子的有效段数为1，所
以第5次实验是利用了定滑轮完成的，故是利用了图乙完成的。

（2）实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械不省功（采用了理想化推理法）:
ACD、平面镜成像规律、阿基米德原理、光的反射定律可通过实验直接验证，
B、而牛顿第一定律不能用实验直接验证，是在实验的基础下推理得出的，
故选B。

故答案为：（1）匀速；①C；②动滑轮重；③2、3；④乙；第5次实验中提升钩码的高度和绳端移动的距离相等，绳子的有效段数为1；（2）不能省功；B。