張彥增

滑輪及其機(jī)械效率是考試的重點(diǎn)內(nèi)容，題型以計(jì)算題（包含簡(jiǎn)答題）、實(shí)驗(yàn)題為主，考點(diǎn)集中在以下四點(diǎn)：使用動(dòng)滑輪能省一半力的條件；測(cè)滑輪組的機(jī)械效率；影響滑輪組機(jī)械效率的因素；省力與繩子繞法的關(guān)系。

考點(diǎn)一、省力與繩子繞法的關(guān)系

知識(shí)回放：滑輪組的繞線問(wèn)題應(yīng)先確定所需繩子段數(shù)，題目中一般會(huì)指出繩子的重力及繩子與滑輪之間的摩擦不計(jì)，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(dòng)滑輪相連，拉力F拉就等于物體和動(dòng)滑輪總重力的幾分之一， 即F拉=（G物+G動(dòng)），所以，繩子段數(shù)n=。

2.水平牽引物體：如圖2，有幾段繩子與動(dòng)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 = 。

以上兩種情況求n時(shí)，如果不能整除，則需要采用“進(jìn)尾法”，即無(wú)論小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字是多大，都要向整數(shù)進(jìn)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(dòng)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(dòng)滑輪的掛鉤上繞線，簡(jiǎn)稱(chēng)“奇動(dòng)偶定”。

例1 一根繩子只能承受100 N的力，要把330 N的物體拉起，怎樣組裝滑輪組？（滑輪重、繩重及摩擦均不計(jì)）

解析 滑輪重、繩重及摩擦均不計(jì)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(lái)承擔(dān)， 即n===3.3≈4（進(jìn)尾法）。

因此，動(dòng)滑輪需要2個(gè)，定滑輪可以是一個(gè)，也可以是2個(gè)，滑輪組的組裝方法有兩種（如圖3甲、乙）。

考點(diǎn)二、影響滑輪組機(jī)械效率的因素

用滑輪組勻速提升重物時(shí)，不計(jì)繩重及摩擦，根據(jù)機(jī)械效率的定義，由此可分析，影響滑輪組機(jī)械效率的因素有物體的重力G物、動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)。

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(jì)，在物體勻速上升的過(guò)程中（ ）

A.甲圖省力，機(jī)械效率甲圖大 B.甲圖省力，機(jī)械效率一樣大

C.乙圖省力，機(jī)械效率乙圖大 D.乙圖省力，機(jī)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(jì)，得甲、乙兩圖中繩子的拉力大小分別為：F甲=（G物+G動(dòng)），F(xiàn)乙=（G物+G動(dòng)）。因?yàn)橹匚锖蛣?dòng)滑輪相同，所以繩子拉力大小F甲

考點(diǎn)三、機(jī)械效率的計(jì)算

根據(jù)機(jī)械效率的定義，機(jī)械效率的計(jì)算公式是，當(dāng)不計(jì)繩重及摩擦?xí)r，該公式可變?yōu)?。其中G為物重，G動(dòng)為動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)易的起重設(shè)備豎直吊運(yùn)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4 000 N的磚塊勻速吊運(yùn)到高為10 m的樓上，用時(shí)40 s，卷?yè)P(yáng)機(jī)提供的拉力F為2 500 N。求在此過(guò)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(jī)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(dòng)的距離s=2h，

解 （1）拉力F所做的有用功W有=Gh=4 000 N×10 m=4×104 J。

（2）拉力F移動(dòng)的距離s=2h=2×10 m=20 m，

拉力F所做的總功W總=Fs=2 500 N×20 m=5×104 J，

拉力F做功的功率P=■=■=1 250 W。

（3）滑輪組的機(jī)械效率。

考點(diǎn)四、實(shí)驗(yàn)：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率

對(duì)“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)的考查，通常包括以下兩方面的內(nèi)容。

1.考查實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)的收集、分析與處理

例4 某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如表所示，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6。

（1）通過(guò)表中數(shù)據(jù)可分析出實(shí)驗(yàn)1是用__________（填“甲”或“乙”）圖做的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)2是用__________（填“甲”或“乙”）圖做的實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)豎直向上_________拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。

（3）請(qǐng)將表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整。（百分號(hào)前保留整數(shù)）

（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)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(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多，滑輪組的機(jī)械效率__________。

（5）比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3可得出結(jié)論：使用同一滑輪組時(shí)，__________，可以提高滑輪組的機(jī)械效率。

解析 （1）實(shí)驗(yàn)1中拉力移動(dòng)的距離是物體和動(dòng)滑輪移動(dòng)距離的3倍，因此動(dòng)滑輪被3根繩子承擔(dān)，甲圖符合要求。

（2）為了讓彈簧測(cè)力計(jì)獲得穩(wěn)定的數(shù)值，應(yīng)勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)。

（3）第二次實(shí)驗(yàn)中拉力的有用功W有=Gh=4 N×0.1 m=0.4 J，

拉力做的總功W總=Fs=1.4 N×0.5 m=0.7 J，

滑輪組的機(jī)械效率；

②第三次實(shí)驗(yàn)中拉力的有用功W有=Gh=6 N×0.1 m=0.6 J，

拉力做的總功W總=Fs=2.4 N×0.3 m=0.72 J，

滑輪組的機(jī)械效率為。

（4）74%>57%，說(shuō)明提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多，滑輪組的機(jī)械效率越低。

（5）83%>74%，說(shuō)明使用同一滑輪組，提升重物的重力越大，滑輪組的機(jī)械效率越高，因此增加鉤碼的重力可以提高滑輪組的機(jī)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(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行糾錯(cuò)、評(píng)估及擴(kuò)展性探究。

例5 小雪和小紅在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，一起組裝好如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置，他們分別記下了鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的位置。

（1）小紅_______向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，并由彈簧測(cè)力計(jì)讀出拉力為0.5 N，同時(shí)小雪用刻度尺測(cè)出鉤碼提升的高度為0.1 m，以上測(cè)量準(zhǔn)確無(wú)誤，其他被測(cè)物理量和計(jì)算的數(shù)據(jù)如下表：

（2）小雪和小紅測(cè)得滑輪組的機(jī)械效率為100%，他們意識(shí)到出現(xiàn)了錯(cuò)誤，請(qǐng)你幫助找出原因______________________。

（3）該滑輪組的機(jī)械效率實(shí)際為_(kāi)________________。

（4）若提升的鉤碼重力增加到6 N，則該滑輪組的機(jī)械效率將________

_______。（填變化情況）

（5）有同學(xué)想進(jìn)一步探究滑輪組的機(jī)械效率是否與滑輪組中細(xì)繩的繞法有關(guān)。根據(jù)探究目的，他們先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)算出如圖8所示的滑輪組的機(jī)械效率，請(qǐng)你在圖9中畫(huà)出下一步實(shí)驗(yàn)所需的組裝圖。

解析 （1）測(cè)量滑輪組的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該豎直勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)；

（2）動(dòng)滑輪被5根繩子承擔(dān)，拉力移動(dòng)的距離就是物體移動(dòng)距離的5倍，因此彈簧測(cè)力計(jì)提升的高度錯(cuò)了，應(yīng)為0.5 m；

（3）滑輪組的機(jī)械效率：，

（4）使用滑輪組時(shí)，做的額外功不變，增加鉤碼的重力，將增大有用功，因此機(jī)械效率會(huì)變大；

（5）與動(dòng)滑輪相連的繩子段數(shù)為3段時(shí)，根據(jù)“奇動(dòng)偶定”的原則繞線，繩子的起始端系在動(dòng)滑輪的掛鉤上。

答案：（1）勻速豎直；（2）彈簧測(cè)力計(jì)提升的高度錯(cuò)了，應(yīng)為0.5 m；（3）80%；（4）增大；（5）見(jiàn)圖10。

滑輪及其機(jī)械效率是考試的重點(diǎn)內(nèi)容，題型以計(jì)算題（包含簡(jiǎn)答題）、實(shí)驗(yàn)題為主，考點(diǎn)集中在以下四點(diǎn)：使用動(dòng)滑輪能省一半力的條件；測(cè)滑輪組的機(jī)械效率；影響滑輪組機(jī)械效率的因素；省力與繩子繞法的關(guān)系。

考點(diǎn)一、省力與繩子繞法的關(guān)系

知識(shí)回放：滑輪組的繞線問(wèn)題應(yīng)先確定所需繩子段數(shù)，題目中一般會(huì)指出繩子的重力及繩子與滑輪之間的摩擦不計(jì)，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(dòng)滑輪相連，拉力F拉就等于物體和動(dòng)滑輪總重力的幾分之一， 即F拉=（G物+G動(dòng)），所以，繩子段數(shù)n=。

2.水平牽引物體：如圖2，有幾段繩子與動(dòng)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 = 。

以上兩種情況求n時(shí)，如果不能整除，則需要采用“進(jìn)尾法”，即無(wú)論小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字是多大，都要向整數(shù)進(jìn)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(dòng)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(dòng)滑輪的掛鉤上繞線，簡(jiǎn)稱(chēng)“奇動(dòng)偶定”。

例1 一根繩子只能承受100 N的力，要把330 N的物體拉起，怎樣組裝滑輪組？（滑輪重、繩重及摩擦均不計(jì)）

解析 滑輪重、繩重及摩擦均不計(jì)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(lái)承擔(dān)， 即n===3.3≈4（進(jìn)尾法）。

因此，動(dòng)滑輪需要2個(gè)，定滑輪可以是一個(gè)，也可以是2個(gè)，滑輪組的組裝方法有兩種（如圖3甲、乙）。

考點(diǎn)二、影響滑輪組機(jī)械效率的因素

用滑輪組勻速提升重物時(shí)，不計(jì)繩重及摩擦，根據(jù)機(jī)械效率的定義，由此可分析，影響滑輪組機(jī)械效率的因素有物體的重力G物、動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)。

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(jì)，在物體勻速上升的過(guò)程中（ ）

A.甲圖省力，機(jī)械效率甲圖大 B.甲圖省力，機(jī)械效率一樣大

C.乙圖省力，機(jī)械效率乙圖大 D.乙圖省力，機(jī)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(jì)，得甲、乙兩圖中繩子的拉力大小分別為：F甲=（G物+G動(dòng)），F(xiàn)乙=（G物+G動(dòng)）。因?yàn)橹匚锖蛣?dòng)滑輪相同，所以繩子拉力大小F甲

考點(diǎn)三、機(jī)械效率的計(jì)算

根據(jù)機(jī)械效率的定義，機(jī)械效率的計(jì)算公式是，當(dāng)不計(jì)繩重及摩擦?xí)r，該公式可變?yōu)?。其中G為物重，G動(dòng)為動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)易的起重設(shè)備豎直吊運(yùn)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4 000 N的磚塊勻速吊運(yùn)到高為10 m的樓上，用時(shí)40 s，卷?yè)P(yáng)機(jī)提供的拉力F為2 500 N。求在此過(guò)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(jī)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(dòng)的距離s=2h，

解 （1）拉力F所做的有用功W有=Gh=4 000 N×10 m=4×104 J。

（2）拉力F移動(dòng)的距離s=2h=2×10 m=20 m，

拉力F所做的總功W總=Fs=2 500 N×20 m=5×104 J，

拉力F做功的功率P=■=■=1 250 W。

（3）滑輪組的機(jī)械效率。

考點(diǎn)四、實(shí)驗(yàn)：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率

對(duì)“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)的考查，通常包括以下兩方面的內(nèi)容。

1.考查實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)的收集、分析與處理

例4 某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如表所示，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6。

（1）通過(guò)表中數(shù)據(jù)可分析出實(shí)驗(yàn)1是用__________（填“甲”或“乙”）圖做的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)2是用__________（填“甲”或“乙”）圖做的實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)豎直向上_________拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。

（3）請(qǐng)將表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整。（百分號(hào)前保留整數(shù)）

（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)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(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多，滑輪組的機(jī)械效率__________。

（5）比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3可得出結(jié)論：使用同一滑輪組時(shí)，__________，可以提高滑輪組的機(jī)械效率。

解析 （1）實(shí)驗(yàn)1中拉力移動(dòng)的距離是物體和動(dòng)滑輪移動(dòng)距離的3倍，因此動(dòng)滑輪被3根繩子承擔(dān)，甲圖符合要求。

（2）為了讓彈簧測(cè)力計(jì)獲得穩(wěn)定的數(shù)值，應(yīng)勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)。

（3）第二次實(shí)驗(yàn)中拉力的有用功W有=Gh=4 N×0.1 m=0.4 J，

拉力做的總功W總=Fs=1.4 N×0.5 m=0.7 J，

滑輪組的機(jī)械效率；

②第三次實(shí)驗(yàn)中拉力的有用功W有=Gh=6 N×0.1 m=0.6 J，

拉力做的總功W總=Fs=2.4 N×0.3 m=0.72 J，

滑輪組的機(jī)械效率為。

（4）74%>57%，說(shuō)明提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多，滑輪組的機(jī)械效率越低。

（5）83%>74%，說(shuō)明使用同一滑輪組，提升重物的重力越大，滑輪組的機(jī)械效率越高，因此增加鉤碼的重力可以提高滑輪組的機(jī)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(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行糾錯(cuò)、評(píng)估及擴(kuò)展性探究。

例5 小雪和小紅在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，一起組裝好如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置，他們分別記下了鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的位置。

（1）小紅_______向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，并由彈簧測(cè)力計(jì)讀出拉力為0.5 N，同時(shí)小雪用刻度尺測(cè)出鉤碼提升的高度為0.1 m，以上測(cè)量準(zhǔn)確無(wú)誤，其他被測(cè)物理量和計(jì)算的數(shù)據(jù)如下表：

（2）小雪和小紅測(cè)得滑輪組的機(jī)械效率為100%，他們意識(shí)到出現(xiàn)了錯(cuò)誤，請(qǐng)你幫助找出原因______________________。

（3）該滑輪組的機(jī)械效率實(shí)際為_(kāi)________________。

（4）若提升的鉤碼重力增加到6 N，則該滑輪組的機(jī)械效率將________

_______。（填變化情況）

（5）有同學(xué)想進(jìn)一步探究滑輪組的機(jī)械效率是否與滑輪組中細(xì)繩的繞法有關(guān)。根據(jù)探究目的，他們先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)算出如圖8所示的滑輪組的機(jī)械效率，請(qǐng)你在圖9中畫(huà)出下一步實(shí)驗(yàn)所需的組裝圖。

解析 （1）測(cè)量滑輪組的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該豎直勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)；

（2）動(dòng)滑輪被5根繩子承擔(dān)，拉力移動(dòng)的距離就是物體移動(dòng)距離的5倍，因此彈簧測(cè)力計(jì)提升的高度錯(cuò)了，應(yīng)為0.5 m；

（3）滑輪組的機(jī)械效率：，

（4）使用滑輪組時(shí)，做的額外功不變，增加鉤碼的重力，將增大有用功，因此機(jī)械效率會(huì)變大；

（5）與動(dòng)滑輪相連的繩子段數(shù)為3段時(shí)，根據(jù)“奇動(dòng)偶定”的原則繞線，繩子的起始端系在動(dòng)滑輪的掛鉤上。

答案：（1）勻速豎直；（2）彈簧測(cè)力計(jì)提升的高度錯(cuò)了，應(yīng)為0.5 m；（3）80%；（4）增大；（5）見(jiàn)圖10。

滑輪及其機(jī)械效率是考試的重點(diǎn)內(nèi)容，題型以計(jì)算題（包含簡(jiǎn)答題）、實(shí)驗(yàn)題為主，考點(diǎn)集中在以下四點(diǎn)：使用動(dòng)滑輪能省一半力的條件；測(cè)滑輪組的機(jī)械效率；影響滑輪組機(jī)械效率的因素；省力與繩子繞法的關(guān)系。

考點(diǎn)一、省力與繩子繞法的關(guān)系

知識(shí)回放：滑輪組的繞線問(wèn)題應(yīng)先確定所需繩子段數(shù)，題目中一般會(huì)指出繩子的重力及繩子與滑輪之間的摩擦不計(jì)，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(dòng)滑輪相連，拉力F拉就等于物體和動(dòng)滑輪總重力的幾分之一， 即F拉=（G物+G動(dòng)），所以，繩子段數(shù)n=。

2.水平牽引物體：如圖2，有幾段繩子與動(dòng)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 = 。

以上兩種情況求n時(shí)，如果不能整除，則需要采用“進(jìn)尾法”，即無(wú)論小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字是多大，都要向整數(shù)進(jìn)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(dòng)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(dòng)滑輪的掛鉤上繞線，簡(jiǎn)稱(chēng)“奇動(dòng)偶定”。

例1 一根繩子只能承受100 N的力，要把330 N的物體拉起，怎樣組裝滑輪組？（滑輪重、繩重及摩擦均不計(jì)）

解析 滑輪重、繩重及摩擦均不計(jì)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(lái)承擔(dān)， 即n===3.3≈4（進(jìn)尾法）。

因此，動(dòng)滑輪需要2個(gè)，定滑輪可以是一個(gè)，也可以是2個(gè)，滑輪組的組裝方法有兩種（如圖3甲、乙）。

考點(diǎn)二、影響滑輪組機(jī)械效率的因素

用滑輪組勻速提升重物時(shí)，不計(jì)繩重及摩擦，根據(jù)機(jī)械效率的定義，由此可分析，影響滑輪組機(jī)械效率的因素有物體的重力G物、動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)。

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(jì)，在物體勻速上升的過(guò)程中（ ）

A.甲圖省力，機(jī)械效率甲圖大 B.甲圖省力，機(jī)械效率一樣大

C.乙圖省力，機(jī)械效率乙圖大 D.乙圖省力，機(jī)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(jì)，得甲、乙兩圖中繩子的拉力大小分別為：F甲=（G物+G動(dòng)），F(xiàn)乙=（G物+G動(dòng)）。因?yàn)橹匚锖蛣?dòng)滑輪相同，所以繩子拉力大小F甲

考點(diǎn)三、機(jī)械效率的計(jì)算

根據(jù)機(jī)械效率的定義，機(jī)械效率的計(jì)算公式是，當(dāng)不計(jì)繩重及摩擦?xí)r，該公式可變?yōu)椤Ｆ渲蠫為物重，G動(dòng)為動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)易的起重設(shè)備豎直吊運(yùn)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4 000 N的磚塊勻速吊運(yùn)到高為10 m的樓上，用時(shí)40 s，卷?yè)P(yáng)機(jī)提供的拉力F為2 500 N。求在此過(guò)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(jī)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(dòng)的距離s=2h，

解 （1）拉力F所做的有用功W有=Gh=4 000 N×10 m=4×104 J。

（2）拉力F移動(dòng)的距離s=2h=2×10 m=20 m，

拉力F所做的總功W總=Fs=2 500 N×20 m=5×104 J，

拉力F做功的功率P=■=■=1 250 W。

（3）滑輪組的機(jī)械效率。

考點(diǎn)四、實(shí)驗(yàn)：測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率

對(duì)“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)的考查，通常包括以下兩方面的內(nèi)容。

1.考查實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)的收集、分析與處理

例4 某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)滑輪組機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如表所示，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6。

（1）通過(guò)表中數(shù)據(jù)可分析出實(shí)驗(yàn)1是用__________（填“甲”或“乙”）圖做的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)2是用__________（填“甲”或“乙”）圖做的實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)豎直向上_________拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。

（3）請(qǐng)將表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整。（百分號(hào)前保留整數(shù)）

（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)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(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多，滑輪組的機(jī)械效率__________。

（5）比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3可得出結(jié)論：使用同一滑輪組時(shí)，__________，可以提高滑輪組的機(jī)械效率。

解析 （1）實(shí)驗(yàn)1中拉力移動(dòng)的距離是物體和動(dòng)滑輪移動(dòng)距離的3倍，因此動(dòng)滑輪被3根繩子承擔(dān)，甲圖符合要求。

（2）為了讓彈簧測(cè)力計(jì)獲得穩(wěn)定的數(shù)值，應(yīng)勻速拉動(dòng)測(cè)力計(jì)。

（3）第二次實(shí)驗(yàn)中拉力的有用功W有=Gh=4 N×0.1 m=0.4 J，

拉力做的總功W總=Fs=1.4 N×0.5 m=0.7 J，

滑輪組的機(jī)械效率；

②第三次實(shí)驗(yàn)中拉力的有用功W有=Gh=6 N×0.1 m=0.6 J，

拉力做的總功W總=Fs=2.4 N×0.3 m=0.72 J，

滑輪組的機(jī)械效率為。

（4）74%>57%，說(shuō)明提升相同的重物時(shí)，動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)越多，滑輪組的機(jī)械效率越低。

（5）83%>74%，說(shuō)明使用同一滑輪組，提升重物的重力越大，滑輪組的機(jī)械效率越高，因此增加鉤碼的重力可以提高滑輪組的機(jī)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(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行糾錯(cuò)、評(píng)估及擴(kuò)展性探究。

例5 小雪和小紅在“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中，一起組裝好如圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置，他們分別記下了鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的位置。

（1）小紅_______向上拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，并由彈簧測(cè)力計(jì)讀出拉力為0.5 N，同時(shí)小雪用刻度尺測(cè)出鉤碼提升的高度為0.1 m，以上測(cè)量準(zhǔn)確無(wú)誤，其他被測(cè)物理量和計(jì)算的數(shù)據(jù)如下表：

（2）小雪和小紅測(cè)得滑輪組的機(jī)械效率為100%，他們意識(shí)到出現(xiàn)了錯(cuò)誤，請(qǐng)你幫助找出原因______________________。

（3）該滑輪組的機(jī)械效率實(shí)際為_(kāi)________________。

（4）若提升的鉤碼重力增加到6 N，則該滑輪組的機(jī)械效率將________

_______。（填變化情況）

（5）有同學(xué)想進(jìn)一步探究滑輪組的機(jī)械效率是否與滑輪組中細(xì)繩的繞法有關(guān)。根據(jù)探究目的，他們先通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)算出如圖8所示的滑輪組的機(jī)械效率，請(qǐng)你在圖9中畫(huà)出下一步實(shí)驗(yàn)所需的組裝圖。

解析 （1）測(cè)量滑輪組的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該豎直勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)；

（2）動(dòng)滑輪被5根繩子承擔(dān)，拉力移動(dòng)的距離就是物體移動(dòng)距離的5倍，因此彈簧測(cè)力計(jì)提升的高度錯(cuò)了，應(yīng)為0.5 m；

（3）滑輪組的機(jī)械效率：，

（4）使用滑輪組時(shí)，做的額外功不變，增加鉤碼的重力，將增大有用功，因此機(jī)械效率會(huì)變大；

（5）與動(dòng)滑輪相連的繩子段數(shù)為3段時(shí)，根據(jù)“奇動(dòng)偶定”的原則繞線，繩子的起始端系在動(dòng)滑輪的掛鉤上。

答案：（1）勻速豎直；（2）彈簧測(cè)力計(jì)提升的高度錯(cuò)了，應(yīng)為0.5 m；（3）80%；（4）增大；（5）見(jiàn)圖10。