2024年中考物理实验(全国版)：测量滑轮组的机械效率（解析版）

实验16测量滑轮组的机械效率

基础考点梳理

1.实验器材：弹簧测力计、刻度尺、细绳、动滑轮、定滑轮、钩码若干;

强

2.实验原理：/?=-^；

%

3.数据记录

次钩码所受重力提升高度有用功拉力F/N绳端移动距总功少,〃机械效率〃

数G/Nh/m%"离s/m

11.50.40.60.71.20.8471%

230.41.21.21.21.4483%

34.50.41.81.81.22.0488%

【分析和论证】

WW

由1、2、3次实验可知，提升的钩码重力增加时，有用功增加，额外功不变，由〃=产=记.『可知,

机械效率会增大.

【实验结论】

同一滑轮组的机械效率与被提升的物重有关，物重越大，机械效率越高。

【实验方法】

控制变量法的应用

①探究滑轮组的机械效率与所吊的重物重力之间的关系（控制动滑轮数量相同，改变滑轮组所吊钩码的数

量）；

②探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力大小的关系（控制滑轮组所吊钩码的数量相同，改变动滑轮数量）；

③滑轮组的机械效率与物体被提升的高度的关系（控制同一滑轮组，所提钩码重力相同，改变钩码上升的

高度）。

【交流与讨论】

(1)测量拉力大小的原理：用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动绳子，此时拉力大小等于弹簧测力计的示

(2)承担重物绳子段数的判断：与动滑轮连接的段数即为承担重物绳子的段数;

(3)滑轮组机械效率的影响因素：物体的重力、动滑轮重力、绳子与滑轮之间的摩擦力。与绳子的绕法、

绳子段数无关;

(4)提高机械效率的方法

增加物重、减小动滑轮重力、减小机械间的摩擦。

(5)弹簧测力计静止时读数的分析：所测拉力偏小，机械效率偏高，说明滑轮组的机械效率与物体的运动

状态有关。

(6)动滑轮重力、物重相同时所测机械效率不同的可能原因：绳子与滑轮或滑轮与轴之间的摩擦不同。

(7)功的计算：有用功少有=G〃；总功少总=尸5,机械效率的计算：①已知物重和拉力：〃=%xioo%=

少总

—X100%；②已知物重和动滑轮重(不计绳重和摩擦)：〃=」xioo%=——X100%

Fs少总G动+G

(8)可以省略的工具(刻度尺，省略后用〃='><100%计算，理论上能够提高精度)

nF

(9)机械效率总是小于1的原因(任何机械都不可避免地要做额外功，都不省功)

典型例题赏析

1.如图所示是实验小组“测滑轮组机械效率”的实验装置，正确操作所得数据如下:

钩码上升高度绳端移动距离机械效率

实验次数钩码重G/N绳端拉力F/N

h/ms/mn

140.12.70.274%

240.11.80.374%

389.13.10.386%

480.12.50.4

0

1

2

3

4

5

(1)除了如图所示器材和弹簧测力计外，实验中还需要的器材是天平.

(2)实验时应沿竖沿方向匀速缓慢拉动弹簧测力计.

(3)分析表格数据可知第4次实验是用图丁做的实验.第4次实验的机械效率为80%.

(4)通过比较甲乙两次实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与

绳子段数无关.(填实验次数的序号)

(5)通过比较2、3两次实验数据可得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越重，滑轮组机械效率越高.

(6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论：提升物重相同时.动滑轮越重,机械效率越低.

(7)若不计绳重及摩擦阻力，在第1、2次实验中，动滑轮的重力是1.4N.

(8)机械效率是机械性能好坏的重要标志，结合生产生活实际，分析实验数据可知，下列提高机械效率的

措旅不可行的是D.

A.增加所提物重B.减轻机械自重

C.机械加润滑油D.增加重物上升高度

(9)实验过程中边拉动弹簧测力计边读数，弹簧测力计示数不稳定，有同学认为应静止时读数，你认为他

的想法不正确(选填“正确”或“不正确”)，因为他没有考虑摩擦力到对滑轮组机械效率的

影响.

(1。)小明比较第2、4次实验数据，发现也能得出滑轮组机械效率与重物重力的关系.请你对小明同学的观

点讲行评估没有捽制动滑轮的重力相同

(11)小组的小丽探究滑轮组上升高度与物体上升的速度的关系时，实验装置如图戊所示(钩码移动距离

从A到B,绳端移动距离从A，到B，)，则缔端移动的距离为0.49m.弹簧测力计的示数为

1.8N.机械效率为74%.对比第2实验数据,可知滑轮组机械效率与物体上升高度—

无关(选填“有关'或“无关”).

2.实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示，实验装置如图所示。

实验次数123

钩码重G/N446

钩码上升的高度h/m0.10.10.2

绳端拉力F/N1.81.62.4

绳端上移的距离s/m0.30.4

机械效率74.1%62.5%

(1)通过表中数据可分析出第2次实验是用图乙(选填“甲”或“乙”)所示装置做的实验。

(2)通过第1次实验和第2次实验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

轮的质量越大，滑轮组的机械效率越低(选填“越高”“不变”或“越低”)。

(3)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3次实验中空缺的数据应为：绳端上

移的距离s=0.6m,机械效率r)=83.3%0

(4)比较第1次实验和第3次实验可得出结论：使用同一滑轮组，提升物体的重力越大，机械效率越

(5)采用图丙装置，改变动滑轮重G动，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图丁的图像。

分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为」N。(忽略绳重和摩擦)

【解答】解：(1)实验2中，物体升高0.1m,绳端移动距离为0.4m,n=巨之处=4,物体和动滑轮

h0.1m

的总重由4段绳子承担，所以第2次实验是用乙滑轮组做的实验；

(2)根据表中数据，由n=^可知，实验1中n=3,实验2中n=4,实验1是选择甲图进行实验的，

h

实验2是选择乙图进行实验的，乙图动滑轮的个数多，动滑轮的质量大，且提升物体的重力相同，实验

1的机械效率大于实验2的机械效率，故可得出的结论是：使用不同的滑轮组，提升相同的重物时，动

滑轮的质量越大，滑轮组的机械效率越低；

(3)实验1中n=3,实验3中h=0.2m,贝Us=nh=3x0.2m=0.6m,

第3次实验的机械效率为：『出曳:型二6NX0.2叫=83.3%；

W总Fs2.4NXQ.6m

(4)由实验1和实验3可知，使用同一滑轮组，物体越重，滑轮组的机械效率越高;

(5)由图丙可知，装置绳子股数为2,根据r,=:普一由图丁装置知，当动滑

V总Gh+G动hG+G动

轮重为4N时，机械效率为75%,则75%=—Jx100%,故被提升物体所受的重力：G=12N0

G+4N

故答案为：(1)乙；(2)越低；(3)0.6；83.3%；(4)越高；(5)12。

3.某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表，实验装置如图所示。

实验物体物体上升的高度有用功/J测力计的示数/N绳子自由端移距离总功/J机械效

次数重/N/cm/cm率％

11.55.00.0750.815.00.1262.5

23.05.00.151.315.00.19576.9

34.55.00.2451.815.00.2783.3

44.58.00.361.824.00.432

54.510.00.451.830.00.5483.3

(1)实验开始前，弹簧测力计应在竖直方向调零;

(2)第4次实验的机械效率是83.3%(请用百分数表示)；

(3)由实验可知：同一滑轮组提升的重物越重，它的机械效率越高(选填“高”或“低”)；

(4)在测量拉力时，小明认为弹簧测力计运动时不方便读数，就让它保持静止时读数，此时所测的机械

效率偏高(选填“偏高”、“不变”或“偏低”)。

【解答】解：

(1)在竖直方向上使用弹簧测力计，实验前，弹簧测力计应在竖直方向调零;

(2)表中空格处第4次实验的机械效率为：

_W有用X100%=A36J_x100%«83.3%；

0.432J

(3)由1、2、3次实验数据使用同一滑轮组，被提升的物重不同，分析数据可知，同一滑轮组提升的重

物越重，它的机械效率越高；

(4)在实验时弹簧测力计示数不稳定，为了方便读数，他在弹簧测力计静止时读数，则没有测量出机械

w有用

之间的摩擦，拉力偏小，总功偏小，有用功不变，根据n=F警X100%,此时所测的机械效率偏高。

W总

故答案为：(1)竖直；(2)83.3%；(3)高；(4)偏高。

4.如图1所示，图是张平同学测量“滑轮组机械效率”的实验装置，实验数据如表：摩擦及绳重忽略不计。

实验次数钩码重G/N钩码上升绳端拉力F/N绳端移动机械效率m%

高度h/m距离s/m

110.10.60.355.6

220.11.00.366.7

340.11.80.3

图1图2

(1)实验中，小明应竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在动滑轮下面的钩码缓慢上升。

(2)第3次实验中，滑轮组的机械效率是74.1%(结果保留至0.1%)o

(3)如图2所示，根据所学知识分析用同一滑轮组匀速提升质量不同的物体，该滑轮组的机械效率n与

所提升物体的重力G的关系图像正确的是Bo

(4)机械效率是衡量机械性能好坏的重要标志，请根据你的生活经验提出一种提高机械效率的措施减

轻动滑轮的自重。

【解答】解：(1)实验中，小明应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下面的钩码缓慢上升。

(2)第3次实验中，滑轮组的机械效率是:

4NXQ.1m

03=100%x100%«74.1%；

1.8NX0.3m

(3)摩擦及绳重忽略不计，克服动滑轮自重做的功为额外功的唯一来源，该滑轮组的机械效率:

W有牛有GhG1

n=----=-------------=-----------=--------=--------：

W总W有+W额外Gh+G动hG+G动G动

G

AD、用同一滑轮组(动滑轮的重力是一定的)匀速提升质量不同的物体，即提升重力G不同的物体,

由上式可知，G越大，机械效率越高，且机械效率与G不成正比，故AD错误；

BC、和G动相比，当G变得很大时，由上式可知，机械效率接近100%,即等于1,故B正确，C错误。

故选：B。

(4)减轻动滑轮的自重，可减少做的额外功，在有用功一定时，总功减小，滑轮组的机械效率将变大。

故答案为：(1)匀速；(2)74.1%；(3)B；(4)减轻动滑轮的自重。

5.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。为了探究影响机械效率的因素，小青选取

了大小相同、材质不同的滑轮进行了实验，测量数据如表所示。

实验次滑轮材拉力钩码被提升的高度绳端移动的距离机械效率

单个滑轮重G轮钩码重G码F/Nn

数质h/cms/cm

/N/N

1铝121.151560.6%

2铝141.841274.1%

3铝132.161271.4%

4铝132.181671.4%

5塑料0.531.8714

6塑料0.533.18896.8%

(I)图甲中弹簧测力计的示数是3.2N；实验中用相同材质的滑轮，沿竖直方向匀速提升同一物体,

选用图中的丙(选填“甲”“乙”或“丙”)装置最省力；

(2)第5次实验中，滑轮组的机械效率为83.3%,这次实验是利用图中的乙装置完成的,判

断依据是绳子的有效段数为2；

(3)分析表二中数据可得：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越大；提升同一物

体时，减小动滑轮的重力，则滑轮组的机械效率变大(选填“变大”“变小”或“不变”);从3、

。两次实验可以看出，在使用同一滑轮组时，机械效率与钩码被提升的高度无关。

【解答】解：(1)图甲中弹簧测力计的分度值为0.2N,示数是3.2N；

使用定滑轮不省力；动滑轮可省力，实验中用相同材质的滑轮，沿竖直方向匀速提升同一物体，因丙中

绳子的有效段数为3,乙中绳子的有效段数为2,选用图中的丙装置最省力；

(2)第5次实验中，滑轮组的机械效率为

W有二Gh_3NX0.07m

n=X100%==83.3%,

¥^~~F7-1.8NX0.14m

绳子的有效段数为：

n=_s_J4cm

h7cm

这次实验是利用图中乙装置完成的；

(3)可知1、2实验中绳子的有效段数为3,是用丙装置完成的，第2次实验提升物体最重，机械效率

最高，故得出：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越大；

3、4、5实验中绳子的有效段数为2；是用乙装置完成的，比较4、5实验可知，提升钩码的重力相同，

第5次实验动滑轮的重力小，第5次机械效率高，故提升同一物体时，减小动滑轮的重力，则滑轮组的

机械效率变大；

从3、4两次实验可以看出，在使用同一滑轮组时，提升物体的高度不同，而机械效率相同，故机械效率

与钩码被提升的高度无关。

故答案为：(1)3.2；丙；(2)83.3%；乙；绳子的有效段数为2；(3)重；变大；4。

6.小金和小明在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，提出了如下猜想：

猜想一：滑轮组机械效率与被提升物体所受的重力有关；

猜想二：滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关。

为了验证猜想，准备的器材如下：两个相同的滑轮、一根细绳、钩码若干、刻度尺和弹簧测力计。小金

把两个滑轮分别作为定滑轮和动滑轮组装成滑轮组，用该滑轮组提升不同数量的钩码进行了三次实验，

数据如表所示：

实验钩码所受的重力提升高度拉力F/N绳端移动的机械效率n

次数G/Nh/m距离s/m

12.00.11.00.366.7%

24.00.11.80.374.1%

36.00.12.50.3

请你解答如下问题：

(1)表中第3次实验时滑轮组的机械效率为80%。根据表中数据在图中画出该滑轮组的绕线方式。

(2)分析表中数据可知：用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率越高。(选

填“越高”、“越低”或“不变”)

(3)利用提供的器材，不能(选填“能”或“不能”)验证猜想二。

(4)小明在实验中发现：一边拉动弹簧测力计一边读数，由于测力计示数不稳定，非常不方便。为了方

便读数，他提出可以让弹簧测力计保持静止时读数，他的这种想法显然不合理，因为他没有考虑到绳

子与滑轮之间的摩擦对滑轮组机械效率的影响。如果让弹簧测力计保持静止时读数，则所测出的滑轮

组机械效率比真实值偏大(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。

¥

i

【解答懈：（I）表中第3次实验时滑轮组的机械效率为：n=:亘曳X100%=生X100%=6"S1取

W总Fs2.5NX0.3m

x100%=80%；

由$=疝可得绳子的有效段数：n=且=△包=3,该滑轮组的绕线方式如下图所示：

h0.1m

I

CD

o

（2）分析表中数据可知：用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率越高；

（3）为了验证猜想二，滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关，要改变动滑轮的重力，故还需增加的

实验器材是几个自重不同的滑轮，因此不能验证猜想二；

（4）在弹簧测力计静止时读出了数据，由于不会克服绳与轮