2025年中考物理重难突破：实验18 探究滑轮组机械效率的影响因素（原卷版+解析）

实验18探究滑轮组机械效率的影响因素

实验梳理

实验：探究滑轮组机械效率的影响因素

【实验目的】探究滑轮组机械效率的影响因素

【实验原理】

【实验设计】利用下图的装置，测出钩码所受的重力G、绳子末端受到的拉力人钩码被提升的高度

h和绳子末端移动的距离s,将计算结果记录下来并利用公式〃=q=殳计算出滑轮组的机械效率,

理FS

多次测量，分析数据并得出结论。

【实验器材】弹簧测力计、刻度尺、钩码、滑轮、细线和铁架台等

【进行实验与收集证据】

(1)用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格；

(2)按照图甲安装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置；

(3)如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上

升的高度h和绳端移动的距离s,将这三个量填入表格；

(4)算出有用功W有、总功W总、机械效率n并填入表格；

(5)改变钩码的数量，重复上面的实验；

G/NA/mFw/JQN

s/mF.6/Jn

1

2

3

【分析论证】

G/N力/m仍有/Js/mF.e/J

10.10.20.50.30.1566.7%

20.10.20.90.30.2774.1%

30.10.31.30.30.3976.9%

有表格数据分析可知：用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同；被提升的物体越重,

机械效率越高。

【实验结论】

用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同；被提升的物体越重，机械效率越高。

【实验改进】

影响滑轮组机械效率的主要因素与改进措施

影响因素分析改进措施

被提升物体的同一滑轮组，被提升物体的重力越大，做在机械承受的范围内，尽可能增

重力的有用功越多，机械效率越高加被提升物体的重力

有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额

动滑轮的自重改进滑轮结构，减轻滑轮自重

外功，可提高机械效率

滑轮组自身部机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越对机械进行保养，保持良好的润

件的摩擦低滑，减小摩擦

实验拓展1:滑轮组机械效率是否与动滑轮的重有关

G动/NG/Nh/mW有/JF/Ns/mW总/Jn

0.340.050.21.70.150.25578.4%

1.240.050.21.90.150.28570.2%

【实验结论】

保持提升的物重不变，只改变动滑轮的重；被提升的动滑轮越重，机械效率越低。

实验拓展2：滑轮组机械效率是否与〃有关

◎

2

◎

命I而

甲乙

【实验结论】

同一组滑轮，物重相同情况下，只改变动滑轮身上绳子股数。机械效率差别不大。

若忽略绳重和摩擦，只改变绕绳方式，机械效率不变。

、\|。

考向点拨

《探究滑轮组机械效率的影响因素》常考问题：

(1)实验原理：77=—X100%

(2)实验器材：钩码、铁架台、滑轮、细线，还需：刻度尺、弹簧测力计

(3)测量的物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s。

(4)弹簧测力计运动情况：①必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的是保证测力计示数大小不

变；

②不能再弹簧测力计静止时读取弹簧测力计的示数。

(5)实验结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：①动滑轮越重，个数越多则额外功相对就

多。②提升重物越重，做的有用功相对就多。③摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。同一滑轮组：

绕线方法和重物提升高度丕影响滑轮机械效率。

(6)实验讨论：能否直接根据推导式〃=——在实验中直接测出物体重G和绳子自由端的拉力F,

nF

而不测绳子自由端移动距离s和物体移动距离h?

不能，公式演算不能代替实验探究。

41典例精析)

【典例1】

某小组在“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。

实验次钩码重量钩码上升高度绳端拉力绳端移动距离机械效率

数G/Nh/mF/Ns/m7

140.12.70.274%

240.11.80.374%

380.13.10.386%

480.12.5

甲乙丙丁

⑴实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计。但小组有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，其他人认为他的想法不正确，因为他没有考虑到对滑轮组机

械效率的影响，静止时测出的机械效率将（填"变大"或"变小"或"不变"）；

（2）通过比较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

绳子段数无关（填实验次数的序号）；

⑶第4次实验的机械效率；〃=；通过比较3、4两次实验数据可得出结论：；

⑷若每个滑轮的质量为100g,则第二次实验中克服摩擦做的额外功为J„（不计绳重）

【典例2】

在"探究滑轮组的机械效率"时，小明利用如图所示的两组滑轮组进行了4次测量（其中一个钩码重

为2N甲图中使用的滑轮重为0.5N,乙图中使用的滑轮重为1N）,测得数据如表:

实验动滑轮重钩码总重钩码上升测力计示测力计移动机械效率

次数G物/NG物/N高度〃/m数尸/N距离s/m〃/%

10.520.11.40.347.6

20.520.21.40.647.6

30.540.12.20.360.6

4140.13.60.2①

甲乙

⑴测量原理：;

（2）测量工具：弹簧测力计和;

⑶请依照上表第3组数据在甲图中画出滑轮组的连线方式：

⑷通过第1、2两组数据对比分析可知：滑轮组的机械效率与物体被提高的高度（有/

无）关；

⑸经过计算发现第1次测量中的额外功为J,第3次测量中的额外功（大于/小

于/等于）第1次额外功，其原因可能是;

⑹表格中编号①处数据为;

⑺分析表格中3、4两次的数据，得到了提高滑轮组机械效率的另一种方法。生活中汽车作为一种

“机械"，提高效率对节能减排有重要意义，请指出以下三种提高效率的方法中，方法采用了与

此相同的方法：

方法一：鼓励人们"拼车”出行，使汽车尽量满员出行；

方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量：

方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑；

⑻用如图乙所示的滑轮组提升重物，若不计摩擦和绳重，绳子能承受的最大拉力为5N,则该滑轮

组的最大机械效率为。

41对点练习）

【训练1】

物理实验小组在"测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示，装置如图所示。

甲

第1次

实验次数123

钩码重G/N446

钩码上升高度h/m0.10.10.1

绳端拉力F/N1.81.62.4

绳端移动距离s/m0.30.4

机械效率〃74.1%62.5%

（1）实验中，应沿竖直方向拉动弹簧测力计，使物体缓缓上升;

（2）小组同学做第3次实验时，滑轮组的机械效率〃=;通过比较第1、3次两次实验数据，

请对提高滑轮组的机械效率提出一条针对性建议：。

⑶如果采用第3次装置，改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图甲

的图像，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越轻，机械效率（越高/不变/越

低）；分析图像中的4点可知，被提升物体所受的重力为N（忽略绳重和摩擦）；

⑷若第2次实验中每个动滑轮的重力相同，当克服摩擦所做的额外功为0Q4J时，求克服动滑轮重

力所做的额外功为J,每个动滑轮的重为N（不计绳重）。

【训练2】

如图所示，在"测量滑轮组机械效率”的实验中，利用甲、乙、丙三个实验装置进行实验，测得的实

验数据如下表。（钩码规格相同、动滑轮个数越多重力越大）

实验次钩码重力提升高度绳端拉力绳端移动距离机械效率

数G/N/z/mF/Ns/m7

140.10.3

280.13.20.383.3%

380.12.00.580.0%

⑴在实验中，应沿竖直方向拉动弹餐测力计；

⑵如图所示第一次实验中，弹簧测力计的示数是N,机械效率是（精确到

0.1%）；

⑶由1、2两次实验数据可得出结论：；

⑷由两次实验数据可得出结论：提升物体重力相同，动滑轮越重，机械效率越低;

⑸第三次实验操作的基础上，如图丁所示改变绳端拉力方向，测得的滑轮组机械效率

将o（选填"偏高""偏低"或"不变"）

【训练3】

某实验小组在"测滑轮组机械效率”的实验中实验装置如图所示，得到的数据如表所示：

甲乙

⑴实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计使钩码上升；如果测量中弹簧测力计静止时读

数，会导致测量的机械效率（选填"偏大"、"偏小"或"不变"）；实验中若缺少刻度尺

（选填"能"或"不能"）完成实验；

⑵通过表中数据可分析出第1次实验是用________图所示装置做的实验；

实验次钩码重钩码上升高度绳端拉力绳端移动距离机械效率

数G/N/z/mF/Ns/m

140.11.80.374.1%

240.11.60.462.5%

360.12.40.3

⑶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，

动滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率;

⑷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次实验中滑轮组的机械效率〃=

（百分号前保留一位小数）；

⑸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，,机械效率越高。

【训I练4】

在"探究影响滑轮组机械效率的因素"实验中，小芳用如图所示的滑轮组分别做了甲、乙、丙3次实

验，实验数据记录如表所示。

〃〃/〃〃〃〃/〃//

匚

匚

甲

乙

钩码重钩码上升的距离弹簧测力计的示绳端上升的距离机械效率

次数

/N/cm数/N/cm/%

12511566.7

2351.41571.4

34515

（1）在实验操作中应该拉动弹簧测力计。

⑵进行第3次测量时，弹簧测力计示数为N,机械效率约为%（保留到0.1%）。

⑶分析实验数据，小芳得出的实验结论是：使用同一滑轮组提升不同重物，可以提高机械

效率。

⑷第1次实验时，钩码上升的速度为0Q5m/s,则拉力的功率为Wo

⑸小芳进一步分析数据，发现用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，提升的物重增加时，所做

的额外功将（选填"变大""不变"或"变小"），分析原因：O

【训练5】

在"测量滑轮组的机械效率”实验中，小刚用如图所示滑轮组进行了三次实验，实验数据如表所示。

\\\\\\\\

物体上升的绳端移动的

实验序号物重G/N拉力F/N机械效率〃

高度/z/m距离s/m

①40.31.80.974.1%

②60.32.60.976.9%

③80.33.30.9

1）本实验中用到的测量工具有和;

（2）在第②次实验中，做的总功是J；

⑶第③次实验中滑轮组的机械效率是（结果保留至0.1%）;

⑷通过分析实验数据可以得出：同一滑轮组提升的物重增大，机械效率将（选填"增

大"、"减小"或"不变"）；

⑸若弹簧测力计没有竖直向上拉，则测得的机械效率将（选填"偏大"、"偏小"或"不

变"）。

【训练6】

如图所示是"测量滑轮组机械效率"的实验装置图。

实验次钩码的重力钩码提升高绳端移动的

拉力F/N机械效率〃/%

数G/N度力/m距离s/m

120.10.90.374

240.11.60.383

360.1①0.3②

(1)小明用弹簧测力计沿竖直方向提升不同数量的钩码，记录数据如表所示；

⑵第3次实验，绳端测力计示数如图所示，则表格中编号为①的空格中应填,编号②的空

格中应填(保留两位有效数字)；

⑶从表格中的数据可得结论：用相同滑轮组提升钩码时，;如果使钩码升高的高度增加为原

来的3倍，机械效率将(选填"增大""减小""不变")；

⑷汽车作为一种"机械"，提高效率对节能减排有重要意义。以下三种提高效率的方法中，方法―

与本实验的原理相同。

方法一：鼓励人们"拼车"出行，使汽车尽量装满人员

方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重力

方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑

【训练7】

图甲是"再探动滑轮"的实验，用弹簧测力计竖直向上拉动绳子自由端，将重为3N的钩码从A位置

匀速提升到B位置，同时弹簧测力计从图中的4位置上升到q位置，在这个过程中，弹簧测力计的示

数如图乙所示：

-cm

|~60

[■50N

n0三三o

B'-—“

二4014E-1

130

2V三2

A'-3三三3

=-20

lo4日f-4

.to5三三5

A.

甲乙

⑴该过程中所做的总功为J,动滑轮的机械效率为%;

(2)增加钩码的数量，并将其提升相同高度，克服动滑轮的重力所做的额外功将(选填"减

小"、"不变"或"增大"，下同)，机械效率将o以下三种提高效率的方法中，方法与

(2)同理。

方法一：鼓励人们“拼车”出行

方法二：用新材料减轻汽车重力

方法三：汽车保持良好的润滑

%=G〃=3NxO.lm=O.3J动滑轮的机械效率为

【训I练8】

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。

实验次钩码上升高绳端拉力绳端移动距

钩码重G/N机械效率〃

数度力/m6/N离s/m

140.12.70.274%

240.11.80.374%

380.13.10.386%

480.12.5

甲乙丙丁

⑴实验中应沿竖直方向缓慢拉动弹簧测力计。

（2）小组某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。他的想法

是不正确的，因为他没有考虑到对滑轮组机械效率的影响。

⑶用丁图装置进行实验，得出表中第4次实验数据，请将表中空白的两个数据填写完整。—、_

⑷通过比较1、2两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（选填"有关"或"无关"）。

⑸通过比较两次实验数据可得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效

率越高。（填实验次数的序号）

⑹通过比较3、4两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的

机械效率越（填"高"或"低"）。

【训练9】

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所示，实验装置如下图所示。

gg

甲乙

钩码重钩码上升高度绳端拉力绳端移动距离机械效率

实验次序

G/Nh/xx\F/Ns/m〃/%

140.11.80.374.1

240.11.40.5

360.12.40.383.3

⑴在使用弹簧测力计时需要竖直向上_____拉动，若斜向上匀速拉动，则弹簧测力计的示数会

（选填"变大""变小"或"不变"）;

（2）从表中数据可分析出实验1是用图_____（选填"甲"或"乙"）所示装置做的实验；实验1中，若

钩码上升的速度为O.lm/s,则拉力的功率为W；

⑶表格中空白处的数据应为（结果精确到0.1%）；

⑷通过分析实验1和实验2的数据可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮越

重，滑轮组的机械效率越（选填"高"或"低"）。比较实验1和实验3可得出结论：同一个滑轮

组，,可以提高滑轮组的机械效率。

【训练10]

小明在做“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用滑轮安装了如图甲、乙所示的滑轮组，实验测得的

数据如下表所示。

实验次钩码所受的重力提升高度拉力绳端移动的距离机械效率

数G/Nh/vc\F/Ns/m

12.00.11.00.366.7%

22.00.21.00.666.7%

32.00.31.00.966.7%

43.00.31.40.971.4%

54.00.31.80.9

⑴利用甲图的滑轮组进行实验，要测量绳子自由端所受的拉力，应在弹簧测力计（选填〃保

持静止〃或〃匀速上升〃）时读数；

⑵表中的实验数据是利用（选填〃甲〃或〃乙〃）图所示的滑轮组测得的：第5次实验测得的滑

轮组机械效率是（保留一位小数）；

⑶分析表中数据，可知滑轮组的机械效率与物体上升的高度,与所提升物体的重力大

小;（均选填''有关〃或"无关〃）

⑷采用甲滑轮组进行实验，若弹簧测力计没有竖直向上拉，测得的机械效率将（选填〃偏

大〃〃偏小〃或''不变〃）。

可真题感悟）

（2023•湖南湘潭）用图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表：

0==0

三

三

一

三

二

一

10=10

三

=

=

20=20

=

=

=

30=30

三

三

40=40

=三-

50=50

三

=

=

60三60

三

三

70=70

三

三

80=-80

9090

100100

实验次数钩码重力G/N钩码上升高度/z/cm拉力F/N绳子自由端移动距离s/cm机械效率〃

12.051.01566.7%

24.051.81574.1%

34.0101.83074.1%

46.052.515

（1）实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做运动。第1次实验时，钩码

上升的时间为3s,此过程中，绳子自由端上升的速度为m/s；

（2）第4次实验时所做的有用功为J,滑轮组的机械效率是%；

（3）分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越（选填

"大"或"小"），滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上

升的高度（选填"有关"或"无关"）;

（4）用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是0

A.换用更轻的动滑轮B.加快提升物体的速度

2.（2023•黑龙江绥化）如图所示，在"测量滑轮组机械效率”的实验中，利用甲、乙、丙三个实验

装置进行实验，测得的实验数据如下表。（钩码规格相同、动滑轮个数越多重力越大）

实验次数钩码重力G/N提升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率〃

140.10.3

280.13.20.383.3%

380.12.00.580.0%

（1）在实验中，应沿竖直方向拉动弹簧测力计；

（2）第一次实验中，如图所示，弹簧测力计的示数是N,机械效率是（精确

到0.1%）；

（3）由1、2两次实验数据可得出结论：；

（4）由________两次实验数据可得出结论：使用不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械

效率越低；

（5）在第三次实验操作的基础上，如图丁所示改变绳端拉力方向，测得的滑轮组机械效率

将0（选填"偏高""偏低"或"不变"）

3.（2023•江苏扬州）在学习了机械效率的相关知识后，课外研究小组有同学猜想：同一个机械的

机械效率是不变的。为了验证猜想，他们用如图所示的滑轮组进行实验，改变钩码个数，用弹簧测力

计沿竖直方向拉着细绳，使钩码匀速向上运动，测得的数据如表1。

表1

实验钩码重钩码上升的高绳端拉力绳端移动距有用功总功机械效率

次数G/N度力/m6/N离s/m叫用/J叫/J〃/%

120.11.00.30.20.3066.7

230.11.40.30.30.4271.4

350.12.20.30.50.6675.8

(1)分析表中的数据，他的猜想是_________(选填"正确"或"错误")的；

(2)实验小组又进行了如下的探究：改变滑轮的个数组成不同的滑轮组，仍用弹簧测力计沿竖直

方向向上匀速拉动细绳，测得的数据如表2；

表2

动滑

钩码重绳端拉力钩码上升的绳端移动有用功总功机械效率

实验次数轮个

G/NF/N高度分/m距离s/m叫用/J%/J〃/%

数

4163.60.20.41.21.4483.3

5262.40.20.81.21.9262.5

6362.20.21.21.22.6445.5

分;斤数据可知：物重相司，动滑轮个数越多越省力，但机械效率越________。进一步分析还发

现，当¥骨轮组越来越省力时它的额外功越来越大，甚至会出现额外功________有用功的情况，所以

设计一，个机械模型时，既要二考虑省力，还要考虑_________;

(3)根据表2中的数据，如果增加动滑轮个数继续实验，将会出现的困难是,你的改进

方法是O

4.(2023•湖南怀化)提高机械效率能够充分发挥机械设备的作用，一组同学在“测量滑轮组的机

械效率”实验中，实验测得的数据如表所示。

次数物体的重力G/N提升的高度加m拉力尸/N绳端移动的距离s/m机械效率〃

120.110.366.7%

230.11.40.371.4%

340.11.80.3

440.21.80.674.1%

（1）实验中应尽量竖直向上_____（选填"匀速"或"加速"）拉动弹簧测力计；

（2）计算出第3组实验的有用功J,机械效率是（结果精确到0.1%）；

（3）分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，使用同一个滑轮组提升物体时，被提升的物体越

重，滑轮组的机械效率（选填"越高"或"越低"或"不变"）；分析比较第3、4次实验数据可得，机

械效率与物体上升的高度（选填"有关"或"无关"）。

5.（2023•山东枣庄）提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益有

重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实，对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜

想：

猜想I:滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关

猜想由滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关

猜想区滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关

根据猜想，运用如图甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究，测得的实验数据如下表所示。

实验次钩码的重力钩码上升高度绳端拉力绳端移动的距离机械效率

数G/N/i/mF/NS/m

120.10.900.374.1%

240.11.500.388.9%

340.11.250.4

440.21.500.688.9%

甲乙丙

(1)实验时应沿竖直方向缓慢向上拉动弹簧测力计；

(2)分析表中数据可知：第3次实验是利用了图_______的装置完成的，它的机械效率

〃=;

(3)比较2、4两次实验数据，可验证猜想I是(选填"正确"或"错误")的；

(4)通过比较(填实验序号)两次实验数据得出结论：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)通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮

组的机械效率o

6.(2022•内蒙古呼和浩特)在学习机械效率概念后，小娟和小玉同学探讨：在不计绳重和摩擦，

同一滑轮组匀速提升不同货物，提升相同高度，动滑轮重力不变，额外功不变的条件下，机械效率是

否变化的问题。小娟认为："物重增加，有用功增加，总功也增加，所以机械效率可能变也可能不变"；

小玉认为："物重增加，有用功增加，总功也增加，那么额外功在总功中所占比例减小，则机械效率一

定增加。"俩人争执不下，决定实验验证。下表是他们利用一个滑轮组实验时，收集到的有关数据：

动滑轮重物重物体上升距离拉力拉力作用点移动距离滑轮组机械效率

G动/NG/Nh/rc\F/Ns/m

10.510.10.50.366.7%

20.52.50.11.00.381.5%

30.540.11.50.3

(1)请分析表中数据，在图中画出此实验中滑轮组绕绳方法.

(2)表中第3次实验时，滑轮组的机械效率为—；

(3)实验验证，(选填"小娟"或"小玉")的说法是正确的。

7.(2022•贵州铜仁)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：

次物体重力物体上升的高度弹簧测力计的示数绳子自由端移动的距离机械效

数(N)(cm)(N)(cm)率

12101.03066.75

24101.730

36102.43083.3%

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o

8.(2022•湖北襄阳)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。

实验钩码重