發(fā)布時(shí)間：2023-03-15 15:00:48
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的滑輪組的機(jī)械效率樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
一、教材內(nèi)容分析
本節(jié)課的教學(xué)目的在于讓學(xué)生練習(xí)組裝滑輪組和學(xué)會測滑輪組的機(jī)械效率。通過測滑輪組的機(jī)械效率，加深對機(jī)械效率的理解。讓學(xué)生自己通過探究，進(jìn)一步了解影響滑輪組的機(jī)械效率大小的因素，找出提高滑輪組的機(jī)械效率的方法，認(rèn)識提高滑輪組的機(jī)械效率的實(shí)際意義，增強(qiáng)合理改進(jìn)機(jī)械、提高效率的意識，增強(qiáng)將科學(xué)服務(wù)于人類的責(zé)任感。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)從組裝滑輪組到測出各個(gè)物理量，要進(jìn)行的活動和記錄的數(shù)據(jù)都較多，它對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、思維能力的要求都比較高，所以教師要做好充分的課前準(zhǔn)備，并在課上充分發(fā)揮學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力。
二、教學(xué)目標(biāo)（知識，技能，情感態(tài)度、價(jià)值觀）
知識與技能
1.通過實(shí)驗(yàn)加深對機(jī)械效率和滑輪組的認(rèn)識
2.學(xué)會測滑輪組的機(jī)械效率。
3.了解與機(jī)械效率有關(guān)的因素。
過程與方法
1.讓學(xué)生在實(shí)踐活動中進(jìn)一步認(rèn)識進(jìn)行科學(xué)研究的方法。
2.通過參與用實(shí)驗(yàn)測滑輪組機(jī)械效率的過程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
3.通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理，使學(xué)生進(jìn)一步掌握處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。
4.培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中歸納簡單的科學(xué)規(guī)律的能力。
情感、態(tài)度和價(jià)值觀
1.在實(shí)驗(yàn)操作過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
2.通過實(shí)驗(yàn)活動，使學(xué)生認(rèn)識交流與合作的重要性。
三、學(xué)習(xí)者特征分析
本節(jié)探究課是中學(xué)物理教學(xué)中較難的一節(jié)課，所以學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)大部分不懂得怎樣做，應(yīng)該做什么。所以教師可以先將實(shí)驗(yàn)的過程大概地描述一遍。有些同學(xué)在操作過程中難免會出現(xiàn)錯(cuò)誤，教師要及時(shí)地給予糾正，同學(xué)們要分工合作。
四、教學(xué)策略選擇與設(shè)計(jì)
教學(xué)策略：由淺入深，步步引導(dǎo)。整節(jié)課始終以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)為主線，多媒體與黑板的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的教學(xué)方式形成了鮮明的對比。
教學(xué)設(shè)計(jì)：1.通過例題復(fù)習(xí)上一節(jié)的內(nèi)容；使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材（教師提供一些輔助器材）。2.學(xué)生思考與討論課文中的三個(gè)思考問題并針對問題制定本組的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃；然后組裝滑輪組并選擇實(shí)驗(yàn)器材做測滑輪組的機(jī)械效率。3.實(shí)驗(yàn)完畢，提問學(xué)生三個(gè)問題，并結(jié)合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解說，最后使學(xué)生掌握測滑輪組的機(jī)械效率的方法。4.讓同學(xué)提出在實(shí)驗(yàn)過程中的疑問并全班討論解答，同時(shí)讓同學(xué)們做二個(gè)實(shí)驗(yàn)：A同一滑輪組提升不同的重物至同一高度，其機(jī)械效率是否一樣？B不同的滑輪組提升相同的重物到同一高度，其機(jī)械效率是否一樣？5.從實(shí)驗(yàn)中分析怎樣提高滑輪組機(jī)械效率和總結(jié)；最后布置作業(yè)。
五、教學(xué)環(huán)境及資源準(zhǔn)備
教學(xué)環(huán)境：教室與多媒體。
關(guān)鍵詞： 機(jī)械效率 典例 剖析 歸類
簡單機(jī)械的機(jī)械效率是力學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是中考幾乎每年必考的一個(gè)知識點(diǎn)。人們應(yīng)用機(jī)械的目的是為了省力或省距離，為了充分發(fā)揮機(jī)械的作用，就要涉及機(jī)械的效率問題。不少學(xué)生在學(xué)了本知識點(diǎn)之后應(yīng)用公式解題時(shí)仍經(jīng)常出錯(cuò)，只是死套公式，缺乏靈活應(yīng)用。本文結(jié)合教學(xué)和學(xué)生常見錯(cuò)誤，通過例題加以分析，剖析錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因，進(jìn)行防錯(cuò)提示，避免陷入誤區(qū)。
一、常見錯(cuò)誤及例題
問題一：概念理解不完整。
這種錯(cuò)誤常見于概念辨析題，原因是片面理解概念，缺乏深入認(rèn)識。
【案例1】下列關(guān)于機(jī)械效率的說法中，正確的是（）。
A.越省力的機(jī)械，機(jī)械效率越高
B.做的有用功多，機(jī)械效率越高
C.做的總功越少，機(jī)械效率越高
D.額外功在總功中占的比例越小，機(jī)械效率越高
錯(cuò)解A認(rèn)為越省力，即人做的總功就越少，機(jī)械效率越多。
錯(cuò)解B、C都只從η= 片面分析，未控制另一個(gè)變量。
【解析】機(jī)械效率的高低是由有用功和總功兩個(gè)因素共同決定的，機(jī)械效率的高低與機(jī)械是否省力、是否省距離無關(guān)，所以A錯(cuò)；由η= 可知，有用功多額外功也可能多，所以B錯(cuò)；總功少，有用功也可能少，C錯(cuò)；額外功在總功中的比例越小，那么有用功在總功中所占比例就越大，由η= 可知，機(jī)械效率就越高，D正確。
【感悟】正確理解機(jī)械效率的概念是解題的關(guān)鍵，機(jī)械效率表示的是有用功跟總功的比值，與是否受力，做功多少無關(guān)，與機(jī)械自身（如機(jī)械的自重，摩擦）和做功現(xiàn)象（如被提起的重物）有關(guān)。
【拓展】有一個(gè)滑輪組經(jīng)過改進(jìn)后機(jī)械效率提高了，把同一個(gè)重物提高相同高度，問改進(jìn)后與改進(jìn)前對比（）。
A.做的有用功減少了
B.有用功不變，額外功減少了
C.總功不變，有用功增大了
D.總功不變，額外功減少了
問題二：對滑輪組特點(diǎn)理解不完整。
引起原因是對滑輪組認(rèn)識不清，不能準(zhǔn)確判斷滑輪組繞線n，或?qū)喗M的省力公式F= （G 指動滑輪重量，忽略摩擦）和公式s=nh應(yīng)用不熟練，從而導(dǎo)致計(jì)算W 和W 出錯(cuò)，使η計(jì)算錯(cuò)誤.
【案例2】如圖所示，用同一滑輪組兩次提升同一重物時(shí)的情景，不計(jì)滑輪組及繩間的摩擦，比較兩滑輪組機(jī)械效率的大?。ǎ?/p>
A.η ＞η B.η =η C.η ＜η D.缺少條件，無法比較
錯(cuò)解A認(rèn)為甲比乙省力，F(xiàn) = ，F(xiàn) = ，由η= = 知，η ＞η 。錯(cuò)解C認(rèn)為甲圖中n=3，乙圖中n=2，由η= = = 知，η ＜η 。
【解析】由η= = = = 知，因G相同，G 也相同，所以η =η ，選B。
【感悟】本題考查了運(yùn)用觀察、比較法分析問題的能力，分別正確算出η 和η 是解題之關(guān)鍵。對同一滑輪組，若提升同樣重的物體，無論繩子的繞法如何，機(jī)械效率都是相同的。
【拓展】甲、乙兩位工人分別用下圖所示的A、B兩種方式，將同樣重的物體提高到高處，滑輪的重力小于沙子的重力，不計(jì)摩擦阻力和繩子的重力， 工人用力較小，兩人所用的機(jī)械效率η η （填“＞”、“=”或“＜”）。
問題三：對滑輪組及所拉物體之方向判斷錯(cuò)誤。
此類問題在于學(xué)生不能正確理解誰做有用功，一律死套公式η= = = 。特別是針對水平放置的滑輪組和滑輪組豎直而被拉物體方向改為水平的題目最易出錯(cuò)或無從下手。
【案例3】：某人站在岸上，利用滑輪組通過拉繩使停泊在水中的船勻速靠岸，如圖所示，船重1.02×10 N，船移動時(shí)受到水的阻力是船重的0.01倍，船受到滑輪組的拉力始終沿水平方向。此人水平拉繩的力為240N，求該滑輪組的機(jī)械效率？
錯(cuò)解：由η= = = = =85
解到此，有些學(xué)生會認(rèn)識到η為百分?jǐn)?shù)，不能大于1。上題中結(jié)果明顯錯(cuò)誤，而束手無策，就認(rèn)為不會而放棄，缺乏深入思考進(jìn)而對此種題失去信心。
【解析】動滑輪對船的拉力作的功是有用功，該拉力等于船前進(jìn)所受的阻力。阻力為船重的0.01倍，即f=0.01G=0.01×1.02×10 N=1.02×10 N，船前進(jìn)的距離（S ）是繩子自由端前進(jìn)距離（S）的 ，滑輪組的機(jī)械效率為
η= = = = =85%
【感悟】滑輪組可將重物提起，也可拉動物體水平前進(jìn)，兩種情況的原理完全相同，只是力的方向、大小不同，拉起重物時(shí)克服重力做功，水平拉物體時(shí)克服阻力做功。分析哪個(gè)力做的是有用功是解決這類問題的關(guān)鍵。
【拓展】如下圖所示，用滑輪組拉著重600N的物體A沿水平方向移動，40s內(nèi)物體移動了8m，拉力F作的功為1280J。求：
（1）拉力F的大小和拉力的功率；
（2）若動滑輪的重為12N（不計(jì)繩重及摩擦），計(jì)算滑輪組的機(jī)械效率。
問題四：結(jié)構(gòu)固定的同一滑輪組機(jī)械效率認(rèn)為不變。
【案例4】用滑輪組勻速提升重為2×10 N的物體，作用在繩子自由端的拉為625N，拉力所作的功為1.25×10 J，滑輪組的機(jī)械效率η=80%，若不計(jì)繩重及摩擦，將提升的重物改為重3×10 N的物體，求作用在繩子自由端的拉力。
錯(cuò)解：由η= 得W =ηW =0.8×1.25×10 J=1×10 J
【解析】本題錯(cuò)誤在于在解題過程中認(rèn)為用同一滑輪組提升重力不同的物體時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率是不變的。事實(shí)上，同一滑輪組提升較重物體，機(jī)械效率較大，其正確解法是：由η= 得，
W =ηW J=0.8×1.25×10 J
由W=Fs得，s= = =20m,h= = =5m。
所以承擔(dān)總重量繩子的段數(shù)n= = =4(段)，
由F = (G +G )得G =nF -G =4×625N-2×10 N=500N。
當(dāng)改為重3×10 N的物體時(shí)，繩子自由端的拉力為F = (G +G )= (3×10 N+500N)=875N。
【感悟】本題之所以易錯(cuò)，關(guān)鍵在于部分學(xué)生認(rèn)為同一機(jī)械中額外功不變，機(jī)械效率就不變，而忽略了重物變化，有用功和總功隨之改變，從而導(dǎo)致機(jī)械效率變化。實(shí)際上，根據(jù)η= = = = 可知，滑輪組機(jī)械效率大小與G和G 都有關(guān)，G 不變，G變化時(shí)，η也是變化的。所以，提高機(jī)械效率的方法之一就是盡量減少額外功，采取減輕機(jī)械自重（G ）和加油來減小摩擦；另一種方法就是對于G 不變時(shí)，盡量讓機(jī)械滿載（即增大G），就能充分發(fā)揮機(jī)械的作用，即提高機(jī)械效率。
【拓展】如圖所示，用40N的拉力，使物體G勻速上升，不計(jì)繩重和摩擦，整個(gè)裝置的機(jī)械效率為75%。求：
（1）物體G和動滑輪重各是多少？
（2）若繩能承受的最大拉力為50N，此裝置的機(jī)械效率可提高到多少？
二、概念與公式分類
以上幾例都是學(xué)生在解決機(jī)械效率時(shí)常見錯(cuò)誤，為避免錯(cuò)誤，本文現(xiàn)對有關(guān)概念和公式歸類如下，以供在解決實(shí)際問題時(shí)選擇。
（一）有關(guān)三種功。
1.有用功：機(jī)械對物體所做的功。常用計(jì)算方法有：
A.豎直拉物體時(shí)W =Gh，此公式對沿斜面上拉物體和杠桿提升物體也適用。
B.對于水平滑輪組拉物體前進(jìn)，W =fs，題中一般都是物體水平方向勻速運(yùn)動，拉物體的力與物體克服阻力互為平衡力，大小相等。
C.W =W -W
D.W =ηW
2.總功：人（動力F）對機(jī)械做的功，用W =Fs或W =W /η來計(jì)算。
3.額外功：不需要但又不得不做的功，一般用W =W -W 計(jì)算。
(二)機(jī)械效率。
有用功與總功的比值。定義η= ×100%，它只有大小，無單位，且η＜100%，即η＜1。
對于滑輪組的機(jī)械效率的計(jì)算，分為豎直拉物體和水平方向拉物體兩種情況：
A.豎直拉物體時(shí)η= = = = ，其中大多數(shù)題目中以應(yīng)用η= 和η= 解題較易。
B.水平方向拉物體前進(jìn)時(shí)η= ×100%= = 。（f指物體受水平方向阻力，s指物體移動距離，F(xiàn)指繩子自由端所受拉力，S指繩子自由端移動距離。）
另外，對于斜面的機(jī)械效率也可用η= = 計(jì)算；對于杠桿提升重物的機(jī)械效率也用η= = 來計(jì)算。
結(jié)合以上公式分類，希望同學(xué)們能聯(lián)系具體題目加以練習(xí)，減少錯(cuò)誤，真正理解公式的含義，學(xué)好用好公式，去解決物理中的各種實(shí)際問題。
參考文獻(xiàn)：
［1］九年級物理上冊（蘇科版）.
［2］九年級物理（上）同步講解與測評（江蘇版）.天津人民出版社.
［3］中學(xué)物理教學(xué)參考（2007/7）.
（2016，南寧）如圖1所示，利用滑輪組裝置勻速拉動水平面上的物體。已知物體在水平面上受到的滑動摩擦力為重力的0.1倍，物體被勻速拉動的距離為1m。當(dāng)物體質(zhì)量為2kg時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率為50%，不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦。求：
（1）物體質(zhì)量為2kg時(shí)，在水平面上受到的滑動摩擦力；
（2）動滑輪的重力；
（3）物體質(zhì)量為10kg，以0.1m/s的速度運(yùn)動時(shí)，拉力的功率。
這道題其實(shí)并不難，但是不少同學(xué)在解答問題（2）時(shí)，會出現(xiàn)亂套公式的現(xiàn)象，如：
錯(cuò)誤解法1：=50%，其中，=20N，解得=38N；
錯(cuò)誤解法2：=50%，其中，=20N，解得=20N。
使用上述兩種錯(cuò)誤解法的根本原因在于，同學(xué)們不理解滑輪組機(jī)械效率中有用功的深刻含義，總是錯(cuò)誤地認(rèn)為或死記成。下面，老師將剖析有用功及總功的深刻含義，并將原形公式的拓展改造成普適公式，以提升同學(xué)們滑輪組機(jī)械效率的解題效率。
一、理解機(jī)械效率
工作效率就是指工作產(chǎn)出與投入之比。因此，對于勻速提升重物的問題而言，如圖2所示，當(dāng)我們徒手勻速提升重物時(shí)，人提供的拉力，拉力全部用于提升重物，此時(shí)工作產(chǎn)出與投入比等于1，即效率為百分之百。
分析可知，盡管徒手提升重物的方式可以做到工作效率等于百分之百，但無法實(shí)現(xiàn)省力及改變?nèi)顺隽Φ姆较?，所以需要借助動滑輪、定滑輪來?shí)現(xiàn)這一想法，為工作帶來便利。
如圖3-1所示，在提升重物過程中，借助滑輪組實(shí)現(xiàn)了省力與改變力方向的目的，整個(gè)裝置如圖3-2所示，使用該裝置提升重物時(shí)，人的拉力需克服動滑輪的自重及掛在動滑輪上繩子的拉力FT做功，這是使用滑輪組工作時(shí)的工作總投入，即為總功。分析可知，滑輪組的整個(gè)裝置工作時(shí)，實(shí)際上只有克服掛在動滑輪上繩子拉力FT做功（圖3-3），而通過受力分析可知，人出力提升時(shí)，實(shí)際上克服了掛在定滑輪上的繩子向下的拉力FT做功，對應(yīng)圖3-4中的，同時(shí)還提升了動滑輪，即做了額外功。
二、例題辨析
【例題1】如圖4所示，小型牽引車通過滑輪組勻速打撈起深井中的物體，已知物體重1.2×103N，密度為1.6×103kg/m3。測得物體在出水面后牽引車作用在繩子上的拉力為500N。若不計(jì)摩擦、繩重及水的阻力，g取10N/kg，問：
（1）物體浸沒水中時(shí)所受的浮力多大？
（2）動滑輪所受的重力多大？
（3）物體露出水面前，滑輪組機(jī)械效率多大？
解：（1）由及得：
當(dāng)物體浸沒在水中時(shí)，V排=V物=0.075m3，由F浮=G排=得：
F浮==1×103kg/m3×10N/kg×0.075m3=750N
（2）物體出水后，n=3，則，則=3×500N-1 200N=300N
（3）物體浸沒在水中，則由n=3，知，，不計(jì)摩擦與繩重，則由得：=60%。
【點(diǎn)評】本解法運(yùn)用了前文提煉的普適公式來表示機(jī)械效率，再加以受力分析，將FT和的大小代入式子進(jìn)行求解，避免了因死記公式而出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。
【錯(cuò)題分析】東?？h新水晶市場建設(shè)工地上，工人用如圖5所示的滑輪組，將重為3 000N的物體甲以0.2m/s的速度沿水平方向勻速拉動。若拉動水平拉力為250N，滑輪組機(jī)械效率為80%。
求：
（1）物體受到的摩擦力f；
（2）拉力F做功的功率；
（3）在10s內(nèi)機(jī)械所做的有用功。
解：（1）水平勻速拉動，則f=FT，由n=3，知：3F=FT=f，則f=3×250N=750N
（2）由題知，n=3，則，
再由、及得：
（3），其中，
代入可得：
你的解法跟上述的過程一樣嗎？如果一樣，那你就錯(cuò)了。
錯(cuò)誤在于對第（1）問摩擦力f的求解中，受力關(guān)系3F=FT=f并不成立，導(dǎo)致f求解出錯(cuò)。因?yàn)楸绢}在分析過程中并不能忽略繩重、滑輪重以及摩擦的影響，才使得滑輪組效率是題干中的80%而不是100%。若關(guān)系3F=FT=f成立，則由效率=100%，這是錯(cuò)誤的。正確的解法如下：
解：（1）由n=3，知：，則=80%
解得：，則，水平勻速拉動，則f=FT=600N
（2）由題知，n=3，則
由、及得：
（3），其中
代入可得：
【注意】在使用滑輪組水平勻速拉動重物的問題中，求解機(jī)械效率的準(zhǔn)確性同時(shí)也影響了力的大小求解。
一、簡單機(jī)械的種類、定義及性質(zhì)
簡單機(jī)械在我們已學(xué)過的中學(xué)內(nèi)容里歸納起來有以下四種形式：
1、杠桿
定義：一根硬棒，在力的作用下如果能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動，這根硬棒就叫做杠桿。
實(shí)際生活中的杠桿有省力的，也有費(fèi)力的，還有既不省力、也不費(fèi)力的，例如獨(dú)輪車、鉗子、起子、剪刀、天平等。
2、滑輪
滑輪可分為定滑輪、動滑輪、滑輪組三種。
（1）定滑輪
定義：軸固定不動的滑輪叫做定滑輪。
定滑輪實(shí)質(zhì)是一個(gè)等臂杠桿使用它不省力，但可改變力的方向，
例如在旗桿上裝一個(gè)定滑輪，人站在地上就能把旗子升到高處。
（2）動滑輪
定義：滑輪和重物一志移動，這樣的滑輪叫動滑輪，動滑輪的實(shí)
質(zhì)是動力臂為阻力臂二倍的杠桿，使用動滑輪能省一半力，但是不能改變力的方向，在很多情況下使用不方便，因此動滑動很少單獨(dú)使用。
（3）滑輪組
定義：動滑輪和定滑輪組合在一起叫滑輪組。
這種機(jī)械使用起來既方便，又省力，例如汽車起重機(jī)、塔式起重
機(jī)等。
3、輪軸
定義：由輪和軸組成，能繞共同軸線旋轉(zhuǎn)的簡單機(jī)械，叫做輪軸。
輪軸的實(shí)持是可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)杠桿，例如汽車駕駛盤、手搖卷揚(yáng)機(jī)、轆轤等。
4、斜面
定義：與水平方向有一個(gè)傾角的面叫斜面。
使用斜面可以省力，但不能省功。例如，為了省力，人們在把重的物體搬到車上時(shí)，常常搭上一塊木板。
二、簡單機(jī)械的有用功、總功及效率。
為了清楚有效地搞好機(jī)械效率復(fù)習(xí)，我把簡單機(jī)械的有用功、
總功及效率總結(jié)列表如下（表中“l(fā)1”表示動力臂，“l(fā)2”表示阻力臂，“l(fā)”表示斜面長“r”表示輪關(guān)徑，“r”表示軸關(guān)徑，“h”表示重物所升高度或斜面高，“s”表示繩子自由端的伸長量，“f1”表示動力，“f2”表示阻力，“g”表示物生，“n”表示輪軸轉(zhuǎn)的周數(shù)或表示承擔(dān)動滑輪的繩子段數(shù)）。
項(xiàng)目名稱
有用功
w有用總功w總機(jī)械效率η
杠桿f2*l2f1*l1f2*l2/f1*l1*100%
輪軸n·2πr*g
或g*hn·2πrr*f1或:
h/2πr·2πr*f1n·2πrg/n·2πrrf1
*100%或g*h/(h/2πr*2πrf1)*100%
滑輪豎直
狀態(tài)g*h(g也可含滑輪重)f1*nhg*n/f1*nn′*100%
水平狀態(tài)f2*3/nf1*3f2*(3/n)/f1*3*100%
斜面g*hf*lg*h/f*l*100%
說明,表中有些欄目的公式?jīng)]有化成最簡式,目的在于讓公式仍能繼續(xù)充分反映各機(jī)械的本質(zhì)特征,便于學(xué)生準(zhǔn)確選擇公式解答題目.
三、習(xí)題示范
使用上表公式，求解有用功、總功時(shí)要根據(jù)題目的要求正確選擇
力和力臂或距離的單位，避免因單位混亂而出錯(cuò)；求解機(jī)械效率時(shí)，公式上下相同物理量單位統(tǒng)一就可以了，不必再轉(zhuǎn)換成國際單位，以節(jié)約時(shí)間，提高解題速度。
例1：沿著長5米、高1米的斜面，把重104牛頓的物體用2500牛頓的力沿斜面拉到車上去，這個(gè)斜面的機(jī)械效率是多少？額外功是多少？
解：本題屬于求斜面機(jī)械效率問題，參照上表所列可知：
w有用=g*h，w總=f*l
根據(jù)η=，得
η=g*h/f*l=104*1/2500*5*100%=80%
又根據(jù)w總=w有用+w額外得：
w額外=w總-w有用
=f*l+g*h
=2555*5-104*1
=2500（焦）
例2：如圖所示的滑輪組提重2000牛頓的貨物，這個(gè)滑輪組的機(jī)械效率為62.5%，求拉力的大小。
解：本題與滑輪的機(jī)械效率有關(guān)，而且屬于豎直狀態(tài)的問題，根據(jù)上表所列，設(shè)繩子自由端伸長s米，則：w有用=g*s/n，w總=f*s
而η=w有用/w總=g*s/n/f*s*100%，n=4，
故f=g/nη=2000/4*62.5%=800（牛）。
必須指出表中滑輪的效率公式不但適用于滑輪組，也同樣可適用于定滑輪、動滑輪，切莫縮小應(yīng)用范圍。
例3：用道釘撬來撬鐵路枕上的道釘（如圖2），加在道釘撬撬上的力是200牛頓它的動力臂是1.2米，阻力臂是6厘米，求道釘對道釘撬的阻力，若機(jī)械效率為40%,道釘對撬撬的阻力又是多少?
解:求第一問時(shí)的機(jī)械效率為10%,根據(jù)上表查杠桿的有關(guān)公式得:f2*l2=f1*l1
f2=f1*l1/l2=200*1.2/0.06=4000（牛）
第二問的機(jī)械效率為40%，得：
η=f,2*l1/f1*l1*100%，得
f,2=f1*l1*η/l2=200*1.2*40%/0.06=1600（牛）
例4：人們用轆轤從井中提起一桶300牛事出有因重的水，輪半徑是軸半徑的3倍，在輪上加200牛頓的力才能把這桶水勻速提起（如圖3），該轆轤的效率是多少？
解：題目雖然沒有把已知r和r的具體數(shù)值，但已經(jīng)告訴r=3r，在只求效率的情況下，不需要求出w有用/w總，只要能求得比值就行了，假設(shè)轆轤轉(zhuǎn)了n周，則
η=（n·2πr*f2）/（n·2πr*f1）*100%
一、掌握規(guī)律，輕松作圖
跟滑輪組有關(guān)的作圖題是中考最常見的題型之一，其難點(diǎn)是判斷和確定承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n以及確定固定端的位置。作圖題解題應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1. 判斷滑輪組中承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n。判斷滑輪組中承擔(dān)重物繩子的段數(shù)可以采用“分離法”，即在動滑輪與定滑輪之間用虛線分開，凡是直接與動滑輪連接的繩子就是承擔(dān)重物的繩子。如圖1a中有2段繩子與動滑輪直接相連，則n＝2；圖1b有3段繩子與動滑輪直接相連，則n＝3。那么，請同學(xué)們按照上述方法自己找出圖1c，圖1d，圖1e，圖1f的n各為多少？
2. 確定承擔(dān)重物繩子段數(shù)的方法有：（1）根據(jù)物重G與拉力F的關(guān)系確定：n＝（如果結(jié)果是小數(shù)則進(jìn)一取整）。（2）根據(jù)物體升高的距離h和自由端移動的距離s的關(guān)系確定：n＝。（3）根據(jù)省力要求和拉力方向確定。例如，用2個(gè)滑輪組成最省力的滑輪組，則應(yīng)按圖1b組裝。
3. 確定繩子固定端位置的規(guī)律是：奇拴動，偶拴定。仔細(xì)觀察圖1中的各滑輪組，你會發(fā)現(xiàn)凡是承擔(dān)重物繩子段數(shù)n為奇數(shù)的，繩子固定端必拴在動滑輪上；凡是承擔(dān)重物繩子段數(shù)n為偶數(shù)的，繩子固定端必拴在定滑輪上。
4. 滑輪組繞線規(guī)律：由內(nèi)到外，拴定繞下，拴動繞上。就是繞線的順序是由內(nèi)往外繞，如果繩子固定端拴在定滑輪上，繩子向下繞；如果繩子固定端拴在動滑輪上，則繩子向上繞。
例1一條繩子只能承受3×103 N的拉力，用2個(gè)定滑輪和2個(gè)動滑輪，怎樣組裝滑輪組才能把104 N的物體拉起來？（滑輪和繩子的重以及摩擦不計(jì)）
解析：1. 確定承擔(dān)重物繩子的段數(shù)。因?yàn)閚＝＝＝3.3，結(jié)果是小數(shù)，故進(jìn)一位取整n＝4。2. 根據(jù)“奇拴動，偶拴定”，繩子固定端拴在定滑輪上。3. 根據(jù)“由內(nèi)到外，拴定繞下，栓動繞上”的順序繞線（應(yīng)照如圖1e所示組裝）。
二、滑輪組問題的常規(guī)解法
有關(guān)滑輪組的基礎(chǔ)題難度不是很大，一般采用常規(guī)解法，即依據(jù)題目意思，選取相關(guān)公式代入數(shù)據(jù)求解。為了使同學(xué)們盡快熟練掌握解題方法，根據(jù)目前出現(xiàn)的各種與滑輪組有關(guān)的題目及題目所給條件和要求，我們把滑輪組問題分為以下幾類：理想型、考慮動滑輪重型、完全考慮型。
1. 理想型。這類題目不考慮動滑輪重、繩子重以及摩擦等，難度不大。使用這類滑輪組提起重物時(shí)，滑輪組中承擔(dān)重物的繩子有幾段，提起重物所用的力就是物重的幾分之一，計(jì)算公式為：F=。
例2如圖1a圖所示，若不考慮摩擦和動滑輪、繩子的重，當(dāng)G=100 N時(shí)，拉力F=_________N。
解析：因承擔(dān)重物的繩子的段數(shù)n＝2，故拉力F=G=×100 N=50 N。
2. 考慮動滑輪重型。這類題目一般只考慮動滑輪重、不考慮摩擦和繩子重，難度有所提高。計(jì)算這類題目有公式：拉力F=•（G+G），滑輪組的機(jī)械效率：η＝＝。
例3如圖1a所示，一人用該滑輪組提起重為200 N的物體，此時(shí)人對繩子的拉力為120 N，不計(jì)繩重及摩擦。若要提起600 N的物體，求拉力F及滑輪組的機(jī)械效率。
解析：這道題隱含的條件是動滑輪的重，要解答此題必須先把它找出來。由“提起重為200 N的物體，此時(shí)人對繩子的拉力為120 N”可以求出動滑輪的重G。由F=•（G+G）得G＝nF-G物＝2×120 N-200 N＝40 N。當(dāng)提起600 N的物體時(shí)，拉力F=•（G+G）＝×（600 N＋40 N）＝320 N，機(jī)械效率η＝＝＝＝0.94＝94％。
3. 完全考慮型。這類題目既要考慮動滑輪重、繩子重還要考慮摩擦阻力等，因此難度更大些。
例4用圖1b所示的滑輪組勻速提起600 N物體時(shí)，人手實(shí)際提供的拉力F應(yīng)該是（）
A. 小于200 N B. 等于200 N
C. 大于200 N D. 大于300 N
解析：本題中“人手實(shí)際提供的拉力”意味著該題必須考慮動滑輪重、繩子重以及摩擦等因素的影響。如果不考慮這些因素則拉力F=×600 N=200 N，考慮這些因素后F必定大于200 N，故選C。
例5用某滑輪組將重800 N的重物勻速提升0.5 m。已知滑輪組機(jī)械效率為80％，動滑輪總重60 N，求：
（1）拉力所做的功。
（2）在這一過程中克服摩擦所做的功。
解析：拉力所做的有用功：W ＝Gh＝800 N×0.5 m＝400 J；拉力所做的功即總功：W＝＝＝500 J；拉力所做的額外功（包括提起動滑輪所做的功以及克服摩擦所做的功）：W＝W－W＝500 J－400 J＝100 J；提起動滑輪所做的功：W＝Gh＝60 N×0.5 m＝30 J；克服摩擦所做的功：W＝W－W＝100 J－30 J＝70 J。
三、利用“平衡法”巧解滑輪組難題
一些滑輪組題目利用常規(guī)解題方法是很困難的，特別是把滑輪組水平組裝時(shí)，拉力與物重?zé)o關(guān)了，有些同學(xué)們便覺得無從著手。利用“平衡法”，也就是當(dāng)物體所受的力相互平衡時(shí)，分析物體所受的力，根據(jù)平衡力的條件求解，可以使復(fù)雜的問題簡單化。
例6已知500 N重的人站在2 500 N重的船上，如圖2所示。當(dāng)他用50 N的力拉繩子時(shí)，船做勻速直線運(yùn)動，則船所受阻力為（）
A. 50 N B. 150 N
C. 3 000 N D. 3 100 N
解析：由于船是做勻速直線運(yùn)動，故船受力平衡。在豎直方向上，人和船的重力跟所受的浮力是一對平衡力，與船所受阻力無關(guān)， 這兩個(gè)數(shù)據(jù)皆為迷惑人的無用數(shù)據(jù)。把船和人看作一個(gè)整體，它在水平方向所受的阻力和繩子對船和人的拉力是一對平衡力。拉著船的繩子有3段，每段的拉力為50 N，所以船受到的阻力為150 N，故選B。
例7如圖3所示，摩擦不計(jì)，動滑輪重30 N，重500 N的人站在重100 N的吊籃內(nèi)拉繞過滑輪的繩子使吊籃勻速上升。
（1）人拉繩子的拉力多大？
（2）人對吊籃的壓力多大？
解析：由于拉自由端的人不是站在地面上，利用“承擔(dān)重物的繩子有幾段拉力就等于物重幾分之一”的常規(guī)解法已經(jīng)行不通。采用“平衡法”可使問題變得簡單：把動滑輪、吊籃和人看作一個(gè)整體，他們勻速上升，表明他們受力平衡。他們的總重與繩子的拉力是一對平衡力，繩子有三段，每段拉力為F，繩子的總拉力為3F，動滑輪、人及吊籃總重：G=30 N＋500 N＋100 N＝630 N，因?yàn)?F＝G＝630 N，所以人對繩子的拉力F＝210 N；人對吊籃的壓力：F＝G－F＝500 N－210 N＝290 N。
四、變換角度，一題多解
對于同一滑輪組，從不同角度分析就有不同的解答方法。這類題目可以鍛煉同學(xué)們的思維，提高同學(xué)們分析解決問題的能力。
例8如圖4所示，每個(gè)動滑輪重均為20 N，橫桿重量及摩擦不計(jì)?，F(xiàn)用此滑輪組勻速提起重G＝760 N的物體，那么需要施加在自由端的動力F為（）
A. 200 N B. 180 N
C. 190 N D. 170 N
解析：解法1：常規(guī)解法。先確定承擔(dān)物重繩子的段數(shù)n＝4，根據(jù)公式：F＝•（G＋G）＝×（40 N＋760 N）＝200 N，故選A。
解法2：平衡法。把動滑輪、橫桿和重物看作一個(gè)整體，分析它們受力情況。由于物體做勻速直線運(yùn)動，故受力平衡。它們所受總重力G與繩子拉力F是一對平衡力，這對平衡力大小相等。F＝G＝G物＋G＝760 N＋40 N=800 N，繩子有4段，每段拉力F＝＝200 N。
總之，滑輪組是初中物理“力和機(jī)械”的重要內(nèi)容。要學(xué)好這方面的知識，就必須熟悉這方面的解題技巧，掌握解題規(guī)律?？偨Y(jié)如下：
1. 作圖題解題步驟：（1）確定承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n。依據(jù)n＝、n＝、拉力方向或省力要求確定。（2）確定繩子固定端。規(guī)律：奇拴動，偶拴定。（3）繞線。由內(nèi)到外，拴定繞下，拴動繞上。
2. 基礎(chǔ)題常規(guī)解法。（1）理想題，公式：F=。（2）考慮動滑輪重型，公式：拉力F=•（G＋G），機(jī)械效率：η＝＝。（3）完全考慮型，根據(jù)條件，靈活解題。
3. 對于復(fù)雜的滑輪組，常運(yùn)用“平衡法”“受力分析法”求解。通常把動滑輪和重物等看作一個(gè)整體，分析受力情況，運(yùn)用“平衡力”條件解題。
練一練
1. （2008•廣州）在圖5中用線代表繩子，將兩個(gè)滑輪連成省力的滑輪組，要求人用力往下拉繩使重物升起。
2. （2008•貴陽）用如圖1a所示的滑輪組將一個(gè)重8 N的物體勻速提高 2 m，所用拉力F為5 N。則此過程拉力所做的有用功是_____J，該滑輪組的機(jī)械效率是_____。
3. （2008•長沙）小明用如圖6所示的滑輪組將一個(gè)重為120 N的物體勻速提升2 m，所用的拉力為50 N，此時(shí)拉力所做的功為W，滑輪組的機(jī)械效率為η。若仍用該滑輪紐提升一個(gè)重為170 N的物體,此時(shí)滑輪組的機(jī)械效A. 240 J，80％，85％
B. 300 J，80％，85％
C. 300 J，80％，80％
D. 240 J，75％，80％
4. 如圖7所示滑輪，用它們組成滑輪組，按各自的要求，請?jiān)趫D中畫出滑輪組繩子的繞法，并填寫出省力情況。（不計(jì)摩擦及繩子和滑輪的重力）
1.功
（1）在物理學(xué)中，作用在物體上的力使物體在力的方向上通過一段距離，這個(gè)力就對物體做了功.
（2）做功的兩個(gè)必要因素是：一是作用在物體上的力F；二是物體在力的方向上通過的距離s.
（3）力學(xué)中規(guī)定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積，公式：W=Fs.
應(yīng)用公式時(shí)應(yīng)注意：
①在公式W=Fs中，F(xiàn)是作用在物體上的力，單位用牛頓（N）；s是物體在力的方向上移動的距離，單位用米（m）；W是力對物體做的功，單位用焦（J）.
②分清哪個(gè)力對物體做了功或者物體克服哪個(gè)力做了功，計(jì)算時(shí)F就是這個(gè)力.
③公式W=Fs只適用于恒力做功，恒力即力的大小和方向都不能變.
（4）做功的多少只由W=Fs決定，與物體的質(zhì)量、速度、運(yùn)動方向、是否有摩擦等無關(guān).
2.功率
（1）物理學(xué)中，引入功率表示做功的快慢.功率大，表示做功快；功率小，表示做功慢.
（2）功率的定義：單位時(shí)間所做的功.
（3）功率的定義式：.其中W表示功，單位用焦（J）；t表示做功時(shí)間，單位用秒（s）；P表示功率，單位用瓦（W）.
（4）物體在拉力F的作用下，以速度v沿拉力的方向做勻速直線運(yùn)動，則拉力做功的功率等于力與物體速度的乘積，其中F表示力，單位用牛頓（N）；v表示物體的速度，單位用米/秒（m/s）.
3.機(jī)械效率
（1）有用功W有：為實(shí)現(xiàn)某種目的（如將重為G的物體搬到高為h的位置）而對物體所做的功（Gh）.有用功包括：機(jī)械克服有用阻力所做的功、機(jī)械輸出功、人們不用機(jī)械直接用手做的功.
（2）額外功W額：在通過機(jī)械對物體做功的過程中，常常需要克服機(jī)械的摩擦、機(jī)械的自重等因素做功（如克服斜面摩擦所做的功fs；又如克服動滑輪的自重所做的功G動h），這部分功有時(shí)是我們不需要，但又不得不做的功.
（3）總功W總：有用功與額外功的總和.一般指動力對機(jī)械所做的功.
（5）根據(jù)功的原理，使用機(jī)械時(shí)，人們所做的功都不會少于直接用手所做的功，即：使用任何機(jī)械都不省功.在實(shí)際使用機(jī)械的過程中，由于克服機(jī)械自重、機(jī)件間的摩擦等做額外功不可避免，所以機(jī)械效率總小于100%.
（6）機(jī)械效率是表示機(jī)械對物體做功有效程度的物理量.機(jī)械效率高，表示所做總功中，有用功的比例就越大.
（7）機(jī)械效率的高低反映了機(jī)械的性能，但機(jī)械效率的高低與功率沒有必然的聯(lián)系.效率高的機(jī)械，不一定功率大.
（8）影響機(jī)械效率的因素：機(jī)械自重、機(jī)件間的摩擦、提升重物的重力.
（9）提高機(jī)械效率的方法：減小機(jī)械自重，減小機(jī)件間的摩擦來減小額外功；在無法減小額外功的情況下，采用增大物重以增大有用功的方法來提高機(jī)械效率.
4.機(jī)械能
（1）能：一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這個(gè)物體具有能.一切能量的單位都是焦耳（J）.
理解：①能量是表示物體做功本領(lǐng)大小的物理量；物體能夠做多少功，它就具有多少能；②一個(gè)物體“能夠做功”并不是一定“要做功”，也不是“正在做功”或者“已經(jīng)做功”.如山上靜止的石塊它具有能量，但它沒有做功，也不一定要做功.
（2）機(jī)械能
機(jī)械能動能定義：物體由于運(yùn)動而具有的能量影響因素：物體質(zhì)量與物體速度勢能重力勢能定義：物體由于被舉高而具有的能量影響因素：物體質(zhì)量與被舉高度彈性勢能定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能量影響因素：物體彈性形變的程度
（3）動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化
①動能與勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化.如果忽略一切阻力，機(jī)械能總量保持不變，即機(jī)械能守恒.
②動能與勢能轉(zhuǎn)化問題的分析：
A.首先分析影響動能或勢能大小的因素――看動能或勢能如何變化.
B.還要注意動能與勢能相互轉(zhuǎn)化過程中是否有能量損失或能量補(bǔ)充――如果除重力和彈力外沒有其他外力做功（即沒有其他形式的能量補(bǔ)充或能量損失），則動能與勢能轉(zhuǎn)化過程中機(jī)械能總量不變.
考點(diǎn)掃描
考點(diǎn)1 判斷物體是否做功
例1 下列如圖3所示的過程中，人對物體做功的是（ ）.
解析 A.踢出去的足球在地面滾動時(shí)，人不再對球施加力的作用，人對球沒有做功.
B.運(yùn)動員舉起杠鈴時(shí)，給杠鈴一個(gè)向上的力，杠鈴向上移動了一段距離，運(yùn)動員對杠鈴做功.
C.小孩用力推車，小孩給車一個(gè)向前的力，但車沒有移動距離，小孩對車沒有做功.
D.學(xué)生背著書包在水平路面上勻速前進(jìn)時(shí)，人對書包一個(gè)向上的力，書包向上沒有移動距離，人對書包沒有做功.
答案 B.
考點(diǎn)2 理解功率的概念
例2 下列說法中正確的是（ ）.
A.物體做的功越多，則功率就越大
B.物體做功的時(shí)間越短，則功率越大
C.在相同的時(shí)間內(nèi)做的功越多，功率越大
D.功率越大，則做功越多
解析 功率是表示物體做功快慢的物理量.功率和功是兩個(gè)不同的概念，做功多，不一定做功快；反之，做功快不一定做功多.功率大，表示單位時(shí)間內(nèi)做功多，做功快.功率是由物體所做的功和完成這個(gè)功所用的時(shí)間兩個(gè)因素決定的.從公式P
=可知，相同時(shí)間內(nèi)做功多的，功率大；做相同的功，所用時(shí)間少的，功率大.
答案 C.
考點(diǎn)3 功、功率的簡單計(jì)算
例3 在水平地面上，工人用100N的水平推力推動重150N的箱子，4s內(nèi)前進(jìn)了6m，推力撤銷后，箱子由于慣性又前進(jìn)了2m，在這個(gè)過程中，箱子所受重力對箱子做功為 J；重力做功的功率為 W；工人對箱子做功為 J；工人做功的功率為 W.
考點(diǎn)4 機(jī)械效率相關(guān)計(jì)算
考點(diǎn)5 判斷機(jī)械能（動能和勢能）如何變化
例5 小紅在學(xué)習(xí)中收集了一些與機(jī)械能有關(guān)的實(shí)例，如圖5所示，其中機(jī)械能增大的是（ ）.
解析 要判斷機(jī)械能如何變化，一般先判斷動能和勢能分別如何變化，然后根據(jù)動能和勢能的總和是機(jī)械能，判斷機(jī)械能的變化情況.而要判斷動能和勢能分別如何變化時(shí)，先明確它們分別與什么因素有關(guān)，這些因素如何變化.
A.汽車勻速行駛，速度、質(zhì)量不變，所以汽車動能不變；汽車水平行駛，高度、質(zhì)量不變，所以勢能不變；機(jī)械能不變.
B.小孩從滑梯上滑下，速度增大，高度減小，小孩質(zhì)量不變，所以動能增大，勢能減小.機(jī)械能=動能+勢能，大小如何變化不好判斷.從另一角度思考：由于小孩受到摩擦阻力，可以判斷機(jī)械能減小.
C.火箭升空時(shí)，速度增大，高度增大，質(zhì)量不變（質(zhì)量變化可以忽略），火箭動能增大，勢能增大，所以機(jī)械能增大.
D.滾擺上下滾動時(shí)，由于存在空氣阻力，滾擺機(jī)械能減小.
答案 C.
考點(diǎn)6 動能和勢能的轉(zhuǎn)化
例6 如圖6所示的4幅圖中屬于動能轉(zhuǎn)化為重力勢能的是（ ）.
解析 A.形變的橡皮條將“子彈”射出，橡皮筋的彈性勢能轉(zhuǎn)化為“子彈”的動能.
B.小剛腳踩滑板從高處滑下，動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能.
C.輕軌車無動力滑上站臺，動能減小，重力勢能增大，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能.
D.乘客乘坐觀光電梯勻速上升，動能不變，勢能增大，但增大的勢能不是由動能轉(zhuǎn)化來的，因?yàn)閯幽苁遣蛔兊?
特別提醒 分析動能、勢能到底如何轉(zhuǎn)化，首先要明確研究的是哪個(gè)過程（如：滾擺上升和下降的過程，能量轉(zhuǎn)化的情況完全不同），然后可以根據(jù)動能、勢能的變化情況，判斷到底動能和勢能是如何轉(zhuǎn)化的.
答案 C.
實(shí)驗(yàn)探究
例1 在“探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素”實(shí)驗(yàn)中，小明和小華用如圖7甲所示的同一滑輪組分別做了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：
（1）在表中①②③處填上適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)（機(jī)械效率用百分?jǐn)?shù)表示，保留一位小數(shù)）；
（2）在實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)豎直向上
拉動彈簧測力計(jì)；
（3）從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出：使用同一滑輪組， 可以提高滑輪組的機(jī)械效率；
（4）得出結(jié)論后小明進(jìn)一步猜想：滑輪組的機(jī)械效率可能還與其他因素有關(guān)，于是用另一滑輪組做了第四次實(shí)驗(yàn)（如圖7乙）并將數(shù)據(jù)記錄如下：
比較實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)4，小明發(fā)現(xiàn)雖然所掛鉤碼相同，但彈簧測力計(jì)的讀數(shù)不同，這是因?yàn)閮纱螌?shí)驗(yàn)所用滑輪的重力不同，于是小明得出另一結(jié)論：滑輪組的機(jī)械效率還與動滑輪的重力有關(guān).但小華認(rèn)為小明得出這一結(jié)論的過程還不夠合理，請簡要說明小華的理由： .
（2）為了能快速準(zhǔn)確地測出拉力的大小，必須勻速拉動彈簧測力計(jì)，才能使拉力大小不變.
（3）在實(shí)驗(yàn)1、2、3中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出：隨著滑輪組所掛鉤碼的重量增加，機(jī)械效率也升高，所以增加物重可以提高滑輪組的機(jī)械效率.
（4）通過實(shí)驗(yàn)的對比，雖然可以得出機(jī)械效率高低與動滑輪重力有關(guān)，但僅憑一次對比實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論可能具有偶然性，所以不可靠.
答案 （1）①2.2 ②30 ③88.9% （2）勻速 （3）增加物重 （4）僅根據(jù)一次對比實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論是不可靠的.
例2 圖8是探究“物體動能的大小與什么因素有關(guān)？”的實(shí)驗(yàn)示意圖.
（1）該實(shí)驗(yàn)要探究的是物體動能的大小與物體 和 的關(guān)系.
（2）該實(shí)驗(yàn)物體的動能是指物體
（選填“A”或“B”）的動能.
（3）該實(shí)驗(yàn)物體動能的大小是通過
來反映的.
（4）該實(shí)驗(yàn)物體的速度是指物體A從斜面上靜止?jié)L下與物體B碰撞時(shí)
（選填“碰前A”“碰后A”“碰前B”或“碰后B”）的速度，它是通過 （選填“高度”或“質(zhì)量”）來改變的.
（5）實(shí)驗(yàn)中多次讓物體從斜面同一高度上靜止?jié)L下時(shí)，應(yīng)改變 （選填“物體A”或“物體B”）的質(zhì)量，這是為了研究物體動能與物體質(zhì)量的關(guān)系.
解析 本題通過對實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的考查來檢測同學(xué)們對該實(shí)驗(yàn)的理解.
（1）動能的大小與物體的質(zhì)量和速度都有關(guān)系，因此探究“物體動能的大小與什么因素有關(guān)？”的實(shí)驗(yàn)中，要探究的是物體動能的大小與物體質(zhì)量和速度的關(guān)系.
（2）該實(shí)驗(yàn)研究的主體是小球A，研究的是小球A動能的大小與速度和質(zhì)量的關(guān)系.
（3）該實(shí)驗(yàn)中小球動能的大小是通過木塊B被撞距離的遠(yuǎn)近體現(xiàn)的，木塊B被撞得越遠(yuǎn)，說明小球A的動能越大，被撞得越近，說明小球A的動能越小，這里采用的是轉(zhuǎn)換法.
（4）該實(shí)驗(yàn)物體的速度是指物體A從斜面上靜止?jié)L下與物體B碰撞時(shí)碰撞前A的速度，這個(gè)速度的大小是通過改變小球A從在斜面上滑下的高度來改變的.
（5）為了研究物體動能與物體質(zhì)量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中多次讓小球從斜面同一高度靜止?jié)L下（保證小球到達(dá)水平面時(shí)速度相同），而改變小球（物體A）的質(zhì)量.
答案 （1）質(zhì)量 速度 （2）A （3）木塊B被撞距離的遠(yuǎn)近 （4）碰前A 高度 （5）物體A
仿真測試
一、選擇題
1.下圖的幾種情景中，人做了功的是（ ）.
2.如圖所示，用大小相等的拉力F1、F2、F3使同一物體分別沿著水平面、斜面和豎直方向移動相同的距離s，拉力F1、F2、F3所做的功分別是W1、W2、W3.下列判斷正確的是（ ）.
A.W1>W2>W3 B.W1
C.W1=W2
3.下列關(guān)于機(jī)械效率說法正確的是（ ）.
A.機(jī)械做功越快，機(jī)械效率就越高
B.省力越多的機(jī)械，機(jī)械功率越高
C.單位時(shí)間做功越多的機(jī)械，機(jī)械效率越高
D.額外功在總功中占的比例越小的機(jī)械，機(jī)械效率越高
4.某人騎著一輛普通自行車，在平直公路上以5m/s的速度勻速行駛.若人和車所受的阻力為20N，則騎車人消耗的功率最接近（ ）
A.1W B.10W C.100W D.1000W
5.如圖所示，粗略測量小明同學(xué)引體向上運(yùn)動的功率時(shí)，下列物理量不需要測量的是（ ）.
A.小明的質(zhì)量
B.單杠的高度
C.每次身體上升的高度
D.做引體向上的時(shí)間
6.舉重是我國的優(yōu)勢體育項(xiàng)目.一位身高180cm的運(yùn)動員和一位身高160cm的運(yùn)動員，在挺舉項(xiàng)目中用相同時(shí)間把同樣重的杠鈴舉起，如果他們對杠鈴所做的功分別為W1和W2，功率分別為P1和P2，則下列關(guān)系式正確的是（ ）.
A.W1=W2，P1=P2
B.W1>W2，P1>P2
C.W1>W2，P1=P2
D.W1
7.李玲同學(xué)值日時(shí)用水桶提水從一樓上到三樓，她做的有用功是（ ）.
A.對桶所做的功
B.對水所做的功
C.對水和桶所做的功
D.對水、桶和人所做的功
8.滑雪運(yùn)動員從山頂加速下滑的過程中，他的（ ）.
A.重力勢能增加，動能增加
B.重力勢能減少，動能減少
C.重力勢能增加，動能減少
D.重力勢能減少，動能增加
二、填空題
9.重20N的物體在5N的水平拉力作用下，10s內(nèi)沿水平地面前進(jìn)2m，則拉力做的功為 J，功率為 W；重力對物體做的功為 J.
10.某同學(xué)質(zhì)量是40kg，在2011年體育中考“1min跳繩”測試中，她每次起跳的高度約5cm，測試成績是150次，1min內(nèi)該同學(xué)克服自身重力做功約為 J，平均功率約為 W.（g=10N/kg）
11.如圖所示，貨物重400N，工人用滑輪組5s內(nèi)將貨物勻速提升2m，拉力F為250N，則此過程貨物上升的速度為
m/s，有用功為 J，滑輪組的機(jī)械效率為 ，拉力的功率為 W.
12.一個(gè)滑輪組經(jīng)改進(jìn)后提高了機(jī)械效率，用它把同一物體勻速提升同樣的高度，改進(jìn)后與改進(jìn)前相比較，所做的有用功 ，額外功 ，總功 .（選填“增大”“減小”或“不變”）
13.如圖所示，滑輪重小于物重（繩重、摩擦不計(jì)）.若使用圖中甲、乙兩個(gè)滑輪勻速提升相同的重物，則拉力F甲 F乙，機(jī)械效率η甲 η乙（選填“”）.
14.一跳傘運(yùn)動員跳離飛機(jī)，當(dāng)降落傘張開后，他將勻速下降，此時(shí)他的重力勢能將 ，他的動能將 ，機(jī)械能 .（選填“增大”“減小”或“不變”）
15.高空拋物現(xiàn)象被稱為“懸在城市上空的痛”.據(jù)報(bào)道：一個(gè)30g的雞蛋從18樓拋下來就可以砸破行人的頭骨，從25樓拋下可使人當(dāng)場死亡.由此可知，雞蛋的重力勢能與 有關(guān)，下落過程是將重力勢能轉(zhuǎn)化為 .
三、解答題
16.小華為了探究物體動能的大小與質(zhì)量、速度的關(guān)系，設(shè)計(jì)了如圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn).
實(shí)驗(yàn)甲：質(zhì)量相同的兩個(gè)小球，沿同一光滑弧形軌道分別從A處和B處開始向下運(yùn)動，然后與放在水平面上的木塊相碰，木塊在水平面上移動一段距離后靜止，如圖甲所示.
實(shí)驗(yàn)乙：質(zhì)量不同的兩個(gè)小球，沿同一光滑弧形軌道分別從A處開始向下運(yùn)動，然后與放在水平面上的木塊相碰，木塊在水平面上移動一段距離后靜止，如圖乙所示.
（1）要探究物體動能的大小與速度的關(guān)系應(yīng)選用 圖.（選填“甲”或“乙”）
（2）甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)分別可以得出的結(jié)論是① ；② .
（3）這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，利用 來比較物體的動能大小.下列實(shí)例中與此實(shí)驗(yàn)方法相同的是 .（填編號）
A.認(rèn)識電流大小時(shí)，用水流進(jìn)行類比
B.用紅墨水在水中的擴(kuò)散現(xiàn)象來認(rèn)識分子是運(yùn)動的
C.探究滑動摩擦力與壓力的關(guān)系時(shí)，控制接觸面粗糙程度不變
D.在研究光的傳播路徑和方向時(shí)，引入光線
（4）實(shí)驗(yàn)乙中將質(zhì)量不同的兩個(gè)小球沿同一光滑弧形軌道分別從A處開始向下運(yùn)動，目的是保證 相同.若水平面絕對光滑，木塊將 .
17.桑塔納汽車的質(zhì)量是1.6t，它以108km/h的速度在水平路面上勻速行駛20min，轎車受到的阻力是車重的0.1倍.求：（1）發(fā)動機(jī)的牽引力；（2）發(fā)動機(jī)所做的功；（3）發(fā)動機(jī)的功率.
一、股數(shù)（n）——滑輪組繞線的“靈魂”
1.股數(shù)（n）的確定
吊起同樣的重物，若滑輪組的股數(shù)不同，省力程度將有顯著差異；將重物提升同樣的距離，若滑輪組的股數(shù)不同，繩子自由端的移動距離也各不相同.可以說，股數(shù)是決定滑輪組省力程度和影響繩子自由端移動距離的重要因素.
首先讓我們看看圖1所示的幾種情況，總結(jié)一下滑輪組股數(shù)的確定方法和一般規(guī)律.
在豎直滑輪組的工作過程中，重物往往是吊在動滑輪上面的，并隨著動滑輪一起升降，因而可以將動滑輪和重物看成一個(gè)整體.對圖1的情況進(jìn)行綜合分析可知，有幾段繩子直接吊起動滑輪和重物，就可以說這個(gè)滑輪組的股數(shù)就是幾.
2.股數(shù)（n）的規(guī)律
由圖1的（a）（d）可以看出，如果繩子起點(diǎn)在定滑輪，股數(shù)（n）為偶數(shù)，是動滑輪個(gè)數(shù)的2倍，必有如下規(guī)律：若動滑輪個(gè)數(shù)為x，此種繞法的滑輪組股數(shù)n=2x.
由圖1的（b）（e）可以看出，如果繩子起點(diǎn)在動滑輪，股數(shù)（n）為奇數(shù).有1個(gè)動滑輪，股數(shù)n=3；有2個(gè)動滑輪，股數(shù)n=5.必有如下規(guī)律：假設(shè)動滑輪個(gè)數(shù)為x，則此種繞法決定的滑輪組股數(shù)n=2x+1.就是因?yàn)槔K子起點(diǎn)在動滑輪，導(dǎo)致多出“1股”.
綜合比較（b）（c）和（e）（f）可得，定滑輪的個(gè)數(shù)對股數(shù)n沒有影響，定滑輪只是起到改變力的方向的作用.
3.股數(shù)（n）的口訣
通過前文闡述可以發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)豎直滑輪組的問題中，繞繩的起點(diǎn)對股數(shù)n的奇偶性產(chǎn)生影響，如果繩子的起點(diǎn)在動滑輪，股數(shù)n就是奇數(shù)；如果繩子的起點(diǎn)在定滑輪，股數(shù)n就是偶數(shù).由此總結(jié)出第一句口訣：“奇動偶定”.
為提高繞繩的準(zhǔn)確率，一般建議從滑輪組的內(nèi)部往外，一圈一圈纏繞，由此總結(jié)出第二句口訣：“由內(nèi)而外”.
兩句口訣——“奇動偶定，由內(nèi)而外”，可以很好地解決滑輪組繞線問題.
二、股數(shù)（n）的作用
1.對省力效果的影響
如圖2所示，將重物與動滑輪看成一個(gè)整體，在滑輪組勻速升降的過程中，這個(gè)整體受力平衡.另一方面，用同一根繩子穿繞滑輪組，繃緊后其拉力處處相等.若不計(jì)繩重和滑輪的軸心摩擦，對虛線框中整體進(jìn)行受力分析：
由2F1=G+G動，得F1=■.
對此類問題進(jìn)行綜合分析可得，如果滑輪組的股數(shù)為n，在不計(jì)繩重和滑輪的軸心摩擦的情況下，勻速拉動繩子需用外力F=■.
2.對繩子自由端移動距離的影響
如圖3所示，由于重物吊在動滑輪的軸心處，s表示繩子自由端移動的距離.
由于在重物上升的過程中，左右兩段繩子都要被抽出，因而s=2h.
對此類情況進(jìn)行綜合分析可得：
如果滑輪組的股數(shù)為n，重物上升的高度為h，則繩子自由端的移動距離s=nh.
3.對繩子自由端移動速度的影響
假設(shè)在滑輪組工作過程中，重物上升的速度為v物，繩子自由端的移動速度為v繩.可以認(rèn)為重物和繩子同時(shí)移動，同時(shí)停止，運(yùn)動時(shí)間t相同.
由s=nh得v繩=nv物.
三、典型例題
例1 小明站在地上，利用如圖4甲所示滑輪組提升重物，請畫出繞線.
解析 由于人站在地上拉繩，因而只能向下用力，從定滑輪出線，才能改變力的方向，因而可按如圖4乙所示進(jìn)行連線.
例2 滑輪組如圖5甲所示，繩子能夠承受的最大拉力為200N，要吊起500N的重物，應(yīng)該如何繞線？
解析 由于只有1個(gè)動滑輪，因而股數(shù)n=2或者n=3.由F=■，得n=■，考慮到動滑輪有重量，代入數(shù)據(jù)計(jì)算，只能取n=3.
根據(jù)口訣“奇動偶定，由內(nèi)而外”，將繞線的起點(diǎn)固定在定滑輪，最終繞線如圖5乙所示.
例3 滑輪組如圖6（a）所示，體重500N的小明用該滑輪組提升重物，已知繩子能夠承受的最大拉力為600N，物體重2000N，動滑輪總重200N，若不計(jì)繩重和滑輪軸心摩擦，則應(yīng)該如何繞線？
解析 由于有2個(gè)動滑輪，因而股數(shù)n=4或n=5.
由F=■，得n=■，
代入G=2000N，G動=200N，F(xiàn)=600N，得n=3.67，由于n為整數(shù)，n=4或n=5都可以.
真的都可以嗎？假設(shè)取n=4，如圖6（b）連線，代入數(shù)據(jù)計(jì)算人的拉力
F=■=■=550N
在向下拉繩的過程中，人自重500N，向下拉繩的力為550N，結(jié)果可想而知，此時(shí)人不能將重物提升，反倒會使自己像爬、繩爬竿一樣沿著繩子向上爬.因此，在向下拉繩的情景中必須考慮人的自重，本題只能取n=5，如圖6（c）連線.
例4 小明利用如圖7甲所示裝置提升600N的重物，所用拉力為300N，工作過程中的機(jī)械效率為67.7%，請連線.
解析 滑輪組的機(jī)械效率的推導(dǎo)式：
η=■×100%=■×100%
1.要搞清誰是動力，誰是阻力.當(dāng)使用動滑輪拉物體在水平面上做勻速直線運(yùn)動時(shí)，設(shè)物體與地面間的摩擦力為f，若拉力作用在繩的自由端，有Fa=f，則可省一半力，如圖1（a）所示；若拉力作用在動滑輪軸上，有Fb=2f，如圖1（b），這時(shí)反而費(fèi)力.可見，對水平使用動滑輪是否省力，一定要注意動力作用在何處.
2.繩子的自由端和動滑輪移動的距離關(guān)系和速度關(guān)系為：s=ns'，v=nv'.其中s、v分別指繩的自由端移動的距離、速度，s'、v'分別指動滑輪或物體移動的距離、速度，n是指動滑輪上繩子的股數(shù).
3. 當(dāng)滑輪沿水平方向拉物體時(shí)，可忽略動滑輪重（豎直放置的一般不能忽略）.
4. 求機(jī)械效率時(shí)，有用功一般指克服摩擦阻力做的功，即W有=fs.
例1如圖2所示，在水平動力F的作用下，物體m沿水平地面勻速直線運(yùn)動，若滑輪與繩子質(zhì)量及摩擦不計(jì)，已知物體m與地面間的摩擦力為10N，物體m運(yùn)動的速度為2m/s.那么關(guān)于拉力F的大小和拉力的功率P的大小，下列說法中正確的是（）.
A. 拉力F的大小為20N
B. 拉力F的大小為5N
C. 拉力的功率P的大小為20W
D. 拉力的功率P的大小為10W
分析：用隔離法將物體與動滑輪分開，物體m在水平方向上受力情況如圖3所示，由于物體m做勻速直線運(yùn)動，則F1=f，再對動滑輪受力分析，如圖4所示，此時(shí)F=f ，所以F====5N.
因動滑輪上有2股繩子，繩子自由端移動的速度
v=2v'=2×2m/s=4m/s.
拉力的功率P=Fv=5N×4m/s=20W.
答案：B、C.
例2如圖5所示，物體A的質(zhì)量為12kg，在F的作用下，物體A以0.4m/s的速度在水平面上做勻速直線運(yùn)動，彈簧測力計(jì)的示數(shù)為12N，忽略滑輪與繩子的摩擦力以及滑輪、彈簧測力計(jì)和繩子所受的重力，并且繩子足夠長.求：
（1）物體A與水平面間摩擦力的大小；
（2）拉力F的大小；
（3）物體A運(yùn)動10s，拉力F以及物體A的重力所做的功；
（4）拉力F的功率.
分析：物體A做勻速直線運(yùn)動處于平衡狀態(tài)，所受拉力和阻力平衡，其大小、方向恒定.
（1）設(shè)繩子的拉力為F '，拉力大小相等，因?yàn)槔湍Σ亮κ且粚ζ胶饬?，而彈簧測力計(jì)的示數(shù)12N，所以f=F '=12N.
（2）拉力作用在動滑輪的軸上，使物體運(yùn)動，動滑輪受力情況如圖6所示，得F=2f=2×12N=24N.
（3）物體A運(yùn)動10s，通過的距離s=vt=0.4m/s×10s=4m.
而拉力F移動的距離s'==2m，
所以拉力F所做的功W=Fs=24N×2m=48J.
因重力的方向豎直向下，物體A沒有在豎直方向上移動距離，即h=0，則重力做功為零.
（4）拉力F的功率P===4.8W.
點(diǎn)撥：求動力和阻力的大小關(guān)系，一般是用隔離法將物體與動滑輪分開分別進(jìn)行受力分析，但要注意，同一條繩子上的各處拉力相同.
例3 一輛汽車不小心開進(jìn)了泥潭中，司機(jī)取來一套滑輪組欲將汽車從泥潭中拉出，如圖7所示，若車重為8×104N ，汽車受到的阻力為車重的0.03倍，滑輪組的機(jī)械效率為80%.求：
（1）該司機(jī)至少需用多大的力才能將汽車從泥潭中拉出？
（2）若拉動汽車時(shí)，汽車前進(jìn)的速度為0.1m/s，求司機(jī)做功的功率.
分析：（1）因滑輪組水平使用，動滑輪對汽車的拉力做的功為有用功，即克服摩擦阻力做的功為有用功.設(shè)汽車移動的距離為s'，則W有=fs' ，
而f=0.03G，由滑輪組結(jié)構(gòu)可得s=4s' ，
所以η=×100%====，
所以F= ==750N.