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第12.3讲 机械效率及功率、机械综合讲解--2024年中考物理一轮复习讲义
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知识点1：机械效率
有用功、额外功和总功：必须要做的功，叫做有用功，用W有表示。不得不克服动滑轮本身的重力和摩擦力等因素的影响而做功，这部分功叫做额外功，用W额表示。有用功加额外功是总共做的功，叫做总功，用W总表示。总功、有用功和额外功之间的关系为
W总=W有+W额
机械效率：在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好。即额外功在总功中所占的比例越少越好。物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。如果用η（读作aita）表示机械效率，那么有
使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1的。机械效率通常用百分数表示。
提高机械效率：提高机械效率可以充分地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。提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更合理、更轻巧。在使用中按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态，对于保持和提高机械效率也有重要作用。
【典例探究1】下列说法正确的是（ ）
A．机械效率可以大于100%B．做功越多的机械，其功率一定越大
C．我国三峡船闸利用了连通器原理D．只要有动能和势能的变化，机械能就一定守恒
【解题思路】功率和机械效率有何不同？
这两个物理量是从不同方面反映机械性能的。它们之间没有必然的联系。功率大表示机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定机械效率高，例如内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有30％~40％，反之，机械效率高的机械功率不一定大。例如，安装在儿童玩具汽车里的电动机效率可达80％，但功率却只有几瓦特。
【答案】C
【解析】A．只要使用机械，就要做无用功，因此机械效率不可能达到100%，更不会大于100%，故A错误；
B．功率是功和时间的比值，做功越多的机械，时间不确定，其功率不一定越大，故B错误；
C．我国三峡船闸利用了连通器原理，是世界上最大的人造连通器，故C正确；
D．物体的动能和势能可以相互转化，如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的，故D错误。
故选C。
【典例探究2】用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．克服物体A与地面间摩擦力做的功是额外功
C．滑轮组的机械效率为80%
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体B，滑轮组的机械效率不变
【解题思路】如何理解机械效率具有“可变性”？
由公式可知，如果该机械的额外功（W额）一定，有用功（W有）越大，机械效率（η）越高，比如用同一个滑轮组把一块巨石和一个乒乓球提起相同的高度，前者的机械效率高，由此可见对同一个机械，它的机械效率是可变的，而不是某一确定值。
【答案】C
【解析】A．由题意可知，物体移动的距离
s=vt=0.2m/s×10s=2m
动滑轮上有三股绳，绳端移动的距离是物体移动距离的3倍，所以绳端移动的距离为6m，故A错误；
B．克服物体A与地面的摩擦力所做的功为有用功，不是额外功，故B错误；
C．由题意及前面分析可知，有用功为
总功为拉力所做的功，由功率计算公式变形可知总功为
故C正确；
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体时，物体与地面的摩擦力增大，有用功增大，而系统的额外功不变，有用功占总功的比值增大，滑轮组的机械效率应该增大，故D错误。
故选C。
【典例探究3】如图所示，斜面长s为1.2m，高h为0.3m，现将重为16N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端用时2s，若拉力所做的功为6J。则下列说法正确的是（ ）
①拉力为5N
②拉力的功率为3W
③拉力所做的额外功为1.5J
④提升物体所做的有用功为5J
A．①②B．①③C．②③D．①④
【解题思路】如何计算有用功？
求解有用功的关键是明确人们使用机械的目的是什么，为了达到目的所做的那部分“目的功”就是有用功。有用功的大小等效于为了达到目的而直接用手对物体做的功。
甲 乙 丙
如对于图甲、乙两图的目的是提升物体升高h高度。因此，为了达到目的必须克服物重所做的功就是有用功，即W有=Gh。对于图丙图来说，利用滑轮组的目的是水平移动物体一段距离（s）。因此，为了达到目的必须克服摩擦阻力f所做的功就是有用功，即W有=fs。
【答案】A
【解析】①由W=Fs可得拉力
故①正确；
②由可得，拉力的功率为
故②正确；
③④由题意可知，有用功为克服重力所做的功，由得
由得
故③④错误。故选A。
【典例探究4】在斜面上将一个质量为5 kg的物体匀速拉到高处,如图所示,沿斜面向上的拉力为40 N,斜面长2 m、高1 m,把重物直接提升h所做的功作为有用功(g取10 N/kg),下列说法正确的是
A．物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用
B．做的有用功是50 J
C．此斜面的机械效率为83.3%
D．物体受到的摩擦力大小为10 N
【解题思路】如何进行有关功、功率、机械效率的综合计算？
（1）首先明晰三者的物理意义与公式关系：
①三者之间的关系：
②三者的公式关系：
③功率与速度、牵引力的关系：
机械中的功率：
审题挖掘隐含条件。
对于滑轮组来说，若已知物体移动的距离或速度，可根据承担物重或承担水平摩擦力的绳子段数n计算出绳子自由端移动的距离或速度。即s绳=nh物；vF=2vG。若不计摩擦或绳重，表明额外功是由于克服动滑轮的重产生的，此时额外功的大小为：W额外=G动h。
选择合适的公式表达出有用功、总功并明晰额外功产生的原因，然后根据已知条件表示出机械效率、功率的公式并进行展开和合理简化消元。
如根据使用机械的目的有用功的表达式有：
①利用滑轮组竖直提升重物时，要克服物重做功，W有=Gh；
②利用滑轮组水平方向匀速移动物体时，要克服水平面的摩擦阻力做功，W有=fs。
③利用滑轮组竖直提升浸没在水中的重物时，要克服物体在水中的重做功，W有=(G-F浮)h。
相应的总功表达式有：
①已知W有、W额时，W总=W有+W额；
②已知F和s时，W总=Fs；
③已知η、W有时，；
④已知P和t时，W总=Pt。在涉及功的题目中，可根据实际情况选用合适的公式做灵活处理。
根据有用功和总功的表达式及已知条件，机械效率表达式有：
①利用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率可表示为：
Ⅰ万能公式
Ⅱ忽略绳重和摩擦
②利用滑轮组水平匀速移动物体时，滑轮组的机械效率可表示为
③斜面的机械效率可表示为
（4）最后根据已知条件代入公式求出未知量。
【答案】B
【解析】A.沿斜面向上拉物体时，物体受重力、支持力、摩擦力和拉力四个力的作用，故A错误；
B．所做的有用功：，故B 正确；
C．拉力F对物体做的总功:
斜面的机械效率为：， 所以C选项是正确的；
D．克服摩擦力所做的额外功：
由可得，,物体受到的摩擦力：,故D错误.
所以B选项是正确的。
一、单选题
1．（2023·湖北鄂州·统考中考真题）小刚用如图所示的滑轮组，将重为10N的物体匀速提升0.5m，已知动滑轮重2N，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F为5N
B．有用功为10J
C．绳子自由端移动的距离为1.5m
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
2．（2023·江苏连云港·统考中考真题）下列关于机械效率的说法正确的是（ ）
A．越省力的机械，机械效率越高
B．做功越快的机械，机械效率越高
C．所做有用功越多的机械，机械效率越高
D．有用功与总功的比值越大的机械，机械效率越高
3．（2023·四川广安·统考中考真题）学习了简单机械知识后，某同学自制了如图所示的晾衣架。他将50N的衣物挂在横杆上，拉绳使其匀速上升1.6m，用时5s（上升过程中，横杆保持水平），此过程该装置的机械效率为80%（不计绳重及摩擦）。下列分析正确的是（ ）
A．拉力做功80JB．拉力的功率为20W
C．动滑轮重12.5ND．若增大衣物的质量，机械效率将减小
二、填空题
4．（2023·江苏连云港·统考中考真题）重450N的箱子，在20N水平推力的作用下，沿水平路面做匀速直线运动，地面对箱子的支持力大小为 N，箱子受到的阻力大小为 N。如果用如图所示的滑轮组匀速提升该箱子，拉力F=250N，滑轮组的机械效率为 。箱子以0.1m/s的速度匀速上升的过程中，拉力的功率为 W。
5．（2023·广东深圳·统考中考真题）如图甲，A、B是两个完全相同的物体，琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端，对物体做功情况如图乙所示，请问对物体A做的有用功是 J，对物体B做的额外功是 J。
6．（2023·吉林·统考中考真题）如图所示，物体的重力是1600N，图中拉力F是1000N，物体在10s内上升了5m，物体的运动速度是 m/s，该滑轮组的机械效率是 。
7．（2023·四川泸州·统考中考真题）小聪探究斜面的机械效率时，将粗糙程度均匀的长木板用支架支撑构成斜面，如图所示。用刻度尺量出斜面底端A点到斜面上B点的距离L为80cm，B点距水平地面高度h为20cm。沿斜面向上用0.8N的拉力F将重为2N的木块匀速拉到B点，用时2s，则这段过程中拉力F做功的功率P= W，斜面的机械效率η= %，木块在该斜面上受到的滑动摩擦力f= N。
8．（2023·江苏无锡·统考中考真题）如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊的物体时，上升，用时，滑轮组的机械效率是，则所做有用功是 J，总功是 J，拉力F的功率是 W。（g取）
9．（2023·四川凉山·统考中考真题）如图所示，工人用A、B两个相同的滑轮组成的滑轮组提升重540N的物体，所用的拉力F为200N，物体以0.2m/s的速度匀速上升了10s。不计绳重及摩擦，拉力F所做的功为 J，C处天花板受到的拉力为 N；若匀速提升重240N的物体，滑轮组的机械效率为 。
三、计算题
10．（2023·湖南益阳·统考中考真题）早在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用于从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成。某次取水时井绳拉着质量为10kg的水缓慢上升了4m，水桶的质量为1kg，在这一过程中，人做的总功为500J，g取10N/kg。求此次取水的过程中
（1）人做的有用功为多少？
（2）辘轳的机械效率多大？
（3）人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是多少？
11．（2023·四川广元·统考中考真题）如图所示，某工人利用滑轮组将一个工件沿水平地面匀速拉动到加工点。拉动过程中，工人对绳的拉力始终沿竖直方向，工人双脚始终与水平地面接触且接触面积为。工人对地面的压强为；此工人的质量为70kg，两个动滑轮的质量共为10kg，绳重、绳与滑轮之间的摩擦均忽略不计，g取10N/kg。求：
（1）工人的手对绳的拉力大小；
（2）工件移动过程中，地面对工件摩擦力的大小；
（3）滑轮组在此次工作中的机械效率。
12．（2023·四川凉山·统考中考真题）邛海湿地公园湖边的一个圆台形花岗石墩（形状如图甲）不慎落入1.9m深的湖底，该石墩的上表面积为，下表面积为，高为0.9m，质量为1.482t。工人师傅用起重机将其匀速吊出水面，起重机的功率为440W。石墩从刚好脱离湖底上升到上表面与水面相平共耗时50s（如图乙）。花岗石密度，不考虑石墩在水中运动受到的阻力。求：
（1）石墩的体积；
（2）石墩上升过程中，起重机的效率；
（3）若起吊前石墩与平整的湖底紧密接触（如图丙），湖底对石墩的支持力。
13．（2023·安徽·统考中考真题）如图，一固定斜面顶端装有定滑轮，为测量该装置提升物体时的机械效率，用弹簧测力计连接细绳，跨过定滑轮将重为6N的物体沿斜面向上匀速拉动0.6m，物体上升的高度为0.3m，弹簧测力计的示数为4N。求此过程中。
（1）做的有用功；
（2）该装置的机械效率。
四、实验题
14．（2023·江苏扬州·统考中考真题）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
（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
分析数据可知：物重相同，动滑轮个数越多越省力，但机械效率越 。进一步分析还发现，当滑轮组越来越省力时，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 。
一、单选题
1．（2023·辽宁葫芦岛·统考二模）如图用滑轮组提升建筑材料A的示意图，在竖直向下的拉力F作用下，使重900N的建筑材料A在5s的时间里，匀速竖直上升了1m。在这个过程中，拉力为500N；滑轮组的机械效率为η，拉力F做功的功率为P，动滑轮重力80N，绳重可忽略不计，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F所做的总功为900J
B．拉力F的功率是180W
C．滑轮组的机械效率是80%
D．克服动滑轮与轴的摩擦所做额外功是20J
2．（2023·湖北武汉·统考模拟预测）在斜面上将一个重5N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为2N，斜面长1.2m、高0.3m。下列有关斜面的说法错误的是（ ）
A．物体受到斜面施加的摩擦力大小为2N
B．沿斜面拉物体时所做的有用功为1.5J
C．沿斜面拉物体时做的额外功为0.9J
D．这个斜面的机械效率为62.5%
3．（2023·辽宁丹东·统考一模）如图所示，物体沿斜面匀速上升，其重力为100N，沿斜面向上的拉力为50N，斜面长为10m，高为4m。下列说法正确的是（ ）
A．此过程中物体的动能转化为重力势能
B．斜面的效率为62.5%
C．物体与斜面间的摩擦力为10N
D．利用此装置既可以省力，也可以省功
二、多选题
4．（2023·四川宜宾·三模）如图，斜面长s为5m、高h为3m，现将重为10N的物体沿斜面向上从低端匀速拉到顶端，共用时5s，若拉力F为8N，则下列说法正确的是（ ）
A．斜面的机械效率为75%
B．拉力做的功的功率为5W
C．提升物体的速度为0.6m/s
D．物体所受的摩擦力等于8N
三、填空题
5．（2023·吉林松原·校联考三模）如图所示，用滑轮组提升重为360N的货物，上升速度为0.3m/s，动滑轮重为30N，拉力F的功率为180W，则绳子自由端的拉力F为 N，滑轮组的机械效率为 。
6．（2023·湖南长沙·长沙市雅礼实验中学校联考二模）建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速起吊重3.6×103 N的物体时，物体5 s内上升了10 m，则起重机做的有用功为 J；若滑轮组的机械效率为80%，则动滑轮重 N（不计摩擦和绳重）。
7．（2023·辽宁丹东·统考一模）如图所示的滑轮组将重为400N的物体沿竖直方向提升2m，所用的拉力F为250N，（不计绳重和摩擦），则动滑轮重为 N，该滑轮组的机械效率为 。
8．（2023·广西南宁·统考二模）用如图甲的滑轮组（不计摩擦）提升物体，重物和绳子自由端的移动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是 （选填“A”或“B”）；若提升物体的重力变小，则该滑轮组的机械效率会变 。
四、实验题
9．（2023·河北石家庄·校考一模）同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图甲、乙、丙所示。实验数据记录如表所示。
（1）实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
（2）通过比较1、4两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度 。
（3）通过比较 两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。
（4）分析表中数据可知：第3次实验是用图 （选填“甲”“乙”或“丙”）所示装置来完成的，第3次实验时滑轮组的机械效率是 %。
（5）假如第1次实验时，不计绳重和摩擦，钩码重由2N增加到8.4N，滑轮组的效率可以达到 %。
10．（2023·广东·统考模拟预测）用如图甲的装置探究滑轮组的机械效率η与动滑轮重G动的关系（忽略绳重和摩擦）：
（1）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乙的图像。分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 。（填“高”或“低”）
（2）分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N。
（3）当被抬升物体的重力为9N，动滑轮重力为3N时，滑轮组的机械效率为 。
五、计算题
11．（2023·河北·校联考三模）如图所示，图甲是一辆起重车的图片，图乙是起重车吊臂上的滑轮组在某次打捞作业中 将重为1.2×104N的货物A匀速提升过程的示意图，滑轮组上钢丝绳的拉力F为4800N， （ 已知动滑轮重为3000N， 货物A上表面未离开水面，不考虑绳重、摩擦及水对A的阻力。（g 取10N/kg）
（1）求货物A的质量；
（2）求货物A在水中被匀速向上提升的过程中受到的浮力大小；
（3）乙图中，货物A完全离开水面在空中被匀速提升2m 的过程中，求此时滑轮组的机械效率。
12．（2023·河北石家庄·石家庄外国语学校校考二模）如图甲所示，用滑轮组提升一边长为0.2m、质量为20kg的实心均匀正方体物块甲，人用75N的拉力时，物块甲对水平地面的压强为2.5×103Pa。滑轮组轴处摩擦、绳重均忽略不计，g取10N/kg。
（1）人拉力为75N时，地面对甲的支持力为多大；
（2）如图甲，若物块甲在5s内匀速上升了6m，人拉绳子的功率为多少；
（3）若将原来物块甲和另一个实心均匀正方体乙分别放在水平地面上，若将乙叠加到甲上，甲对地面的压强与甲单独放在水平地面的压强之比为13∶4，求原滑轮组匀速提升乙时的机械效率。
13．（2023·河北唐山·二模）如图所示，体重为60kg 的工人利用滑轮组提升重为800N 的物体A，所用拉力为F，物体A以0.2m/s 的速度匀速上升了10s， 此时滑轮组的机械效率为80%（不计绳重与摩擦， g=10N/kg），
（1）滑轮组所做的有用功；
（2）拉力F的功率；
（3）工人用此滑轮组所能提升的最大物重。
14．（2023·广东广州·统考二模）图1所示为工人师傅乘坐吊篮在高空粉刷楼体外墙的情景，吊篮可在电动机的作用下实现升降，其简化结构原理如图2所示。吊篮的质量为60kg，两名工人及工具的总质量为240kg，某次吊升过程中，吊篮在30s内匀速上升了6m。不计滑轮重、绳重和摩擦，
（1）电动机对绳子的拉力？
（2）电动机对吊篮（包括人及工具）做的功和功率？
（3）对吊篮做的功为额外功，对人和工具做的功为有用功，则机械效率是多少？
实验次数
钩码重
钩码上升的高度
绳端拉力
绳端移动距离
有用功
总功
机械效率
1
2
0.1
1.0
0.3
0.2
0.30
66.7
2
3
0.1
1.4
0.3
0.3
0.42
71.4
3
5
0.1
2.2
0.3
0.5
0.66
75.8
实验次数
动滑轮个数
钩码重
绳端拉力
钩码上升的高度
绳端移动距离
有用功
总功
机械效率
4
1
6
3.6
0.2
0.4
1.2
1.44
83.3
5
2
6
2.4
0.2
0.8
1.2
1.92
62.5
6
3
6
2.2
0.2
1.2
1.2
2.64
45.5
实验次数
钩码重力G/N
钩码上升高度h/m
绳端拉力F/N
绳端移动距离s/m
机械效率η
1
2
0.1
1.2
0.3
55.6%
2
4
0.1
1.9
0.3
70.2%
3
6
0.1
1.6
0.5
4
2
0.2
1.2
0.6
55.6%
知识点1：机械效率
有用功、额外功和总功：必须要做的功，叫做有用功，用W有表示。不得不克服动滑轮本身的重力和摩擦力等因素的影响而做功，这部分功叫做额外功，用W额表示。有用功加额外功是总共做的功，叫做总功，用W总表示。总功、有用功和额外功之间的关系为
W总=W有+W额
机械效率：在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好。即额外功在总功中所占的比例越少越好。物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。如果用η（读作aita）表示机械效率，那么有
使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1的。机械效率通常用百分数表示。
提高机械效率：提高机械效率可以充分地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。提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更合理、更轻巧。在使用中按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态，对于保持和提高机械效率也有重要作用。
【典例探究1】下列说法正确的是（ ）
A．机械效率可以大于100%B．做功越多的机械，其功率一定越大
C．我国三峡船闸利用了连通器原理D．只要有动能和势能的变化，机械能就一定守恒
【解题思路】功率和机械效率有何不同？
这两个物理量是从不同方面反映机械性能的。它们之间没有必然的联系。功率大表示机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定机械效率高，例如内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有30％~40％，反之，机械效率高的机械功率不一定大。例如，安装在儿童玩具汽车里的电动机效率可达80％，但功率却只有几瓦特。
【答案】C
【解析】A．只要使用机械，就要做无用功，因此机械效率不可能达到100%，更不会大于100%，故A错误；
B．功率是功和时间的比值，做功越多的机械，时间不确定，其功率不一定越大，故B错误；
C．我国三峡船闸利用了连通器原理，是世界上最大的人造连通器，故C正确；
D．物体的动能和势能可以相互转化，如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的，故D错误。
故选C。
【典例探究2】用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2m/s的速度水平向左匀速运动10s，已知物体A重500N，物体A受到的摩擦力为120N，拉力F的功率为30W，下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．克服物体A与地面间摩擦力做的功是额外功
C．滑轮组的机械效率为80%
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体B，滑轮组的机械效率不变
【解题思路】如何理解机械效率具有“可变性”？
由公式可知，如果该机械的额外功（W额）一定，有用功（W有）越大，机械效率（η）越高，比如用同一个滑轮组把一块巨石和一个乒乓球提起相同的高度，前者的机械效率高，由此可见对同一个机械，它的机械效率是可变的，而不是某一确定值。
【答案】C
【解析】A．由题意可知，物体移动的距离
s=vt=0.2m/s×10s=2m
动滑轮上有三股绳，绳端移动的距离是物体移动距离的3倍，所以绳端移动的距离为6m，故A错误；
B．克服物体A与地面的摩擦力所做的功为有用功，不是额外功，故B错误；
C．由题意及前面分析可知，有用功为
总功为拉力所做的功，由功率计算公式变形可知总功为
故C正确；
D．相同情况下，若用该滑轮组匀速拉动质量更大的物体时，物体与地面的摩擦力增大，有用功增大，而系统的额外功不变，有用功占总功的比值增大，滑轮组的机械效率应该增大，故D错误。
故选C。
【典例探究3】如图所示，斜面长s为1.2m，高h为0.3m，现将重为16N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端用时2s，若拉力所做的功为6J。则下列说法正确的是（ ）
①拉力为5N
②拉力的功率为3W
③拉力所做的额外功为1.5J
④提升物体所做的有用功为5J
A．①②B．①③C．②③D．①④
【解题思路】如何计算有用功？
求解有用功的关键是明确人们使用机械的目的是什么，为了达到目的所做的那部分“目的功”就是有用功。有用功的大小等效于为了达到目的而直接用手对物体做的功。
甲 乙 丙
如对于图甲、乙两图的目的是提升物体升高h高度。因此，为了达到目的必须克服物重所做的功就是有用功，即W有=Gh。对于图丙图来说，利用滑轮组的目的是水平移动物体一段距离（s）。因此，为了达到目的必须克服摩擦阻力f所做的功就是有用功，即W有=fs。
【答案】A
【解析】①由W=Fs可得拉力
故①正确；
②由可得，拉力的功率为
故②正确；
③④由题意可知，有用功为克服重力所做的功，由得
由得
故③④错误。故选A。
【典例探究4】在斜面上将一个质量为5 kg的物体匀速拉到高处,如图所示,沿斜面向上的拉力为40 N,斜面长2 m、高1 m,把重物直接提升h所做的功作为有用功(g取10 N/kg),下列说法正确的是
A．物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用
B．做的有用功是50 J
C．此斜面的机械效率为83.3%
D．物体受到的摩擦力大小为10 N
【解题思路】如何进行有关功、功率、机械效率的综合计算？
（1）首先明晰三者的物理意义与公式关系：
①三者之间的关系：
②三者的公式关系：
③功率与速度、牵引力的关系：
机械中的功率：
审题挖掘隐含条件。
对于滑轮组来说，若已知物体移动的距离或速度，可根据承担物重或承担水平摩擦力的绳子段数n计算出绳子自由端移动的距离或速度。即s绳=nh物；vF=2vG。若不计摩擦或绳重，表明额外功是由于克服动滑轮的重产生的，此时额外功的大小为：W额外=G动h。
选择合适的公式表达出有用功、总功并明晰额外功产生的原因，然后根据已知条件表示出机械效率、功率的公式并进行展开和合理简化消元。
如根据使用机械的目的有用功的表达式有：
①利用滑轮组竖直提升重物时，要克服物重做功，W有=Gh；
②利用滑轮组水平方向匀速移动物体时，要克服水平面的摩擦阻力做功，W有=fs。
③利用滑轮组竖直提升浸没在水中的重物时，要克服物体在水中的重做功，W有=(G-F浮)h。
相应的总功表达式有：
①已知W有、W额时，W总=W有+W额；
②已知F和s时，W总=Fs；
③已知η、W有时，；
④已知P和t时，W总=Pt。在涉及功的题目中，可根据实际情况选用合适的公式做灵活处理。
根据有用功和总功的表达式及已知条件，机械效率表达式有：
①利用滑轮组提升物体时，滑轮组的机械效率可表示为：
Ⅰ万能公式
Ⅱ忽略绳重和摩擦
②利用滑轮组水平匀速移动物体时，滑轮组的机械效率可表示为
③斜面的机械效率可表示为
（4）最后根据已知条件代入公式求出未知量。
【答案】B
【解析】A.沿斜面向上拉物体时，物体受重力、支持力、摩擦力和拉力四个力的作用，故A错误；
B．所做的有用功：，故B 正确；
C．拉力F对物体做的总功:
斜面的机械效率为：， 所以C选项是正确的；
D．克服摩擦力所做的额外功：
由可得，,物体受到的摩擦力：,故D错误.
所以B选项是正确的。
一、单选题
1．（2023·湖北鄂州·统考中考真题）小刚用如图所示的滑轮组，将重为10N的物体匀速提升0.5m，已知动滑轮重2N，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F为5N
B．有用功为10J
C．绳子自由端移动的距离为1.5m
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
2．（2023·江苏连云港·统考中考真题）下列关于机械效率的说法正确的是（ ）
A．越省力的机械，机械效率越高
B．做功越快的机械，机械效率越高
C．所做有用功越多的机械，机械效率越高
D．有用功与总功的比值越大的机械，机械效率越高
3．（2023·四川广安·统考中考真题）学习了简单机械知识后，某同学自制了如图所示的晾衣架。他将50N的衣物挂在横杆上，拉绳使其匀速上升1.6m，用时5s（上升过程中，横杆保持水平），此过程该装置的机械效率为80%（不计绳重及摩擦）。下列分析正确的是（ ）
A．拉力做功80JB．拉力的功率为20W
C．动滑轮重12.5ND．若增大衣物的质量，机械效率将减小
二、填空题
4．（2023·江苏连云港·统考中考真题）重450N的箱子，在20N水平推力的作用下，沿水平路面做匀速直线运动，地面对箱子的支持力大小为 N，箱子受到的阻力大小为 N。如果用如图所示的滑轮组匀速提升该箱子，拉力F=250N，滑轮组的机械效率为 。箱子以0.1m/s的速度匀速上升的过程中，拉力的功率为 W。
5．（2023·广东深圳·统考中考真题）如图甲，A、B是两个完全相同的物体，琴琴同学分别将A、B两物体拉到斜面顶端，对物体做功情况如图乙所示，请问对物体A做的有用功是 J，对物体B做的额外功是 J。
6．（2023·吉林·统考中考真题）如图所示，物体的重力是1600N，图中拉力F是1000N，物体在10s内上升了5m，物体的运动速度是 m/s，该滑轮组的机械效率是 。
7．（2023·四川泸州·统考中考真题）小聪探究斜面的机械效率时，将粗糙程度均匀的长木板用支架支撑构成斜面，如图所示。用刻度尺量出斜面底端A点到斜面上B点的距离L为80cm，B点距水平地面高度h为20cm。沿斜面向上用0.8N的拉力F将重为2N的木块匀速拉到B点，用时2s，则这段过程中拉力F做功的功率P= W，斜面的机械效率η= %，木块在该斜面上受到的滑动摩擦力f= N。
8．（2023·江苏无锡·统考中考真题）如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊的物体时，上升，用时，滑轮组的机械效率是，则所做有用功是 J，总功是 J，拉力F的功率是 W。（g取）
9．（2023·四川凉山·统考中考真题）如图所示，工人用A、B两个相同的滑轮组成的滑轮组提升重540N的物体，所用的拉力F为200N，物体以0.2m/s的速度匀速上升了10s。不计绳重及摩擦，拉力F所做的功为 J，C处天花板受到的拉力为 N；若匀速提升重240N的物体，滑轮组的机械效率为 。
三、计算题
10．（2023·湖南益阳·统考中考真题）早在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用于从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成。某次取水时井绳拉着质量为10kg的水缓慢上升了4m，水桶的质量为1kg，在这一过程中，人做的总功为500J，g取10N/kg。求此次取水的过程中
（1）人做的有用功为多少？
（2）辘轳的机械效率多大？
（3）人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是多少？
11．（2023·四川广元·统考中考真题）如图所示，某工人利用滑轮组将一个工件沿水平地面匀速拉动到加工点。拉动过程中，工人对绳的拉力始终沿竖直方向，工人双脚始终与水平地面接触且接触面积为。工人对地面的压强为；此工人的质量为70kg，两个动滑轮的质量共为10kg，绳重、绳与滑轮之间的摩擦均忽略不计，g取10N/kg。求：
（1）工人的手对绳的拉力大小；
（2）工件移动过程中，地面对工件摩擦力的大小；
（3）滑轮组在此次工作中的机械效率。
12．（2023·四川凉山·统考中考真题）邛海湿地公园湖边的一个圆台形花岗石墩（形状如图甲）不慎落入1.9m深的湖底，该石墩的上表面积为，下表面积为，高为0.9m，质量为1.482t。工人师傅用起重机将其匀速吊出水面，起重机的功率为440W。石墩从刚好脱离湖底上升到上表面与水面相平共耗时50s（如图乙）。花岗石密度，不考虑石墩在水中运动受到的阻力。求：
（1）石墩的体积；
（2）石墩上升过程中，起重机的效率；
（3）若起吊前石墩与平整的湖底紧密接触（如图丙），湖底对石墩的支持力。
13．（2023·安徽·统考中考真题）如图，一固定斜面顶端装有定滑轮，为测量该装置提升物体时的机械效率，用弹簧测力计连接细绳，跨过定滑轮将重为6N的物体沿斜面向上匀速拉动0.6m，物体上升的高度为0.3m，弹簧测力计的示数为4N。求此过程中。
（1）做的有用功；
（2）该装置的机械效率。
四、实验题
14．（2023·江苏扬州·统考中考真题）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
（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
分析数据可知：物重相同，动滑轮个数越多越省力，但机械效率越 。进一步分析还发现，当滑轮组越来越省力时，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 。
一、单选题
1．（2023·辽宁葫芦岛·统考二模）如图用滑轮组提升建筑材料A的示意图，在竖直向下的拉力F作用下，使重900N的建筑材料A在5s的时间里，匀速竖直上升了1m。在这个过程中，拉力为500N；滑轮组的机械效率为η，拉力F做功的功率为P，动滑轮重力80N，绳重可忽略不计，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F所做的总功为900J
B．拉力F的功率是180W
C．滑轮组的机械效率是80%
D．克服动滑轮与轴的摩擦所做额外功是20J
2．（2023·湖北武汉·统考模拟预测）在斜面上将一个重5N的物体匀速拉到高处，沿斜面向上的拉力为2N，斜面长1.2m、高0.3m。下列有关斜面的说法错误的是（ ）
A．物体受到斜面施加的摩擦力大小为2N
B．沿斜面拉物体时所做的有用功为1.5J
C．沿斜面拉物体时做的额外功为0.9J
D．这个斜面的机械效率为62.5%
3．（2023·辽宁丹东·统考一模）如图所示，物体沿斜面匀速上升，其重力为100N，沿斜面向上的拉力为50N，斜面长为10m，高为4m。下列说法正确的是（ ）
A．此过程中物体的动能转化为重力势能
B．斜面的效率为62.5%
C．物体与斜面间的摩擦力为10N
D．利用此装置既可以省力，也可以省功
二、多选题
4．（2023·四川宜宾·三模）如图，斜面长s为5m、高h为3m，现将重为10N的物体沿斜面向上从低端匀速拉到顶端，共用时5s，若拉力F为8N，则下列说法正确的是（ ）
A．斜面的机械效率为75%
B．拉力做的功的功率为5W
C．提升物体的速度为0.6m/s
D．物体所受的摩擦力等于8N
三、填空题
5．（2023·吉林松原·校联考三模）如图所示，用滑轮组提升重为360N的货物，上升速度为0.3m/s，动滑轮重为30N，拉力F的功率为180W，则绳子自由端的拉力F为 N，滑轮组的机械效率为 。
6．（2023·湖南长沙·长沙市雅礼实验中学校联考二模）建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速起吊重3.6×103 N的物体时，物体5 s内上升了10 m，则起重机做的有用功为 J；若滑轮组的机械效率为80%，则动滑轮重 N（不计摩擦和绳重）。
7．（2023·辽宁丹东·统考一模）如图所示的滑轮组将重为400N的物体沿竖直方向提升2m，所用的拉力F为250N，（不计绳重和摩擦），则动滑轮重为 N，该滑轮组的机械效率为 。
8．（2023·广西南宁·统考二模）用如图甲的滑轮组（不计摩擦）提升物体，重物和绳子自由端的移动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是 （选填“A”或“B”）；若提升物体的重力变小，则该滑轮组的机械效率会变 。
四、实验题
9．（2023·河北石家庄·校考一模）同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图甲、乙、丙所示。实验数据记录如表所示。
（1）实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
（2）通过比较1、4两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度 。
（3）通过比较 两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。
（4）分析表中数据可知：第3次实验是用图 （选填“甲”“乙”或“丙”）所示装置来完成的，第3次实验时滑轮组的机械效率是 %。
（5）假如第1次实验时，不计绳重和摩擦，钩码重由2N增加到8.4N，滑轮组的效率可以达到 %。
10．（2023·广东·统考模拟预测）用如图甲的装置探究滑轮组的机械效率η与动滑轮重G动的关系（忽略绳重和摩擦）：
（1）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乙的图像。分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 。（填“高”或“低”）
（2）分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N。
（3）当被抬升物体的重力为9N，动滑轮重力为3N时，滑轮组的机械效率为 。
五、计算题
11．（2023·河北·校联考三模）如图所示，图甲是一辆起重车的图片，图乙是起重车吊臂上的滑轮组在某次打捞作业中 将重为1.2×104N的货物A匀速提升过程的示意图，滑轮组上钢丝绳的拉力F为4800N， （ 已知动滑轮重为3000N， 货物A上表面未离开水面，不考虑绳重、摩擦及水对A的阻力。（g 取10N/kg）
（1）求货物A的质量；
（2）求货物A在水中被匀速向上提升的过程中受到的浮力大小；
（3）乙图中，货物A完全离开水面在空中被匀速提升2m 的过程中，求此时滑轮组的机械效率。
12．（2023·河北石家庄·石家庄外国语学校校考二模）如图甲所示，用滑轮组提升一边长为0.2m、质量为20kg的实心均匀正方体物块甲，人用75N的拉力时，物块甲对水平地面的压强为2.5×103Pa。滑轮组轴处摩擦、绳重均忽略不计，g取10N/kg。
（1）人拉力为75N时，地面对甲的支持力为多大；
（2）如图甲，若物块甲在5s内匀速上升了6m，人拉绳子的功率为多少；
（3）若将原来物块甲和另一个实心均匀正方体乙分别放在水平地面上，若将乙叠加到甲上，甲对地面的压强与甲单独放在水平地面的压强之比为13∶4，求原滑轮组匀速提升乙时的机械效率。
13．（2023·河北唐山·二模）如图所示，体重为60kg 的工人利用滑轮组提升重为800N 的物体A，所用拉力为F，物体A以0.2m/s 的速度匀速上升了10s， 此时滑轮组的机械效率为80%（不计绳重与摩擦， g=10N/kg），
（1）滑轮组所做的有用功；
（2）拉力F的功率；
（3）工人用此滑轮组所能提升的最大物重。
14．（2023·广东广州·统考二模）图1所示为工人师傅乘坐吊篮在高空粉刷楼体外墙的情景，吊篮可在电动机的作用下实现升降，其简化结构原理如图2所示。吊篮的质量为60kg，两名工人及工具的总质量为240kg，某次吊升过程中，吊篮在30s内匀速上升了6m。不计滑轮重、绳重和摩擦，
（1）电动机对绳子的拉力？
（2）电动机对吊篮（包括人及工具）做的功和功率？
（3）对吊篮做的功为额外功，对人和工具做的功为有用功，则机械效率是多少？
实验次数
钩码重
钩码上升的高度
绳端拉力
绳端移动距离
有用功
总功
机械效率
1
2
0.1
1.0
0.3
0.2
0.30
66.7
2
3
0.1
1.4
0.3
0.3
0.42
71.4
3
5
0.1
2.2
0.3
0.5
0.66
75.8
实验次数
动滑轮个数
钩码重
绳端拉力
钩码上升的高度
绳端移动距离
有用功
总功
机械效率
4
1
6
3.6
0.2
0.4
1.2
1.44
83.3
5
2
6
2.4
0.2
0.8
1.2
1.92
62.5
6
3
6
2.2
0.2
1.2
1.2
2.64
45.5
实验次数
钩码重力G/N
钩码上升高度h/m
绳端拉力F/N
绳端移动距离s/m
机械效率η
1
2
0.1
1.2
0.3
55.6%
2
4
0.1
1.9
0.3
70.2%
3
6
0.1
1.6
0.5
4
2
0.2
1.2
0.6
55.6%
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