专题12 滑轮的受力分析+机械效率--最新中考物理二轮复习考点讲解与题型专练

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专题12 滑轮的受力分析 机械效率
知识点一、滑轮的受力分析（不计绳重和轮与轴之间的摩擦）


知识点二、有用功、额外功、总功的定义
(1)有用功:人们提升重物过程中必须做的功，用w有用表示。
(2)额外功:利用机械时，人们不得不额外做的功，用W额外表示。
(3)总功:人的拉力(动力)对动滑轮(机械)所做的功，用W总表示，W总=W有用+W额外
(4)有用功、额外功、总功的单位都是焦(J)。
知识点三、机械效率
知识四、常考机械的有用功、总功、机械效率计算
（2023•常德）如图所示小明组装了甲、乙两种滑轮，用来提升同一物体，G物＝200N（不计绳重、轮重和摩擦），要使物体竖直匀速提升2m。下列说法中正确的是（ ）
A．F甲＝200N，并向上移动4m
B．F甲＝100N，并向上移动2m
C．F乙＝200N，并向上移动1m
D．F乙＝400N，并向上移动1m
【解答】解：AB、图甲是动滑轮，动滑轮不能改变力的方向，但是可以省一半的力，所以F甲=12G物=12×200N＝100N，拉力端移动的距离为s＝2h＝2×2m＝4m，故AB错误；
CD、图乙是动滑轮，由图可知，G物=12F乙＝200N，所以F乙＝400N，拉力端移动的距离为s'=12h=12×2m＝1m，故C错误，D正确。
故选：D。
（2023•达州）搬运工人为了将笨重的物体装进汽车车厢，常使用如图所示的装置把物体从斜面底端匀速推上顶端，已知斜面长5m，高2m，物体重1000N，沿斜面向上的推力为500N，则下列判定不正确的是（ ）
A．物体在斜面上运动的过程中受3个力的作用，合力为0
B．推力所做的功是2500J
C．斜面的机械效率为80%
D．物体受到斜面的摩擦力为100N
【解答】解：A、把物体从斜面底端匀速推上顶端，物体受到沿斜面向下的摩擦力，受重力、支持力、推力和摩擦力4个力作用，合力为0，故A错误；
B、总功为：W总＝Fs＝500N×5m＝2500J，故B正确；
C、有用功：W有＝Gh＝1000N×2m＝2000J；
机械效率为：η=W有W总×100%=2000J2500J×100%＝80%，故C正确；
D、额外功W额＝W总﹣W有＝2500J﹣2000J＝500J，
货物受到斜面对它的摩擦阻力f=W额s=500J5m=100N，故D正确。
故选：A。
（2023•河南）如图所示，在200N的拉力F作用下，用滑轮组将重为300N的货物匀速提升，在20s内货物竖直上升了2m。不计绳重及滑轮上的摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．滑轮组做的有用功为400J
B．拉力F做功的功率为30W
C．滑轮组的机械效率为75%
D．此滑轮组提升的货物越轻、机械效率越大
【解答】解：A、拉力做的有用功：W有＝Gh＝300N×2m＝600J，故A错误；
B、由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×2m＝4m，
拉力做的总功：W总＝Fs＝200N×4m＝800J，
拉力做功的功率：P=W总t=800J20s=40W，故B错误；
C、滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=600J800J×100%＝75%，故C正确；
D、由不计绳重和摩擦时η=W有W总=W有W有+W额外=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动=11+G动G可知，动滑轮的重力一定，提升的货物越轻，即G越小，机械效率越小，故D错误。
故选：C。
（2023•宁夏）某校组织学生参观军事博物馆，学生发现潜水艇的形状如图甲所示，头部粗，尾部细，由此提出疑问：若潜水艇头部细，尾部粗，所受液体阻力是否不同。该同学选取完全相同的模型A和B，按照图乙组装并进行探究，所挂重物的质量均为0.5kg。（g＝10N/kg）
（1）图乙中两个滑轮为 （选填“定滑轮”或“动滑轮”），作用是 ；模型所受拉力是 N（忽略绳重和摩擦）。
（2）探究过程如图丙所示，t0时刻重物开始下落，t1时刻发现模型B运动较快，说明模型B在运动过程中，所受液体阻力较 。
（3）实验中液体阻力大小是通过模型运动快慢来体现的，这种研究物理问题的方法叫做 。
【解答】解：（1）图乙中两个滑轮使用时，轴的位置固定不动，是定滑轮，作用是改变力的方向；使用定滑轮不省力，因此模型所受拉力是：
F＝G＝mg＝0.5kg×10N/kg＝5N；
（2）所挂重物的质量相等，模型所受拉力相等，重物同时开始下落，一段时间后发现模型B运动较快，说明模型B在运动过程中，所受液体阻力较小；
（3）实验中液体阻力大小不易直接测量，是通过模型运动快慢来体现的，这种研究物理问题的方法叫做转换法。
故答案为：（1）定滑轮；改变力的方向；5；（2）小；（3）转换法。
（2023•益阳）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？
【解答】解：（1）拉着质量为10kg的水缓慢上升了4m，水的重力
G水＝m水g＝10kg×10N/kg＝100N，
做的有用功：W有用＝G水h水＝100N×4m＝400J；
（2）辘轳的机械效率η=W有用W总=400J500J×100%＝80%；
（3）此过程的额外功W额＝W总﹣W有用＝500J﹣400J＝100J；
额外功包含克服水桶重力做功和克服摩擦力做功，
对水桶做的额外功：W额桶＝G桶h桶＝m桶gh桶＝1kg×10N/kg×4m＝40J；
克服井绳重力与摩擦阻力做的功：W额余＝W额﹣W额桶＝100J﹣40J＝60J。
答：（1）人做的有用功为400J；
（2）辘轳的机械效率80%；
（3）人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是60J。
（2023•广元）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300cm2，工人对地面的压强为2.0×104Pa；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。
【解答】解：（1）工人的重力：G＝mg＝70kg×10N/kg＝700N，
由p=FS可知，工人对地面的压力：F压＝pS＝2.0×104Pa×300×10﹣4m2＝600N，
由力的作用是相互的可知，工人受到的支持力：F支＝F压＝600N，
由力的平衡条件可知，工人的手对绳的拉力：F＝G﹣F支＝700N﹣600N＝100N；
（2）两个动滑轮的重力：G动＝m动g＝10kg×10N/kg＝100N，
由图可知n＝4，因为不计绳重和摩擦时F=1n（f+G动），所以地面对工件摩擦力：f＝nF﹣G动＝4×100N﹣100N＝300N；
（3）滑轮组的机械效率：η=W有W总=fs物Fs=fs物Fns物=fnF=300N4×100N×100%＝75%。
答：（1）工人的手对绳的拉力大小为100N；
（2）工件移动过程中，地面对工件摩擦力为300N；
（3）滑轮组在此次工作中的机械效率为75%。
（2023•荆州）以“‘荆歌’铁马，奔向未来”为主题的2023荆州马拉松3月26日在荆州体育中心鸣枪起跑。在开赛场地建设过程中，工人利用长度L＝3m的斜面把质量为240kg的重物匀速推到h＝1m高处，如图所示，工人所用推力F＝1000N。g取10N/kg。求：
（1）推力做的有用功；
（2）斜面的机械效率；
（3）工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6：5，共用时20s，工人推力做功的功率。
【解答】解：（1）提升货物时做的有用功：
W有用＝Gh＝mgh＝240kg×10N/kg×1m＝2400J；
（2）推力做的总功：
W总＝Fs＝1000N×3m＝3000J，
斜面的机械效率：
η=W有用W总=2400J3000J×100%＝80%；
（3）此过程的额外功：
W额＝W总﹣W有用＝3000J﹣2400J＝600J，
由W额＝fs得货物与斜面间的摩擦力：
f=W额s=600J3m=200N。
工人将另一质量为300kg的重物匀速推到同一高度，为了省力，换用长度为5m的斜面，此时重物与斜面间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6：5，即f'=65×200N＝240N；
有用功：W'有用＝Gh＝mgh＝300kg×10N/kg×1m＝3000J；
额外功W'额＝fs＝240N×5m＝1200J；
则总功W总＝W有用+W额＝3000J+1200J＝4200J；
推力做功的功率P=Wt=4200J20s=210W。
答：（1）提升货物做的有用功为2400J；
（2）斜面的机械效率为80%；
（3）推力做功的功率210W。
（2023•江西）如图所示，利用斜面将箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力多了。某同学用100N的力沿斜面向上匀速推动箱子，已知箱子质量为20kg，斜面长3m，斜面高1.2m，g＝10N/kg。求：
（1）箱子受到的重力；
（2）箱子受到的摩擦力；
（3）斜面的机械效率；
（4）使用斜面推箱子时有哪些更省力的方法。
【解答】解：（1）箱子受到的重力：
G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N；
（2）推力所做的总功：W总＝Fs＝100N×3m＝300J，
推力做的有用功：W有用＝Gh＝200N×1.2m＝240J，
沿斜面推动箱子，克服斜面对箱子的摩擦力做的功是额外功，W额＝W总﹣W有＝300J﹣240J＝60J，
由W额＝fs可得箱子受到的摩擦力：
f=W额s=60J3m=20N；
（3）斜面的机械效率：
η=W有用W总×100%=240J300J×100%＝80%；
（4）减小斜面的坡度、减小斜面的粗糙程度，都可以省力。
答：（1）箱子受到的重力为200N；
（2）箱子受到的摩擦力为20N；
（3）斜面的机械效率为80%；
（4）减小斜面的坡度、减小斜面的粗糙程度，都可以省力。
（2024•新城区校级一模）小伍家在修建房屋时，用如图所示的滑轮组将重为700N的建筑材料，4s内匀速提升了2m，所做的额外功是300J。下列说法中正确的是（ ）
A．若让物体以更大的速度匀速上升，绳端拉力变大
B．改变绕绳方式可以增大滑轮组的机械效率
C．动滑轮所受的重力为150N
D．拉力F的功率是425W
【解答】解：AB、增大提升的物重，有用功增大，而额外功几乎不变，有用功与总功的比值增大，滑轮组的机械效率增大；而增大物体提升高度、增大匀速拉绳的速度、改变绕绳方式，不会改变滑轮组的机械效率，故AB错误；
C、若不计摩擦力时，动滑轮做的功为额外功，由W额＝G动h得动滑轮所受的重力为：G动=W额ℎ=300J2m=150N，但题目中没有说不计摩擦力，所以动滑轮的重力不为150N，故C错误；
D、有用功为：W有用＝Gh＝700N×2m＝1400J，总功为：W总＝W有用+W额＝1400J+300J＝1700J，拉力F的功率是：P=W总t=1700J4s=425W，故D正确。
故选：D。
（2024•福建模拟）如图是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图。已知货物的质量为600kg，所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍，滑轮组的机械效率为75%。若人以0.6m/s的速度匀速前行，经100s将货物拉出仓库。人拉货物的过程中，分析正确的是（ ）
A．货物移动距离为20m
B．工人的拉力为400N
C．工人做的有用功为3.6×10 4J
D．工人拉力的功率为360W
【解答】解：A、由v=st可知，绳子自由端移动的距离：
s＝vt＝0.6m/s×100s＝60m，
由图可知n＝2，货物移动距离：
s物=sn=60m2=30m，故A错误；
C、货物的重力：
G＝mg＝600kg×10N/kg＝6000N，
由题意可知，货物所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍，则货物受到的摩擦力：
f＝0.1G＝0.1×6000N＝600N，
工人做的有用功：
W有＝fs物＝600N×30m＝1.8×104J，故C错误；
B、由η=W有W总×100%可知，拉力做的总功：
W总=W有η=1.8×104J75%=2.4×104J，
由W总＝Fs可知，工人的拉力：
F=W总s=2.4×104J60m=400N，故B正确；
D、工人拉力的功率：
P=W总t=2.4×104J100s=240W，故D错误。
故选：B。
（2023•灯塔市一模）小开用如图所示的滑轮组提升重为400N的重物，物体在5s内匀速上升了2m，该滑轮组的机械效率为80%，在不计绳重与摩擦的情况下，下列说法中正确的是（ ）
A．该动滑轮的重力为80N
B．5s内拉力一共做功800J
C．小开对绳子的拉力大小为250N
D．小开对绳子的拉力做功的功率为160W
【解答】解：B．滑轮组提升重物，做的有用功为W有＝Gh＝400N×2m＝800J；
拉力一共做功W总=W有η=800J80%=1000J，故B错误；
D．拉力做功的功率为P=W总t=1000J5s=200W，故D错误；
C．绳子移动的距离为s＝nh＝2×2m＝4m，
拉力大小为F=W总s=1000J4m=250N，故C正确；
A．该动滑轮的重力为G动＝2F﹣G＝2×250N﹣400N＝100N，故A错误。
故选：C。
（2023•新吴区二模）用如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图像如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．拉力F为350N
B．动滑轮重为50N
C．绳子自由端移动的速度为0.5m/s
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
【解答】解：
A．由图乙可知，在20s内拉力F做的功：W总＝6000J，
由图甲可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，
则物体M沿竖直方向匀速提升10m时，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×10m＝20m，
由W总＝Fs可得，拉力：F=W总s=6000J20m=300N，故A错误；
B．忽略绳重及摩擦，由F=1n（G+G动）可得，
动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣550N＝50N，故B正确；
C．绳子自由端移动的速度：v=st=20m20s=1m/s，故C错误；
D．拉力做的有用功：W有＝Gh＝550N×10m＝5500J，
滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=5500J6000J×100%≈91.7%，故D错误。
故选：B。
（2024•雁塔区校级一模）如图为某台起重机上的滑轮组简化装置，虚线框内是由两个相同的滑轮安装成的滑轮组，利用该滑轮组提升质量为27kg的物体所用的拉力为100N，不计绳重和摩擦，g取10N/kg，则下列说法正确的是（ ）
A．滑轮组中承担物体和动滑轮总重力的绳子股数是2股
B．该滑轮组的机械效率为60%
C．该滑轮组中动滑轮重30N
D．若绳端移动速度为0.1m/s，则动滑轮上升速度为0.3m/s
【解答】解：A、物体重力为G＝mg＝27kg×10N/kg＝270N，所用的拉力为100N，说明承担物体重力的绳子股数至少是3股，而虚线框内是由两个相同的滑轮安装成的滑轮组，因此绳子股数是3股，故A错误；
B、该滑轮组的机械效率为：
η=W有W总=GℎFs=GℎFnℎ=GnF=270N3×100N×100%＝90%，故B错误；
C、不计绳重和摩擦，根据F=1n（G+G动）可知，动滑轮重为：
G动＝nF﹣G＝3×100N﹣270N＝30N，故C正确；
D、根据v绳＝nv物可知，动滑轮上升速度为：
v物=1nv绳=13×0.1m/s≈0.03m/s，故D错误。
故选：C。
（2023•锡山区一模）如图所示甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若G1＝G2，所用竖直向上的拉力分别为F1和F2，拉力做功的功率分别为P1和P2，两装置的机械效率分别为η1和η2（忽略绳重和摩擦），则下列选项正确的是（ ）
A．F1＞F2η1＜η2 P1＜P2
B．F1＞F2η1＝η2P1＝P2
C．F1＜F2η1＜η2P1＜P2
D．F1＜F2η1＞η2P1＞P2
【解答】解：
（1）不计绳重及摩擦，因为拉力F=1n（G+G动），n1＝2，n2＝3，所以绳子受到的拉力分别为：F1=12（G1+G动），F2=13（G2+G动），G1＝G2，故F1＞F2；故CD错误；
（2）因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额＝G轮h，W有用＝G物h，所以利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同；由η=W有用W总×100%可知，机械效率相同，η1＝η2；
又因为所用时间相同，由P=Wt可知，拉力做功的功率P1＝P2，故A错误，B正确。
故选：B。
（2023•福田区模拟）如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．动滑轮重为40N
B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s
C．拉力做功功率为300W
D．该滑轮组的机械效率为83.3%
【解答】解：AC．由图甲可知n＝2，
则物体M沿竖直方向匀速提升10m时，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×10m＝20m，
由图乙可知，在20s内拉力F做的功：W总＝6000J，
由W总＝Fs可得，绳子自由端的拉力为：F=W总s=6000J20m=300N，
忽略绳重及摩擦，由F=1n（G+G动）可得，动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣550N＝50N，
拉力做功的功率为：P=W总t=6000J20s=300W，故A错误，C正确；
B．绳子自由端移动的速度：v=st=20m20s=1m/s，故B错误；
D．所做的有用功：W有＝Gh＝550N×10m＝5500J，
滑轮组的机械效率：η=W有W总×100%=5500J6000J×100%≈91.7%，故D错误。
故选：C。
（2023•雨城区校级模拟）在劳动实践中，小孙在水平地面与车厢间用木板搭一斜面，并用平行于斜面的推力将重G＝600N的货物匀速地从斜面底端推到顶端的车厢，如图所示。已知斜面长L＝6m，斜面高h＝1.5m，斜面的机械效率η＝60%。下列叙述中正确的是（ ）
A．小孙推动货物所用推力大小为150N
B．若增大推行速度，则货物受到的摩擦力将变大
C．货物受到斜面的摩擦力大小为250N
D．若h不变、减小L，则斜面的机械效率将升高
【解答】解：A、有用功W有用＝Gh＝600N×1.5m＝900J，
总功W总=W有用η=900J60%=1500J，
小孙推动货物所用推力F推=W总L=1500J6m=250N，故A错误；
B、滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，若增大推行速度，货物对斜面的压力大小和接触面的粗糙程度均不变，则货物受到的摩擦力将不变，故B错误；
C、额外功W额外＝W总﹣W有用＝1500J﹣900J＝600J，
货物受到斜面的摩擦力f=W额外L=600J6m=100N，故C错误；
D、若h不变、减小L，物体对斜面的压力减小，斜面对物体的摩擦力减小，额外功减小，有用功不变，根据W总＝W有用+W额外可知，总功减小，根据η=W有用W总可知斜面的机械效率将升高，故D正确。
故选：D。
（2023•六安模拟）如图所示，重为G的物体在平行于斜面的拉力F的作用下沿斜面向上做匀速直线运动。已知斜面的长为s、高为h，物体从斜面底端匀速运动到顶端的过程中，斜面对物体的摩擦力大小为f，关于该过程，下列判断正确的是（ ）
A．拉力做的有用功为fs
B．拉力做的总功为Gh
C．斜面对物体的摩擦力大小为f＝F−Gℎs
D．斜面的机械效率为Gℎfs
【解答】解：A、拉力做的有用功W有用＝Gh，额外功W额＝fs，故A错误；
B、拉力做的总功为W总＝Fs，故B错误；
C、因为W总＝W有用+W额，即Fs＝Gh+fs，摩擦力f=Fs−Gℎs=F−Gℎs，故C正确；
D、斜面的机械效率η=W有用W总=GℎFs，故D错误。
故选：C。
（2023•零陵区校级模拟）工人要把一个质量为120kg的重物搬到1m高的车上。为了省力采用3m长的木板搭了一个斜面，如图所示，他在5s内用500N的力将重物匀速推到车上（g取10N/kg）。下列说法正确的是（ ）
A．重物受到的摩擦力为300N
B．他做功的功率为240W
C．他做的有用功为1500J
D．该斜面装置的机械效率为80%
【解答】解：（1）工人做的有用功：W有用＝Gh＝mgh＝120kg×10N/kg×1m＝1200J，故C错误；
（2）工人做的总功：W总＝Fs＝500N×3m＝1500J，
斜面的机械效率：η=W有用W总=1200J1500J×100%＝80%，故D正确；
（3）克服摩擦力所做的额外功：
W额＝W总﹣W有用＝1500J﹣1200J＝300J，
由W额＝fs可得物体与斜面间的摩擦力：
f=W额s=300J3m=100N，故A错误；
（4）工人做功功率：P=W总t=1500J5s=300W，故B错误。
故选：D。
（2024•邵东市模拟）如图所示，小海用一个动滑轮提着重物向上做匀速直线运动。物体上升2m时，绳子自由端移动的距离是 m。若不计绳重及摩擦，小海用此装置拉动不同物体匀速上升时，测出拉力F和物重G的大小并画出二者的关系图象，当物重为30N时，此滑轮的机械效率是 。
【解答】解：由图可知n＝2，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×2m＝4m；
由图象可知，当物体重力G＝30N时，绳子自由端的拉力F＝20N，
因为不计绳重和摩擦时F=1n（G+G动），所以动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×20N﹣30N＝10N；
因为不计绳重和摩擦，所以滑轮的机械效率：
η=W有W总=W有W有+W额外=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动=30N30N+10N×100%＝75%。
故答案为：4；75%。
（2023•东明县一模）用图甲的滑轮组提升重200N的物体，已知拉力F为80N，不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是 （选填“A”或“B”），3s内对物体做的有用功为 J。
【解答】解：（1）由图甲可知，n＝3，则拉力端移动距离s＝3h，所以图乙中上面的倾斜直线A是绳子自由端运动的s﹣t图像，而下面的倾斜直线B是物体运动的s﹣t图像；
（2）由图乙可知，t＝3s时，物体运动的高度h＝1.5m，
对物体做的有用功：W有用＝Gh＝200N×1.5m＝300J。
故答案为：A；300。
（2023•杜尔伯特县二模）（1）如图所示，是汽车进行风洞实验，将汽车固定在风洞中，用吹风机对着汽车高速送风，汽车相对于风洞中的空气是 （选填“运动”或“静止”）的，此时汽车 气体对汽车的压强大（选填“上方”或“下方”）。
（2）如图，小明将一个重为200N的小车以0.2m/s的速度从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为120N，小车沿斜面移动的距离s＝2m，上升的高度h＝1m。在此过程中拉力的功率为 W，斜面的机械效率为 （保留一位小数），摩擦力大小为 N。
【解答】解：（1）以风洞中的空气为参照物，汽车相对于风洞中的空气的位置发生了改变，所以汽车是运动的；
风高速吹来时，因车身的形状是“上凸下平”的，在相同时间内空气通过汽车上方的路程大，根据流体压强和流速的关系可知，汽车上方的空气流速大、压强小，而汽车下方的空气流速小、压强大。
（2）解：拉力的功率：P=Wt=Fst=Fv＝120N×0.2m/s＝24W；
克服物体重力做的有用功：W有＝Gh＝200N×1m＝200J，
拉力做的总功：W总＝Fs＝120N×2m＝240J，
斜面的机械效率：η=W有用W总=200J240J≈83.3%；
克服摩擦力做的额外功：W额＝W总﹣W有＝240J﹣200J＝40J，
由W额＝fs可得，摩擦力：f=W额s=40J2m=20N。
故答案为：（1）运动；下方；（2）24；83.3%；20。
（2023•绵阳模拟）《天工开物》是我国古代的科学著作，书中记载着大量的古代农业机械。其中描述了筒车这样一种以水流作动力，用来取水的机械，如图所示。若接水槽离取水处高3m，水轮上有12个取水筒，一个取水筒每次可取水5kg，筒车旋转一周所用时间为60s。水流冲击的机械能转化为筒车转动的机械能和提水的 。若水流冲击筒车的功率为50W，求筒车旋转一周取水的机械效率是 %。
【解答】解：水流冲击的机械能，使水的高度增大，重力势能增大，即水流冲击的机械能转化为筒车转动的机械能和提水的重力势能。
水流冲击筒车的功率为50W，水流所做的功为W＝Pt＝50W×60s＝3000J，
该筒车旋转一周提升水的质量为m＝12×5kg＝60kg；
对水所做的功W有＝Gh＝mgh＝60kg×10N/kg×3m＝1800J，
筒车旋转一周取水的机械效率为η=W有W=1800J3000J=60%。
故答案为：重力势能；60。
（2023•如东县二模）如图所示，2s内拉力F1将物体B匀速提升0.5m，F1做功为3J；若借助滑轮组，在相同时间内拉力F2把物体B匀速提升相同高度，滑轮组的机械效率为75%，不计绳重和摩擦，物体B的质量为 kg，拉力F2做功的功率为 W，动滑轮的重为 N（g取10N/kg）。
【解答】解：拉力F1将物体B匀速提升过程中克服重力做功，根据W＝F1h＝Gh可知，物体B的重力为：
G=Wℎ=3J0.5m=6N，
物体B的质量为：
m=Gg=6N10N/kg=0.6kg；
（2）在相同时间内拉力F2把物体B匀速提升相同高度，滑轮组克服物体B的重力做功与拉力F1将物体B匀速提升过程中克服重力做功相等，即W有＝W＝3J，根据η=W有W总可知，总功为：
W总=W有η=3J75%=4J，
则拉力F2做功的功率为：
P=W总t=4J2s=2W；
不计绳重和摩擦，根据η=W有W总=W有W有+W额=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动可知，动滑轮重力为：
G动=Gη−G=6N75%−6N＝2N。
故答案为：0.6；2；2。
（2023•常熟市一模）在“探究斜面的机械效率”实验中，小明猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关，小聪猜想可能跟斜面的倾斜程度有关。如图是他们设计的实验装置，下表是其中一位同学在其他条件一定时的实验数据。
（1）表格中第三次实验的机械效率为 （结果保留一位小数），分析表中信息可知该实验是探究 （选填“小明”或“小聪”）的猜想，结论是：在其他条件一定时，斜面 ，机械效率越高；
（2）另一位同学为探究自己的猜想，设计了如下步骤。
①把一块长木板的一端垫高，构成一个斜面；
②用弹簧测力计沿斜面把一木块 拉上去，进行相关测量，计算出斜面的机械效率；
③保持斜面的 不变，改变斜面的 ，再进行相关测量，并计算出斜面的机械效率；
④比较两次 的大小，即可初步验证猜想是否正确。
【解答】解：（1）第三次实验的机械效率为：η=W有用W总=GℎFs=10N××1m≈70.6%。
由表中实验数据可知，斜面的粗糙程度相同而斜面的倾斜程度不同，因此该实验探究的是机械效率与斜面倾斜程度的关系，验证的是小聪的猜想；由表中实验数据可知，在其它条件不变的情况下，斜面越陡斜面的机械效率越高，斜面越陡越费力。
（2）小明要做验证他的猜想﹣﹣机械效率与粗糙程度的关系，就应控制物块重力和斜面倾斜程度不变而改变斜面的粗糙程度；实验步骤为：
①把一块长木板的一端垫高，构成一个斜面。
②用弹簧测力计沿斜面把一木块匀速拉上去，进行相关测量，计算出斜面的机械效率。
③保持斜面的倾斜程度不变，改变斜面的粗糙程度，再进行相关测量，并计算出斜面的机械效率。
④根据记录的数值，计算出机械效率的大小，即可验证猜想是否正确。
故答案为：（1）70.6%；小聪；越陡；（2）②匀速；③倾斜程度；粗糙程度；④机械效率。
（2023•丹东校级二模）在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小彤用同一滑轮组进行了三次实验如图所示，实验数据记录如表：
（1）实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计，使钩码缓慢上升。
（2）表格中第3次实验的机械效率为 。（百分数前保留一位小数）
（3）分析表中数据可以得出结论：同一滑轮组的机械效率与 有关。
（4）根据实验结论，若该滑轮组提升物体时机械效率为92.1%，物体的重力可能为 。（填字母符号）
A.1N
B.3N
C.5N
D.8N
（5）小彤改变动滑轮重，提升同一物体多次实验，根据所测数据绘制出图象丁。由图象可知：被提升物体重力相同时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越 （填“高”或“低”）。
（6）根据所学知识，滑轮组的机械效率还与绳重和摩擦有关，分析图象丁中的A点可知，被提升物体所受的重力一定 （填“小于”、“等于”或“大于”）40N。
【解答】解：（1）在实验过程中，应沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计，此时系统处于平衡状态，受到平衡力的作用，测力计示数才等于拉力大小；
（2）由表中数据可得第3次的总功为：W总＝Fs＝2.2N×0.3m＝0.66J，
第3次实验中滑轮组的机械效率为：η=W有用W总=GℎFs=6N××0.3m×100%≈90.9%；
（3）纵向分析数据可得结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高；
（4）根据“用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高”，所以，若该滑轮组提升物体时机械效率为92.1%，物体的重力应该大于6N，可能为8N，故D符合题意；
故选：D；
（5）根据图丁可知，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低；
（6）根据图丁可知，当动滑轮重为10N时，滑轮组的机械效率为80%；
若忽略绳重和摩擦，滑轮组的机械效率η=W有W总=W有W有+W额外=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动，
所以，被提升物体所受的重力：G=ηG动1−η=80%×10N1−80%=40N，
但由于绳重和摩擦力使得额外功变大，根据η=W有用W总=W有用W有用+W额=11+W额W有用知，在机械效率不变时，额外功增大，有用功也增大，若提升相同高度，则物体的重力会大于40N。
故答案为：（1）匀速；（2）90.9%；（3）物体的重力；（4）D；（5）低；（6）大于。
（2023•沈阳三模）如图甲所示，邻居大叔正吃力的把一重物送往高台，放学回家的小明看见后急忙前去帮忙，他找来一块木板，搭成如图乙所示的斜面，结果轻松地把重物推到了高台上。如图乙所示，小明用10s沿斜面把一箱货物从底端匀速推到顶端，推力为500N，斜面长3m、高1m，货物质量为120kg。（g取10N/kg）求：
（1）推力的功率多大？
（2）斜面的机械效率是多少？
（3）重物受到斜面的摩擦力是多大？
【解答】解：（1）推力做的功：W总＝Fs＝500N×3m＝1500J，
则推力的功率：P=Wt=1500J10s=150W；
（2）有用功：W有用＝Gh＝mgh＝120kg×10N/kg×1m＝1200J，
则斜面的机械效率：η=W有用W总×100%=1200J1500J×100%＝80%；
（3）额外功：W额＝W总﹣W有用＝1500J﹣1200J＝300J，
则根据W＝fs可得，重物受到斜面的摩擦力：f=W额s=300J3m=100N。
答：（1）推力的功率为150W；
（2）斜面的机械效率是80%；
（3）重物受到斜面的摩擦力是100N。
（2023•石家庄三模）如图甲所示，用滑轮组拉重物体A沿水平方向匀速运动，物体A受到地面的摩擦阻力为物重的0.5倍，滑轮组的机械效率随物体重力变化的图像如图乙所示。滑轮组的机械效率为80%时，物体A以0.2m/s的速度匀速运动，人对地面的压强为1.25×104Pa。不计绳重、滑轮轴处摩擦，绕滑轮组的绳子承受最大力为600N，人双脚与地的接触面积为300cm2。求：
（1）动滑轮的重力；
（2）滑轮组的机械效率为80%时，拉力的功率；
（3）该滑轮组的最大机械效率。
【解答】解：（1）由乙图可知，当物重为400N时，滑轮组的机械效率为80%，物体A受到地面的摩擦阻力为物重的0.5倍，则摩擦力f＝0.5G＝0.5×400N＝200N，根据力的作用是相互的，滑轮组对物体A的拉力F拉＝f＝200N；
由η=W有W总=W有W有+W额=F拉s物F拉s物+G动s物=F拉F拉+G动可知，动滑轮重力为：
G动=F拉η−f=200N80%−200N＝50N；
（2）由图可知，n＝2，绳子自由端的速度为v绳＝nv物＝2×0.2m/s＝0.4m/s；
绳子自由端的拉力为F=1n（F拉+G动）=12×（200N+50N）＝125N，
则拉力的功率为：
P=Wt=Fst=Fv绳＝125N×0.4m/s＝50W；
（3）当拉力F＝125N 时，人对地面的压强p＝1.25×104Pa，则由p=FS可知，此时人对地面的压力：
F压＝pS＝1.25×104Pa×300×10﹣4m2＝375N，
人对水平地面的压力与地面对人的支持力是一对相互作用力，大小相等，F支＝F压＝375N，
人受到重力、支持力和拉力的作用，处于静止状态，则人的重力：
G人＝F+F支＝125N+375N＝500N，
人的重力小于绳子承受最大力600N，故人能施加的最大拉力Fmax＝500N，
根据Fmax=1n（F拉'+G动）得，重物体A 受到的最大拉力：F拉'＝nFmax﹣G动，
由同一个滑轮组，机械效率随重物重力的增大而增大可知，当拉力Fmax＝500N时，滑轮组的机械效率最大，则该滑轮组的最大机械效率：
η'=W有'W总'=F拉's物'Fmaxs'=F拉's物'Fmax×ns物'=nFmax−G动nFmax=2×500N−50N2×500N×100%＝95%。
答：（1）动滑轮的重力为50N；
（2）滑轮组的机械效率为80%时，拉力的功率为50W；
（3）该滑轮组的最大机械效率为95%。
（2023•南皮县校级模拟）小熊在课外实践活动中，用如图甲所示的滑轮组匀速拉动放在树下一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从100N开始逐渐增加，每次物体被拉动的距离均为1m。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化的关系图象，如图乙所示。若不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，求：
（1）由图乙可知，当物体受到的摩擦力为100N时，求：动滑轮的重力？
（2）当滑轮组的机械效率为75%，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率是多大？
（3）当物体与地面的摩擦力为1500N时，体重为500N的小熊竖直向下拉绳，还能用此滑轮组拉动物体吗？用计算结果说明。
【解答】解：
（1）由图乙可知，当物体受到的摩擦力当f1＝100N时，滑轮组机械效率η1＝50%，
通过滑轮组拉动水平面上的物体，则有用功：W有用1＝f1s，
由题知，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，则额外功：W额外＝G动s，
则总功：W总1＝W有用1+W额外＝f1s+G动s，
所以，η1=W有用1W总1=f1sf1s+G动s=f1f1+G动=100N100N+G动=50%，
解得动滑轮重：G动＝100N；
（2）当η2＝75%时，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，此时滑轮组的机械效率：
η2=W有用2W总2=f2sf2s+G动s=f2f2+G动=f2f2+100N=75%，
解得此时的摩擦力：f2＝300N；
则滑轮组的有用功率：
P有=W有用2t=f2st=f2v＝300N×0.1m/s＝30W；
（3）由图可知，n＝3，
不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，当f3＝1500N时，拉动物体需要的拉力：
F3=13（f3+G动）=13（1500N+100N）≈533N，
小熊的重力为500N，根据力的作用是相互的，所以小熊给绳子的最大拉力等于其重力为500N，小于533N，故不能用此滑轮组拉动物体。
答：（1）动滑轮的重力为100N；
（2）当滑轮组的机械效率为75%，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率是30W；
（3）当物体与地面的摩擦力为1500N时，体重为500N的小熊竖直向下拉绳，不能用此滑轮组拉动物体。
定义
公式
有用功
提升重物过程中必须要做的功
W有
额外功
利用机械时，人们不得不额外做的功
W额
总功
有用功和额外功之和
W总＝W有＋W额
机械效率
科学上把有用功跟总功的比值
η＝eq \f(W有,W总)×100%
简单机械
有用功
总功
额外功
机械效率
杠杆
W有用=Gh
W总=Fs
W额=W总－W有用
η=W有W总=GhFs
滑轮组
W有用=Gh
W总=Fs
W总=Gh+G动h（不计绳重和摩擦）
W额=W总－W有用
W额=G动h（不计绳重和摩擦）
η=W有W总=GhFs=GhFnh=GFn
η=W有W总=GhGh+G动h=GG+G动
斜面
W有用=Gh
W总=Fl
W总=Gh+fl
（f为摩擦力）
W额=W总－W有用
W额=fl
（f为摩擦力）
η=W有W总=GhFl
η=GhGh+fl
实验
序号
斜面的
倾斜程度
物块的重力
G/N
斜面高度
h/m
沿斜面的拉力
F/N
斜面长
s/m
机械效率
1
较缓
10
0.2
5.5
1
36.4%
2
较陡
10
0.4
7.0
1
57.1%
3
最陡
10
0.6
8.5
1
次数
物重/N
物体上升
距离/cm
测力计示数/N
测力计
上升距离/cm
机械效率/%
1
2
10
0.8
30
83.3
2
4
10
1.5
30
88.9
3
6
10
2.2
30