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1 [2025深圳三模]质量为1.8 t的小汽车陷入泥泞中，小明利用所学滑轮组知识，带领大家将小车顺利拉出，如图。若汽车所受阻力为车重的20%，滑轮组的机械效率为80%，小车以0.1 m/s的速度匀速运动了2 m，小汽车拉出后车轮与水平地面的总接触面积为0.09 m²，g取10 N/kg，求：
（1）汽车静止时对水平地面的压强。
（2）有用功$W_{有用}$。
（3）拉力F的功率。
（1）汽车静止时对水平地面的压强。
（2）有用功$W_{有用}$。
（3）拉力F的功率。
答案
（1）汽车静止时对水平地面的压力等于自身的重力，即$F_{压}=G=mg=1.8×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.8×10^{4}\ \mathrm{N}$，则汽车静止时对水平地面的压强 $p=\frac{F_{压}}{S}=\frac{1.8×10^{4}\ \mathrm{N}}{0.09\ \mathrm{m^2}}=2×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
（2）汽车所受阻力 $f=20\%G=0.2×1.8×10^{4}\ \mathrm{N}=3.6×10^{3}\ \mathrm{N}$，克服阻力做的有用功 $W_{有用}=fs=3.6×10^{3}\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=7.2×10^{3}\ \mathrm{J}$
（3）小车行驶的时间 $t=\frac{s}{v}=\frac{2\ \mathrm{m}}{0.1\ \mathrm{m/s}}=20\ \mathrm{s}$；由 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$得拉力F做的总功 $W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{7.2×10^{3}\ \mathrm{J}}{80\%}=9×10^{3}\ \mathrm{J}$，则拉力F的功率 $P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{9×10^{3}\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=450\ \mathrm{W}$
（2）汽车所受阻力 $f=20\%G=0.2×1.8×10^{4}\ \mathrm{N}=3.6×10^{3}\ \mathrm{N}$，克服阻力做的有用功 $W_{有用}=fs=3.6×10^{3}\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=7.2×10^{3}\ \mathrm{J}$
（3）小车行驶的时间 $t=\frac{s}{v}=\frac{2\ \mathrm{m}}{0.1\ \mathrm{m/s}}=20\ \mathrm{s}$；由 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$得拉力F做的总功 $W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{7.2×10^{3}\ \mathrm{J}}{80\%}=9×10^{3}\ \mathrm{J}$，则拉力F的功率 $P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{9×10^{3}\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=450\ \mathrm{W}$
解析
【分析】
1. 求汽车静止时对地面的压强，需先确定压力（等于汽车自身重力），再利用压强公式$p=\frac{F}{S}$计算；
2. 本题中拉车的有用功是克服汽车受到的阻力做的功，需先算出阻力，再用$W_{有用}=fs$计算有用功；
3. 求拉力F的功率，需先算出小车运动的时间，再根据机械效率公式求出总功，最后用功率公式$P=\frac{W_{总}}{t}$计算功率。
【解析】
（1）汽车静止时对水平地面的压力等于自身重力，即：
$F_{压}=G=mg=1.8×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.8×10^{4}\ \mathrm{N}$
根据压强公式，汽车对地面的压强：
$p=\frac{F_{压}}{S}=\frac{1.8×10^{4}\ \mathrm{N}}{0.09\ \mathrm{m^2}}=2×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
（2）汽车所受阻力为车重的20%，则阻力：
$f=20\%G=0.2×1.8×10^{4}\ \mathrm{N}=3.6×10^{3}\ \mathrm{N}$
克服阻力做的有用功：
$W_{有用}=fs=3.6×10^{3}\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=7.2×10^{3}\ \mathrm{J}$
（3）小车运动的时间：
$t=\frac{s}{v}=\frac{2\ \mathrm{m}}{0.1\ \mathrm{m/s}}=20\ \mathrm{s}$
由机械效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，得拉力做的总功：
$W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{7.2×10^{3}\ \mathrm{J}}{80\%}=9×10^{3}\ \mathrm{J}$
拉力F的功率：
$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{9×10^{3}\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=450\ \mathrm{W}$
【答案】
（1）$2×10^{5}\ \mathrm{Pa}$；（2）$7.2×10^{3}\ \mathrm{J}$；（3）$450\ \mathrm{W}$
【知识点】
压强计算、有用功、功率计算、机械效率
【点评】
本题结合滑轮组实际应用，综合考查压强、功、功率、机械效率的计算，需明确有用功的判断（克服阻力做功），各物理量关系清晰，属于基础综合题。
【难度系数】
0.6
1. 求汽车静止时对地面的压强，需先确定压力（等于汽车自身重力），再利用压强公式$p=\frac{F}{S}$计算；
2. 本题中拉车的有用功是克服汽车受到的阻力做的功，需先算出阻力，再用$W_{有用}=fs$计算有用功；
3. 求拉力F的功率，需先算出小车运动的时间，再根据机械效率公式求出总功，最后用功率公式$P=\frac{W_{总}}{t}$计算功率。
【解析】
（1）汽车静止时对水平地面的压力等于自身重力，即：
$F_{压}=G=mg=1.8×10^{3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.8×10^{4}\ \mathrm{N}$
根据压强公式，汽车对地面的压强：
$p=\frac{F_{压}}{S}=\frac{1.8×10^{4}\ \mathrm{N}}{0.09\ \mathrm{m^2}}=2×10^{5}\ \mathrm{Pa}$
（2）汽车所受阻力为车重的20%，则阻力：
$f=20\%G=0.2×1.8×10^{4}\ \mathrm{N}=3.6×10^{3}\ \mathrm{N}$
克服阻力做的有用功：
$W_{有用}=fs=3.6×10^{3}\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=7.2×10^{3}\ \mathrm{J}$
（3）小车运动的时间：
$t=\frac{s}{v}=\frac{2\ \mathrm{m}}{0.1\ \mathrm{m/s}}=20\ \mathrm{s}$
由机械效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，得拉力做的总功：
$W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{7.2×10^{3}\ \mathrm{J}}{80\%}=9×10^{3}\ \mathrm{J}$
拉力F的功率：
$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{9×10^{3}\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=450\ \mathrm{W}$
【答案】
（1）$2×10^{5}\ \mathrm{Pa}$；（2）$7.2×10^{3}\ \mathrm{J}$；（3）$450\ \mathrm{W}$
【知识点】
压强计算、有用功、功率计算、机械效率
【点评】
本题结合滑轮组实际应用，综合考查压强、功、功率、机械效率的计算，需明确有用功的判断（克服阻力做功），各物理量关系清晰，属于基础综合题。
【难度系数】
0.6
2 [2025 阜阳模拟]如图所示，塔式起重机上的滑轮组将重为$1.2× 10^{4}\ \mathrm{N}$的重物吊起，在20 s内重物匀速上升2 m时，滑轮组的机械效率为80%。求：
（1）拉力的功率。
（2）以上过程中滑轮组所做的额外功。
（3）若克服摩擦和钢丝绳重所做的功为5 200 J，求动滑轮的重力。
（1）拉力的功率。
（2）以上过程中滑轮组所做的额外功。
（3）若克服摩擦和钢丝绳重所做的功为5 200 J，求动滑轮的重力。
答案
（1）提升重物做的有用功 $W_{有用}=Gh=1.2×10^{4}\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=2.4×10^{4}\ \mathrm{J}$，由 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$可得，拉力做的总功 $W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{2.4×10^{4}\ \mathrm{J}}{80\%}=3×10^{4}\ \mathrm{J}$，拉力的功率 $P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{3×10^{4}\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=1\ 500\ \mathrm{W}$
（2）滑轮组做的额外功 $W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=3×10^{4}\ \mathrm{J}-2.4×10^{4}\ \mathrm{J}=6\ 000\ \mathrm{J}$
（3）对动滑轮做的功 $W_{动}=W_{额外}-W_{绳+摩}=6\ 000\ \mathrm{J}-5\ 200\ \mathrm{J}=800\ \mathrm{J}$，动滑轮的重力 $G_{动}=\frac{W_{动}}{h}=\frac{800\ \mathrm{J}}{2\ \mathrm{m}}=400\ \mathrm{N}$
（2）滑轮组做的额外功 $W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=3×10^{4}\ \mathrm{J}-2.4×10^{4}\ \mathrm{J}=6\ 000\ \mathrm{J}$
（3）对动滑轮做的功 $W_{动}=W_{额外}-W_{绳+摩}=6\ 000\ \mathrm{J}-5\ 200\ \mathrm{J}=800\ \mathrm{J}$，动滑轮的重力 $G_{动}=\frac{W_{动}}{h}=\frac{800\ \mathrm{J}}{2\ \mathrm{m}}=400\ \mathrm{N}$
解析
【分析】
本题是滑轮组的综合计算问题，解题思路如下：
1. 明确有用功是克服重物重力做的功，总功是拉力做的功，机械效率为有用功与总功的比值；先计算有用功，再通过机械效率公式求出总功，最后利用功率公式计算拉力的功率。
2. 根据总功、有用功和额外功的关系（额外功=总功-有用功），计算滑轮组的额外功。
3. 额外功包含克服摩擦、钢丝绳重和动滑轮重做的功，用总额外功减去克服摩擦和钢丝绳重的额外功，得到克服动滑轮重力做的功，再结合功的公式求出动滑轮的重力。
【解析】
（1）提升重物做的有用功：
$W_{有用}=Gh=1.2×10^{4}\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=2.4×10^{4}\ \mathrm{J}$
由$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$可得，拉力做的总功：
$W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{2.4×10^{4}\ \mathrm{J}}{80\%}=3×10^{4}\ \mathrm{J}$
拉力的功率：
$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{3×10^{4}\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=1500\ \mathrm{W}$
（2）滑轮组做的额外功：
$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=3×10^{4}\ \mathrm{J}-2.4×10^{4}\ \mathrm{J}=6000\ \mathrm{J}$
（3）克服动滑轮重力做的功：
$W_{动}=W_{额外}-W_{绳+摩}=6000\ \mathrm{J}-5200\ \mathrm{J}=800\ \mathrm{J}$
动滑轮的重力：
$G_{动}=\frac{W_{动}}{h}=\frac{800\ \mathrm{J}}{2\ \mathrm{m}}=400\ \mathrm{N}$
【答案】
（1）拉力的功率为1500 W；（2）滑轮组所做的额外功为6000 J；（3）动滑轮的重力为400 N。
【知识点】
滑轮组机械效率、功的计算、功率的计算
【点评】
本题考查滑轮组相关的基础计算，需熟练掌握有用功、总功、额外功、机械效率及功率的计算公式，明确各功的组成关系，解题步骤清晰，属于常规题型，适合学生巩固相关知识点。
【难度系数】
0.6
本题是滑轮组的综合计算问题，解题思路如下：
1. 明确有用功是克服重物重力做的功，总功是拉力做的功，机械效率为有用功与总功的比值；先计算有用功，再通过机械效率公式求出总功，最后利用功率公式计算拉力的功率。
2. 根据总功、有用功和额外功的关系（额外功=总功-有用功），计算滑轮组的额外功。
3. 额外功包含克服摩擦、钢丝绳重和动滑轮重做的功，用总额外功减去克服摩擦和钢丝绳重的额外功，得到克服动滑轮重力做的功，再结合功的公式求出动滑轮的重力。
【解析】
（1）提升重物做的有用功：
$W_{有用}=Gh=1.2×10^{4}\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=2.4×10^{4}\ \mathrm{J}$
由$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$可得，拉力做的总功：
$W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{2.4×10^{4}\ \mathrm{J}}{80\%}=3×10^{4}\ \mathrm{J}$
拉力的功率：
$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{3×10^{4}\ \mathrm{J}}{20\ \mathrm{s}}=1500\ \mathrm{W}$
（2）滑轮组做的额外功：
$W_{额外}=W_{总}-W_{有用}=3×10^{4}\ \mathrm{J}-2.4×10^{4}\ \mathrm{J}=6000\ \mathrm{J}$
（3）克服动滑轮重力做的功：
$W_{动}=W_{额外}-W_{绳+摩}=6000\ \mathrm{J}-5200\ \mathrm{J}=800\ \mathrm{J}$
动滑轮的重力：
$G_{动}=\frac{W_{动}}{h}=\frac{800\ \mathrm{J}}{2\ \mathrm{m}}=400\ \mathrm{N}$
【答案】
（1）拉力的功率为1500 W；（2）滑轮组所做的额外功为6000 J；（3）动滑轮的重力为400 N。
【知识点】
滑轮组机械效率、功的计算、功率的计算
【点评】
本题考查滑轮组相关的基础计算，需熟练掌握有用功、总功、额外功、机械效率及功率的计算公式，明确各功的组成关系，解题步骤清晰，属于常规题型，适合学生巩固相关知识点。
【难度系数】
0.6
3 如图所示，用滑轮组提升矿井内重为6 400 N的物体M，汽车10 s内匀速前进了20 m。此过程中，滑轮组的机械效率为80%，求：（不考虑绳重和摩擦）
（1）汽车对绳子拉力F的大小。
（2）汽车对绳子拉力做功的功率大小。
（3）若物体M重8 000 N，该滑轮组的机械效率（结果精确到0.1%）。
（1）汽车对绳子拉力F的大小。
（2）汽车对绳子拉力做功的功率大小。
（3）若物体M重8 000 N，该滑轮组的机械效率（结果精确到0.1%）。
答案
（1）由图可知，$n=2$，根据 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{Gh}{Fs}×100\%=\frac{Gh}{Fnh}×100\%=\frac{G}{nF}×100\%$可得，汽车对绳子的拉力 $F=\frac{G}{n\eta}=\frac{6\ 400\ \mathrm{N}}{2×80\%}=4\ 000\ \mathrm{N}$
（2）拉力做的功 $W=Fs=4\ 000\ \mathrm{N}×20\ \mathrm{m}=80\ 000\ \mathrm{J}$，功率 $P=\frac{W}{t}=\frac{80\ 000\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}}=8\ 000\ \mathrm{W}$
（3）不考虑绳重和摩擦，动滑轮的重力 $G_{动}=nF-G=2×4\ 000\ \mathrm{N}-6\ 400\ \mathrm{N}=1\ 600\ \mathrm{N}$，汽车对绳子拉力 $F'=\frac{1}{n}(G'+G_{动})=\frac{1}{2}×(8\ 000\ \mathrm{N}+1\ 600\ \mathrm{N})=4\ 800\ \mathrm{N}$，滑轮组的机械效率 $\eta'=\frac{G'}{nF'}×100\%=\frac{8\ 000\ \mathrm{N}}{2×4\ 800\ \mathrm{N}}≈83.3\%$
（2）拉力做的功 $W=Fs=4\ 000\ \mathrm{N}×20\ \mathrm{m}=80\ 000\ \mathrm{J}$，功率 $P=\frac{W}{t}=\frac{80\ 000\ \mathrm{J}}{10\ \mathrm{s}}=8\ 000\ \mathrm{W}$
（3）不考虑绳重和摩擦，动滑轮的重力 $G_{动}=nF-G=2×4\ 000\ \mathrm{N}-6\ 400\ \mathrm{N}=1\ 600\ \mathrm{N}$，汽车对绳子拉力 $F'=\frac{1}{n}(G'+G_{动})=\frac{1}{2}×(8\ 000\ \mathrm{N}+1\ 600\ \mathrm{N})=4\ 800\ \mathrm{N}$，滑轮组的机械效率 $\eta'=\frac{G'}{nF'}×100\%=\frac{8\ 000\ \mathrm{N}}{2×4\ 800\ \mathrm{N}}≈83.3\%$
解析
【分析】首先观察滑轮组，确定承担物重的绳子段数n=2。解题思路：（1）利用机械效率公式η=W有用/W总=Gh/(Fs)=G/(nF)，变形后求出拉力F；（2）根据功的公式W=Fs计算拉力总功，再由功率公式P=W/t求功率；（3）不考虑绳重和摩擦时，动滑轮重力G动=nF-G，先算出G动，再结合新物重求新拉力，最后用机械效率公式计算新的机械效率。
【解析】
（1）由图可知，承担物重的绳子段数n=2。根据滑轮组机械效率公式：
η = W有用/W总 ×100% = Gh/(Fs)×100% = Gh/(F·nh)×100% = G/(nF)×100%
变形得汽车对绳子的拉力：
F = G/(nη) = 6400N/(2×80%) = 4000N
（2）汽车拉力做的功：
W = Fs = 4000N×20m = 80000J
拉力做功的功率：
P = W/t = 80000J/10s = 8000W
（3）不考虑绳重和摩擦，动滑轮的重力：
G动 = nF - G = 2×4000N - 6400N = 1600N
当物体M重为8000N时，新的拉力：
F' = (G' + G动)/n = (8000N + 1600N)/2 = 4800N
此时滑轮组的机械效率：
η' = G'/(nF')×100% = 8000N/(2×4800N)×100% ≈83.3%
【答案】（1）4000N；（2）8000W；（3）83.3%
【知识点】滑轮组机械效率、功率计算
【点评】本题考查滑轮组相关的基础计算，关键是确定绳子段数，理解机械效率公式的推导，以及动滑轮重力不变的特点，属于中等难度的应用类题目。
【难度系数】0.6
【解析】
（1）由图可知，承担物重的绳子段数n=2。根据滑轮组机械效率公式：
η = W有用/W总 ×100% = Gh/(Fs)×100% = Gh/(F·nh)×100% = G/(nF)×100%
变形得汽车对绳子的拉力：
F = G/(nη) = 6400N/(2×80%) = 4000N
（2）汽车拉力做的功：
W = Fs = 4000N×20m = 80000J
拉力做功的功率：
P = W/t = 80000J/10s = 8000W
（3）不考虑绳重和摩擦，动滑轮的重力：
G动 = nF - G = 2×4000N - 6400N = 1600N
当物体M重为8000N时，新的拉力：
F' = (G' + G动)/n = (8000N + 1600N)/2 = 4800N
此时滑轮组的机械效率：
η' = G'/(nF')×100% = 8000N/(2×4800N)×100% ≈83.3%
【答案】（1）4000N；（2）8000W；（3）83.3%
【知识点】滑轮组机械效率、功率计算
【点评】本题考查滑轮组相关的基础计算，关键是确定绳子段数，理解机械效率公式的推导，以及动滑轮重力不变的特点，属于中等难度的应用类题目。
【难度系数】0.6
4 [2025安庆期末改编]装修房屋时需要搬运大量的建筑材料，为了省力，可以借助滑轮组进行搬运。如图所示，一箱重为600 N的建筑材料放在水平地面上，重为700 N的工人用400 N的拉力F通过滑轮组将建筑材料匀速提升3 m。求：(不计绳重与摩擦)
（1）工人做的有用功。
（2）滑轮组的机械效率。
（3）工人用这个滑轮组能拉起建筑材料时的最大机械效率(结果精确到0.1%)。
（1）工人做的有用功。
（2）滑轮组的机械效率。
（3）工人用这个滑轮组能拉起建筑材料时的最大机械效率(结果精确到0.1%)。
答案
（1）工人做的有用功 $W_{有用}=G_{物}h=600\ \mathrm{N}×3\ \mathrm{m}=1\ 800\ \mathrm{J}$
（2）由图可知，$n=2$，工人做的总功 $W_{总}=Fs=Fnh=400\ \mathrm{N}×2×3\ \mathrm{m}=2\ 400\ \mathrm{J}$，则滑轮组的机械效率 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{1\ 800\ \mathrm{J}}{2\ 400\ \mathrm{J}}×100\%=75\%$
（3）不计绳重与摩擦，根据 $F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$可知，动滑轮重 $G_{动}=nF-G_{物}=2×400\ \mathrm{N}-600\ \mathrm{N}=200\ \mathrm{N}$，工人对绳子的最大拉力等于自身的重力，即 $F_{\mathrm{max}}=G_{人}=700\ \mathrm{N}$，工人用这个滑轮组能拉起的建筑材料最大的重力 $G_{\mathrm{max}}=nF_{\mathrm{max}}-G_{动}=2×700\ \mathrm{N}-200\ \mathrm{N}=1\ 200\ \mathrm{N}$，此时滑轮组的机械效率最大，$\eta_{\mathrm{max}}=\frac{W_{有用}'}{W_{总}'}×100\%=\frac{G_{\mathrm{max}}×h}{F_{\mathrm{max}}×2h}×100\%=\frac{1\ 200\ \mathrm{N}×h}{700\ \mathrm{N}×2h}×100\%≈85.7\%$
（2）由图可知，$n=2$，工人做的总功 $W_{总}=Fs=Fnh=400\ \mathrm{N}×2×3\ \mathrm{m}=2\ 400\ \mathrm{J}$，则滑轮组的机械效率 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%=\frac{1\ 800\ \mathrm{J}}{2\ 400\ \mathrm{J}}×100\%=75\%$
（3）不计绳重与摩擦，根据 $F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$可知，动滑轮重 $G_{动}=nF-G_{物}=2×400\ \mathrm{N}-600\ \mathrm{N}=200\ \mathrm{N}$，工人对绳子的最大拉力等于自身的重力，即 $F_{\mathrm{max}}=G_{人}=700\ \mathrm{N}$，工人用这个滑轮组能拉起的建筑材料最大的重力 $G_{\mathrm{max}}=nF_{\mathrm{max}}-G_{动}=2×700\ \mathrm{N}-200\ \mathrm{N}=1\ 200\ \mathrm{N}$，此时滑轮组的机械效率最大，$\eta_{\mathrm{max}}=\frac{W_{有用}'}{W_{总}'}×100\%=\frac{G_{\mathrm{max}}×h}{F_{\mathrm{max}}×2h}×100\%=\frac{1\ 200\ \mathrm{N}×h}{700\ \mathrm{N}×2h}×100\%≈85.7\%$
解析
【分析】
1. 求有用功：有用功是对建筑材料做的功，公式为$W_{有用}=G_{物}h$，直接代入已知的物重和提升高度即可计算。
2. 求机械效率：先确定滑轮组承担物重的绳子段数$n$，由图可知$n=2$；总功是拉力做的功，公式为$W_{总}=Fs=F· nh$，再根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$计算。
3. 求最大机械效率：不计绳重与摩擦时，拉力$F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$，先通过已知条件算出动滑轮重$G_{动}$；工人能施加的最大拉力等于自身重力，据此算出最大物重，再代入机械效率公式，此时的机械效率即为最大机械效率。
【解析】
（1）有用功是提升建筑材料所做的功，根据公式：
$W_{有用}=G_{物}h=600\ \mathrm{N} × 3\ \mathrm{m}=1800\ \mathrm{J}$。
（2）由图可知，滑轮组承担物重的绳子段数$n=2$，拉力移动的距离$s=nh=2×3\ \mathrm{m}=6\ \mathrm{m}$，总功：
$W_{总}=Fs=400\ \mathrm{N} × 6\ \mathrm{m}=2400\ \mathrm{J}$，
滑轮组的机械效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}} × 100\%=\frac{1800\ \mathrm{J}}{2400\ \mathrm{J}} × 100\%=75\%$。
（3）不计绳重与摩擦，由$F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$可得动滑轮重：
$G_{动}=nF - G_{物}=2×400\ \mathrm{N} -600\ \mathrm{N}=200\ \mathrm{N}$；
工人能施加的最大拉力等于自身重力，即$F_{max}=G_{人}=700\ \mathrm{N}$，此时能拉起的最大建筑材料重力：
$G_{max}=nF_{max} - G_{动}=2×700\ \mathrm{N} -200\ \mathrm{N}=1200\ \mathrm{N}$；
此时滑轮组的机械效率最大，计算得：
$\eta_{max}=\frac{W_{有用}'}{W_{总}'} ×100\%=\frac{G_{max}h}{F_{max}·2h}×100\%=\frac{1200\ \mathrm{N}}{2×700\ \mathrm{N}}×100\%\approx85.7\%$。
【答案】
（1）1800J；（2）75%；（3）85.7%
【知识点】
滑轮组机械效率、有用功与总功
【点评】
本题考查滑轮组的相关计算，需掌握承担物重的绳子段数的判断，理解不计绳重和摩擦时动滑轮重的计算方法，以及工人最大拉力等于自身重力的隐含条件，综合应用公式即可解题。
【难度系数】
0.6
1. 求有用功：有用功是对建筑材料做的功，公式为$W_{有用}=G_{物}h$，直接代入已知的物重和提升高度即可计算。
2. 求机械效率：先确定滑轮组承担物重的绳子段数$n$，由图可知$n=2$；总功是拉力做的功，公式为$W_{总}=Fs=F· nh$，再根据机械效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$计算。
3. 求最大机械效率：不计绳重与摩擦时，拉力$F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$，先通过已知条件算出动滑轮重$G_{动}$；工人能施加的最大拉力等于自身重力，据此算出最大物重，再代入机械效率公式，此时的机械效率即为最大机械效率。
【解析】
（1）有用功是提升建筑材料所做的功，根据公式：
$W_{有用}=G_{物}h=600\ \mathrm{N} × 3\ \mathrm{m}=1800\ \mathrm{J}$。
（2）由图可知，滑轮组承担物重的绳子段数$n=2$，拉力移动的距离$s=nh=2×3\ \mathrm{m}=6\ \mathrm{m}$，总功：
$W_{总}=Fs=400\ \mathrm{N} × 6\ \mathrm{m}=2400\ \mathrm{J}$，
滑轮组的机械效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}} × 100\%=\frac{1800\ \mathrm{J}}{2400\ \mathrm{J}} × 100\%=75\%$。
（3）不计绳重与摩擦，由$F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$可得动滑轮重：
$G_{动}=nF - G_{物}=2×400\ \mathrm{N} -600\ \mathrm{N}=200\ \mathrm{N}$；
工人能施加的最大拉力等于自身重力，即$F_{max}=G_{人}=700\ \mathrm{N}$，此时能拉起的最大建筑材料重力：
$G_{max}=nF_{max} - G_{动}=2×700\ \mathrm{N} -200\ \mathrm{N}=1200\ \mathrm{N}$；
此时滑轮组的机械效率最大，计算得：
$\eta_{max}=\frac{W_{有用}'}{W_{总}'} ×100\%=\frac{G_{max}h}{F_{max}·2h}×100\%=\frac{1200\ \mathrm{N}}{2×700\ \mathrm{N}}×100\%\approx85.7\%$。
【答案】
（1）1800J；（2）75%；（3）85.7%
【知识点】
滑轮组机械效率、有用功与总功
【点评】
本题考查滑轮组的相关计算，需掌握承担物重的绳子段数的判断，理解不计绳重和摩擦时动滑轮重的计算方法，以及工人最大拉力等于自身重力的隐含条件，综合应用公式即可解题。
【难度系数】
0.6
