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1 [2025 山东枣庄期末,中]某学习小组在探究
“影响滑轮组机械效率的因素”时,提出了如下
猜想:
猜想一:滑轮组机械效率与被提升物重有关;
猜想二:滑轮组机械效率与物体被提升的高度
有关;
猜想三:滑轮组机械效率与动滑轮重有关。
【进行实验与收集证据】
(1)实验器材:三个滑轮(其中两个完全相同),
一根细绳,相同钩码若干,刻度尺和弹簧测力计
各一个。
(2)实验步骤:
①用弹簧测力计测出单个钩码重G;
②组装好实验器材,应沿竖直方向
动弹簧测力计使钩码上升;
③用刻度尺分别测出钩码上升的高度h和绳端
移动的距离s,读出弹簧测力计的示数F,将数
据填入表格;
④根据公式算出滑轮组的机械效率;
⑤改变钩码数量,重复上面的实验;
⑥改变动滑轮重,重做实验。
(3)实验数据如下表所示,表中第2次实验的机
械效率为
【分析论证】
(4)分析表中的数据可知,实验时滑轮组是按
图
(5)分析第1、2、3次实验的数据可知:用同一滑
轮组提升不同的物体时,物体越重,滑轮组的机
械效率
变”);分析第3、4次实验的数据可知,滑轮组的
机械效率与物体被提升的高度无关;分析第
率与动滑轮重有关。
“影响滑轮组机械效率的因素”时,提出了如下
猜想:
猜想一:滑轮组机械效率与被提升物重有关;
猜想二:滑轮组机械效率与物体被提升的高度
有关;
猜想三:滑轮组机械效率与动滑轮重有关。
【进行实验与收集证据】
(1)实验器材:三个滑轮(其中两个完全相同),
一根细绳,相同钩码若干,刻度尺和弹簧测力计
各一个。
(2)实验步骤:
①用弹簧测力计测出单个钩码重G;
②组装好实验器材,应沿竖直方向
匀速
拉动弹簧测力计使钩码上升;
③用刻度尺分别测出钩码上升的高度h和绳端
移动的距离s,读出弹簧测力计的示数F,将数
据填入表格;
④根据公式算出滑轮组的机械效率;
⑤改变钩码数量,重复上面的实验;
⑥改变动滑轮重,重做实验。
(3)实验数据如下表所示,表中第2次实验的机
械效率为
74.1%
。【分析论证】
(4)分析表中的数据可知,实验时滑轮组是按
图
B
的绕线方式组装的。(5)分析第1、2、3次实验的数据可知:用同一滑
轮组提升不同的物体时,物体越重,滑轮组的机
械效率
越高
(填“越高”“越低”或“不变”);分析第3、4次实验的数据可知,滑轮组的
机械效率与物体被提升的高度无关;分析第
3、5
次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与动滑轮重有关。
答案
1.(2)②匀速 (3)74.1% (4)B (5)越高
3、5 【解析】(2)②实验时,应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计。(3)表中第2次实验时机械效率 $\eta _{2}=\frac {W_{有2}}{W_{总2}}=\frac {G_{2}h_{2}}{F_{2}s_{2}}=\frac {4\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}}{1.8\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}}\approx$74.1%。(4)由表中数据可知,绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,则$n=3$,钩码重由三股绳子承担,故实验时滑轮组的组装方式为图B。(5)由1、2、3次实验的数据可知,钩码的重力越大,机械效率越高,故可以得到结论:用同一滑轮组提升不同的物体到同一高度,物体的重力越大,机械效率越高。探究滑轮组的机械效率与动滑轮重是否有关,要控制动滑轮的重力不同,提升重物的重力和提升高度都相同,故应分析第3、5次实验的数据。
关键点拨
使用杠杆产生的额外功主要是克服杠杆自重所做的功,所以在探究或计算杠杆的机械效率时,一般不能忽略杠杆的自重。
3、5 【解析】(2)②实验时,应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计。(3)表中第2次实验时机械效率 $\eta _{2}=\frac {W_{有2}}{W_{总2}}=\frac {G_{2}h_{2}}{F_{2}s_{2}}=\frac {4\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}}{1.8\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}}\approx$74.1%。(4)由表中数据可知,绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,则$n=3$,钩码重由三股绳子承担,故实验时滑轮组的组装方式为图B。(5)由1、2、3次实验的数据可知,钩码的重力越大,机械效率越高,故可以得到结论:用同一滑轮组提升不同的物体到同一高度,物体的重力越大,机械效率越高。探究滑轮组的机械效率与动滑轮重是否有关,要控制动滑轮的重力不同,提升重物的重力和提升高度都相同,故应分析第3、5次实验的数据。
关键点拨
使用杠杆产生的额外功主要是克服杠杆自重所做的功,所以在探究或计算杠杆的机械效率时,一般不能忽略杠杆的自重。
解析
【分析】
这是一道探究滑轮组机械效率影响因素的常规实验题，我们可以顺着考点逐步推导：
1. 对于实验操作的空，回忆滑轮组实验的操作要求，只有竖直方向匀速拉动弹簧测力计时，装置处于平衡状态，测力计示数才等于绳子自由端的真实拉力，因此可直接得出该空答案。
2. 计算第2次实验的机械效率，直接代入机械效率的定义式η=W有/W总=Gh/(Fs)，带入对应实验的数值计算即可。
3. 判断绕线方式时，通过表格中s和h的数值计算承担物重的绳子段数n=s/h，得到n=3后即可匹配对应的绕线图。
4. 分析实验结论时，结合控制变量法的逻辑：同一滑轮组物重增大时效率升高；探究动滑轮重对效率的影响，需要控制提升物重、提升高度完全相同，仅改变动滑轮重力，匹配对应实验组即可。
【解析】
(2)② 实验时沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，滑轮组处于平衡状态，弹簧测力计示数稳定，大小等于绳子自由端的实际拉力，因此此处填匀速。
(3) 第2次实验的机械效率代入公式计算：
$\eta _{2}=\frac {W_{有2}}{W_{总2}}=\frac {G_{2}h_{2}}{F_{2}s_{2}}=\frac {4\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}}{1.8\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}}\approx74.1\%$
(4) 由实验数据可知绳端移动距离s始终是钩码上升高度h的3倍，说明承担物重的绳子段数n=3，对应3段绳子拉动滑轮的绕线方式，即图B。
(5) 分析第1、2、3次实验数据，同一滑轮组提升的物重越大，机械效率数值越高，因此可得物体越重，滑轮组的机械效率越高；探究机械效率与动滑轮重的关系时，需要控制提升物重、提升高度完全相同，仅改变动滑轮重力，符合该条件的是第3、5次实验。
【答案】
(2)② 匀速
(3) 74.1%
(4) B
(5) 越高；3、5
【知识点】
滑轮组机械效率测量，控制变量法，机械效率计算
【点评】
本题是教材核心实验的典型考题，覆盖了实验操作细节、基础计算、控制变量法应用多个核心考点，难度适中，能够有效巩固学生对滑轮组机械效率影响因素的理解，是力学实验部分的高频常考题型。
【难度系数】
0.6
这是一道探究滑轮组机械效率影响因素的常规实验题，我们可以顺着考点逐步推导：
1. 对于实验操作的空，回忆滑轮组实验的操作要求，只有竖直方向匀速拉动弹簧测力计时，装置处于平衡状态，测力计示数才等于绳子自由端的真实拉力，因此可直接得出该空答案。
2. 计算第2次实验的机械效率，直接代入机械效率的定义式η=W有/W总=Gh/(Fs)，带入对应实验的数值计算即可。
3. 判断绕线方式时，通过表格中s和h的数值计算承担物重的绳子段数n=s/h，得到n=3后即可匹配对应的绕线图。
4. 分析实验结论时，结合控制变量法的逻辑：同一滑轮组物重增大时效率升高；探究动滑轮重对效率的影响，需要控制提升物重、提升高度完全相同，仅改变动滑轮重力，匹配对应实验组即可。
【解析】
(2)② 实验时沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，滑轮组处于平衡状态，弹簧测力计示数稳定，大小等于绳子自由端的实际拉力，因此此处填匀速。
(3) 第2次实验的机械效率代入公式计算：
$\eta _{2}=\frac {W_{有2}}{W_{总2}}=\frac {G_{2}h_{2}}{F_{2}s_{2}}=\frac {4\ \mathrm{N}×0.1\ \mathrm{m}}{1.8\ \mathrm{N}×0.3\ \mathrm{m}}\approx74.1\%$
(4) 由实验数据可知绳端移动距离s始终是钩码上升高度h的3倍，说明承担物重的绳子段数n=3，对应3段绳子拉动滑轮的绕线方式，即图B。
(5) 分析第1、2、3次实验数据，同一滑轮组提升的物重越大，机械效率数值越高，因此可得物体越重，滑轮组的机械效率越高；探究机械效率与动滑轮重的关系时，需要控制提升物重、提升高度完全相同，仅改变动滑轮重力，符合该条件的是第3、5次实验。
【答案】
(2)② 匀速
(3) 74.1%
(4) B
(5) 越高；3、5
【知识点】
滑轮组机械效率测量，控制变量法，机械效率计算
【点评】
本题是教材核心实验的典型考题，覆盖了实验操作细节、基础计算、控制变量法应用多个核心考点，难度适中，能够有效巩固学生对滑轮组机械效率影响因素的理解，是力学实验部分的高频常考题型。
【难度系数】
0.6
2 [2025 湖北武汉期末,中]用如图所示装置测量
滑轮组的机械效率,定滑轮的重力为0.5 N,动
滑轮的重力为0.8 N,部分实验数据如下表:
(1)实验过程中,缓慢竖直拉动弹簧测力计,使
钩码向上做
码上升的时间为3 s,此过程中,绳子自由端上
升的速度为
(2)第4次实验时滑轮组的机械效率
是
(忽略空气阻力)。
(3)分析
同一滑轮组提升重物时,重物重力越大,滑轮组
的机械效率越高;分析2、3两次实验的数据可
知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度
(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
A.换用更轻的动滑轮
B.加快提升钩码的速度
滑轮组的机械效率,定滑轮的重力为0.5 N,动
滑轮的重力为0.8 N,部分实验数据如下表:
(1)实验过程中,缓慢竖直拉动弹簧测力计,使
钩码向上做
匀速直线
运动。第1次实验时,钩码上升的时间为3 s,此过程中,绳子自由端上
升的速度为
0.05
m/s。(2)第4次实验时滑轮组的机械效率
是
80.0
%,克服绳重和摩擦做功0.035
J(忽略空气阻力)。
(3)分析
1、2、4
三次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,重物重力越大,滑轮组
的机械效率越高;分析2、3两次实验的数据可
知,滑轮组的机械效率与钩码上升的高度
无关
(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
A
(填字母)。A.换用更轻的动滑轮
B.加快提升钩码的速度
答案
2.(1)匀速直线 0.05 (2)80.0 0.035
(3)1、2、4 无关 (4)A 【解析】(1)实验过程中,应缓慢竖直拉动弹簧测力计,使钩码向上做匀速直线运动;第1次实验时,钩码上升的时间为3 s,此过程中,绳子自由端上升的速度为 $v=\frac {s}{t}=\frac {15\ \mathrm{cm}}{3\ \mathrm{s}}=5\ \mathrm{cm/s}=0.05\ \mathrm{m/s}$。
(2)第4次实验时所做的有用功为 $W_{有4}=$$G_{4}h_{4}=6.0\ \mathrm{N}×0.05\ \mathrm{m}=0.3\ \mathrm{J}$,总功 $W_{总4}=$$F_{4}s_{4}=2.5\ \mathrm{N}×0.15\ \mathrm{m}=0.375\ \mathrm{J}$,滑轮组的机械效率为 $\eta _{4}=\frac {W_{有4}}{W_{总4}}=\frac {0.3\ \mathrm{J}}{0.375\ \mathrm{J}}=80.0\% $,额外功$W_{额4}=W_{总4}-W_{有4}=0.375\ \mathrm{J}-0.3\ \mathrm{J}=0.075\ \mathrm{J}$,克服动滑轮重力做的额外功 $W_{动4}=G_{动4}h_{4}=$$0.8\ \mathrm{N}×0.05\ \mathrm{m}=0.04\ \mathrm{J}$,克服绳重和摩擦做功$W_{f4}=W_{额4}-W_{动4}=0.075\ \mathrm{J}-0.04\ \mathrm{J}=$$0.035\ \mathrm{J}$。(3)根据控制变量法,分析1、2、4三次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,物体的重力越大,滑轮组的机械效率越高。分析2、3两次实验的数据可知,钩码的重力相同,钩码上升的高度不同,滑轮组的机械效率相同,所以滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。(4)换用更轻的动滑轮,所做的额外功减少,有用功一定,由$\eta =\frac {W_{有}}{W_{总}}=$$\frac {W_{有}}{W_{有}+W_{额}}=\frac {1}{1+\frac {W_{额}}{W_{有}}}$可知,滑轮组的机械效率增大,故A符合题意;由$\eta =\frac {W_{有}}{W_{总}}=\frac {Gh}{Fs}=\frac {Gh}{F×nh}=\frac {G}{nF}$可知,加快提升钩码的速度,滑轮组的机械效率不变,故B不符合题意。故选A。
(3)1、2、4 无关 (4)A 【解析】(1)实验过程中,应缓慢竖直拉动弹簧测力计,使钩码向上做匀速直线运动;第1次实验时,钩码上升的时间为3 s,此过程中,绳子自由端上升的速度为 $v=\frac {s}{t}=\frac {15\ \mathrm{cm}}{3\ \mathrm{s}}=5\ \mathrm{cm/s}=0.05\ \mathrm{m/s}$。
(2)第4次实验时所做的有用功为 $W_{有4}=$$G_{4}h_{4}=6.0\ \mathrm{N}×0.05\ \mathrm{m}=0.3\ \mathrm{J}$,总功 $W_{总4}=$$F_{4}s_{4}=2.5\ \mathrm{N}×0.15\ \mathrm{m}=0.375\ \mathrm{J}$,滑轮组的机械效率为 $\eta _{4}=\frac {W_{有4}}{W_{总4}}=\frac {0.3\ \mathrm{J}}{0.375\ \mathrm{J}}=80.0\% $,额外功$W_{额4}=W_{总4}-W_{有4}=0.375\ \mathrm{J}-0.3\ \mathrm{J}=0.075\ \mathrm{J}$,克服动滑轮重力做的额外功 $W_{动4}=G_{动4}h_{4}=$$0.8\ \mathrm{N}×0.05\ \mathrm{m}=0.04\ \mathrm{J}$,克服绳重和摩擦做功$W_{f4}=W_{额4}-W_{动4}=0.075\ \mathrm{J}-0.04\ \mathrm{J}=$$0.035\ \mathrm{J}$。(3)根据控制变量法,分析1、2、4三次实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,物体的重力越大,滑轮组的机械效率越高。分析2、3两次实验的数据可知,钩码的重力相同,钩码上升的高度不同,滑轮组的机械效率相同,所以滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。(4)换用更轻的动滑轮,所做的额外功减少,有用功一定,由$\eta =\frac {W_{有}}{W_{总}}=$$\frac {W_{有}}{W_{有}+W_{额}}=\frac {1}{1+\frac {W_{额}}{W_{有}}}$可知,滑轮组的机械效率增大,故A符合题意;由$\eta =\frac {W_{有}}{W_{总}}=\frac {Gh}{Fs}=\frac {Gh}{F×nh}=\frac {G}{nF}$可知,加快提升钩码的速度,滑轮组的机械效率不变,故B不符合题意。故选A。
解析
【分析】
解题思路如下：
1. 第一小问：实验时要保证弹簧测力计示数稳定，拉力大小等于测力计示数，必须让钩码做匀速直线运动，此时系统受力平衡。计算绳子自由端速度时，先从第1次实验数据得到绳子自由端移动距离s=15cm，已知时间为3s，直接用速度公式v=s/t计算，注意单位换算成m/s即可。
2. 第二小问：计算机械效率先分别求出有用功W有=Gh、总功W总=Fs，二者的比值就是机械效率。总功减去有用功得到总额外功，总额外功里包含克服动滑轮重力做的功，用W动=G动h算出这部分额外功，总额外功减去克服动滑轮的额外功，就得到克服绳重和摩擦做的功。
3. 第三小问：根据控制变量法，要探究物重对同一滑轮组机械效率的影响，需要控制滑轮组规格、钩码上升高度相同，只改变物重，筛选符合条件的实验组。对比2、3两次实验，物重相同，提升高度不同，机械效率数值一致，即可判断机械效率和提升高度的关系。
4. 第四小问：根据机械效率的推导公式，分析选项中操作对有用功、额外功比值的影响，选出能提高效率的选项。
【解析】
(1) 实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做匀速直线运动，此时钩码受力平衡，弹簧测力计示数稳定，测量结果准确。第1次实验中，绳子自由端移动距离s=15cm=0.15m，上升时间t=3s，绳子自由端上升的速度v = s/t = 0.15m / 3s = 0.05m/s。
(2) 第4次实验中：
有用功$W_{有4} = G_4h_4 = 6.0\ \mathrm{N} × 0.05\ \mathrm{m} = 0.3\ \mathrm{J}$
总功$W_{总4} = F_4s_4 = 2.5\ \mathrm{N} × 0.15\ \mathrm{m} = 0.375\ \mathrm{J}$
机械效率$\eta_4 = \frac{W_{有4}}{W_{总4}} × 100\% = \frac{0.3\ \mathrm{J}}{0.375\ \mathrm{J}} × 100\% = 80.0\%$
总额外功$W_{额总} = W_{总4} - W_{有4} = 0.375\ \mathrm{J} - 0.3\ \mathrm{J} = 0.075\ \mathrm{J}$
克服动滑轮重力做的额外功$W_{动} = G_{动}h_4 = 0.8\ \mathrm{N} × 0.05\ \mathrm{m} = 0.04\ \mathrm{J}$
忽略空气阻力，克服绳重和摩擦做功$W_f = W_{额总} - W_{动} = 0.075\ \mathrm{J} - 0.04\ \mathrm{J} = 0.035\ \mathrm{J}$
(3) 根据控制变量法，要验证同一滑轮组提升重物时，重物重力越大机械效率越高，需要保持滑轮组相同、提升高度相同，改变物重，符合条件的是1、2、4三次实验。2、3两次实验中，钩码重力相同，钩码上升高度不同，最终机械效率相同，说明滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。
(4) 选项A：换用更轻的动滑轮，提升相同重物时，克服动滑轮重力做的额外功减少，有用功占总功的比值增大，机械效率提高，符合题意；选项B：由机械效率推导式$\eta=\frac{G}{nF}$可知，加快提升钩码的速度，不会改变G、n、F的数值，机械效率不变，不符合题意。故选A。
【答案】
(1) 匀速直线 0.05 (2)80.0 0.035 (3)1、2、4 无关 (4)A
【知识点】
滑轮组机械效率测量，控制变量法，机械效率影响因素
【点评】
本题是滑轮组机械效率的经典实验题，覆盖了实验操作要求、功与机械效率的相关计算、控制变量法的实验应用、机械效率影响因素判断多个考点，重点考察学生对额外功组成的理解，以及控制变量法在探究实验中的逻辑应用，难度适中，是力学实验的核心常考题型。
【难度系数】
0.6
解题思路如下：
1. 第一小问：实验时要保证弹簧测力计示数稳定，拉力大小等于测力计示数，必须让钩码做匀速直线运动，此时系统受力平衡。计算绳子自由端速度时，先从第1次实验数据得到绳子自由端移动距离s=15cm，已知时间为3s，直接用速度公式v=s/t计算，注意单位换算成m/s即可。
2. 第二小问：计算机械效率先分别求出有用功W有=Gh、总功W总=Fs，二者的比值就是机械效率。总功减去有用功得到总额外功，总额外功里包含克服动滑轮重力做的功，用W动=G动h算出这部分额外功，总额外功减去克服动滑轮的额外功，就得到克服绳重和摩擦做的功。
3. 第三小问：根据控制变量法，要探究物重对同一滑轮组机械效率的影响，需要控制滑轮组规格、钩码上升高度相同，只改变物重，筛选符合条件的实验组。对比2、3两次实验，物重相同，提升高度不同，机械效率数值一致，即可判断机械效率和提升高度的关系。
4. 第四小问：根据机械效率的推导公式，分析选项中操作对有用功、额外功比值的影响，选出能提高效率的选项。
【解析】
(1) 实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做匀速直线运动，此时钩码受力平衡，弹簧测力计示数稳定，测量结果准确。第1次实验中，绳子自由端移动距离s=15cm=0.15m，上升时间t=3s，绳子自由端上升的速度v = s/t = 0.15m / 3s = 0.05m/s。
(2) 第4次实验中：
有用功$W_{有4} = G_4h_4 = 6.0\ \mathrm{N} × 0.05\ \mathrm{m} = 0.3\ \mathrm{J}$
总功$W_{总4} = F_4s_4 = 2.5\ \mathrm{N} × 0.15\ \mathrm{m} = 0.375\ \mathrm{J}$
机械效率$\eta_4 = \frac{W_{有4}}{W_{总4}} × 100\% = \frac{0.3\ \mathrm{J}}{0.375\ \mathrm{J}} × 100\% = 80.0\%$
总额外功$W_{额总} = W_{总4} - W_{有4} = 0.375\ \mathrm{J} - 0.3\ \mathrm{J} = 0.075\ \mathrm{J}$
克服动滑轮重力做的额外功$W_{动} = G_{动}h_4 = 0.8\ \mathrm{N} × 0.05\ \mathrm{m} = 0.04\ \mathrm{J}$
忽略空气阻力，克服绳重和摩擦做功$W_f = W_{额总} - W_{动} = 0.075\ \mathrm{J} - 0.04\ \mathrm{J} = 0.035\ \mathrm{J}$
(3) 根据控制变量法，要验证同一滑轮组提升重物时，重物重力越大机械效率越高，需要保持滑轮组相同、提升高度相同，改变物重，符合条件的是1、2、4三次实验。2、3两次实验中，钩码重力相同，钩码上升高度不同，最终机械效率相同，说明滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。
(4) 选项A：换用更轻的动滑轮，提升相同重物时，克服动滑轮重力做的额外功减少，有用功占总功的比值增大，机械效率提高，符合题意；选项B：由机械效率推导式$\eta=\frac{G}{nF}$可知，加快提升钩码的速度，不会改变G、n、F的数值，机械效率不变，不符合题意。故选A。
【答案】
(1) 匀速直线 0.05 (2)80.0 0.035 (3)1、2、4 无关 (4)A
【知识点】
滑轮组机械效率测量，控制变量法，机械效率影响因素
【点评】
本题是滑轮组机械效率的经典实验题，覆盖了实验操作要求、功与机械效率的相关计算、控制变量法的实验应用、机械效率影响因素判断多个考点，重点考察学生对额外功组成的理解，以及控制变量法在探究实验中的逻辑应用，难度适中，是力学实验的核心常考题型。
【难度系数】
0.6
