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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
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
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
(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 $\eta_2=\frac{W_{有2}}{W_{总2}}=\frac{G_2h_2}{F_2s_2}=\frac{4\ \mathrm{N} × 0.1\ \mathrm{m}}{1.8\ \mathrm{N} × 0.3\ \mathrm{m}} \approx 74.1\%$。
(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。
(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 $\eta_2=\frac{W_{有2}}{W_{总2}}=\frac{G_2h_2}{F_2s_2}=\frac{4\ \mathrm{N} × 0.1\ \mathrm{m}}{1.8\ \mathrm{N} × 0.3\ \mathrm{m}} \approx 74.1\%$。
(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。
解析
【分析】
本题是探究滑轮组机械效率影响因素的实验题，解题思路如下：
1. 实验操作：沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，保证拉力稳定，测力计示数等于拉力大小；
2. 机械效率计算：利用公式η=W有/W总=Gh/(Fs)，代入对应实验数据计算；
3. 绕线判断：根据绳端移动距离s与钩码上升高度h的关系，n=s/h确定承担物重的绳子段数，对应绕线图；
4. 结论分析：采用控制变量法，探究机械效率与物重的关系时，控制动滑轮重、提升高度不变，改变物重；探究与动滑轮重的关系时，控制物重、提升高度不变，改变动滑轮重；探究与高度的关系时，控制物重、动滑轮重不变，改变高度。
【解析】
(2)②实验时，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，此时弹簧测力计示数等于拉力大小，操作规范。
(3)第2次实验中，G₂=4N，h₂=0.1m，F₂=1.8N，s₂=0.3m，机械效率η₂=(G₂h₂)/(F₂s₂)=(4N×0.1m)/(1.8N×0.3m)≈74.1%。
(4)由表中数据，s=0.3m，h=0.1m，n=s/h=3，即承担物重的绳子段数为3，对应图B的绕线方式。
(5)第1、2、3次实验，动滑轮重、提升高度相同，物重越大，机械效率越高；探究机械效率与动滑轮重的关系，需控制物重、提升高度相同，改变动滑轮重，故分析第3、5次实验数据。
【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、实验探究（控制变量法）、滑轮组绕线
【点评】
本题为初中力学核心实验题，围绕滑轮组机械效率的影响因素展开，考查实验操作规范、机械效率计算、绕线判断及控制变量法的应用，是期末考常见题型，需熟练掌握相关公式和实验方法。
【难度系数】
0.6
本题是探究滑轮组机械效率影响因素的实验题，解题思路如下：
1. 实验操作：沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，保证拉力稳定，测力计示数等于拉力大小；
2. 机械效率计算：利用公式η=W有/W总=Gh/(Fs)，代入对应实验数据计算；
3. 绕线判断：根据绳端移动距离s与钩码上升高度h的关系，n=s/h确定承担物重的绳子段数，对应绕线图；
4. 结论分析：采用控制变量法，探究机械效率与物重的关系时，控制动滑轮重、提升高度不变，改变物重；探究与动滑轮重的关系时，控制物重、提升高度不变，改变动滑轮重；探究与高度的关系时，控制物重、动滑轮重不变，改变高度。
【解析】
(2)②实验时，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，此时弹簧测力计示数等于拉力大小，操作规范。
(3)第2次实验中，G₂=4N，h₂=0.1m，F₂=1.8N，s₂=0.3m，机械效率η₂=(G₂h₂)/(F₂s₂)=(4N×0.1m)/(1.8N×0.3m)≈74.1%。
(4)由表中数据，s=0.3m，h=0.1m，n=s/h=3，即承担物重的绳子段数为3，对应图B的绕线方式。
(5)第1、2、3次实验，动滑轮重、提升高度相同，物重越大，机械效率越高；探究机械效率与动滑轮重的关系，需控制物重、提升高度相同，改变动滑轮重，故分析第3、5次实验数据。
【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、实验探究（控制变量法）、滑轮组绕线
【点评】
本题为初中力学核心实验题，围绕滑轮组机械效率的影响因素展开，考查实验操作规范、机械效率计算、绕线判断及控制变量法的应用，是期末考常见题型，需熟练掌握相关公式和实验方法。
【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:
|实验次数|钩码重G/N|钩码上升高度h/cm|拉力F/N|绳子自由端移动距离s/cm|机械效率η|
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
|1|2.0|5|
1.0|15|66.7%|
|2|4.0|5|1.8|15|74.1%|
|3|4.0|10|1.8|30|74.1%|
|4|6.0|5|2.5|15||
(1)实验过程中,缓慢竖直拉动弹簧测力计,使钩码向上做
(2)第4次实验时滑轮组的机械效率是
(3)分析
(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
|实验次数|钩码重G/N|钩码上升高度h/cm|拉力F/N|绳子自由端移动距离s/cm|机械效率η|
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
|1|2.0|5|
1.0|15|66.7%||2|4.0|5|1.8|15|74.1%|
|3|4.0|10|1.8|30|74.1%|
|4|6.0|5|2.5|15||
(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
(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 $W_{有4}=G_4h_4=6.0\ \mathrm{N} × 0.05\ \mathrm{m}=0.3\ \mathrm{J}$,总功 $W_{总4}=F_4s_4=2.5\ \mathrm{N} × 0.15\ \mathrm{m}=0.375\ \mathrm{J}$,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 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}=\frac{1}{1+\frac{W_{额外}}{W_{有用}}}$ 可知,滑轮组的机械效率增大,故A符合题意;由 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}=\frac{Gh}{F × nh}=\frac{G}{nF}$ 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。
(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 $W_{有4}=G_4h_4=6.0\ \mathrm{N} × 0.05\ \mathrm{m}=0.3\ \mathrm{J}$,总功 $W_{总4}=F_4s_4=2.5\ \mathrm{N} × 0.15\ \mathrm{m}=0.375\ \mathrm{J}$,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 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{W_{有用}}{W_{有用}+W_{额外}}=\frac{1}{1+\frac{W_{额外}}{W_{有用}}}$ 可知,滑轮组的机械效率增大,故A符合题意;由 $\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{Gh}{Fs}=\frac{Gh}{F × nh}=\frac{G}{nF}$ 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】
本题围绕滑轮组机械效率的测量展开，解题思路如下：
1. 实验中需匀速竖直拉动弹簧测力计，保证钩码受力平衡，测力计示数等于拉力；绳子自由端速度用路程除以时间计算，注意单位换算。
2. 机械效率计算需区分有用功（提升钩码做的功）和总功（拉力做的功），额外功包括动滑轮重力做功、绳重和摩擦做功，通过总功减有用功得额外功，再减去动滑轮额外功得到绳重摩擦的功。
3. 分析机械效率的影响因素用控制变量法，同一滑轮组（动滑轮重相同）时，改变钩码重力看效率变化；钩码重力相同时，改变上升高度看效率变化。
4. 提高机械效率的方法从减少额外功角度分析，动滑轮重力影响额外功，提升速度不影响效率。
【解析】
(1) 实验时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，测力计示数等于拉力；第1次实验中，绳子自由端移动距离$s=15\ \mathrm{cm}=0.15\ \mathrm{m}$，时间$t=3\ \mathrm{s}$，则绳子自由端上升的速度$v=\frac{s}{t}=\frac{0.15\ \mathrm{m}}{3\ \mathrm{s}}=0.05\ \mathrm{m/s}$。
(2) 第4次实验：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$\eta_4=\frac{W_{有4}}{W_{总4}}×100\%=\frac{0.3\ \mathrm{J}}{0.375\ \mathrm{J}}×100\%=80.0\%$；额外功$W_{额4}=W_{总4}-W_{有4}=0.375\ \mathrm{J}-0.3\ \mathrm{J}=0.075\ \mathrm{J}$，克服动滑轮重力的额外功$W_{动4}=G_{动}h_4=0.8\ \mathrm{N}×0.05\ \mathrm{m}=0.04\ \mathrm{J}$，则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) 要探究同一滑轮组机械效率与重物重力的关系，需控制动滑轮重相同，改变钩码重力，故选1、2、4三次实验；2、3实验中钩码重力相同，上升高度不同，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) 提高机械效率的方法：换用更轻的动滑轮，减少额外功，机械效率增大（A符合）；加快提升速度，不改变有用功和额外功的比值，机械效率不变（B不符合），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、速度计算、控制变量法
【点评】
本题考查滑轮组机械效率的计算、影响因素及实验操作要点，需掌握有用功、总功、额外功的区分，控制变量法的应用，是力学实验的高频考点，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕滑轮组机械效率的测量展开，解题思路如下：
1. 实验中需匀速竖直拉动弹簧测力计，保证钩码受力平衡，测力计示数等于拉力；绳子自由端速度用路程除以时间计算，注意单位换算。
2. 机械效率计算需区分有用功（提升钩码做的功）和总功（拉力做的功），额外功包括动滑轮重力做功、绳重和摩擦做功，通过总功减有用功得额外功，再减去动滑轮额外功得到绳重摩擦的功。
3. 分析机械效率的影响因素用控制变量法，同一滑轮组（动滑轮重相同）时，改变钩码重力看效率变化；钩码重力相同时，改变上升高度看效率变化。
4. 提高机械效率的方法从减少额外功角度分析，动滑轮重力影响额外功，提升速度不影响效率。
【解析】
(1) 实验时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，测力计示数等于拉力；第1次实验中，绳子自由端移动距离$s=15\ \mathrm{cm}=0.15\ \mathrm{m}$，时间$t=3\ \mathrm{s}$，则绳子自由端上升的速度$v=\frac{s}{t}=\frac{0.15\ \mathrm{m}}{3\ \mathrm{s}}=0.05\ \mathrm{m/s}$。
(2) 第4次实验：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$\eta_4=\frac{W_{有4}}{W_{总4}}×100\%=\frac{0.3\ \mathrm{J}}{0.375\ \mathrm{J}}×100\%=80.0\%$；额外功$W_{额4}=W_{总4}-W_{有4}=0.375\ \mathrm{J}-0.3\ \mathrm{J}=0.075\ \mathrm{J}$，克服动滑轮重力的额外功$W_{动4}=G_{动}h_4=0.8\ \mathrm{N}×0.05\ \mathrm{m}=0.04\ \mathrm{J}$，则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) 要探究同一滑轮组机械效率与重物重力的关系，需控制动滑轮重相同，改变钩码重力，故选1、2、4三次实验；2、3实验中钩码重力相同，上升高度不同，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) 提高机械效率的方法：换用更轻的动滑轮，减少额外功，机械效率增大（A符合）；加快提升速度，不改变有用功和额外功的比值，机械效率不变（B不符合），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、速度计算、控制变量法
【点评】
本题考查滑轮组机械效率的计算、影响因素及实验操作要点，需掌握有用功、总功、额外功的区分，控制变量法的应用，是力学实验的高频考点，难度适中。
【难度系数】
0.6
