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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 表示。
有用
(2)额外功:利用机械时，人们不得不额外做的功，用W 表示。
额外
(3)总功:人的拉力(动力)对动滑轮(机械)所做的功，用W 表示，W =W +W
总 总 有用 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
定义 公式
有 用
提升重物过程中必须要做的功 W
功 有
额 外
利用机械时，人们不得不额外做的功 W
功 额
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总功 有用功和额外功之和 W ＝W ＋W
总 有 额
机 械
科学上把有用功跟总功的比值 η＝×100%
效率
知识四、常考机械的有用功、总功、机械效率计算
简单机械 有用功 总功 额外功 机械效率
杠杆
W =W －W W Gh
W =Gh W =Fs 额 总 有 η= 有=
有用 总 W Fs
用 总
滑轮组
W =Fs W =W －W W Gh Gh G
总 额 总 有 η= 有= = =
W Fs Fnh Fn
W 总 =Gh+G 动 h 用 总
W =Gh
有用
（不计绳重和 W 额 =G 动 h（不 η= W 有= Gh = G
摩擦） 计绳重和摩擦） W Gh+G h G+G
总 动 动
斜面 W 总 =Fl W 额 =W 总 －W 有 η= W 有= Gh
W Fl
用 总
W =Gh W =Gh+fl
有用 总
W 额 =fl Gh
（f为摩擦力） η=
（f为摩擦力） Gh+fl
1. （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
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2. （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
3. （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
4. （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，t 时刻重物开始下落，t 时刻发现模型B运动较快，说明模型B在
0 1
运动过程中，所受液体阻力较 。
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（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
。
5. （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？
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6. （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。
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7. （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。
8. （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。
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1. （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
2. （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
3. （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
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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
4. （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%
5. （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（ ）
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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
6. （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G ＝G ，所用竖直向上的拉力分别为
1 2
F 和F ，拉力做功的功率分别为P 和P ，两装置的机械效率分别为 和 （忽略绳重和摩
1 2 1 2 1 2
擦），则下列选项正确的是（ ） η η
A．F ＞F ＜ P ＜P
1 2 1 2 1 2
B．F 1 ＞F 2η1 ＝η2 P 1 ＝P 2
C．F 1 ＜F 2η1 ＜η2 P 1 ＜P 2
D．F 1 ＜F 2η1 ＞η2 P 1 ＞P 2
7. η（20η23•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
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D．该滑轮组的机械效率为83.3%
8. （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 ＝60%。下列叙述中正确的是
（ ） η
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
9. （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
Gh
C．斜面对物体的摩擦力大小为f＝F−
s
Gh
D．斜面的机械效率为
fs
10. （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
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（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%
11. （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 。
12. （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。
13. （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”）。
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（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。
14. （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 %。
15. （2023•如东县二模）如图所示，2s内拉力F 将物体B匀速提升0.5m，F 做功为3J；
1 1
若借助滑轮组，在相同时间内拉力 F 把物体B匀速提升相同高度，滑轮组的机械效率为
2
75%，不计绳重和摩擦，物体B的质量为 kg，拉力F 做功的功率为 W，动
2
滑轮的重为 N（g取10N/kg）。
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16. （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；
实验 斜面的 物块的重力 斜面高度 沿斜面的拉 斜面长 机械效率
力
序号 倾斜程度 G/N h/m s/m
F/N
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
（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。
17. （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：
次数 物重/N 物体上升 测力计示数/N 测力计 机械效率/%
距离/cm 上升距离/cm
1 2 10 0.8 30 83.3
2 4 10 1.5 30 88.9
3 6 10 2.2 30
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（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。
18. （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？
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19. （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。
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20. （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。
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