实验15 测量滑轮组原卷版本的机械效率

实验15 测量滑轮组的机械效率

基本测试点总结

1 实验目的、原理和方法

(1)实验目的：探讨影响滑轮组机械效率的因素。

(2)实验原理：

(3)实验方法：控制变量法。

2、实验设备：钩码、滑轮组、铁架、细钢丝、弹簧测力计、秤。

(1)Hook代码：提供物体的重力。

(2) 尺度：测量物体移动的距离。

(3)铁架：安装滑轮组。

(4)细导线：连接实验。

(5)弹簧测力计：测量拉力。

(6)滑轮组：实验对象。

3. 实验程序和图像

步骤 如图所示组装滑轮组。

第二步：将钩码挂在滑轮组下方，记录钩码的重力，用弹簧测力计垂直拉动绳子的自由端，记录弹簧测力计的读数。

步骤 如图所示放置秤，分别记录钩码和绳索自由端的起始位置。

步骤用弹簧测力计匀速拉动绳子的自由端，使物体匀速上升一定距离，记录弹簧测力计的读数，记录物体在运动后到达的最终位置。上升，绳索自由端到达最终位置。

第五步：根据测量数据，分别计算出钩码上升的距离h和绳索自由端移动的距离s，然后根据W有用=Gh和W总=Fs计算有用功和总功， 按

计算该滑轮组的机械效率。

步骤 改变钩码的重力，重复上述实验步骤。

步骤 保持钩码重力不变，改变动滑轮数量，重复上述实验步骤。

步骤 整理实验设备。

4 实验结论及应用

(1)滑轮组的机械效率与物体的重力和动滑轮的数量有关。

(2)对于同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。

(3)不同的滑轮组机械效率不同，物体重量相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。

5.实验补充

(1)由定滑轮和动滑轮组合而成的装置称为滑轮组；使用滑轮组可以省力并改变力的方向，但需要距离。

(2)使用滑轮组时，滑轮组利用几段绳子来悬挂物体。用于提升物体的力是物体重量的一小部分。也就是说，如果功率忽略滑轮的重量，则有；其中n 是承受物体重量的绳段数。

(3)用滑轮组提升物体时，虽然省力，但浪费了距离。滑轮组有几段绳索悬挂物体，绳索自由端移动的距离是重物提升距离的数倍；假设物体被提升的距离为h，则绳索自由端移动的距离为s=nh（n代表绳索承受物体重量的节数）。

（4）使用滑轮组时（忽略摩擦阻力）：滑轮组用几段绳子悬挂物体。提起物体所用的力是物体重量的几分之一，即功率；如果忽略滑轮的重量，则有；其中n 是负载称重物体的绳段数。

其中：F pull——拉力，Gdynamic——动滑轮的重力，Gobject——被提升物体的重力，n——动滑轮上悬挂的绳子的节数。

(5)使用动滑轮时，条件不同，拉力的计算方法也不同。

当物体垂直方向运动时：当忽略动滑轮的重量、绳索的重量以及滑轮与绳索之间的摩擦力时，拉力等于物体重力的1n/n。目的；当忽略绳子的重量以及滑轮与绳子之间的摩擦力时，拉力等于物体与动滑轮的重力之和的n分之一；实际情况下，动滑轮的重量、绳索的重量以及滑轮与绳索之间的摩擦力都不能忽略，那么拉力就等于物体的重力除以n与机械效率的乘积。

物体在水平面上运动时：当忽略动滑轮的重量、绳索的重量以及滑轮与绳索之间的摩擦力时，拉力等于所受摩擦力的1n/n通过对象；当忽略绳子的重量以及滑轮与绳子之间的摩擦力时，忽略摩擦力时，拉力等于物体上摩擦力的n分之一；实际情况中，动滑轮的重量、绳索的重量以及滑轮与绳索之间的摩擦力都不可忽略，因此拉力等于物体所受到的摩擦力除以n的乘积和机械效率。 （注：n为滑轮股数）。

6. 常见实验问题

(1)实验时应将弹簧测力计沿垂直方向匀速拉动。

(2)从实验数据可以得出，当使用同一个滑轮组提升相同的重物时，滑轮组的机械效率与重物的提升高度无关。

(3)通过实验数据可以得出，同一滑轮组提升的物体越重，该滑轮组的机械效率越高。

(4)通过实验数据可以得出，不同滑轮组提升相同重量时，动滑轮越重，机械效率越小。

(5)通过本实验可以知道，增加物体的重量或减小动滑轮的重力可以提高滑轮组的机械效率。

（6）通过改变实验中钩码数量和动滑轮数量进行多次实验的目的是什么？

答：改变钩码个数和动滑轮个数，即可得到多组数据。这样可以避免一组数据的偶然性，得出通用的规则。

(7)同一滑轮组：卷绕方式和重物提升高度不影响滑轮的机械效率。

精选真题合集

1、（2023•湘潭）用如图所示的装置测量滑轮组的机械效率。部分实验数据如下：

实验次数

吊钩代码重力G/N

钩码上升高度h/cm

拉力F/N

绳索自由端移动距离s/cm

机械效率eta

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)实验时，垂直缓慢拉动弹簧测力计，使钩码向上移动。第一个实验中，钩码的上升时间为3s。在此过程中，绳索自由端的上升速度为m/s。

(2)第四次实验所做的有用功为J，滑轮组的机械效率为%。

（3）对实验1、2、4的数据分析可知，使用同一套滑轮组提升重物时，重物的重力越大（选择“大”或“小”），则提升的高度越高。滑轮组的机械效率；分析2、3 从本次实验的数据可以看出，滑轮组的机械效率和钩码的高度有所上升

（选择“相关”或“不相关”）。

(4)当使用滑轮组提升重物时，以下选择也可以提高机械效率。

A. 更换较轻的动滑轮

B、提高提升物体的速度

2、（2023·怀化）提高机械效率才能充分发挥机械设备的作用。一组学生进行了“测量滑轮组的机械效率”实验。实验中测得的数据如表所示。

频率

物体重力G/N

举升高度h/m

拉力F/N

绳端移动的距离s/m

机械效率eta

1

2

0.1

1

0.3

66.7%

2

3

0.1

1.4

0.3

71.4%

3

4

0.1

1.8

0.3

4

4

0.2

1.8

0.6

74.1%

(1)实验时应将弹簧测力计尽可能垂直向上拉动(可选“匀速”或“加速”)。

(2)计算第三组实验的有用功J，机械效率为（结果精确到0.1%）。

(3)通过对第一、第二、第三次实验数据的分析比较，可以确定，用同一个滑轮组吊运物体时，被吊运的物体越重，滑轮组的机械效率（可选） “更高”或“更低”或“不变”）；通过对第三次和第四次实验数据进行分析比较，可以发现机械效率与物体上升的高度有关（可选“相关”或“不相关”） ）。

3 (2021•遂宁) 涪江六桥工地上矗立的塔式起重机是一种利用电动机驱动滑轮组吊运重物的设备。如何提高滑轮组的机械效率并节省电能？为此，学生们对“影响滑轮组机械效率的因素”进行了实验研究。所用装置如图所示，实验数据记录如下表：

实验次数

钩码重量G/N

钩码上升高度h/m

绳端张力F/N

绳端移动距离s/m

机械效率eta

1

2

0.1

1.2

0.3

55.6%

2

2

0.2

1.2

0.6

55.6%

3

4

0.1

1.9

0.3

70.2%

4

4

0.1

1.3

0.5

61.5%

(1)实验时应将弹簧测力计沿垂直方向拉动。

(2)从表中数据分析可以看出，第四次实验是采用如图所示的装置完成的。

(3)通过对比实验数据1和2可以得出，当使用同一个滑轮组提升相同的重物时，滑轮组的机械效率与重物的提升高度无关。

（4）通过比较两次实验数据，可以得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，该滑轮组的机械效率越高（填写实验次数的序号）。

(5)通过对比3和4的实验数据可以得出，不同滑轮组提升相同重量时，动滑轮越重，机械效率越小。

（6）为了提高滑轮组的机械效率，节省电能，根据以上结论和生活经验，你建议可以采取哪些措施（多选）。

A.减轻动滑轮的重量B.增加提升物体的重量C.给机器添加润滑油D.增加重物的提升高度

4 (2022•向阳) 一名学生利用如图所示的实验装置测量了滑轮组的机械效率。相关数据记录于下表中。

实验次数

钩码重量G/N

钩码上升高度h/cm

拉力F/N

绳端移动距离s/cm

机械效率eta

1

1.0

10

0.6

30

55.6%

2

2.0

10

1.0

30

3

4.0

10

1.6

30

83.3%

(1)实验时，用滑轮组吊重物时，应将弹簧测力计垂直向上拉；

(2) 在第二次实验中，滑轮组的机械效率为；

(3)对第1次、第2次、第3次实验数据分析表明，使用同一个滑轮组提升重物时，物体越重（可选“较重”或“较轻”），滑轮的机械效率越高堵塞；

(4) 小七做了上面的第三个实验，只是改变了举起物体的速度。结果表明，滑轮组的机械效率为

（选择“变大”、“变小”或“不变”）。

5 (2022·南通)利用图A所示的滑轮组进行了“探究动滑轮重量对滑轮组机械效率的影响”的实验。实验中，在动滑轮的框架上安装了不同的磁铁，以改变滑轮的重量。在每次实验中，以恒定速度拉动绳子末端，使物体上升10厘米。忽略绳索重量，实验数据如表所示。

频率

G 事物/N

G移动/N

前/后

数/%

1

6.0

0.3

2.2

90.9

2

6.0

1.0

3

6.0

1.9

2.9

69.0

4

6.0

3.2

3.4

58.8

(1) 每次实验中绳端的移动距离为cm；

(2)第二次实验中的拉力F如图B所示，读数为N，第二次实验中滑轮组的机械效率为%。分析数据可知：当物体重量不变时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越大；

(3) 实验中若仅增加绳端移动的距离，则滑轮组的机械效率为；

(4)本实验中，当物体重量不变，动滑轮变重时，由摩擦力产生的额外功占总额外功的比例。

（选择“变大”、“变小”或“不变”）。

6 (2020·大庆) 在测量滑轮组机械效率的实验中，小红使用图中的装置以匀速垂直提升重物，并记录了一些实验数据，如下表所示：

钩码总重G/N

钩码上升高度h/m

测功机张力F/N

测功机绳端移动距离s/m

3

0.1

0.3

(1)上表中测力计的拉力示值如图17所示，则此时拉力的测量值为N。

(2) 本实验滑轮组的机械效率为。

7、（2023·枣庄）提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用，对节能减排、提高经济效益具有重要意义。科技创新团队根据生活经验和客观事实，对影响滑轮组机械效率的因素做出如下猜想：

猜想一：滑轮组的机械效率与提升物体的高度有关

猜想二：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关

猜想三：滑轮组的机械效率与提升物体的重力有关

基于该猜想，利用图A、B、C所示的装置进行了实验研究，测得的实验数据如下表所示。

实验次数

吊钩重力代号G/N

钩码上升高度h/m

绳端张力F/N

绳端移动的距离s/m

机械效率eta

1

2

0.1

0.90

0.3

74.1%

2

4

0.1

1.50

0.3

88.9%

3

4

0.1

1.25

0.4

4

4

0.2

1.50

0.6

88.9%

(1)实验时应将弹簧测力计沿垂直方向缓慢向上拉动；

(2) 从表中数据分析可知，采用图中装置完成了第三次实验，其机械效率=；

（3）对比2和4的实验数据，可以验证猜想I为（可选“正确”或“错误”）；

（4）通过比较两次实验的数据（填写实验编号），得出结论：同一个滑轮组提升重物时，物体重量越大，滑轮组的机械效率越高；

(5)通过比较2和3的实验数据可以得出，不同滑轮组提升相同重量时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。

8 (2023•绥化) 如图所示，在“测量滑轮组机械效率”的实验中，采用图2中的三个实验装置A、B、C进行实验。实测实验数据如表所示。 （吊钩码规格相同，动滑轮越多，重力越大）

实验次数

吊钩代码重力G/N

举升高度h/m

绳端张力F/N

绳端移动距离s/m

机械效率eta

1

4

0.1

0.3

2

8

0.1

3.2

0.3

83.3%

3

8

0.1

2.0

0.5

80.0%

(1)实验时应将弹簧测力计沿垂直方向拉动。

(2)第一个实验中，如图1所示，弹簧测力计的指示为N，机械效率为（精确到0.1%）。

(3) 由1和2的实验数据可以得出：

(4)从两次实验数据可以看出，使用不同滑轮组提升相同重量时，动滑轮越重，机械效率越低。

(5) 在第三次实验操作的基础上，通过改变绳端张力的方向，如图2D所示，测得滑轮组的机械效率为。 （选择“更高”、“更低”或“不变”）

9、（2022•铜仁市）在课外延伸服务社活动中，“勇敢创造”兴趣小组拟探索“影响滑轮组机械效率的因素”实践活动，提出以下科学猜想：

猜想一：滑轮组的机械效率可能与被提升物体的重力有关；

猜想2：滑轮组的机械效率可能与被提升物体的高度有关。

现有实验设备支架、绳子、轻型滑轮两个、弹簧测力计（合适范围）、规格为2N的钩码多个。实验装置如图所示。请帮助“勇敢创造”兴趣小组完成实验。

(1)除上述实验设备外，完成实验所需的量具还有。

(2)实验数据记录如下表：

频率

物体重力（N）

物体上升高度(cm)

弹簧测力计

指示（N）

绳子自由端移动的距离（cm）

机械效率

1

2

10

1.0

30

66.7%

2

4

10

1.7

30

……

3

6

10

2.4

30

83.3%

根据表中数据，第二次实验滑轮组的机械效率为；

分析实验数据，可以得出结论：同一滑轮组将物体提升到相同高度时，机械效率越高；

为了验证猜想2，你的关键操作是。

10 （2022·呼和浩特）学习了机械效率的概念后，小娟和小宇讨论：无论绳子重量和摩擦力如何，同一个滑轮组以匀速提升不同的货物到相同的高度，动滑轮的重力保持不变，并且额外的工作保持不变。机械效率是否变化的问题。小娟认为：“随着物体重量的增加，有用功增加，总功也增加，所以机械效率可能会改变，也可能不会改变。”小宇认为：“随着物体重量的增加，有用功增加，总功也增加，所以附加功占总功的比例减少，机械效率必然增加。”两人争论不休，决定进行实验。下表是他们使用滑轮组实验时收集到的相关数据：

动滑轮重量G动/N

物体重量G/N

物体上升距离h/m

拉力F/N

张力施加点移动距离s/m

滑轮组机械效率

1

0.5

1

0.1

0.5

0.3

66.7%

2

0.5

2.5

0.1

1.0

0.3

81.5%

3

0.5

4

0.1

1.5

0.3

(1)请分析表中数据，并在图中画出本实验中滑轮组的绕制方法；

(2) 表中第三个实验中，滑轮组的机械效率为；

（3）实验验证，（请填写“小娟”或“小宇”）正确。

11、（2020•岳阳）《测量滑轮组机械效率》实验数据如下：

实验次数

物体重量G(N)

物体上升高度h(m)

拉力F(N)

绳索自由端移动距离s（m）

机械效率

1

4

0.1

2.0

0.3

66.7%

2

5

0.1

0.3

69.4%

3

6

0.1

2.6

0.3

(1)实验时应垂直向上拉动弹簧测力计。

(2)第二次实验中弹簧测力计的指示为N，如图所示。

(3) 第三次实验中滑轮组的机械效率为。 （保留小数点后一位）

(4)若用该滑轮组提升7N重物，其机械效率可为（可选数字）。

A.60% B.70% C.80%

12 (2020•长沙) 实验团队使用下图所示的实验装置来测量滑轮组的机械效率。部分实验数据如表所示。

(1)实验时，弹簧测力计应尽可能垂直向上拉动；

(2)第一次实验中测得的滑轮组的机械效率为%；

(3)对以上数据分析可知，使用同一个滑轮组提升重物时，被提升物体的重力越大，滑轮组的机械效率越高。

实验次数/物理量

1

2

3

4

吊钩重量G个/N

0.5

1.0

1.5

2.0

钩码上升高度h/m

0.1

0.1

0.1

0.1

绳端张力F/N

0.3

0.5

0.7

0.9

绳端移动距离s/m

0.3

0.3

0.3

0.3

机械效率eta

67%

71%

74%

13.（2020•天津）在探讨影响滑轮组机械效率的因素时，肖明提出了以下猜想：

猜想一：滑轮组的机械效率与提升物体的重力有关

猜想2：滑轮组的机械效率与动滑轮上的重力有关。

为了验证猜想，准备了以下设备：两个相同的滑轮、一根绳子、多个钩子、一个秤和一个弹簧测力计。

小明将两个滑轮分别作为定滑轮和动滑轮组装成一个滑轮组。他用滑轮组吊起不同数量的吊钩码，进行了三个实验。数据如下表所示：

实验次数

吊钩代码上的重力G/N

举升高度h/m

拉力F/N

绳端移动的距离s/m

机械效率eta

1

2.0

0.1

1.0

0.3

66.7%

2

4.0

0.1

1.8

0.3

74.1%

3

6.0

0.1

2.5

0.3

请回答以下问题：

(1) 表中第三次实验滑轮组的机械效率为；根据表中数据画出图中滑轮组的绕制方法；

(2)从表中数据分析可以看出，同一个滑轮组用于提升不同的物体。物体越重，滑轮组的机械效率越高（可选“更高”、“更低”或“不变”）；

(3) 为了验证第二个猜想，需要增加的实验设备为。

14.（2020·湘潭）测量滑轮组的机械效率如图所示。部分实验数据如下。

实验次数

吊钩代码重力G/N

钩码上升高度h/cm

拉力F/N

绳端移动距离s/cm

机械效率eta

1

1.0

5

15

55.6%

2

1.5

5

0.8

15

3

2.0

5

1.0

15

66.7%

4

2.0

10

1.0

30

66.7%

(1)实验时应缓慢拉动弹簧测力计，使钩码垂直向上移动。在第一次实验中，弹簧测力计指示N，如图所示。

(2) 第二次实验所做的有用功为J，滑轮组的机械效率为J。

（3）对实验1、2、3的数据分析可知，使用同一套滑轮组提升重物时，重物的重力越大（选择“大”或“小”），则提升的高度越高。滑轮组的机械效率；分析3和4 从本次实验的数据可以看出，滑轮组的机械效率和钩码的高度上升

（选择“相关”或“不相关”）。

(4)根据生产、生活实际，使用滑轮组吊运重物时，采取以下选择也可以提高机械效率。

A. 增加绳索重量B. 减少动滑轮的重量C. 提高提升物体的速度

15 (2020·朝阳) 在“测量滑轮组机械效率”的实验中，实验组利用如图所示的装置进行了实验。实验数据记录如表所示，第三次实验的拉力如图所示。

实验次数

吊钩代码G/N所施加的重力

升钩高度代号h/cm

拉力F/N

绳子自由端移动的距离s/cm

机械效率eta

1

2

10

0.8

30

83.3%

2

4

10

1.5

30

3

6

10

30

*

(1)实验时应拉动弹簧测力计，使钩码上升；

(2) 表中编号的数据应为；编号为的数据应为；

(3) 通过对比实验数据可以得出的实验结论是：使用相同的滑轮组，

(4) 如果在第一个实验中忽略绳索重量和摩擦力，可计算出动滑轮的重力为N。

16、（2020•东营）学习完《滑轮组机械效率》后，兴趣小组对“斜面机械效率与哪些因素有关”这个话题产生了浓厚的兴趣。他们猜测，作为一种简单的机械，斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。为此，实验室提供以下设备：长木板、滑木（长宽高比例为1:2:4）、木块（带挂钩）、摆轮游丝测力计、秒表、秤、薄片线。请根据您的需要选择合适的设备并完成以下问题。

(1) 实验目的：

(2)实验设备：

(3) 实验步骤：

用户评论

莫失莫忘

这个实验设计还挺有意思，之前也没想太多滑轮组是怎么工作的。结果里也把计算公式写出来好理解，希望能看到实际效果图或者视频，会更有画面感！

    有16位网友表示赞同！

你很爱吃凉皮

关于滑轮组的机械效率，讲真我以前一直以为是100%啊。没想到它也有效率损失，而且这个实验数据挺有说服力的，应该让大家都看一看。

    有14位网友表示赞同！

微信名字

读到“原卷版”就觉得很有专业的感觉，应该是很真实的实验结果吧？这种实验报告形式也很好用，直接清楚明白，不像很多博主的教程那么含糊其辞。

    有6位网友表示赞同！

南初

测量滑轮组的机械效率还挺费劲的事吧？感觉这实验步骤有点复杂诶，不过我挺欣赏这种踏实认真做事的态度，希望以后还能看到更多实验文章！

    有10位网友表示赞同！

将妓就计

这个理论分析部分听得稍微有些懵，数学公式太多了… 其实我更想知道用滑轮组能有什么实际的应用场景啊？比如日常生活中哪个地方用到它？

    有13位网友表示赞同！

聽風

实验结果很直观，数据准确度也挺高的。而且表格分类清晰易懂，这让我对滑轮组的作用和原理有了更深入的了解，点赞！

    有9位网友表示赞同！

猫腻

“原卷版”意味着没有刻意美化或篡改数据吗？ 这点很棒！希望能鼓励更多人做科学态度的研究，不用为了流量而假造结果。

    有16位网友表示赞同！

此刻不是了i

这个实验数据对学习物理很有帮助啊，特别是理解力与功这两概念的关系。不过能把实验视频放在一起更好一些，更直观地展示一下滑轮组的效果。

    有18位网友表示赞同！

瑾澜

感觉这个实验有点枯燥… 我比较喜欢看动手操作和实际应用的实验，例如用滑轮组搬运货物，这样更有趣也更实用！

    有17位网友表示赞同！

红尘滚滚

测量滑轮组机械效率确实是一件细致的事，不仅要考虑摩擦力等因素，还要保证实验环境稳定，这份报告很详细地介绍了这些技术细节，非常专业。

    有18位网友表示赞同！

寻鱼水之欢

说实话，这个“原卷版”的标题很有个性。虽然内容比较专业，但我很欣赏这种真实、坦诚的态度，希望以后能看到更多这类实证性的文章！

    有18位网友表示赞同！

有一种中毒叫上瘾成咆哮i

这个实验设计的原理很棒，但我感觉测量值可能受到很多未知因素影响呀，比如空气阻力、材料摩擦等等，这些都在计算结果里体现出来吗？

    有20位网友表示赞同！

荒野情趣

说句实话，我读到公式就头疼了… 希望以后能把理论部分结合更直观的图形或模型展示出来，这样更容易理解。

    有7位网友表示赞同！

烟雨离殇

滑轮组虽然可以提高工作效率，但它的机械效率永远低于100%是吗？这让我有点失望，因为如果全是用能源的话，应该理论上是能达到完全输出吧！

    有17位网友表示赞同！

命硬

这个实验的数据分析很有逻辑性，从各个方面都考虑到了影响因素。不过我觉得可以改进的地方在于，把结论总结得更清楚一些，方便读者快速 grasp 关键信息。

    有18位网友表示赞同！

可儿

“原卷版”虽然看起来很专业，但我也能感受到作者为了真实表达实验过程付出了多少努力！希望更多人学习这种实证研究的精神。

    有9位网友表示赞同！

代价是折磨╳

我想知道这个实验的实验目的是什么？想要通过它验证什么理论呢？可以简单地介绍一下吗？这样我可以更理解他的意义了。

    有12位网友表示赞同！

大王派我来巡山！

我觉得这个实验很有用，可以帮助我更好地理解滑轮组的基本原理和实际应用。以后可以在生活中注意观察一下应用这些知识！

    有8位网友表示赞同！

此生一诺

如果能把实验过程拍成视频，让大家更容易理解和感受的话，会更好！

    有16位网友表示赞同！