从一道中考题看滑轮组与杠杆原理

从一道中考题看滑轮组与杠杆原理

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36氪

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1.

https://36kr.com/p/3015764371498246

2.

https://easylearn.baidu.com/edu-page/tiangong/questiondetail?fr=search&id=1727068461850883493

3.

http://www.lubanyouke.com/20693.html

4.

https://www.aozhancranes.com/article-item-54.html

5.

http://www.villead.com/news/news_detail.html?uuid=55c0a28962494a2aae4f05852241f759

6.

http://wl.ychedu.com/WLJA/GLJJA/610829.html

7.

https://www.bjmy.gov.cn/zwgk/ztbd/cjqgmztjjbsfq/mzzsll/202410/t20241021_449260.html

8.

https://zhongkejuli.com/gongsi/154.html

9.

https://m.ximalaya.com/ask/t5870709

10.

https://wiki.mbalib.com/wiki/%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E6%95%88%E7%8E%87

在物理学中，滑轮组是一种常见的简单机械，它通过多个滑轮的组合，实现省力或改变力的方向。滑轮组不仅在日常生活中有着广泛的应用，也是中考物理中的重要考点。让我们通过一道中考真题，深入探讨滑轮组的工作原理及其背后的杠杆原理。

题目：如图所示，用滑轮组提升重物时，动滑轮重20N。当用80N的力F匀速提起140N的物体时，若不计绳重和摩擦：

（1）求此时滑轮组的机械效率；
（2）如果向水桶内再加入40N的水后，滑轮组的机械效率如何变化？

滑轮组由定滑轮和动滑轮组成。定滑轮固定不动，主要用于改变力的方向；动滑轮随物体一起移动，能够节省一半的力。将两者组合使用，可以成倍提高效率，用较小的力举起很重的物体。

在本题中，滑轮组由两个动滑轮组成，因此绳子的有效段数为4段。这意味着拉力F只需要承担物体重力的四分之一。这也是为什么用80N的力可以提起140N的物体。

杠杆原理最早由古希腊物理学家阿基米德发现，其核心思想是“用较小的力来撬动较大的物体”。在滑轮组中，每个滑轮都可以看作一个杠杆。通过改变力的作用点和支点的位置，滑轮组实现了力的放大。

在本题中，当物体重量增加时，滑轮组的机械效率反而提高了。这是因为机械效率定义为有用功与总功的比值，而滑轮组在提升更重物体时，有用功占总功的比例更大，从而提高了机械效率。

滑轮组原理在现代工程中得到了广泛应用。例如，在建筑工地上，大型起重机就是滑轮组原理的典型应用。通过多级滑轮组的组合，起重机能够轻松吊起数十吨甚至数百吨的重物。

在港口装卸作业中，滑轮组也被广泛应用于货物的快速装卸。通过优化滑轮组的设计，可以显著提高工作效率，降低劳动强度。

机械效率定义为有用功与总功的比值，反映了机械性能的好坏。在本题中，初始状态下的机械效率为87.5%，而加入水后提高到90%。这说明在相同条件下，提升更重的物体可以提高滑轮组的机械效率。

值得注意的是，机械效率与省力与否无关。一个机械效率高的机械不一定省力，而省力的机械也不一定效率高。例如，内燃机车的功率可以达到几千千瓦，但效率只有30%～40%；而儿童玩具汽车里的电动机效率可达80%，但功率却只有几瓦特。

滑轮组作为人类文明史上的重要发明，不仅在物理学史上具有重要意义，还广泛应用于日常生活中的各种机械工具。从简单的定滑轮到复杂的滑轮组，这些装置都利用了杠杆原理来实现省力或改变力的方向。了解并掌握这些基本原理，不仅能帮助我们更好地理解物理世界，还能启发我们在日常生活中进行创新设计。