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第16课时 运动和力
牛顿第一定律
例1 如图所示,小球沿弧形斜槽从A点运动到水平轨道的B点时,如果小球受到的外力突然全部消失,那么小球的运动状态将是( )
A.匀速直线运动
B.立即停止运动
C.速度越来越快
D.速度越来越慢
【解析】由牛顿第一运动定律可知,物体不受外力时将保持原来的运动状态不变,因此小球沿弧形斜槽从A点运动到水平轨道的B点时,如果小球受到的外力突然全部消失,则小球的运动状态不会改变,即小球将做匀速直线运动。
1.在探究“阻力对物体运动的影响”时,让同一小车每次都从同一斜面的同一位置静止滑下,使小车分别在毛巾、棉布和木板上运动直至静止,小车运动的距离如图所示。下列说法中正确的是( )
A.小车在毛巾上运动的距离最短,说明此时小车的惯性最小
B.小车在木板上运动的距离最长,是因为小车到达斜面底部时的速度最大
C.小车在毛巾、棉布和木板上运动的距离不同,是因为小车每次受到的摩擦力大小不同
D.小车在毛巾、棉布和木板上运动的距离不同,但每次小车受到的阻力相同
2.如图为某同学“探究牛顿第一定律”的实验装置,实验中该同学先后三次将同一木块放在同一斜面上的同一高度,然后分别用不同的力推了一下木块,使其沿斜面向下运动,逐渐减小水平面的粗糙程度,观察木块移动的距离,从而得出力和运动的关系。
(1)根据对照实验设计中采用的控制变量法来看,实验操作中有
一处明显的错误是(不需要解释错误的原因)_________________
___________。
(2)更正错误后进行实验,从实验中观察到,随着摩擦力的逐渐
减小,木块在水平面上运动的距离逐渐 _____,运动的时间越来
越 长 ,但由于实验中摩擦力 ___________,所以不可能观察到
木块在水平面上做匀速直线运动的情形。
(3)在上述实验观察分析的基础上,可以推测:如果摩擦力减小
为零,水平面足够长,那么木块在水平面上的速度既不减小,也
不增加,运动方向也不发生变化,木块将 _______________。
分别用不同的力推
了一下木块
变长
不可能为零
做匀速直线运动
惯性
例2 公交驾驶员进行驾驶技能比赛时,可通过“一杯水”来考验驾驶员的行车技术。将一杯水静置在正常行驶的公交车的置物台上(如图),司机突然刹车时,杯中水可能发生的情况是( )
A.仍保持水平
B.将向前溢出
C.将向后溢出
D.会溢出,但不能确定溢出方向
【解析】司机突然刹车时,车的速度减慢,杯子速度也随之减慢,而杯中水由于惯性仍然会以原来的速度向前运动,水就可能会向前溢出。
例3 科学活动课上,小明用实验方法判断鸡蛋的生与熟。他先将鸡蛋在水平桌面上旋转起来,如图所示,再轻压按停旋转的鸡蛋,松手后,发现鸡蛋还能继续旋转起来,由此他认为该鸡蛋是生的。小明的判断是否正确?请用惯性知识简要说明。
答:正确;生鸡蛋的蛋清和蛋黄是液体,与蛋壳不是一个整体,当手制动后,蛋清和蛋黄由于惯性仍保持原来的运动状态,不会立即停止运动,松手后,蛋清和蛋黄又会带动蛋壳转动起来。
3.下列车贴中的提示语,属于防止因惯性带来危害的是( )
A.不要靠近,小心急刹
B.你让我让,心宽路宽
C.别滴滴,越催越慢
D.夜间会车,拒绝大灯
4.大老虎从静止开始加速追赶小羚羊,快追上时,羚羊突然急转弯逃脱了老虎的捕捉。在此过程中,下列说法正确的是( )
A.老虎静止时没有惯性
B.老虎加速过程中惯性增大
C.老虎惯性大不易转弯
D.老虎惯性小不易转弯
5.市民积极践行“文明出行”的各项规定,比如骑电瓶车的规定为:出行要戴头盔(头盔外部材料坚硬,内部材料松软),不带12岁以上的人,不超速行驶。请运用科学知识,从安全角度解释该规定的科学道理。
科学道理:
①一定速度的电瓶车质量大时,动能大,发生事故时将造成更大伤害。
②头盔外部坚硬,能抵抗一定程度来自外部的力量,减小对头部的伤害。
③头盔内部材料松软,发生碰撞时可增大头部的受力面积,减小压强。
④头盔内部松软,发生碰撞时利于将机械能转化为内能,起缓冲作用。
⑤若带上12岁以上的人,电瓶车总质量会明显增大,电瓶车惯性将较大,容易导致交通事故的发生。
⑥超速行驶的电瓶车在遇到紧急情况刹车时制动距离长(不易停下来),容易导致交通事故的发生。
⑦一定质量的电瓶车超速行驶,电瓶车因速度过大,动能会很大,发生事故时将造成更大伤害。
平衡力与相互作用力
例4 如图所示,站在地面上的小蚂蚁顽强地托着树
叶。关于该静止的树叶,下列说法中正确的是( )
A.树叶受到重力和蚂蚁的支持力作用,这是一对平衡力
B.树叶受到重力和蚂蚁的支持力作用,这是一对相互作用力
C.树叶能够静止,是因为蚂蚁对它的支持力小于树叶受到的重力
D.树叶能够静止,是因为蚂蚁对它的支持力大于树叶受到的重力
【解析】树叶受到重力和蚂蚁的支持力作用,二者作用在同一物体上、大小相等、方向相反、在同一直线上,符合二力平衡的条件,故A正确,B不正确;树叶能够静止,是因为蚂蚁对它的支持力等于树叶受到的重力,故C、D不正确。
6.妈妈做饭时,小军在旁边仔细观察,联想到许多科学知识,其中错误的是( )
A.在饺子上捏出了漂亮的花边,是力改变了物体的形状
B.把鸡蛋向碗沿一撞,鸡蛋就破了,是利用了力的相互作用
C.泼水时,盆留在手中,水由于惯性飞出去了
D.静止在水平桌面上的电饭锅受到的支持力和它对桌面的压力是一对平衡力
7.第24届冬奥会将于2022年在北京举行。如图所示为运动员穿着滑雪板在水平雪地上进行滑行训练的情景。下列说法中,正确的是( )
A.穿滑雪板是为了减小对雪地的压力
B.雪地对滑雪板的支持力和滑雪板对雪地的压力
是一对相互作用力
C.滑雪板受到的重力和雪地对滑雪板的支持力是一对平衡力
D.运动员的速度越大,他的运动状态越难被改变
8.如图所示,拴在细线下的小球在竖直平面内来回摆动。小球
摆到最高点A时,小球处于 _______(填“平衡”或“非平衡”)
状态,理由是 _________________________________。
非平衡
小球所受重力和拉力不在同一直线上
研究二力平衡的条件
例5 在“探究二力平衡条件”的活动中,主要是通过探究力对物体的作用效果来实现探究目的。
(1)如图甲所示装置是探究二力平衡条件的一种方法,实验中通
过改变砝码的_______来探究二力大小的关系;通过扭转小车松
手后观察小车的状态,来探究二力是否 _______________。
(2)小明发现用图甲装置无法完成全部探究过程,又设计了图乙
所示的装置。在卡片平衡时,用剪刀将卡片从中间剪开,并观
察随之发生的现象,由此可以得到二力平衡的又一个条件:
_______________________。把卡片支撑起来,不再与桌面接触
的目的是 _______________________。
质量
在同一条直线上
二力作用在同一物体上
减小摩擦力对实验的影响
【解析】(1)甲装置实验中通过改变砝码质量来改变对小车拉力的大小,所以可探究二力平衡二力大小的关系;保持两边力相等,用手将小车扭转一定角度后松手,小车不能处于静止状态,要发生转动,可以探究二力平衡二力是否必须作用在同一条直线上;(2)当小卡片平衡时,用剪刀沿虚线迅速剪断小卡片,由于二力不在同一物体上,所以两侧钩码落下,说明二力平衡的又一个条件是两个力必须作用在同一物体上;把卡片支撑起来,不再与桌面接触,卡片与桌面间就不存在摩擦力,即减小了摩擦力对实验的影响。
9.为研究作用在物体上的两个力满足什么条件时,才能使物体
处于平衡状态,进行如下实验。
(1)选用轻薄塑料片作为图甲实验研究对象的原因是 _________
_______________________。
(2)将图甲中静止的研究对象转到虚线位置,松手
后发现研究对象发生转动。据此可以得出结论:
作用在物体上的两个力需要满足的条件是 _____
_______________,物体才处于静止状态。
减小研究
对象的自重对实验的影响
作用
在同一条直线上
(3)如图乙所示,若启动电动机继续进行研究:当弹簧测力计示数
与物体重力大小相等时,观察物体的运动状态;当弹簧测力计示
数与物体重力大小不相等时,再观察物体的运动状态。继续这项
研究的目的是_____________________________________________
_______________________。
作用在物体上的两个力大小满足什么条件,物体才
能保持匀速直线运动状态
摩擦力
例6 下列关于人行走时后脚受到的摩擦力方向的示意图,正确的是( )
【解析】人在行走时,脚有向后运动的趋势,故受到向前的摩擦力作用。
【指点迷津】判断摩擦力方向的关键是判断相对运动的方向,因为摩擦力是阻碍物体相对运动(趋势)的力,其方向与相对运动方向相反即可。阻碍物体运动与阻碍物体相对运动是不同的。
10.在家庭卫生间里常见这种吸盘卷纸挂,只要将吸盘中的空气
排尽,该卷纸挂就能静止在墙壁上。已知卷纸挂的质量为0.1千
克,吸盘的表面积为3厘米2,则当空卷纸挂静止在墙壁上时,其
受到的摩擦力方向为 _________,摩擦力的大小为 ____。(g取
10牛/千克)
竖直向上
1牛
11.随着电子商务的发展,人们购物变得十分便捷,如图是分拣
快递件的皮带传输机,转动轮带动水平皮带匀速向右运动。将一
快递件轻轻放在皮带的左端,快递件在皮带的作用下向右做速度
增加的变速直线运动,此时快递件受到的摩擦力的方向为______
(填“向右”或“向左”),经过较短时间后,快递件随皮带一起
以相同的速度向右做匀速直线运动,此时快递件受到的摩擦力
_______(填“为零”“方向向左”或“方向向右”)。
向右
为零
12.摩擦现象广泛存在于人们的生活与生产中。小梦围绕生活中的摩擦现象进行了探究。
(1)小梦分别对物体在静止状态和运动状态下
受摩擦力情况进行了研究,并绘制了如图所
示图象。请比较图象中A、B两点处力的大小
(填“>”“<”“=”或“不能确定”):
①FA_____fA;②FB __fB;③F0____FB。
(2)物体在B点做 _____(填“加速”“减速”或“匀速”)运动。
=
>
<
加速
影响滑动摩擦力大小的因素
例7 自行车是我们熟悉的交通工具,从自行车的结构和使用来看,它涉及很多有关摩擦的知识。下列说法正确的是( )
A.捏住刹车后把没有推动水平地面上的自行车,是因为推力小于摩擦力
B.轮胎上制有花纹是通过改变接触面粗糙程度来减小摩擦的
C.刹车时用力捏刹车把是通过增大压力来增大摩擦的
D.在转轴上加润滑油是通过变滑动为滚动来减小摩擦的
【解析】静止状态属于平衡状态,自行车受到的推力等于摩擦力,故A错误;自行车轮胎上制有花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦,故B错误;刹车时用力捏刹车把是通过增大压力来增大摩擦的,故C正确;在转轴上加润滑油是通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦,故D错误。
例8 小华在探究影响滑动摩擦力大小的因素时,用如图所示的
方式测量滑动摩擦力大小,这样操作的错误是_________________,
纠正错误后,应拉动弹簧测力计使木块做_________________运动。
若在木块上再放一个砝码,则木块运动时受到的滑动摩擦力将
_______(填“变大”或“不变”)。
拉力不在水平方向
水平方向匀速直线
变大
【解析】摩擦力的测量是在物体做匀速直线运动时,根据二力平衡,摩擦力大小与拉力大小相等,通过测量拉力大小得到的。摩擦力在水平方向,因而拉力也要在水平方向上。滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面粗糙程度有关,压力增大,滑动摩擦力也将增大。
13.骑自行车是一种既健身又低碳的出行方式,下列说法中正确的是( )
A.自行车轮胎上的花纹是为了增大摩擦
B.用力蹬车是为了增大车的惯性来增大速度
C.下坡时以自行车为参照物,车的坐垫是运动的
D.停在路边的自行车,它对地面的压力和所受到的重力是一对平衡力
14.体育课有爬绳和爬杆两种运动,某同学先后以相同的姿势顺着绳和杆匀速上爬,下列说法中正确的是( )
A.爬绳时受到的摩擦力较大,因为绳子粗糙
B.爬杆时受到的摩擦力较大,因为爬杆时握杆的力要大些
C.若爬绳和爬杆的速度不一样,则速度大的摩擦力大
D.爬绳和爬杆受到的摩擦力一样大
15.如图所示是一种叫做指尖陀螺的玩具,该玩具中间的轴承内有滚珠, 边上有三个用密度较大的金属制作的飞叶。拨动飞叶后,飞叶可以绕轴在指尖上长时间转动。
(1)轴承内有滚珠是通过_______________的方法来减小摩擦。
(2)陀螺对指尖的压力和指尖对陀螺的支持力是一对___________。
用滚动代替滑动
相互作用力
16.在“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验中,小英做了如图甲所示的三次实验,用到了一个弹簧测力计、一个木块、一个砝码、两个材料相同但表面粗糙程度不同的长木板。实验中第1次和第2次用相同的长木板,第3次用表面更加粗糙的长木板。
(1)实验时用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使其在水平桌面上
做 _____________,根据二力平衡知识,可知滑动摩擦力的大小
_______(填“大于”“等于”或“小于”)拉力的大小。
(2)比较1、2两次实验,得出结论:_________________________
_________________________。
(3)比较 _____两次实验,是为了探究滑动摩擦力的大小与接触
面粗糙程度的关系。
匀速直线运动
等于
在接触面粗糙程度一定时,
压力越大,滑动摩擦力越大
2、3
(4)刚开始小英做第1次实验时控制不好力度,拉力随时间变化的
图象如图乙所示,木块的速度随时间变化的图象如图丙所示,则
木块在第7s时的摩擦力为____N。
(5)小芳将实验方法进行了改进,实验装置如图丁所示:将弹簧
测力计一端固定,另一端钩住木块,木块下面是一长木板,实验
时拉着长木板沿水平地面向右运动,此时木块受到的摩擦力方向
_________,大小为______N。这样改进的好处是 _____________
_____________________________。
(6)小芳在做图丁实验时,拉动木板没有及时停下来,当木块有
七分之一滑出长木板表面的时候,摩擦力大小为 ____N。
3
水平向右
2.8
不需要长木板
做匀速直线运动,便于实验操作
2.8
受力分析
例9 如图所示,重为G的铁块静止在斜面上,则斜面对铁块的作用力大小为( )
A.等于G
B.大于G
C.小于G
D.以上情况都有可能
【解析】因为铁块静止在斜面上,所以受平衡力作用,即重力、支持力以及摩擦力;而支持力和摩擦力均为斜面对铁块的作用力,因此斜面对铁块的作用力大小等于重力。
17.一小球正沿水平方向向右做匀速直线运动,如图所示的甲、乙、丙三幅图中,能正确反映小球受力情况的是 ( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.甲和乙
18.如图甲所示,木块从斜面匀速滑下时,受到摩擦力的大小为F1;当用平行于斜面的推力将同一木块由同一斜面底端匀速推至顶端的过程中,推力大小为F2(如图乙所示)。则F1与F2的大小关系是( )
A.F2>2F1 B.F2<2F1 C.F1=F2 D.F2=2F1
运动和力的关系
例10 如图所示,小车连杆顶端用细线悬挂一小球M,小车连同小球M沿着斜面匀速向下做直线运动,在忽略空气阻力时,小球M的情景应该是图中的 ( )
A B C D
【解析】小车连同小球M沿着斜面匀速向下做直线运动,故此时小球受力平衡,且小球只受到细线的拉力和重力作用,两者为一对平衡力,方向相反,故B正确。
例11 如图所示,在两个大小相等的力F1和F2的作用下,质量
为m的木块可在两长板之间以速度v匀速向下滑落,如果保持力F1
和F2的大小、方向不变,使木块以速度3v匀速向上滑动,那么木
块向上的推力应是______。
2mg
【解析】木块下滑,竖直方向受到向下的重力G=mg和向上的摩擦力f,匀速下滑时,受力平衡,G=f;木块向上运动时,受到向上的推力F、向下的重力和向下的摩擦力f′,由题意知,两次运动前后作用在木块上的压力和接触面的粗糙程度都不变,摩擦力大小不变,故f′=f=G=mg,木块向上匀速运动时,木块受力平衡,竖直方向上F=G+f′=mg+mg=2mg。
19.如图,四旋翼无人机下方用细线悬挂一个重物,不考虑空气阻力,则无人机在空中( )
A.悬停时,重物受到的重力与它对细线的拉力是一对平衡力
B.加速上升时,细线对重物的拉力大于重物所受重力
C.匀速下降时,重物所受重力大于细线对重物的拉力
D.水平匀速飞行时,悬挂重物的细线会偏离竖直方向
20.在汽车中有一挂着小球的悬线。当汽车运动时,挂着小球的悬线将与竖直方向成某一固定角度θ,如图所示。若汽车底板上还有一个与其相对静止的物体M,则下列关于汽车的运动状态和物体M的受力情况,正确的是 ( )
A.汽车一定向右做匀速直线运动
B.汽车一定向左做匀速直线运动
C.M除受到重力、汽车底板的支持力作用外,还一定受到向右的摩擦力作用
D.M受到重力、汽车底板的支持力和向左的摩擦力作用
21.如图所示,一均匀木块A,左上角用转动轴O与墙连接,其下
方垫有一小木块B,B与地面之间存在摩擦,地面粗糙程度相同,
其余摩擦不计。用水平拉力F将B从A的左端匀速拉到右端的过程
中,A对B的压力逐渐 _____,力F的大小 _____。(均“变大”
“变小”或“不变”)
变小
变小