【2023年中考物理满分冲刺压轴专题】之三摩擦力与二力平衡

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压轴专题三 摩擦力与二力平衡
【知识梳理】
摩擦力 定义 两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力做滑动摩擦力
产生 条件 ①物体间相互接触并挤压 ②接触面粗糙 ③物体间由相对运动或相对运动的趋势
方向 与物体相对运动（或相对运动趋势）的方向相反
分类 静摩擦力，滑动摩擦力，滚动摩擦力
影响滑动摩擦力大小的因素 ①压力大小 ②接触面的粗糙程度 滑动摩擦力大小与接触面积大小以及速度大小等无关
增大摩擦方法 ①增大压力 ②增大接触面的粗糙程度 ③变滚动为滑动
减小摩擦方法 ①减小压力 ②减小接触面的粗糙程度 ③变滑动为滚动 ④使两个相互接触的摩擦面彼此分开
二力平衡 平衡状态 指物体保持静止状态或匀速直线运动状态
定义 如果物体在两个力的作用下保持静止状态或匀速直线运动状态，我们就说这两个力平衡
条件 ①作用在同一个物体上 ②大小相等 ③方向相反 ④作用在同一条直线上
注意 二力平衡时上述四个条件必须同时具备，缺一不可
【典题精讲】
【例1】如图所示，某同学用40N的水平力将一个重10N的物体A压在竖直墙壁上使其处于静止状态，则物体与墙壁间的摩擦力是（　　）
A．40N B．70N C．10N D．30N
【分析】物体在竖直方向上受到竖直向下的重力、竖直向上的摩擦力，由于物体处于静止状态，二力为平衡力，摩擦力的大小等于重力大小。
【解答】解：物体在竖直方向上受到竖直向下的重力、竖直向上的摩擦力，由于物体静止，所以受到的重力与摩擦力是一对平衡力，大小相等，所以物体与墙壁间的摩擦力是10N。
故选：C。
【例2】如图所示，有两个相同的梯形物体，它们在力的作用下，以下列三种方式沿相同的水平面运动，下列对不同情况下物体所受摩擦力的比较，正确的是（　　）
A．f丙＞f甲＞f乙 B．f乙＞f丙＞f甲
C．f乙＞f甲＞f丙 D．f甲＞f乙＞f丙
【分析】（1）在接触面的粗糙程度相同的情况下，压力越小，物体受到的摩擦力越小。
（2）在压力相等的情况下，滚动摩擦比滑动摩擦小。
【解答】解：（1）甲、乙两图，接触面的粗糙程度相同，压力的大小不同，乙图的压力大，因此乙图的摩擦力比甲图的大，即f乙＞f甲；
（2）甲、丙两图，压力相同，甲图是滑动摩擦，丙图是滚动摩擦，相同情况下，滚动摩擦力比滑动摩擦力小，即f甲＞f丙。
综上分析可知，这三个图摩擦力大小顺序是：f乙＞f甲＞f丙。
故选：C。
【例3】小华用如图所示的装置探究二力平衡的条件的实验，物块M放在粗糙程度相同的水平桌面上，左右两端用细线通过滑轮连接着两个相同的吊盘、小华用它做实验时发现：当在左盘中放200g的砝码、右盘中放100g的砝码时，物块M可以向左做匀速直线运动。如果盘中的原有砝码都不变，使物块M最终可以向右匀速直线运动的方案是（滑轮的摩擦不计）（　　）
A．在右盘中再加200g砝码
B．在左盘中再加200g砝码
C．在左盘中再加100g砝码，在右盘中再加100g砝码
D．在左盘中再加200g砝码，在右盘中再加100g砝码
【分析】首先由受力分析明确物体M受力情况，由M的运动状态可判断M受摩擦力的大小；当M运动方向发生变化时，摩擦力方向同时发生变化，根据压力与接触面粗糙程度的变化确定摩擦大小变化；最后根据物体始终受力平衡可求得左侧应加砝码。
【解答】在左盘中放质量为200g的砝码，右盘中放质量为100g砝码时，物体M恰好向左做匀速直线运动，即物体受力平衡，因此物体所受向左的摩擦力与物体受到向右的合力相等，即f＝（0.2kg﹣0.1kg）×10N/kg＝1N；
当物体向右运动时，摩擦力方向向左，由于压力和接触面的粗糙程度不变，故物体受到摩擦力不变，又因为物体仍然做匀速直线运动，则物体受到向左的摩擦力与物体受到的拉力相等，方向相反，即物体受到的向右的拉力比向左的拉力拉力大1N，即相对于大100g砝码的重力，因此右盘中的砝码质量比左盘中要多100g，故A正确。
故选：A。
【实战精练】
【练1】如图是“竹筷提米”实验。玻璃杯和米被慢慢提起后，以下说法不正确的是（　　）
A．米对竹筷有压力
B．米压的越紧越不容易掉下来
C．手上有油时会更容易捏住
D．杯中倒水后会更不容易掉下
【分析】（1）弹力产生的条件是直接接触和产生形变；
（2）摩擦力大小的影响因素：压力大小和接触面的粗糙程度。
【解答】解：A、将竹筷插入玻璃杯的米中，米和筷子、玻璃杯之间产生压力，故A正确；
B、米压的越紧，米对竹筷的压力越大，摩擦越大，越不容易掉下来，故B正确；
C、手上有油时，接触面的粗糙程度减小，在压力一定时，会更不容易捏住，故C不正确；
D、杯中倒水后，米会膨胀，对竹筷的压力变大，摩擦力越大，所以会更不容易掉下，故D正确。
故选：C。
【练2】如图所示，在水平地面上，小明用力沿水平方向推木箱，但没有推动，此时（　　）
A．小明对木箱的推力小于木箱受到的摩擦力
B．小明对木箱的推力等于木箱受到的摩擦力
C．小明对木箱的推力大于木箱受到的摩擦力
D．小明对木箱的推力小于木箱受到的惯性力
【分析】（1）物体静止或做匀速直线运动时，处于平衡状态，所受到的力是一对平衡力；
（2）二力平衡的条件是：作用在同一个物体上，大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
【解答】解：ABC、小明在水平地面上沿水平方向推木箱，但没推动，木箱处于静止状态，水平方向上受到的推力、摩擦力是一对平衡力，大小相等，故B正确，AC错误；
D、惯性不是一种力，而是物体自身的一种性质，故D错误。
故选B。
【练3】如图所示，同一长方形木块放在同一粗糙水平桌面上，甲图中木块水平放置、乙图中木块竖直放置、丙图中木块水平放置并在上面叠加了一铁块，甲、乙、丙三种情况下，匀速拉动该木块所需的拉力分别为F甲、F乙、F丙，下列分析正确的是（　　）
A．F甲＜F乙＜F丙 B．F甲＞F乙＞F丙
C．F甲＜F乙＝F丙 D．F甲＝F乙＜F丙
【分析】解决此题需掌握：
（1）影响摩擦力大小的因素：压力大小和接触面的粗糙程度；
（2）物体做匀速直线运动，受平衡力，平衡力的大小相等。
【解答】解：三种情况下木块都做匀速直线运动，所以拉力与摩擦力相等；
滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，与接触面积的大小无关，甲、乙压力大小和接触面的粗糙程度相同，所以摩擦力相等，则拉力相等；
甲、丙接触面的粗糙程度相同，丙的压力大于甲的压力，所以丙的摩擦力大于甲的摩擦力，得丙的拉力较大。
由上分析知，ABC错误，D正确。
故选：D。
【练4】一木块放在水平桌面上，如图所示。现用水平推力F将木块缓慢匀速推动，使其一部分露出桌面（但未倾翻），在此过程中木块受到的摩擦力变化情况是（　　）
A．不变　　　　B．变小　　　C．变大　　　D．无法确定
【分析】要判断此过程中木块受到摩擦力的变化情况，需从滑动摩擦力大小的影响因素进行分析；滑动摩擦力的大小跟压力大小和接触面的粗糙程度有关。
【解答】解：用水平推力F将木块缓慢匀速推动，使其一部分露出桌面（但未倾翻），在此过程中，桌面受到的压力大小始终等于木块的重力，则桌面受到的压力大小不变，且接触面的粗糙程度不变，所以木块受到的摩擦力大小不变。
故选：A。
【练5】机场的传送带正在匀速运行，放在水平传送带上的行李箱A、B在传送带上不打滑。某时刻行李箱A、B运动到如图所示位置，则它们与传送带之间是否存在摩擦力，下列判断正确的是（　　）
A．A、B均受摩擦力作用
B．A、B均不受摩擦力作用
C．A受摩擦力，B不受摩擦力作用
D．A不受摩擦力，B受摩擦力作用
【分析】物体做匀速直线运动，所受合力为零，抓住合力为零，分析物体所受的力。
【解答】解：由题知，行李箱在传送带上两个不同位置都做匀速运动，
在行李箱A水平传送带上，行李箱受重力、支持力，两个力的合力为零，若再受到摩擦力，不可能与输送带一起匀速运动，所以行李箱A不受摩擦力；
行李箱B在转弯传送带上，行李箱B运动的方向在变化，受非平衡力，所以行李箱还受向右的静摩擦力，即行李箱B受摩擦力，故D正确。
故选：D。
【练6】如图，手握住玻璃瓶保持竖直静止，下列说法正确的是（　　）
A．瓶受到的摩擦力大于瓶的重力
B．增大手对瓶的握力，瓶受到的摩擦力也增大
C．瓶受到的摩擦力与瓶的重力大小相等
D．手对瓶的握力与瓶的重力二力平衡
【分析】用手握住玻璃瓶保持静止，处于平衡状态，受到的力为平衡力；再根据二力平衡条件：作用在同一个物体上的两个力大小相等，方向相反，且作用在同一直线上进行解答。
【解答】解：手握玻璃瓶，玻璃瓶静止在手中，玻璃瓶受力平衡，在竖直方向上，玻璃瓶受到向下的重力与向上的摩擦力相互平衡，即摩擦力大小等于重力，瓶子重力不变，所受的摩擦力不变，与手对瓶的握力大小无关，故ABD错误，C正确。
故选：C。
【练7】2022年2月15日，中国选手苏翊鸣夺得北京冬奥会单板滑雪男子大跳台冠军，他站立在水平领奖台上时，属于一对平衡力的是（　　）
A．领奖台的重力和地面对领奖台的支持力
B．苏翊鸣的重力和领奖台对他的支持力
C．领奖台对地面的压力和地面对领奖台的支持力
D．苏翊鸣的重力和他对领奖台的压力
【分析】处于平衡状态的物体受到的力是平衡力；二力平衡的条件：大小相等、方向相反、作用在同一个物体上，作用在同一条直线上。
【解答】解：A、地面对领奖台的支持力等于领奖台和苏翊鸣的总重力，则领奖台的重力和地面对领奖台的支持力大小不相等，所以领奖台的重力和地面对领奖台的支持力不是一对平衡力，故A错误；
B、苏翊鸣处于平衡状态，他的重力和领奖台对他的支持力符合二力平衡条件，是一对平衡力，故B正确；
C、领奖台对地面的压力和地面对领奖台的支持力是作用在不同物体上的两个力，所以不是一对平衡力，故C错误；
D、苏翊鸣的重力和他对领奖台的压力，是作用在不同物体上的两个力，且方向相同，所以不是一对平衡力，故D错误。
故选：B。
【练8】如图，一小车停放在斜坡上，则下列说法正确的是（　　）
A．小车受到的重力与斜坡给小车的支持力是一对平衡力
B．小车受到的摩擦力与小车受到的下滑力是一对平衡力
C．斜坡对小车的支持力与小车对斜坡的压力是一对相互作用力
D．斜坡对小车的支持力与小车对斜坡的压力是一对平衡力
【分析】二力平衡的条件：大小相等、方向相反、作用在同一个物体上，作用在同一条直线上；
相互作用力的特点：大小相等、方向相反、作用在两个物体上，作用在同一条直线上。
【解答】解：A、小车受到的重力与斜坡给小车的支持力不在同一直上，所以不是一对平衡力，故A错误；
B、小车停放在斜坡上，受到竖直向下的重力、垂直于斜坡向上的支持力、沿斜坡向上的静摩擦力，没有下滑力，故B错误；
CD、斜坡对小车的支持力与小车对斜坡的压力分别作用在小车和斜坡上，符合相互作用力的条件，所以是一对相互作用力，不是一对平衡力，故C正确、D错误。
故选：C。
【练9】如图所示，连接在水平桌面上的物块两端的轻质细绳，分别绕过定滑轮与物体A、B相连，两细绳恰好在同一水平线上。已知A物体重5N，当B物体重2N时，物块恰好静止，若细绳与定滑轮之间的摩擦不计，此时物块受到的摩擦力大小为 　 　N，方向 　 　。
【分析】对物块受力分析，根据平衡力求出摩擦力的大小。
【解答】解：由图可知，物块处于静止状态，水平方向上受到的合力为0，A对物块有水平向左的5N的拉力，B对物块有水平向右的2N的拉力，由于物块水平方向合力为0，则物块受到水平向右的摩擦力的作用，摩擦力的大小为：f＝5N﹣2N＝3N。
故答案为：3；水平向右。
【练10】如图所示，重2N的物体B通过定滑轮沿水平方向拉着重10N的物体A向右做匀速直线运动，此时物体A受到的摩擦力为 　 　N。如果对A物体施加一个水平向左的拉力F，使物体B匀速上升，则拉力F＝　 　N。（不计绳重和绳与轮的摩擦）
【分析】分析物体A受到的力，物体A向右进行匀速直线运动，物体A受到平衡力作用，根据平衡力条件判断摩擦力大小。物体A无论水平向左还是水平向右进行匀速直线运动时，压力不变，接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力不变。
对物体A施加一个水平向左的力时，物体A向左进行匀速直线运动，物体A受到平衡力作用，根据平衡力条件判断拉力大小。
【解答】解：物体B通过定滑轮拉着物体A向右进行匀速直线运动，物体A水平方向上受到水平向右2N的拉力和水平向左的滑动摩擦力作用，这两个力是平衡力，大小相等，所以滑动摩擦力是f＝2N。
对A物体施加一个水平向左的拉力F，使物体B匀速上升，物体A向左进行匀速直线运动，物体A水平方向上受到水平向左的拉力F、水平向右的滑动摩擦力、水平向右的拉力F'＝GB，水平向左的拉力F与水平向右的拉力F'、滑动摩擦力是平衡力，所以F＝F'+f＝2N+2N＝4N。
故答案为：2；4。
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