3.5 二力平衡
一、单选题
1.一匹马拉着一辆板车在水平路面上前进,下列说法正确的是( )
A.马对车的拉力大于车对马的拉力 B.马对车的拉力小于车对马的拉力
C.马对车的拉力等于车对马的拉力 D.以上说法均错
2.在以下几个实例中,属于增大摩擦的是( )
A.在鞋底、轮胎上做上凹凸不平的花纹 B.在轴承中加润滑剂
C.气垫船的船底与水面之间有一层空气 D.在行李箱上安装滚轮
3.下列几对力中属于平衡力的是哪个( )
A.地球对人的重力和地面对人的支持力 B.地球对人的重力和人对地面的压力
C.地球对人的重力和人对地面的引力 D.人对地面的压力和地面对人的支持力
4.2020年12月28日~29日,全县范围内普降瑞雪,为避免因道路结冰,交通不畅,给学生上下学造成不便。根据市局通知精神和我县实际,学校走读生暂定停课两天半。同学们在外出时要穿鞋底都刻有“鞋底凹凸不平的花纹”的鞋子,其主要是为了( )
A.增大摩擦 B.减小摩擦 C.增大压力 D.减小弹性
5.拉力器作为一种十分有效的锻炼器械,深受广大健身爱好者的欢迎。在某次健身过程中,张军同学将拉力器拉开并保持静止,此时,拉力器所受的力F1与手所受的拉力F2的大小的关系是( )
A.F1=F2 B.F1C.F1二、简答题
6.小明穿着鞋底纹路较深的登山鞋行走在积雪路面上,鞋底纹路中附着的积雪逐渐被压实,如图所示。此过程中登山鞋的防滑效果将会发生什么变化?为什么?
三、作图题
7.达瓦孜(高空走钢丝)是维吾尔族传统的高空表演之一,它以其悠久的历史,独特的风格,精湛的技艺令人赞叹不已。请你在图中画出演员所受到的力(重心已画出)。
8.如图所示,甲、乙两磁环用轻质无弹性细线相连后套在足够长的光滑圆柱形塑料杆上,保持静止(乙磁环固定在水平面)。剪断细线后甲磁环沿塑料杆向上运动,经A点后最终到达最高点B。已知磁极间的相互作用力随距离的增大而减小,且设甲磁环经过A点后就不再受磁极间的相互作用力。请画出从剪断细线时开始运动到B点的过程中,甲磁环所受合力大小随运动距离变化关系的大致图象。
四、计算题
9.如图所示是某大学设计的“都市蚂蚁”概念车,这款汽车小巧实用,有利于缓解城市交通拥堵。若这款车质量为400kg,车内驾驶员的质量为60kg,在水平公路上匀速行驶时受到的阻力是车总重的0.4倍,g取10N/kg。请计算:
(1)地面对车的支持力;
(2)车受到的牵引力。
10.一辆质量为2t的汽车在水平公路上匀速向东行驶,已知它匀速行驶时受到的阻力为车重力的0.2倍,求:(g=10N/kg)
(1)汽车的重力为多少?
(2)求出它受的阻力大小和方向?
五、实验题
11.在探究“滑动摩擦力大小与什么因素有关”的实验中:
(1)实验过程中,用弹簧测力计沿水平方向拉着物块做匀速直线运动,此时弹簧测力计的读数为___________N;
(2)比较甲、乙实验,是为了研究滑动摩擦力大小与___________有关;比较乙、丙实验,是为了研究滑动摩擦力大小与___________有关;(以上两空选填“压力”或“接触面粗糙程度”)
(3)如图甲所示,手拉着木块在粗糙程度不变的水平木板表面上做加速运动,则木块受到的摩擦力大小___________(选填:“逐渐增大”、“逐渐减小”或“保持不变”);
(4)接着在物理课上,同学们在感受摩擦力:用手沿着课桌表面向前滑行,发现越用力压桌面,手越难前行,手受到的滑动摩擦力就越大;滑动摩擦力的方向与手前进的方向相___________。
12.在研究滑动摩擦的实验中,人通过弹簧测力计拉物体在水平面上做匀速直线运动时,弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小;某同学测定摩擦力大小时,记录情况如表1;
表1
次数 接触面的材料 压力/N 拉力/N
1 木板与木板 10 2.0
2 木板与木板 14 2.8
3 木板与木板 18 3.6
(1)根据表1得出实验结论:滑动摩擦力的大小与______有关,具体关系是______;
表2
次数 接触面的材料 压力/N 拉力/N
1 木板与木板 14 2.8
2 木板与棉布 14 3.2
3 木板与毛巾 14 7.0
(2)根据表2得出实验结论:滑动摩擦力的大小与______有关,具体关系是______。
13.小兵用弹簧测力计、木块、砝码、长木板、毛巾和棉布进行探究影响滑动摩擦力大小的因素实验。
(1)实验中,为了能测量滑动摩擦力的大小,应该用弹簧测力计拉动木块沿水平方向做___________运动,这是采用了___________的原理,根据甲图可知,此时的滑动摩擦力大小为___________N;
(2)对比甲、乙两图,可以探究滑动摩擦力的大小与___________的关系,若在木块运动过程中使它的速度突然增大,则其所受的摩擦力将___________(选填“变大”、“变小”或“不变”);
(3)选择___________(选填“乙丙”、“甲丙”或“甲乙”)两图可以探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度间的关系,请你举例说明生活中利用该方法来增大摩擦力的实例___________。
14.为了探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”,小明在水平桌面上设计了如图所示的实验:
(1)实验过程中弹簧测力计必须沿水平方向拉着物块做___________运动,此时滑动摩擦力的大小___________(选填“大于”“等于”或“小于”)弹簧测力计的示数。
(2)在四次实验中,滑动摩擦力最小的是___________。(选填"甲”“乙”“丙”或“丁”)。
(3)比较甲、乙实验是为了研究滑动摩擦力的大小与___________是否有关;比较乙、丙实验是为了研究滑动摩擦力的大小与___________是否有关。
(4)比较甲、丁实验,发现甲实验中弹簧测力计的示数大于丁实验中弹簧测力计的示数,小明 得出结论:滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关。你认为他的结论是___________(选填“正确”或“错误”)的。
(5)若在甲实验中物块的运动速度变大,滑动摩擦力将___________(选填“变大”“变小”或 “不变”)。
15.某同学为了测出木块 A 在水平桌面上运动的过程中所受滑动摩擦力的大小,采用了如图所示的实验装置。
(1)他用弹簧测力计水平拉动木块 A,应使木块 A 沿水平桌面做___________运动;
(2)请你画出(1)中木块A 的受力示意图___________,并分析说明这种运动状态下,弹簧测力计的示数能表示木块A 所受滑动摩擦力大小的依据。( )
六、填空题
16.小滨用10N的水平推力匀速推动放在水平地面上的课桌,则课桌受到地面对它的摩擦力大小为___________N;小滨将课桌内的书包拿走后,把课桌沿原路线用水平力推回的过程中。课桌受到的摩擦力___________10N。(选填“大于”、“等于”或“小于”)
17.如图所示是小明“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验。铜块和木块的大小和形状完全相同,在实验前小明提出了以下几种猜想:
猜想一:滑动摩擦力的大小与压力的大小有关
猜想二:滑动摩擦力的大小与物体间接触面的粗糙程度有关
猜想三:滑动摩擦力的大小与物体间的接触面积大小有关
(1)实验时弹簧测力计拉着物体沿水平方向做___________运动,此时弹簧测力计的示数的为物体所受滑动摩擦力的大小;
(2)比较甲、乙两图,可得到的结论是___________;
(3)比较乙、丙两图可得出滑动摩擦力的大小与___________有关;
(4)要“探究滑动摩擦力大小与接触面积大小是否有关”。小明将木块和铜块做为一个整体竖着放置在长木板上,如丁图,测出滑动摩擦力的大小并与乙比较。得出:滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关,你认为他的结论是___________(选填“正确”或“错误”)的。
18.气垫船在水面上滑行时,船体与水面之间形成一层薄空气垫,可___________(选填“增大”或“减小”)水对船的摩擦力。气垫船上装有雷达,可以通过___________(选填“超声波”或“次声波”)感应周围障碍,有效避免不必要的碰撞。
19.矿泉水瓶盖刻有花纹,这是为了______摩擦力,方便打开。
20.小明提着总重为200N的一桶水站在电梯里,随电梯一起以0.4m/s的速度匀速上升,此时小明对这桶水的拉力___________200N。(选填“大于”、“小于”或“等于”)
参考答案:
1.C
【解析】
【详解】
一匹马拉着一辆板车在水平路面上前进,则马对车的拉力和车对马的拉力是一对相互作用力,二者的大小相等、方向相反,故C正确;ABD错误。
故选C。
2.A
【解析】
【详解】
A.在鞋底、轮胎上做上凹凸不平的花纹,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦;故A符合题意;
B.在轴承中加润滑剂,是在压力一定时,通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦;故B不合题意;
C.气垫船的船底与水面之间产生气垫,是通过使接触面脱离来减小摩擦,故C不合题意;
D.在行李箱上安装滚轮,是用滚动代替滑动来减小摩擦;故D不合题意。
故选A。
3.A
【解析】
【详解】
A.地球对人的重力和地面对人的支持力,大小相等、方向相反、作用在同一个物体上、且作用在同一条直线上,符合二力平衡的条件,因此二力属于平衡力,故A符合题意;
B.地球对人的重力和人对地面的压力,二力作用在不同的物体上,因此二力不是平衡力,故B不符合题意;
C.地球对人的重力和人对地面的引力,二力作用在不同的物体上,因此二力不是平衡力,故C不符合题意;
D.人对地面的压力和地面对人的支持力,二力作用在不同的物体上,因此二力不是平衡力,故D不符合题意。
故选A。
4.A
【解析】
【详解】
鞋底都刻有“凹凸不平的花纹”,这是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,防止打滑。
故选A。
5.A
【解析】
【详解】
张军同学将拉力器拉开并保持静止,此时,拉力器所受的力F1与手所受的拉力F2分别作用在拉力器和手两个物体上,大小相等、方向相反、作用在同一直线上,属于一对相互作用力,所以两个力大小相等,即F1=F2。故A符合题意;BCD不符合题意。
故选A。
6.见解析
【解析】
【详解】
此过程中登山鞋的防滑效果将变差;鞋底纹路中附着的积雪逐渐被压实后,接触面的粗糙程度变小,在压力一定时,受到的摩擦力变小。
7.
【解析】
【详解】
由图可知,演员处于静止状态,受到竖直向下的重力、竖直向上的支持力的作用,这两个力是一对平衡力,都作用在演员的重心上,力的示意图如下所示:
8.
【解析】
【详解】
由题意可知,剪断细线后,甲向上做加速运动,甲受到的合力方向向上,随着甲乙之间的距离增加,排斥力不断减小,因此在甲加速上升的过程中,甲受到的合力不断减小,当排斥力减小到与甲的重力相等时,甲受到的合力为零,由于惯性,此时甲会继续向上运动,甲受到的排斥力进一步减小,重力大于排斥力,此时甲受到的合力方向向下,大小小于甲的重力,但合力的大小逐渐增大,当甲到达A点后向B点运动的过程中,甲只受到竖直向下的重力,甲的合力方向竖直向下,大小为甲的重力大小,因此整个过程中甲受到合力先减小后增加到重力大小再保持不变,方向是先向上后向下,大致图象如图所示:
9.(1)4600N;(2)1840N
【解析】
【详解】
解:(1)车与驾驶员的总重
当在水平公路上匀速行驶时,地面对车的支持力与上述总重是一对平衡力,所以,地面对车的支持力
(2)当在水平公路上匀速行驶时,车受到的牵引力与阻力是一对平衡力,所以,车受到的牵引力
答:(1)地面对车的支持力为4600N;
(2)车受到的牵引力为1840N。
10.(1)2×104N;(2)4×103N,水平向西
【解析】
【详解】
解:(1)汽车重力为
(2)汽车匀速行驶时所受的阻力
因为汽车在水平公路上匀速向东行驶,所以汽车受到的阻力的方向水平向西。
答:(1)汽车的重力为2×104N;
(2)汽车匀速行驶时所受的阻力4×103N,阻力的方向水平向西。
11. 2.6 压力 接触面粗糙程度 保持不变 反
【解析】
【详解】
(1)[1]由图甲所示可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,则示数为2.6N。
(2)[2]由图甲、乙所示实验可知,接触面的粗糙程度相同,而物体间的压力不同,所以甲、乙所示实验是为了探究滑动摩擦力大小与压力的关系。
[3]由图乙、丙所示实验可知,物体间的压力相等,而接触面的粗糙程度不同,所以乙、丙所示实验是为了探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系。
(3)[4]如图甲所示,手拉着木块在粗糙程度不变的水平木板表面上做加速运动,此时木块对水平面的压力和接触面的粗糙程度均不变,所以木块所受的摩擦力大小保持不变。
(4)[5]手相对课桌向前滑行,摩擦力阻碍其向前运动,所以滑动摩擦力的方向与手前进的方向相反。
12. 压力大小 压力越大则摩擦力越大 接触面的粗糙程度 接触面越粗糙,摩擦力越大
【解析】
【详解】
(1)[1][2]根据表1实验数据知,接触面的材料相同,滑动摩擦力的大小与压力大小有关,具体关系是:当接触面的材料相同时,压力越大则摩擦力越大。
(2)[3][4]根据表2数据知,压力相同,接触面的粗糙程度不同,滑动摩擦力不同,得出实验结论是:滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,具体关系是:当压力大小一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大。
13. 匀速直线 二力平衡 4.2 压力大小##压力 不变 乙丙 为了防滑,鞋底刻有花纹
【解析】
【详解】
(1)[1][2]用弹簧测力计水平拉动木块,使其做匀速直线运动,则木块水平方向上受到拉力和滑动摩擦力的作用,这两个力是平衡力,根据二力平衡条件,滑动摩擦力大小等于拉力大小。
[3]由甲图知,弹簧测力计的分度值为0.2N,则弹簧测力计的示数为4.2N,即拉力大小为4.2N,故滑动摩擦力大小为4.2N。
(2)[4]甲、乙两图接触面的粗糙程度相同,但是压力大小不同,滑动摩擦力大小不同,因此可以探究滑动摩擦力的大小与压力大小的关系。
[5]由于压力大小和接触面的粗糙程度不变,即使运动速度增大,滑动摩擦力也不变。
(3)[6]乙、丙两图压力大小相同,接触面的粗糙程度不同,故可以探究摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系。
[7]生活中鞋子为了防滑,会在鞋底刻有花纹,是利用了摩擦力大小与接触面粗糙程度有关。
14. 匀速直线 等于 丁 压力大小 接触面的粗糙程度 错误 不变
【解析】
【详解】
(1)[1][2]实验过程中,弹簧测力计必须沿水平方向拉着物块做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,此时,滑动摩擦力的大小才等于弹簧测力计的示数。
(2)[3]压力越小,接触面越光滑,滑动摩擦力越小,在这四次实验中,滑动摩擦力最小的是丁图。
(3)[4]甲、乙两次实验,接触面粗糙程度相同,压力不同,故甲、乙实验是为了探究滑动摩擦力大小与压力大小是否有关。
[5]乙、丙两次实验,压力相同,接触面粗糙程度不同,故乙、丙为了探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度是否有关。
(4)[6]甲、丁两次实验,接触面的粗糙程度相同,压力大小不同,接触面积不同,即没有控制压力大小相等,无法探究滑动摩擦力跟接触面积的关系,故得到的结论是错误的。
(5)[7]木块受到的滑动摩擦力的大小只与接触面的粗糙程度和接触面所受压力有关,与木块运动速度大小无关,因此木块受到的滑动摩擦力的大小不变。
15. 匀速直线 见解析
【解析】
【详解】
(1)[1]弹簧测力计需要拉着木块做匀速直线运动,只有木块处于平衡状态,拉力与摩擦力是平衡力,拉力的大小才等于摩擦力。
(2)[2]物体A受到了重力和支持力,重力与支持力是平衡力,还受到了拉力和摩擦力,拉力与摩擦力是平衡力,故如图所示
[3]木块A在水平方向上受到拉力和滑动摩擦力。由于物块A做匀速直线运动,处于平衡状态,拉力与滑动摩擦力是一对平衡力,所以f=F,则弹簧测力计的示数能表示木块A 所受滑动摩擦力大小。
16. 10 小于
【解析】
【详解】
[1]因为课桌匀速运动,受的推力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,所以课桌受到地面对它的摩擦力大小为
[2]同学将该课桌内的书包拿走后,课桌对地面的压力减小,把课桌沿原路用水平力推回的过程中,接触面的粗糙程度不变,压力减小,所以课桌受到地面对它的摩擦力会减小,小于10N。
17. 匀速直线 接触面粗糙程度一定,压力越大,滑动摩擦力越大 接触面的粗糙程度 错误
【解析】
【详解】
(1)[1]摩擦力不能直接测量,只有当二力平衡时拉力与摩擦力才相等,所以要求此时要做匀速直线运动。
(2)[2]根据控制变量法,甲、乙两图中接触面的粗糙程度相同,压力不同,摩擦力不同,因此可得出结论,接触面粗糙程度一定,压力越大,滑动摩擦力越大。
(3)[3]两物块交换位置叠放的目的是为了控制压力相同,比较乙、丙两图可得出滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。
(4)[4]小明将木块和铜块做为一个整体竖着放置在长木板上,如丁图,测出滑动摩擦力的大小并与乙比较,得出,滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关,小明的结论虽然压力相同,但没有控制接触面的粗糙程度相同,所以结论是错误。
18. 减小 超声波
【解析】
【详解】
[1]减小摩擦力的方法有很多,比如减小接触面的粗糙程度、减小压力、变滑动摩擦为滚动摩擦、使接触面分离等方法,气垫船的原理是船体与水面之间形成了一层空气垫使船体与水面脱离,即气垫船与水面的接触面分离大大减小了船体航行时的摩擦力。
[2]雷达系统,是利用超声波反射来工作的。
19.增大
【解析】
【详解】
矿泉水瓶盖刻有花纹,这是为了在压力一定时,增大接触面的粗糙程度,从而增大摩擦力,方便打开。
20.等于
【解析】
【详解】
小明提着总重200N的一桶水匀速直线运动,水桶受到小明向上的拉力和重力作用,这两个力是平衡力,大小相等,所以小明的拉力是200N。