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第5讲 运动和力
能力提升
1、小刚同学在放学回家的路上,脚被石块绊了一下,身体向前跌倒(如图甲所示);继续行走一会,不小心脚踩到一块西瓜皮,身体向后摔倒(如图乙所示)。对这两种情景,下列解释合理的是(▲)
A、两者脚的运动状态改变,而上身由于惯性仍保持原来的运动状态
B、两者上身的运动状态改变,而脚由于惯性仍保持原来的运动状态
C、前者上身的运动状态改变,而脚由于惯性仍保持原来的运动状态;后者脚的运动状态改变,而上身由于惯性仍保持原来的运动状态
D、前者脚的运动状态改变,而上身由于惯性仍保持原来的运动状态;后者上身的运动状态改变,而脚由于惯性仍保持原来的运动状态
在链球比赛中,运动员按逆时针方向快速旋转拋掷链球,如图所示,若他的位置在图中的O点,则为了让链球飞得远,又落在有效区内,图中甲、乙、丙、丁四个位置中他最适合放开链球的是(▲)
A、甲 B、乙 C、丙 D、丁
某物体的重力作用点在C点,当其如图甲所示放置时,重力的作用线与物体的底面有交点A,物体能静止在桌面上。将该物体倒置后,重力的作用线延长后与底面无交点,与桌面有交点B(如图乙所示),物体将倒下,无法静止竖立。物体在如图乙所示情况下无法竖立的原因是物体所受重力与支持力无法满足(▲)
A、作用在同一个物体上 B、大小相等
C、方向相反 D、作用在同一条直线上
4、甲、乙两人做如图所示的“拔河”游戏,两人分别用伸平的手掌托起长凳的一端,保持凳子水平,然后各自向两侧“拉”。若凳子下表面各处的粗糙程度相同,且在乙端的凳面上放四块砖,则下列判断中正确的是(▲)
A、凳子向甲方移动 B、凳子向乙方移动
C、凳子在原处不动 D、凳子向体重大的同学一方移动
5、在图中悬挂镜框的方案中可能实现的是(设壁光滑,黑点处为镜框的重心位置)(▲)
6、如图所示,甲、乙两个物体在水平桌面上处于静止状态,下列关于它们的受力的说法正确的是(▲)
A、甲对乙的压力与桌面对乙的支持力是一对相互作用力
B、乙物体受到甲、乙两物体的重力和桌面的支持力
C、乙物体受到的重力与桌面的支持力是一对平衡力
D、乙物体受到重力、甲物体的压力和桌面的支持力
7、在有些地区,人们常在小河边洗衣服。人们先把脏衣服浸泡在河水里,然后提出来放在石板上,用木棒捶打,水花四溅......如此反复多次,直到衣服被洗净为止。这里,用木棒捶打的主要目的是(▲)
A、把衣服上的灰尘打碎,以便于洗涤
B、增大木棒与灰尘之间的摩擦,将灰尘带走
C、迫使湿衣服里面的水从衣服纤维之间的缝隙中高速喷出,利用高速水流将灰尘冲洗掉
D、木棒捶打,使衣服突然运动起来,而衣服上的灰尘由于惯性仍然静止,从而使灰尘脱离衣服
8、小明用如图所示的装置研究影响滑动摩擦力大小的因素。木板P放在水平桌面上,木块Q放在木板P上,弹簧测力计一端固定,另一端挂在木块Q上,拉动木板P,木块Q稳定时,读取测力计的示数。回答下列问题：
(1)读取测力计的示数,是为了测量 ▲ (填字母)。
A、木板P受到地面的滑动摩擦力大小
B、木板P受到木块Q的滑动摩擦力大小
C、木块Q受到地面的滑动摩擦力大小
D、木块Q受到木板P的滑动摩擦力大小
(2)用相同的木板P和木块Q,在木块Q上放不同个数的砝码,拉动木板P的快慢相同,记录测力计的示数及对应的砝码个数。这是为了研究滑动摩擦力大小与 ▲ 的关系。
(3)用相同的木板P和木块Q,发现拉动木板P的快慢不同时,测力计的示数相等。由此得到的结论是 ▲ 。
9、小刚和小明两位同学利用如图甲所示装置探究二力平衡条件(10个相同砝码,每个砝码质量均为100g)。
(1)实验中通过 ▲ 来改变拉力F1、F2的大小;
(2)把木块放在水平桌面上,向两端的小盘里加砝码,发现当两盘砝码质量相等时,木块静止。当左侧放400g砝码、右侧放500g砝码时,小木块也保持静止状态,经过分析发现木块在水平方向除了受F1、F2作用,还受到 ▲ 力的作用,则该力的大小为 ▲ N;
(3)为避免上述现象发生,小刚用如图乙所示的小车替换木块进行实验,小明用如图丙所示的轻质硬纸板替换木块进行实验,它们的优点是 ▲ 。
(4)小明将轻质硬纸板转过一个角度,如图丙所示,然后松手。这样做是为了探究相互平衡的两个力是否作用在 ▲ 。
10、如图所示,一辆装载钢卷的卡车在3000N的水平牵引力F作用下,以20m/s的速度沿平直的路面向
左匀速行驶。已知该卡车受到的路面的阻力大小为整辆车总重的0.2。
(1)求车受到的路面的摩擦阻力f的大小及方向;
(2)求卡车和钢卷所受的总重G总的大小;
(3)当卡车卸掉300kg 钢卷后,要使卡车能以30m/s的速度继续匀速直线行驶,需要的水平牵引力为多大
(4)在运输钢卷时,通常要用钢丝绳将钢卷固定在车身上,这是为什么
思维拓展
11、如图所示,A、B、C三个物体叠放在水平桌面上,水平力为F1=4N,F2=10N,分别作用在物体B、C上,A、B、C保持相对静止一起相对桌面向右匀速运动。用f1、f2、f3表示A与B、B与C、C与桌面间的摩擦力,下列判断正确的是(▲)
A、A与B、B与C间有静摩擦力,C与地面间有滑动摩擦力
B、桌面对C的摩擦力方向水平向右
C、f1=0,f2=4N,f3=6N
D、f1=4N,f2=4N,f3=10N
12、当某人推着自行车前进时,地面对前轮的摩擦力为F1,对后轮的摩擦力为F2;当他骑着自行车加速前进时,地面对前轮的摩擦力为F3,对后轮的摩擦力为F4。下列说法正确的是(▲)
A、F1与前进方向相同 B、F2与前进方向相同
C、F3与前进方向相同 D、F4与前进方向相同
13、公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图所示,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为υ0时,汽车恰好没有向公路内、外两侧滑动的趋势。在该弯道处(▲)
A、路面外侧高,内侧低 B、若车速低于υ0,车辆便会向内侧滑动
C、若车速高于υ0,车辆便会向外侧滑动 D、雨后路面与干燥时相比,υ0的值变小
14、如图是水平公路上从车后看到的一辆行驶着的汽车的右后轮,根据图中所示现象可知(▲)
A、汽车正在向左转弯,右后轮对地面作用力的方向为向下偏左
B、汽车正在向左转弯,右后轮对地面作用力的方向为向下偏右
C、汽车正在向右转弯,右后轮对地面作用力的方向为向下偏左
D、汽车正在向右转弯,右后轮对地面作用力的方向为向下偏右
15、轻质弹簧S的上端固定在天花板上,下端悬挂一质量为m的物体,平衡时弹簧的长度为L1。现将一根与S完全相同的弹簧剪为S1和S2两部分,将质量分别为m1和m2的两物体分别与S1和S2相连并悬挂在天花板上(m1+m2=m),如图所示。平衡时S1和S2的长度之和为L2,则(▲)
A、L2一定等于L1
B、L2一定大于L1,且m1越大、S1原长越长,L2就越长
C、L2一定小于L1,且m1越大、S2原长越长,L2就越短
D、L2一定小于L1,且m2越大、S1原长越长,L2就越短
16、如图所示,A、B、C、D是4块质量相同的砖,每块重50N,A、D两侧是两块竖直的木板,木板外侧分别用1000N的力压紧,砖处于静止状态。A砖与木板内侧之间的摩擦力为 ▲ N;A砖与B砖之间的摩擦力为 ▲ N;B砖与C砖之间的摩擦力为 ▲ 。
17、当两个力F1和F2同时作用在一个物体上产生的效果与一个力F单独作用的效果相同时,F叫作F1和F2的合力,F1和F2叫作F的两个分力。某实验小组在探究合力与分力的关系实验时,把一根轻质弹簧的一端固定在O点,另一端用细线固定在弹簧秤的挂钩上。第一次用两根弹簧秤沿同一直线同一方向同时拉(为方便观察,图中直线稍错开),将弹簧由A拉伸到B位置(如图a所示),弹簧秤的示数分别为3N和1N;第二次只用一根弹簧秤也将弹簧由A拉伸到B位置(如图b所示),这样做是为了 ▲ ,若此时弹簧秤的示数为4N,则可以得到的结论是 ▲ 。
18、在机械制造中有一个给大飞轮定重心的工序,该工序的目的是使飞轮的重心发生微小的位移,以使它准确位于轴心上,如图所示,一个质量为M=80kg、半径为R=0.4m的金属大飞轮可在竖直平面内绕轴心(图中两虚线的交点)自由转动。用力推动一下大飞轮,飞轮转动若干周后停止,多次试验,发现飞轮边缘上的标记F总是停在如图所示的位置。
(1)根据以上情况,可以初步确定飞轮重心P可能在图中 ▲ 。
A、轴心左侧的某一位置
B、轴心正下方的某一位置
C、轴心右侧的某一位置
(2)工人在飞轮边缘上的某点E处,焊接上质量为m=0.4kg的金属后,再用力推动飞轮,当观察到 ▲ 的现象时,说明飞轮的重心已调整到轴心上了。
(3)调整前飞轮的重心P到轴心的距离为 ▲ 。
19、2013年6月20日,神舟十号航天员王亚平在太空授课时提了一个思考题：在太空中,人们常用的杆秤、天平等测量质量的仪器都会失效,能有什么方法解决呢 小金通过查阅资料发现,弹簧的振动快慢与所挂物体的质量存在一定的关系,此关系可利用如图所示的实验获得。在一根轻质弹簧下悬挂质量为m的钩码,让其在竖直方向上振动,弹簧每上下振动一次所需的时间叫周期(T),改变物体质量,多次测量,得到如表所示的实验数据。
m/kg 0.05 0.1 0.15 0.2
T2/S2 0.25 0.50 0.75 1.00
根据以上实验过程回答如下问题：
(1)在该实验中,主要用到的测量仪器有 ▲ 。
(2)请根据表中数据在图乙中作出弹簧振动周期的平方T2与重物质量m的关系图像。
(3)已知弹簧振动快慢只和所挂物体的质量与弹簧本身有关,那么如果在太空中想测量一个苹果的质量, 请你给出测量思路： ▲ 。
20、一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动,在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准,使两者间连线与转轴平行,分别置于圆盘的上、下两侧,且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动,激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中,当狭缝经过激光器与传感器之间时,传感器接收到一个激光信号,并将其输入计算机,经处理后画出相应图线。图a为该装置示意图,图b为所接收的光信号随时间变化的图线,横坐标表示时间,纵坐标表示接收到的激光信号强度,图中Δt1=1.0x10-3s,Δt2=0.8x10-3s。
(1)激光器和传感器沿半径移动的方向是 ▲ ,你做出此判断的理由是 ▲ 。
(2)求图b中第三个激光信号的宽度Δt3。
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第5讲 运动和力
能力提升
1、小刚同学在放学回家的路上,脚被石块绊了一下,身体向前跌倒(如图甲所示);继续行走一会,不小心脚踩到一块西瓜皮,身体向后摔倒(如图乙所示)。对这两种情景,下列解释合理的是(▲)
A、两者脚的运动状态改变,而上身由于惯性仍保持原来的运动状态
B、两者上身的运动状态改变,而脚由于惯性仍保持原来的运动状态
C、前者上身的运动状态改变,而脚由于惯性仍保持原来的运动状态;后者脚的运动状态改变,而上身由于惯性仍保持原来的运动状态
D、前者脚的运动状态改变,而上身由于惯性仍保持原来的运动状态;后者上身的运动状态改变,而脚由于惯性仍保持原来的运动状态
【答案】A
【解析】要解答本题需掌握：用惯性的知识解释生活中的一些现象。
【分析】本题主要考查学生能否用惯性知识解释生活中的一些现象,从物理走向生活。
【详解】脚被石块绊了一下,身子向前跌倒是因为脚被石头绊住,脚的速度变慢,上身由于惯性,保持原先速度,所以向前倒;当脚踩到一块西瓜皮,身子向后摔倒是因为脚踩住西瓜皮,脚的速度变快,上身由于惯性,保持原先速度,所以向后倒。故B、C、D错。故选：A。
在链球比赛中,运动员按逆时针方向快速旋转拋掷链球,如图所示,若他的位置在图中的O点,则为了让链球飞得远,又落在有效区内,图中甲、乙、丙、丁四个位置中他最适合放开链球的是(▲)
A、甲 B、乙 C、丙 D、丁
【答案】B
【解析】【考点提示】本题是关于牛顿第一定律的题目,掌握其内容及应用是解题的关键;【解题方法提示】一切物体在没有受到任何力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态,任何物体都有惯性;分析松手时链球运动的方向是否向着有效区便可。
【分析】本题侧重考查知识点的记忆、理解能力。学生在日常学习中应从以下2个方向(【物理观念】【科学思维】)培养对知识点的记忆、理解能力。
【详解】根据题目知,松手后链球将沿他旋转时轨迹圆的切线方向飞出。由题图知,在甲处松手时,链球的速度方向未向着有效区,A不符合题意;在乙处松手时,链球的速度方向向着有效区,B符合题意;在丙处松手时,链球斜向下运动,速度方向未向着有效区,C不符合题意;在丁处松手时,链球斜向下运动,速度方向未向着有效区,D不符合题意。故选：B。
某物体的重力作用点在C点,当其如图甲所示放置时,重力的作用线与物体的底面有交点A,物体能静止在桌面上。将该物体倒置后,重力的作用线延长后与底面无交点,与桌面有交点B(如图乙所示),物体将倒下,无法静止竖立。物体在如图乙所示情况下无法竖立的原因是物体所受重力与支持力无法满足(▲)
A、作用在同一个物体上 B、大小相等
C、方向相反 D、作用在同一条直线上
【答案】D
【解析】二力平衡的条件为：大小相等、方向相反、作用在同一物体和同一直线上,据此分析即可。
【分析】本题主要考查了二力平衡条件的应用,属于基础题。
【详解】该物体受到的重力和支持力都作用在同物体上,方向相反,大小相等,但是却没有作用在同一直线上,因此二者不能平衡,于是物体有倾倒的趋势,故A、B、C错误,D正确。故选：D。
4、甲、乙两人做如图所示的“拔河”游戏,两人分别用伸平的手掌托起长凳的一端,保持凳子水平,然后各自向两侧“拉”。若凳子下表面各处的粗糙程度相同,且在乙端的凳面上放四块砖,则下列判断中正确的是(▲)
A、凳子向甲方移动 B、凳子向乙方移动
C、凳子在原处不动 D、凳子向体重大的同学一方移动
【答案】B
【解析】要解决此题,需要掌握影响摩擦力大小的因素,知道在接触面得粗糙程度相同时,压力越大,则摩擦力越大。若物体受力不平衡,则物体的运动状态会发生变化。
【分析】此题主要考查了影响摩擦力大小的因素,主要考查了压力对摩擦力的影响;同时考查了力对物体运动状态的影响。
【详解】由图知,乙端对手的压力较大,所以乙端对凳子向右的摩擦力大于甲端对凳子向左的摩擦力。因此凳子将向右移动。故选：B。
5、在图中悬挂镜框的方案中可能实现的是(设壁光滑,黑点处为镜框的重心位置)(▲)
【答案】B
【解析】A中以绳子与镜框的接触为支点、BC中以镜框与墙壁接触点为支点、D以重心为支点,分别分析除支点外受力情况,确定各力的力矩方向,判断能否平衡。镜框受到两个力(除接触点外),这两个力的力矩方向相反才可能平衡。
【分析】本题运用力矩平衡条件分析生活中的平衡问题,关键是分析受力,确定力矩的方向。
【详解】AC、以绳子与镜框的接触为支点,除支点外,镜框受到重力和墙壁的作用力两个力,相对支点而言,重力和墙壁的作用力的力矩都是逆时针方向,镜框将以支点为轴逆时针转动,不可能平衡。故AC错误。B、以镜框与墙壁接触点为支点,除支点外,镜框受到重力和绳子的拉力,重力力矩是顺时针方向,墙壁的作用力力矩沿逆时针方向,可能平衡。故B正确。D、以重心为支点,镜框受到墙壁的作用力,其力矩方向沿逆时针方向,则镜框将绕重心逆时针转动。故D错误。故选：B。
6、如图所示,甲、乙两个物体在水平桌面上处于静止状态,下列关于它们的受力的说法正确的是(▲)
A、甲对乙的压力与桌面对乙的支持力是一对相互作用力
B、乙物体受到甲、乙两物体的重力和桌面的支持力
C、乙物体受到的重力与桌面的支持力是一对平衡力
D、乙物体受到重力、甲物体的压力和桌面的支持力
【答案】D
【解析】【分析】【详解】略
7、在有些地区,人们常在小河边洗衣服。人们先把脏衣服浸泡在河水里,然后提出来放在石板上,用木棒捶打,水花四溅......如此反复多次,直到衣服被洗净为止。这里,用木棒捶打的主要目的是(▲)
A、把衣服上的灰尘打碎,以便于洗涤
B、增大木棒与灰尘之间的摩擦,将灰尘带走
C、迫使湿衣服里面的水从衣服纤维之间的缝隙中高速喷出,利用高速水流将灰尘冲洗掉
D、木棒捶打,使衣服突然运动起来,而衣服上的灰尘由于惯性仍然静止,从而使灰尘脱离衣服
【答案】C
【解析】力可以改变物体的运动状态。水冲出时给灰尘一个力,改变了灰尘的运动状态而脱离衣服。
【分析】本题考查惯性的应用,要注意根据生活常识分析,并用惯性的知识进行分析解答。
【详解】用木棒捶打衣服,水从衣服的纤维中冲出,水给尘土一个力,尘土改变了原来的运动状态,尘土脱离衣服,衣服变干净。故选：C。
8、小明用如图所示的装置研究影响滑动摩擦力大小的因素。木板P放在水平桌面上,木块Q放在木板P上,弹簧测力计一端固定,另一端挂在木块Q上,拉动木板P,木块Q稳定时,读取测力计的示数。回答下列问题：
(1)读取测力计的示数,是为了测量 ▲ (填字母)。
A、木板P受到地面的滑动摩擦力大小
B、木板P受到木块Q的滑动摩擦力大小
C、木块Q受到地面的滑动摩擦力大小
D、木块Q受到木板P的滑动摩擦力大小
(2)用相同的木板P和木块Q,在木块Q上放不同个数的砝码,拉动木板P的快慢相同,记录测力计的示数及对应的砝码个数。这是为了研究滑动摩擦力大小与 ▲ 的关系。
(3)用相同的木板P和木块Q,发现拉动木板P的快慢不同时,测力计的示数相等。由此得到的结论是 ▲ 。
【答案】(1)D; (2)压力; (2)滑动摩擦力的大小与运动快慢无关;或接触面相同,压力相等,滑动摩擦力的大小与运动快慢无关
【解析】(1)摩擦力与物体间的压力、接触面的粗糙程度有关,根据控制变量法的要求,分析图示情景,然后答题;(2)物体静止和做匀速直线运动时,此时物体处平衡状态,受到的力是平衡力,二者大小相等、方向相反、作用在同一直线上,可根据一个力的大小、方向,确定另一个力的大小和方向;(3)滑动摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反;滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关,若两者都不发生变化,则滑动摩擦力不变。
【分析】此题考查学生对于物体处于匀速直线运动状态时摩擦力大小的决定因素,受到平衡力的作用和相互平衡的两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上的理解与运用。
【详解】(1)木板P放在水平桌面上,木块Q放在木板P上,弹簧测力计一端固定,一端挂在木块Q上,拉动木板P,木块Q稳定时,读取测力计的示数,此时木块Q受到木板P的滑动摩擦力大小与弹簧测力计示数相等,二力平衡,故D正确;(2)根据控制变量法,用相同的木板P和木块Q,在木块Q上放不同个数的砝码,拉动木板P快慢相同,记录测力计的示数及对应的砝码个数。这是控制接触面粗糙程度不变,改变压力,这是为了研究滑动摩擦力大小与压力的关系;(3)木块的运动速度虽然不同,但前后两次受到的拉力和摩擦力都是一对平衡力。由于木块Q对木板P的压力不变,接触面的粗糙程度不变,所以木块受到的摩擦力不变。故可得滑动摩擦力大小与运动快慢无关,或接触面相同,压力相等,滑动摩擦力大小与运动快慢无关。故答案为：(1)D; (2)压力; (2)滑动摩擦力的大小与运动快慢无关;或接触面相同,压力相等,滑动摩擦力的大小与运动快慢无关。
9、小刚和小明两位同学利用如图甲所示装置探究二力平衡条件(10个相同砝码,每个砝码质量均为100g)。
(1)实验中通过 ▲ 来改变拉力F1、F2的大小;
(2)把木块放在水平桌面上,向两端的小盘里加砝码,发现当两盘砝码质量相等时,木块静止。当左侧放400g砝码、右侧放500g砝码时,小木块也保持静止状态,经过分析发现木块在水平方向除了受F1、F2作用,还受到 ▲ 力的作用,则该力的大小为 ▲ N;
(3)为避免上述现象发生,小刚用如图乙所示的小车替换木块进行实验,小明用如图丙所示的轻质硬纸板替换木块进行实验,它们的优点是 ▲ 。
(4)小明将轻质硬纸板转过一个角度,如图丙所示,然后松手。这样做是为了探究相互平衡的两个力是否作用在 ▲ 。
【答案】(1)改变砝码数量; (2)摩擦;1; (3)消除了摩擦力对实验的影响; (4)同一直线上
【解析】【分析】【详解】(1)探究二力平衡条件的实验中通过改变其两边的砝码的数量来改变小车受到的拉力F1、F2的大小。(2)当左侧放400g砝码,右侧放500g砝码时,发现木块仍然处于静止状态,出现这种现象的原因是木块受到了摩擦力的作用,且此时木块在左右两边拉力以及桌面对木块的摩擦力作用下平衡,所以F左+f=F右,则f=F右-F左=G右-G 左=(m右-m左)g=(0.5kg-0.4kg)x10N/kg=1N。(3)小刚将木块换成小车,将滑动摩擦变为滚动摩擦,减小了摩擦力;小明将木块换成硬纸板,且硬纸板与桌面不接触,消除了摩擦力。(4)将硬纸板扭转到如图丙所示的位置,两个拉力不在同一直线上,小车不能平衡,所以会扭转回来,可以探究相互平衡的两个力是否作用在同一直线上。故答案为：(1)改变砝码数量; (2)摩擦;1; (3)消除了摩擦力对实验的影响; (4)同一直线上。
10、如图所示,一辆装载钢卷的卡车在3000N的水平牵引力F作用下,以20m/s的速度沿平直的路面向
左匀速行驶。已知该卡车受到的路面的阻力大小为整辆车总重的0.2。
(1)求车受到的路面的摩擦阻力f的大小及方向;
(2)求卡车和钢卷所受的总重G总的大小;
(3)当卡车卸掉300kg 钢卷后,要使卡车能以30m/s的速度继续匀速直线行驶,需要的水平牵引力为多大
(4)在运输钢卷时,通常要用钢丝绳将钢卷固定在车身上,这是为什么
【答案】(1)车受到路面的摩擦阻力f的大小为3000N,方向水平向右; (2)卡车和钢卷所受的总重G总的大小为15000N; (3)需要的水平牵引力为2400N; (4)在运输钢卷时,通常要用钢丝绳将钢卷固定在车身上,防止停车时钢卷由于惯性继续向前运动,将驾驶室压坏,出现事故
【解析】(1)(2)由于卡车在平直的公路上匀速直线行驶,卡车受到的牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,利用F=f=0. 2G求卡车总重和摩擦阻力f的大小以及方向;(3)卸掉300kg钢卷后,总重力改变,新的阻力变成0. 2G',卡车受到的牵引力与阻力是一对平衡力;(4)物体保持原来运动状态不变的性质叫做惯性。
【分析】本题为力学综合题,考查了二力平衡条件的应用以及惯性的知识,是一道综合题,但难度不大。
【详解】(1)由于卡车在平直的公路上匀速直线行驶,卡车受到的牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等,方向相反,即f=F=3000N,因为牵引力水平向左,所以摩擦力水平向右。(2)卡车受到路面的阻力大小为整辆车总重的0. 2倍,即f=0. 2G,则卡车和钢卷所受的总重G总的大小为：G总==15000N。(3)当卡车卸掉300kg的钢卷后,300kg的钢卷重力G钢=300kgx10N/kg=3000N,总重力G'=15000N-3000N=12000N,新的阻力f'=0. 2G'=0. 2x12000N=2400N,继续匀速直线运动,牵引力F'=f'变=2400N。(4)在运输钢卷时,通常要用钢丝绳将钢卷固定在车身上,防止停车时钢卷由于惯性继续向前运动,将驾驶室压坏,出现事故。故答案为：(1)车受到路面的摩擦阻力f的大小为3000N,方向水平向右; (2)卡车和钢卷所受的总重G总的大小为15000N; (3)需要的水平牵引力为2400N; (4)在运输钢卷时,通常要用钢丝绳将钢卷固定在车身上,防止停车时钢卷由于惯性继续向前运动,将驾驶室压坏,出现事故。
思维拓展
11、如图所示,A、B、C三个物体叠放在水平桌面上,水平力为F1=4N,F2=10N,分别作用在物体B、C上,A、B、C保持相对静止一起相对桌面向右匀速运动。用f1、f2、f3表示A与B、B与C、C与桌面间的摩擦力,下列判断正确的是(▲)
A、A与B、B与C间有静摩擦力,C与地面间有滑动摩擦力
B、桌面对C的摩擦力方向水平向右
C、f1=0,f2=4N,f3=6N
D、f1=4N,f2=4N,f3=10N
【答案】C
【解析】两个物体发生相对滑动时,可能存在滑动摩擦力。两个物体相对静止又有相对运动趋势时存在静摩擦力。以ABC三个物体整体为研究对象,根据平衡条件分析桌面对C的摩擦力方向。再分别以A、A和B整体、ABC三个物体整体为研究对象,根据平衡条件求出f1、f2、f3。
【分析】本题是三个物体的平衡问题,关键是要灵活选择研究对象。容易出现的错误是认为B对A有向右的摩擦力,可根据平衡条件运动假设法进行分析。
【详解】以A为研究对象,根据平衡条件可知,B对A没有摩擦力,否则A所受合力为零,不可能做匀速运动,即f1=0。以A、B整体为研究对象,由平衡分析可知,C对B的摩擦力与F1大小相等,方向相反,即有f2=F1=4N。再以三个物体整体为研究对象,根据平条件得到,桌面对C的摩擦力f3与F1、F2的合力大小相等、方向相反,即得到f3=6N,方向平向左。故选：C。
12、当某人推着自行车前进时,地面对前轮的摩擦力为F1,对后轮的摩擦力为F2;当他骑着自行车加速前进时,地面对前轮的摩擦力为F3,对后轮的摩擦力为F4。下列说法正确的是(▲)
A、F1与前进方向相同 B、F2与前进方向相同
C、F3与前进方向相同 D、F4与前进方向相同
【答案】D
【解析】【分析】【详解】区分自行车的主动轮和从动轮,根据自行车两轮相对于地面的转动方向判断摩擦力的方向,再根据摩擦力总是阻碍物体之间的相对运动进行分析即可。推着自行车前进时,两轮相对于地面向前运动,所以摩擦力都向后,即F1、F2的方向向后;骑着自行车加速前进时,后轮在力的作用下转动,相对于地面向后运动,所以后轮受向前的摩擦力,则F4的方向向前,前轮的运动情况与推动时相同,则摩擦力方向向后,即F3的方向向后。故选：D。
13、公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图所示,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为υ0时,汽车恰好没有向公路内、外两侧滑动的趋势。在该弯道处(▲)
A、路面外侧高,内侧低 B、若车速低于υ0,车辆便会向内侧滑动
C、若车速高于υ0,车辆便会向外侧滑动 D、雨后路面与干燥时相比,υ0的值变小
【答案】A
【解析】汽车拐弯处将路面建成外高内低,汽车拐弯靠重力、支持力、摩擦力的合力提供向心力。速率为 0时,靠重力和支持力的合力提供向心力,摩擦力为零。根据牛顿第二定律进行分析。
【分析】解决本题的关键搞清向心力的来源,运用牛顿第二定律进行求解,知道速率为 0时,靠重力和支持力的合力提供向心力,摩擦力为零。
【详解】A、路面应建成外高内低,此时重力和支持力的合力指向内侧,可以提供圆周运动的向心力。B、若车速低于 0,所需的向心力减小,此时摩擦力可以指向外侧,减小提供的力,车辆不会向内侧滑动。C、若车速高于 0,所需的向心力增大,此时摩擦力可以指向内侧,增大提供的力,车辆不会向外侧滑动。D、雨后路面与干燥时相比,由于支持力和重力不变,所以 的值不变。故选：A。
14、如图是水平公路上从车后看到的一辆行驶着的汽车的右后轮,根据图中所示现象可知(▲)
A、汽车正在向左转弯,右后轮对地面作用力的方向为向下偏左
B、汽车正在向左转弯,右后轮对地面作用力的方向为向下偏右
C、汽车正在向右转弯,右后轮对地面作用力的方向为向下偏左
D、汽车正在向右转弯,右后轮对地面作用力的方向为向下偏右
【答案】B
【解析】由图知轮胎受地向左的摩擦力,此力提供向心力,所以汽车正在向左转弯,由反作用力轮对地面作用力的方向为向下偏右。
【分析】根据图示判断出车的运动趋势,然后即可确定汽车向哪个方向转弯,解答此题要求学生应具备一定的空间想象能力。
【详解】从图可判断车有向右运动的趋势,则汽车正在向左转弯,车轮受到向左的摩擦力,右后轮对地面作用力的方向为向下偏右。故选：B。
15、轻质弹簧S的上端固定在天花板上,下端悬挂一质量为m的物体,平衡时弹簧的长度为L1。现将一根与S完全相同的弹簧剪为S1和S2两部分,将质量分别为m1和m2的两物体分别与S1和S2相连并悬挂在天花板上(m1+m2=m),如图所示。平衡时S1和S2的长度之和为L2,则(▲)
A、L2一定等于L1
B、L2一定大于L1,且m1越大、S1原长越长,L2就越长
C、L2一定小于L1,且m1越大、S2原长越长,L2就越短
D、L2一定小于L1,且m2越大、S1原长越长,L2就越短
【答案】C
【解析】在弹性范围内,弹簧的伸长量与所受力的大小成正比,据此分析解答。
【分析】本题考查了弹簧测力计的原理,灵活运用该原理对该题进行分析是解题关键。
【详解】设长为S的弹簧有n圈,每圈弹簧的倔强系数为k,长为的弹簧有n1圈,长为S2的弹簧有n2圈,故n=n1+n2,所以第一种情况下弹簧S的长度L1=S0+n;第二种情况下弹簧的长度L2=S01+n1＋S02+n2= S0+n1+n2;所以L1-L2=n-n1-n2=n2> 0,故L1一定大于L2,且m1越大,其差值就越大,L2就越短;n2越大(即S2原长越长),其差值也越大,故C正确,ABD错误。故选：C。
16、如图所示,A、B、C、D是4块质量相同的砖,每块重50N,A、D两侧是两块竖直的木板,木板外侧分别用1000N的力压紧,砖处于静止状态。A砖与木板内侧之间的摩擦力为 ▲ N;A砖与B砖之间的摩擦力为 ▲ N;B砖与C砖之间的摩擦力为 ▲ 。
【答案】100; 50; 0
【解析】结合平衡力的知识,分三次对物体进行受力分析：1.将四块砖视为一个整体;2.对A砖进行分析;3.对B砖进行分析,可知道各砖之间摩擦力的关系。
【分析】找好研究对象,对研究对象进行受力分析是关键;还要根据平衡力的知识(各砖块处于静止状态),确定出具体的平衡力。
【详解】先把4块砖看作一个整体：4块砖的总重力为4x50N=200N;两边的压力F相同,两边受到的摩擦力也相同,根据平衡力知识,向下的重力200N与两边的摩擦力之和相等;故两边的砖块1和4各受到100N的摩擦力作用,且方向竖直向上;对于A砖和上述分析可知,A砖与木板之间的摩擦力为100N,方向竖直向上,A砖还受到自身竖直向下的重力,大小为50N;由于A砖受平衡力作用,因此A砖还受到B砖竖直向下的摩擦力作用，因此A砖与B砖之间的摩擦力大小为50N;对B砖和上述分析可知,B砖受到A砖竖直向上的摩擦力作用,大小为50N,B砖还受到自身竖直向下的重力,大小也为50N,根据受力平衡可知,B砖与C砖间不存在摩擦力的作用,即B砖与C砖之间的摩擦力为0。故答案为：100; 50; 0。
17、当两个力F1和F2同时作用在一个物体上产生的效果与一个力F单独作用的效果相同时,F叫作F1和F2的合力,F1和F2叫作F的两个分力。某实验小组在探究合力与分力的关系实验时,把一根轻质弹簧的一端固定在O点,另一端用细线固定在弹簧秤的挂钩上。第一次用两根弹簧秤沿同一直线同一方向同时拉(为方便观察,图中直线稍错开),将弹簧由A拉伸到B位置(如图a所示),弹簧秤的示数分别为3N和1N;第二次只用一根弹簧秤也将弹簧由A拉伸到B位置(如图b所示),这样做是为了 ▲ ,若此时弹簧秤的示数为4N,则可以得到的结论是 ▲ 。
【答案】使F的作用效果与F1、F2的作用效果相同;在同一直线上,方向相同的两个力的合力与分力方向相同,大小等于两个分力之和
【解析】在本题中力的作用效果是弹簧伸长,两次实验都使弹簧伸长到同一位置,由于弹簧的伸长相同,则弹簧的作用效果相同。分析实验过程及合力与分力的关系,可得出结论。
【分析】本题是一道信息给予题,理解题意,知道合力与分力的概念、由题意求出合力大小与分力大小间的关系,是解题的关键。
【详解】第二次只用一根弹簧秤也将弹簧由A拉伸到B位置,这样做是为了使F的作用效果与F1、F2的作用效果相同。由题意知：第二次弹簧的拉力F是第一次弹簧的拉力F1与F2的合力;两个分力的合力F合=F1+F2=3N+1N=4N＝F;由此得出结论：在同一直线上,方向相同的两个力的合力与分力方向相同,大小等于两个分力之和。故答案为：使F的作用效果与F1、F2的作用效果相同;在同一直线上,方向相同的两个力的合力与分力方向相同,大小等于两个分力之和。
18、在机械制造中有一个给大飞轮定重心的工序,该工序的目的是使飞轮的重心发生微小的位移,以使它准确位于轴心上,如图所示,一个质量为M=80kg、半径为R=0.4m的金属大飞轮可在竖直平面内绕轴心(图中两虚线的交点)自由转动。用力推动一下大飞轮,飞轮转动若干周后停止,多次试验,发现飞轮边缘上的标记F总是停在如图所示的位置。
(1)根据以上情况,可以初步确定飞轮重心P可能在图中 ▲ 。
A、轴心左侧的某一位置
B、轴心正下方的某一位置
C、轴心右侧的某一位置
(2)工人在飞轮边缘上的某点E处,焊接上质量为m=0.4kg的金属后,再用力推动飞轮,当观察到 ▲ 的现象时,说明飞轮的重心已调整到轴心上了。
(3)调整前飞轮的重心P到轴心的距离为 ▲ 。
【答案】(1)B; (2)每次推动飞轮后,飞轮边缘上的标记F可以停在任意位置; (3)2x10-3m
【解析】(1)转动物体静止时,重心应在最低处,由题目中的条件可确定出重心的大致位置;(2)若重心在转轴处,则物体最后静止时F可在任意点,由此可知答案;(3)焊接金属的目的是为了让重心回到转轴处,则应焊在重心所在的直径的最外侧;(4)飞轮能停在任意位置,设转到焊接点与重心处在同一水平面上时,焊接物与重心的力矩应当平衡,则由力矩平衡可求得重心的位置。
【分析】本题难度较大,需要我们对重心及转动的性质有足够的了解才能顺利求解。
【详解】(1)重心在最低点时,飞轮才能静止,因每次F都与转轴在同一水平面上,则说明重心应在轴心的正下方。(2)如果重心在轴心处,则停止时,飞轮可以停在任意位置,即F可能出现在任意位置。(3)考虑到调整后,飞轮可以停在任意位置,那么当飞轮的重心P和焊接点E转动到同一水平线上时,如下图所示：
根据杠杆平衡条件：Mgl=mgR,解得：L==2x10-3m。故答案为：(1)B; (2)每次推动飞轮后,飞轮边缘上的标记F可以停在任意位置; (3)2x10-3m。
19、2013年6月20日,神舟十号航天员王亚平在太空授课时提了一个思考题：在太空中,人们常用的杆秤、天平等测量质量的仪器都会失效,能有什么方法解决呢 小金通过查阅资料发现,弹簧的振动快慢与所挂物体的质量存在一定的关系,此关系可利用如图所示的实验获得。在一根轻质弹簧下悬挂质量为m的钩码,让其在竖直方向上振动,弹簧每上下振动一次所需的时间叫周期(T),改变物体质量,多次测量,得到如表所示的实验数据。
m/kg 0.05 0.1 0.15 0.2
T2/S2 0.25 0.50 0.75 1.00
根据以上实验过程回答如下问题：
(1)在该实验中,主要用到的测量仪器有 ▲ 。
(2)请根据表中数据在图乙中作出弹簧振动周期的平方T2与重物质量m的关系图像。
(3)已知弹簧振动快慢只和所挂物体的质量与弹簧本身有关,那么如果在太空中想测量一个苹果的质量, 请你给出测量思路： ▲ 。
【答案】(1)秒表; (2)如图所示：
; (3)①将苹果挂在轻质弹簧a上;②测出振动30次所需的时间t,算出每振动一次所需的时间;③根据图2查得该苹果的质量为m克。
【解析】(1)根据需要测量的物理量可知需要的测量工具;(2)根据表格中数据描点,并连线;(3)由于对于同一根弹簧,振动快慢相同物体质量就相同有关。据此设计实验。
【分析】本题考查用控制变量法研究弹簧振动快慢的影响因素。能根据研究的问题,选择器材,分析数据,设计实验。
【详解】(1)根据需要测量的物理量质量和时间,故需要的主要测量工具是秒表;(2)根据表格中数据及题目要求,根据弹簧振动周期的平方T2与重物质量m描点,并连线,如图所示：
;(3)由于对于同一根弹簧,振动快慢相同物体质量就相同有关,故设计实验如下：①将苹果挂在轻质弹簧a上,②测出振动30次所需的时间t,算出每振动一次所需的时间,③根据图2查得该苹果的质量为m克。故答案为：(1)秒表; (2)如图所示： ;(3)①将苹果挂在轻质弹簧a上;②测出振动30次所需的时间t,算出每振动一次所需的时间;③根据图2查得该苹果的质量为m克。
20、一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动,在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准,使两者间连线与转轴平行,分别置于圆盘的上、下两侧,且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动,激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中,当狭缝经过激光器与传感器之间时,传感器接收到一个激光信号,并将其输入计算机,经处理后画出相应图线。图a为该装置示意图,图b为所接收的光信号随时间变化的图线,横坐标表示时间,纵坐标表示接收到的激光信号强度,图中Δt1=1.0x10-3s,Δt2=0.8x10-3s。
(1)激光器和传感器沿半径移动的方向是 ▲ ,你做出此判断的理由是 ▲ 。
(2)求图b中第三个激光信号的宽度Δt3。
【答案】(1)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动;由于脉冲宽度在逐渐变窄,表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少,即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加,因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动;(2) 0. 67x10-3s
【解析】(1)由图象中的光信号能通过狭缝的时间逐渐减少,说明激光器与传感器在移动,相对而言圆盘的转动速度在发生变化。(2)根据前两个光信号的时间,可求出激光器与传感器移动速度,从而可算出第三个光信号的时间。
【分析】考查圆周运动的角速度与线速度和半径关系,以及运用数学知识分析问题的能力,较难。
【详解】(1)由于脉冲宽度在逐渐变窄,表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少,即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加,因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动。(2)设狭缝宽度为d,探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为ri,第i个脉冲的宽度△ti,激光器和探测器沿半径的运动速度为 。则：△ti=T,ri=,故r2-r1=r3-r2=。由于r3-r2=r2-r1= T,则;由此解得：Δt3==0.67x10-3s。故答案为：(1)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动;由于脉冲宽度在逐渐变窄,表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少,即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加,因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动;(2) 0. 67x10-3s。
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