【弯道超车】沪科版2024物理八年级(上) 预习学案 第23讲 6.4 探究:滑动摩擦力大小与哪些因素有关(原卷版+解析版)

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【弯道超车】沪科版2024物理八年级(上) 预习学案 第23讲 6.4 探究:滑动摩擦力大小与哪些因素有关(原卷版+解析版)

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【弯道超车】沪科版2024物理八年级(上) 预习学案
【弯道超车】沪科版八年级物理全册预习学案(有答案):
内容:激趣导入+细读教材+典例精讲+热身训练 +拓展阅读;
适合:暑假或提前学习8年级内容的人群;
特点:资料讲解细致,对应新课标2022把握重要知识点;
作用:拓展阅读、增长见闻,拓宽视野,为开学学习奠定坚实的学习基础。
1.物理观念:
(1)知道摩擦现象及滑动摩擦力的概念。
(2)掌握测量滑动摩擦力的方法及影响滑动摩擦力的因素。
(3)通过实例分析,知道有益摩擦和有害摩擦的概念以及增大有益摩擦、减小有害摩擦的方法。
2. 科学思维:在学习测量滑动摩擦力的过程中,思考方法的不足并提出改进意见,培养质疑创新的意识。
3.科学探究:通过探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验过程中,学会制订简单的科学探究方案,理解在研究多因素问题中怎样运用“控制变量”的方法,学会利用表格收集实验数据,培养科学探究能力。
4.科学态度与责任:
(1)通过观察和实际操作,使学生树立以观察和实验的方法来研究物理问题的思想,培养学生实事求是的科学态度。
(2)通过联系生活实际,使学生体会到物理知识在生活中的价值。。
“老师这里有一个‘魔法挑战’:谁能用最小的力气,把这块木板从我的手掌下‘偷’走?(教师左手压住木板,右手托住,邀请学生尝试)
奇怪了,明明木板很轻,为什么大家却‘偷’不走?
再试试:我在木板上铺一块毛巾,现在谁能轻松抽走它?(学生尝试后发现更费力)
为什么‘光滑’的木板难抽,‘粗糙’的毛巾反而好抽?这背后藏着摩擦力的什么秘密?今天,我们就用实验破解这个‘魔法’!”
知识点一:滑动摩擦力
1.定义:两个互相接触的物体,当它们发生相对运动(或有相对运动趋势)时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力,叫做摩擦力。其中,物体在另一个物体表面滑动时受到的摩擦力称为滑动摩擦力。
2.产生条件:
物体间相互接触且挤压(有压力);
接触面粗糙;
物体间存在相对运动(或相对运动趋势)。
3.方向:与物体相对运动的方向相反(注意:与物体的“绝对运动方向”可能不同,例如人走路时,脚相对地面有向后滑的趋势,摩擦力方向向前,与人的运动方向一致)。
4.分类:滑动摩擦、滚动摩擦、静摩擦(静摩擦是物体间有相对运动趋势但未发生相对运动时的摩擦)。
知识点二:探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关
1. 实验方法:控制变量法
滑动摩擦力的大小可能与压力大小、接触面粗糙程度等因素有关,因此探究时需控制其他变量不变,只改变一个因素进行实验。
2. 测量方法:二力平衡原理
用弹簧测力计水平匀速拉动木块时,木块在水平方向受拉力和滑动摩擦力,二力平衡,因此弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小。
3. 实验结论
当接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
当压力大小相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
4. 拓展探究(教材补充)
滑动摩擦力大小与接触面积大小无关(控制压力和粗糙程度不变,改变木块放置方式,摩擦力不变);
滑动摩擦力大小与物体运动速度无关(控制压力和粗糙程度不变,改变拉动速度,摩擦力不变)。
知识点三:增大摩擦和减小摩擦
1. 增大摩擦力的方法
增大压力(例如:刹车时用力捏闸);
增大接触面的粗糙程度(例如:轮胎刻花纹、鞋底做防滑纹)。
2. 减小摩擦力的方法
减小压力(较少用,实际场景中压力通常由物体自身重力或外力决定);
减小接触面的粗糙程度(例如:给机械零件加润滑油、给门轴加润滑剂);
用滚动代替滑动(例如:行李箱装轮子、轴承的使用);
使接触面分离(例如:磁悬浮列车、气垫船)。
1.滑动摩擦力的方向判断
滑动摩擦力的方向与物体相对接触面的运动方向相反,而非“相对地面的运动方向”。例如:人走路时,脚向后蹬地,脚相对地面有向后运动的趋势,地面给脚的摩擦力向前(与脚相对地面的运动趋势相反),这个摩擦力是人前进的动力。
2.滑动摩擦力的大小误区
滑动摩擦力大小仅与压力大小和接触面粗糙程度有关,与接触面积大小、运动速度无关(初中阶段默认结论)。例如:把木块侧放(减小接触面积)或快速拉动,滑动摩擦力大小不会改变。
3.增大/减小摩擦的实际应用
(1)增大有益摩擦:鞋底花纹(增大粗糙程度)、刹车时捏紧车闸(增大压力)。
(2)减小有害摩擦:给机械加润滑油(使接触面分离)、磁悬浮列车(利用磁场使接触面分离)、滚动代替滑动(如行李箱装轮子)。
题型1:滑动摩擦力
【典例1】如图所示,质量为M的圆环用轻绳吊在天花板上,环上有两个质量均为m的小环自大环顶部开始分别向两边滑下,当两个小环下落至与大环圆心等高时,小环所受摩擦力为f,则此时绳对大环的拉力为(  )
A.(M+m)g B.(M+2m)g C.Mg+f D.Mg+2f。
【变式1-1】国家级非物质文化遗产之一的景德镇手工制瓷技艺,是中华优秀传统文化的重要组成部分。图中展现了手工制瓷中的四道重要工序,以下说法正确的是(  )
A.揉泥:泥团能被揉成一定的形状,是因为泥具有弹性
B.拉坯:捏、捧、拉等手法使坯成型,说明力可以改变物体的形状
C.晒坯:坯体在晒架上晾晒,坯体变干的过程需要放热
D.利坯:类似于用卷笔刀削铅笔,刀片与坯体间的摩擦是滚动摩擦
【变式1-2】太空中,无法用普通钢笔写字。如图所示,是我国研发的“太空圆珠笔”的结构示意图。使用时利用密封在笔内的压缩氮气推动墨水从笔尖流出。下列说法正确的是(  )
A.使用时,笔芯内氮气的密度变小
B.使用时,笔芯内的墨水质量不变
C.使用时,笔芯内氮气的质量变小
D.使用时,笔尖与纸张间的摩擦是滑动摩擦
【变式1-3】下列摩擦现象中,属于滚动摩擦的是(  )
A.拔河时,运动员握紧绳子的手与绳子之间的摩擦
B.小朋友从滑梯上下滑时,与滑梯之间的摩擦
C.球在地面上滚动时,与地面之间的摩擦
D.人走路时,鞋底与地面之间的摩擦。
题型2:探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关
【例题2】在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,小林进行了如下的实验。
(1)如图甲所示,他悬挂好弹簧测力计使其静止,在弹簧测力计的挂钩下拴一根细线,细线绕过定滑轮水平拉住木块A,用水平拉力F拉动长木板B,使其在桌面上水平向左运动,木块A相对桌面保持静止,在此过程中,弹簧测力计的示数F1等于木块A所受滑动摩擦力的大小。若改变拉动长木板B的水平拉力F的大小,木块A所受的滑动摩擦力大小是否会改变? 。(选填“会”或“不会”)
(2)如图乙所示,小林将砝码压在木块A上,用水平拉力F拉动长木板B,使其在桌面上水平向左运动,弹簧测力计的示数为F2,通过实验发现:F2 F1(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
【变式2-1】某同学用图示装置进行“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验,两个传感器可分别显示拉力和压力的大小,向左拉动长木板,铁块始终处于静止状态。下列有关说法正确的是(  )
A.实验过程中,必须匀速拉动长木板
B.向左拉动长木板时,铁块受到的长木板的滑动摩擦力方向水平向右
C.增加沙桶内的沙子,可探究滑动摩擦力与重力的关系
D.当沙桶中沙子增加时,向左拉动长木板,拉力传感器的示数会减小。
【变式2-2】如图所示,为了研究影响滑动摩擦力大小的因素,某同学利用一个钩码,一个木块,两个材料相同但粗糙程度不同的长木板进行三次实验。下列说法正确的是(  )
A.实验中只要拉动木块做匀速直线运动,滑动摩擦力大小就等于拉力大小
B.甲、丙两次实验可以探究滑动摩擦力大小与压力的关系
C.乙、丙两次实验中,当木块做匀速直线运动时,钩码所受的摩擦力都为零
D.拉动木块的运动速度越快,木块受到的滑动摩擦力也越大。
【变式2-3】在探究影响滑动摩擦力大小的因素时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿水平木板匀速滑动,测出木块与木板之间的滑动摩擦力,如图甲所示;将铁块放在木块上,重复上述实验,如图乙所示。下列说法正确的是(  )
A.图甲中,弹簧测力计的示数大于滑动摩擦力的大小
B.图乙中,木块与木板之间增大的压力大小等于木块和铁块的总重力
C.甲、乙两次实验,探究的是滑动摩擦力的大小与压力是否有关
D.甲、乙两次实验,探究的是滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度是否有关。
题型3:增大摩擦和减小摩擦
【例题3】如图所示,为保障市民安全出行,志愿者们正在清理道路积雪。下列四个选项中,有一个增大摩擦力的方法与其他三项不同,请选出(  )
A.在路面上铺上沙子
B.铲雪时握紧铲子,防止铲子滑落
C.穿鞋底粗糙的橡胶鞋
D.戴防滑手套。
【变式3-1】足球是深受人们喜爱的体育运动项目。关于足球运动涉及的物理知识,下列分析正确的是(  )
A.足球鞋底凹凸不平,增大鞋底摩擦力
B.足球空中运动过程中,不受重力作用
C.守门员接住足球,表明力改变其形状
D.赛前给足球充气,球内空气密度不变。
【变式3-2】如图所示是小东帮助妈妈网上购买家居物品时,浏览的商品图片。他发现网络上很多商家宣传商品时出现了科学性错误。下列四款商品介绍中,不存在科学性错误的是(  )
A.甲图红枣去核器:省力杠杆,快速去核,省时又省力
B.乙图防勒手拎袋器:波浪形设计,提物方便,减小对手的压力
C.丙图防滑地垫:蜂窝矩阵吸盘,增大接触面积,让摩擦力更大
D.丁图吸盘挂钩:吸盘与接触面密封,大气压强为你工作
【变式3-3】自行车是我们日常生活中常见的交通工具。观察下列四幅自行车的细节图片(如图),关于它们的设计目的,其中说法正确的是(  )
A.图甲:轮胎表面的花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大压强
B.图乙:捏紧刹车是通过增大压力来增大摩擦力
C.图丙:车轴是通过变滑动为滚动来增大摩擦力
D.图丁:宽大的座垫是通过增大受力面积来增大压强
一.选择题(共9小题)
1.如图所示,A、B两个物体叠放在水平面上,同时有F=2N的两个水平力分别作用于A、B两物体上,使A、B两个物体处于静止状态,下列分析正确的是(  )
A.地面对B的摩擦力为0
B.A和B之间摩擦力为0
C.地面对B的摩擦力为2N,方向水平向左
D.地面对B的摩擦力为2N,方向水平向右
2.如图,把吸盘压在竖直的玻璃墙上,挤出空气,它就“吸”在玻璃墙上静止不动,则吸盘所受摩擦力(  )
A.方向竖直向下 B.方向竖直向上
C.大于其所受重力 D.小于其所受重力
3.小华发现,有时候垫毛巾更容易拧开罐头盖。下列改变摩擦的方法与之相同的是(  )
A.骑自行车刹车时用力捏闸 B.使劲擦黑板擦得更干净
C.装滚轮的储物箱更易推动 D.凹凸花纹的地砖更防滑
4.如图所示,小明在测量滑动摩擦力时,将物块A置于水平木板上,用弹簧测力计水平向右拉A,使其始终做匀速直线运动,经过区域1和区域2时,弹簧测力计的示数分别为1.2N和1.8N,两区域示数不同的原因是(  )
A.在区域1中A对木板的压力更大
B.在区域2中A对木板的压力更大
C.木板上区域1的粗糙程度更大
D.木板上区域2的粗糙程度更大
5.如图,同一长方体木块先后以相同的速度v,在同一水平面上被匀速直线拉动,甲图中平放,乙图中竖放,丙图中平放且在上面叠放一重物(重物与木块相对静止),木块所受的水平拉力分别为F甲、F乙、和F丙,则(  )
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
6.生活中有的摩擦是有用的,有的摩擦是有害的,下列情况属于减小摩擦的是(  )
A.甲图:自行车刹车时用力捏车闸
B.乙图:体操运动员上器械前,手上要涂防滑粉
C.丙图:在冰壶运动中,运动员不断擦拭冰面
D.丁图:矿泉水瓶瓶盖上刻有竖条纹
7.如图所示,物体甲、乙叠放在水平地面上,在5N的水平拉力F的作用下一起向右做匀速直线运动,不计空气阻力。下列说法正确的是(  )
A.甲受到的摩擦力大小为5N
B.甲受到的摩擦力方向水平向右
C.乙受到的摩擦力大小为5N
D.乙受到的摩擦力方向水平向右
8.如图所示,我们的祖先曾用滚木巧妙地移动巨石,下列措施中,改变摩擦力大小的方法与此相同的是(  )
A.用力压住橡皮,来回擦去写错的铅笔字
B.汽车在冰雪路面行驶,车轮上绕有铁链
C.在衣服的拉链上涂些蜡
D.自行车转轴处装有滚珠轴承
9.书法教育是对中小学生进行书法基本技能的培养和书法艺术欣赏,是传承中华民族优秀传统文化,培养爱国情怀的重要途径。如图所示,在某次书法课上,小明同学在水平桌面上平铺一张白纸,然后在白纸的左侧靠近边缘处放镇纸,防止书写过程中白纸在桌面上打滑。书写“一”字时,在向右行笔的过程中镇纸和白纸都处于静止状态。则(  )
A.毛笔受到白纸的摩擦力的方向水平向左
B.镇纸受到白纸的摩擦力的方向水平向右
C.白纸受到毛笔的摩擦力的方向水平向左
D.白纸只受到向左的摩擦力
二.多选题(共2小题)
(多选)10.如图所示四幅图对应说法正确的是(  )
A.图甲:货物沿着传送带一起匀速上升,货物受到沿斜面向下的摩擦力
B.图乙:一人站在电梯上随电梯一起匀速上升,人没有受到摩擦力
C.图丙:物体被压在竖直墙壁上保持静止,压力增大,摩擦力增大
D.图丁:物体被压在竖直墙壁上向下运动,压力增大,摩擦力增大
(多选)11.如图5所示,将A、B两个粗糙程度相同重力均为10N的物体,以甲、乙两种不同的方式放在同一水平桌面上,甲图为叠放,乙图为平放。分别用水平方向的推力F甲和F乙使物体AB一起向右做匀速直线运动。已知F甲大小为5N,不计空气阻力。下列说法中正确的是(  )
A.甲图中,物体A受到的摩擦力大小为5N,方向水平向左
B.甲图中,物体B受到的摩擦力大小为5N,方向水平向右
C.乙图中,物体A、B受到的摩擦力大小为10N,方向水平向左
D.甲、乙两图中,推力F甲和F乙大小相等
三.填空题(共6小题)
12.如图所示,小明将弹簧测力计一端固定,另一端钩住运动鞋。拉动鞋下的橡胶垫沿水平方向向左运动,读出弹簧测力计示数即可测出木块A所受摩擦力大小。不计弹簧测力计的自重,在橡胶垫运动的过程中,运动鞋所受摩擦力的方向是     ,拉动速度变大,弹簧测力计示数     。(选填“变大”“变小”或“不变”)
13.如图甲所示,在水平拉力F1作用下,装满沙子的盒子在水平面匀速运动。盒子倒去部分沙后放在水平B面,如图乙所示,在水平拉力F2(F2=F1)的作用下盒子做匀速直线运动,则A面对盒子的摩擦力     B面对盒子的摩擦力(选填“大于”“等于”“小于”),水平A面比水平B面更     (选填“粗糙”、“光滑”)。
14.如图,物块A和B放在水平地面上,它们之间用一根轻质弹簧连接,用F=6N的水平拉力使物块A和B一起向右做匀速直线运动,它们受到地面的摩擦力fA:fB=1:2,且整个过程中,弹簧一直在弹性限度内,则物体A受到的拉力为     N,物体B受到地面的摩擦力为     N。
15.“笔、墨、纸、砚”合称文房四宝。大诗人李白是这样写砚台的:“一方在手转乾坤,清风紫毫酒一樽”。如图,在研墨的过程中,手用力下压墨条,是通过增大    来增大摩擦的。当墨条向左运动时,受到向    的摩擦力。
16.学习摩擦力时,老师做了以下实验:如图甲,将牙刷放在木板上,向左拉动牙刷,观察到刷毛向右弯曲,如图乙,保持牙刷不动,向右拉动木板,观察到刷毛还是向右弯曲。图甲中木板相对于刷毛向     运动,图乙中刷毛受到的摩擦力方向是     的。
17.如图所示,保持物块A与B位置不动,缓慢向两侧移动铁架台,整个装置静止后,弹簧测力计甲、乙的示数分别为5N和3.5N,则A所受摩擦力的方向水平向     (选填“左”或“右”);地面对B的摩擦力大小为     N,方向水平向     (选填“左”或“右”)。
四.作图题(共3小题)
18.如图所示,一个物体受到大小为100N、与地面成30°角斜向右上方的拉力静止在水平面上,画出物体所受摩擦力f的示意图。(作用点画在重心上,不用标出力的大小)
19.如图,手按压水平桌面并向左滑动,可感受到桌面对手的摩擦力,请以A点为作用点,画出桌面对手摩擦力f的示意图。
20.如图是小洛起跑时的情景,请画出他所受重力(O点为重心)和地面对右脚的摩擦力(A点为作用点)的示意图。
五.实验探究题(共4小题)
21.如图所示,在探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,小黄同学提出了以下猜想:
A.滑动摩擦力的大小可能与物体运动的速度有关;
B.滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关;
C.滑动摩擦力的大小可能与压力的大小有关。
小黄同学进行了如图所示的甲、乙、丙三个实验探究过程。
(1)在实验中,小黄应该沿水平方向用弹簧测力计拉着物块做     运动,此时物块所受到的摩擦力与弹簧测力计的示数大小相等。
(2)甲、乙两次实验中,使用同一个物块的目的是使它对木板的     相同,这种研究方法叫做     法。
(3)对比     两次实验,可以验证猜想C。
(4)在甲实验中,小黄正确操作,拉动物体时,弹簧测力计的示数是2N,此时摩擦力为     N,若拉力增大到3N时,摩擦力为     N。
22.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,利用长木板、毛巾、木块、砝码及弹簧测力计进行实验。
(1)实验中,为了测量滑动摩擦力的大小,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,应使其做    运动。图甲中木块与木板表面间滑动摩擦力大小为    N。
(2)比较甲、乙两图中弹簧测力计示数,结论是滑动摩擦力大小与    有关;比较    两图中弹簧测力计示数,结论是滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关。
(3)实验现象说明,如果要取得拔河比赛的胜利,组队时应选体重    (选填“大”或“小”)的。同学参加比赛,同时在比赛中选用图丁中    (选填“(a)”、“(b)”或“(c)”)类型的鞋。
23.常州某小学大门口,设有护学岗标志牌及其固定装置:铁杆左端固定在墙上、右端固定有铁夹,铁夹夹着重4N的护学岗标志牌,铁夹张开幅度越大,夹得越紧。放学时,值班教师用13N的力可将标志牌竖直向上匀速拔出,此过程中,标志牌杆受到铁夹的摩擦力方向     、大小为     N。雨天,标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力会发生怎样的变化?同学们展开合理猜想。
猜想1:考虑到“雨天木质标志牌杆受潮膨胀”,导致标志牌杆拔出铁夹过程中,受到铁夹的摩擦力变大,理由是     。
猜想2:考虑到“雨天木质标志牌杆表面湿润”,导致标志牌杆拔出铁夹过程中,受到铁夹的摩擦力变小,理由是     。
同学们讨论后,认为猜想1、猜想2都合理,为确定哪一种猜想起主导作用,同学们先采用原始方案,测量时发现超出测力计的量程,于是设计出改进方案1、改进方案2,如图所示,每个滑轮重均为0.3N,不计绳重及滑轮处摩擦。
应采用改进方案     进行探究,实验时,匀速拔出过程中,测力计示数为4.4N,拔出后静止时,测力计示数为1.6N。淋湿、吸水后标志牌重为     N。雨天,标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力为     N,猜想     起主导作用。
24.某同学在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,提出了如下猜想:
猜想a:滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关;
猜想b:滑动摩擦力的大小与接触面的压力有关;
猜想c:滑动摩擦力的大小与接触面积有关;
为了验证猜想,该同学利用弹簧测力计、两个完全相同的木块、木板、玻璃板、细线等器材进行了如图甲所示的4次操作。玻璃板和木板固定,每次操作均用弹簧测力计沿水平方向以相同的速度匀速向右拉动木块,第1次弹簧测力计的示数为0.3N,第2次弹簧测力计的示数为0.6N,第3次和第4次弹簧测力计的示数均为1.2N。
(1)比较第2次和第3次操作,可验证猜想     是否正确;比较第3次和第4次操作,可验证猜想     是否正确(均填“a”“b”或“c”)。
(2)该同学查阅资料发现,物体受到的滑动摩擦力大小与接触面压力大小的比值反映了接触面的粗糙程度,称为动摩擦因数,则木块与玻璃板间的动摩擦因数跟木块与木板间的动摩擦因数之比为     。
(3)小明对实验装置进行了改进,如图乙所示,木板放在水平桌面上,木块叠放在木板上,细线一端连接木块,另一端连接固定的拉力传感器。向右拉动木板,水平细线的拉力大小通过拉力传感器的示数显示。
①实验过程中,    (填“需要”或“不需要”)匀速拉动木板;
②小明认为拉力传感器的示数反映的是木板与桌面间的滑动摩擦力大小,你认为是否正确,并说明理由     。
六.解答题(共3小题)
25.科学研究表明两个相互接触的物体之间发生相对滑动时,接触面上产生的滑动摩擦力大小与它们之间压力的大小成正比,可用公式表示为f滑=μF,μ指动摩擦因数,为小于1的正数;当相互接触的两物体的材料均不变时,μ的大小不发生改变,当相互接触的两物体的材料改变时,μ的大小将改变。现有三种不同的硬质材料做成的长方体物体A(重量30N)、B(重量10N)和C,A、C之间的动摩擦因数μAC=0.3,B、C之间的动摩擦因数μBC未知,将A、C如图甲放在水平地面上时,用水平推力F1恰好使A在C的表面上向右做匀速直线运动。将A、B和C如图乙放在水平地面上时,用大小为10N的水平推力F2恰好使A、B一起在C的表面上向右做匀速直线运动。
(1)如图甲,水平推力F1为多大?
(2)如图乙,B受到摩擦力为多大?
(3)如图丙,将物体C竖直固定在水平地面上,用水平压力F3将A、B重叠压在C的表面上,且A、B一起向下做匀速直线运动(A、B间不发生相对滑动),则水平压力F3为多大?
26.将一块粗糙的木板固定在竖直方向上,用大小为10N的压力F1,把一块重为6N各表面粗糙程度相同的木块压在木板上,木块以v1的速度匀速下滑,如图1所示。若将木板水平放置,用同样大小的压力F1作用在同一木块上,在拉力F2的作用下木块以v2的速度向右匀速运动,如图2所示。已知v1=v2。
(1)在图1中,木块受到的摩擦力f1是     N,方向是     。
(2)在图2中,木块受到的摩擦力f2    f1(选填“>”、“=”或“<”)。若同时撤去F1和F2,木块     (选填“会”或“不会”)立即静止,此时木块所受的摩擦力f3与f2相比将     (选填“变大”、“变小”或“不变”),画出此时木块(用“ ”表示)的受力示意图。
27.人工智能逐渐融入我们的生活,一些餐厅、饭店等餐饮场所使用送餐机器人送餐。如图所示是某餐厅的送餐机器人,其自身质量为50kg,当该送餐机器人托着质量为5kg的物体送餐时,在1min内匀速直线运动了54m,机器人受到的摩擦力约为其受到的总重力的0.08倍。g取10N/kg,求:
(1)送餐机器人托着物体送餐时,它相对于落座等餐的客人是     (选填“运动”或“静止”)的;
(2)该送餐机器人未携带物体时自身受到的重力大小;
(3)此次送餐过程中,送餐机器人的速度;
(4)此次送餐过程中,送餐机器人所受摩擦力的大小。
七.计算题(共2小题)
28.如图所示,质量为70kg的爷爷骑着一款专门为老年人设计的碳纤维代步车,其相关参数如表所示。(g取10N/kg)求:
(1)碳纤维车架的密度;
(2)代步车所受的摩擦力(已知摩擦力大小为车和人总重力的0.02倍)。
车架材料 碳纤维
车架体积/cm3 2500
车架质量/kg 4.5
整车质量/kg 12
29.人工智能逐渐融入我们的生活,一些餐厅、饭店等餐饮场所使用送餐机器人送餐。如图所示是某餐厅的送餐机器人,其自身质量为45kg,当该送餐机器人托着质量为5kg的物体送餐时,在2min内匀速直线运动120m,受到的摩擦力约为其总重力的0.1倍。求:
(1)该送餐机器人自身的重力。(未携带物体时)
(2)机器人送餐过程中所受摩擦力的大小。
30.阅读短文,回答问题。
悬索桥的力学奥秘
悬索桥的设计融合了物理学中力的平衡、传递与材料科学的智慧,是人类工程史上的杰作。
一、力的传递链:从压力到拉力
悬索桥的核心秘密在于将垂直于桥面的压力转化为水平拉力。当车辆驶过桥面时,车辆对于桥梁的压力通过吊索传递至“主缆”——这条由数万根钢丝编织的“空中绳索”,能将桥面荷载均匀分散。主缆两端固定在“锚碇(巨型混凝土块)”上,形成闭合的传力回路。桥塔将主缆高高托起,使其自然下垂成“悬链线”曲线:它让每根钢丝承受相近的拉力,避免局部过载(若主缆被拉成直线,中部会因集中受力而断裂)。
二、力的分解与材料分工
桥塔不仅是支撑结构,更是力的“转换器”。主缆的拉力在此的作用效果在竖直方向上体现为桥塔对地基的压力,水平方向上的力则与锚碗和地面之间的摩擦力平衡。悬链桥各部分材料选择也充满巧思:主缆与吊索使用高强度钢丝,发挥钢材抗拉优势(抗拉强度是混凝土的100倍);桥塔则采用抗压的混凝土或钢结构,稳稳“顶住”竖直压力。这种分工类似团队协作:抗拉材料负责“拉”,抗压材料负责“撑”,各展所长。
三、柔性的智慧:以柔克刚
悬索桥并非与自然力量硬碰硬。当台风来袭时,其柔性设计允许桥体适度摆动,通过变形消耗风能,避免因刚性抵抗导致结构损坏。这种原理类似随风摇曳的竹子——柔韧使其在狂风中屹立不倒。此外,桥面常设计波浪形护栏或导流板,将气流打散,减少风振影响。工程师甚至通过风洞实验优化桥体外形,确保其在极端天气下的稳定性。
根据上述材料,回答下列问题:
(1)悬索桥的主缆设计成“悬链线”形状的原因是     。
(2)文中关于悬索桥抗风设计,下列正确的说法是     。
A.桥体刚性越大越安全 B.桥面重力越大越安全
C.柔性设计通过变形消耗风能 D.桥塔高度影响主缆拉力分布
(3)请通过以下简化模型计算出锚碇工参数:若某悬索桥(结构如文中所示)锚碇受到主索水平方向的拉力为7.65×106kN,锚碇与地面间最大静摩擦力f=μN(其中μ=0.5,N为地面受到的压力),且最大静摩擦力达水平拉力的2倍及以上,才能保证桥梁安全,则锚碗对地面的压力至少应为     N。
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【弯道超车】沪科版2024物理八年级(上) 预习学案
【弯道超车】沪科版八年级物理全册预习学案(有答案):
内容:激趣导入+细读教材+典例精讲+热身训练 +拓展阅读;
适合:暑假或提前学习8年级内容的人群;
特点:资料讲解细致,对应新课标2022把握重要知识点;
作用:拓展阅读、增长见闻,拓宽视野,为开学学习奠定坚实的学习基础。
1.物理观念:
(1)知道摩擦现象及滑动摩擦力的概念。
(2)掌握测量滑动摩擦力的方法及影响滑动摩擦力的因素。
(3)通过实例分析,知道有益摩擦和有害摩擦的概念以及增大有益摩擦、减小有害摩擦的方法。
2. 科学思维:在学习测量滑动摩擦力的过程中,思考方法的不足并提出改进意见,培养质疑创新的意识。
3.科学探究:通过探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验过程中,学会制订简单的科学探究方案,理解在研究多因素问题中怎样运用“控制变量”的方法,学会利用表格收集实验数据,培养科学探究能力。
4.科学态度与责任:
(1)通过观察和实际操作,使学生树立以观察和实验的方法来研究物理问题的思想,培养学生实事求是的科学态度。
(2)通过联系生活实际,使学生体会到物理知识在生活中的价值。。
“老师这里有一个‘魔法挑战’:谁能用最小的力气,把这块木板从我的手掌下‘偷’走?(教师左手压住木板,右手托住,邀请学生尝试)
奇怪了,明明木板很轻,为什么大家却‘偷’不走?
再试试:我在木板上铺一块毛巾,现在谁能轻松抽走它?(学生尝试后发现更费力)
为什么‘光滑’的木板难抽,‘粗糙’的毛巾反而好抽?这背后藏着摩擦力的什么秘密?今天,我们就用实验破解这个‘魔法’!”
知识点一:滑动摩擦力
1.定义:两个互相接触的物体,当它们发生相对运动(或有相对运动趋势)时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力,叫做摩擦力。其中,物体在另一个物体表面滑动时受到的摩擦力称为滑动摩擦力。
2.产生条件:
物体间相互接触且挤压(有压力);
接触面粗糙;
物体间存在相对运动(或相对运动趋势)。
3.方向:与物体相对运动的方向相反(注意:与物体的“绝对运动方向”可能不同,例如人走路时,脚相对地面有向后滑的趋势,摩擦力方向向前,与人的运动方向一致)。
4.分类:滑动摩擦、滚动摩擦、静摩擦(静摩擦是物体间有相对运动趋势但未发生相对运动时的摩擦)。
知识点二:探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关
1. 实验方法:控制变量法
滑动摩擦力的大小可能与压力大小、接触面粗糙程度等因素有关,因此探究时需控制其他变量不变,只改变一个因素进行实验。
2. 测量方法:二力平衡原理
用弹簧测力计水平匀速拉动木块时,木块在水平方向受拉力和滑动摩擦力,二力平衡,因此弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小。
3. 实验结论
当接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
当压力大小相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
4. 拓展探究(教材补充)
滑动摩擦力大小与接触面积大小无关(控制压力和粗糙程度不变,改变木块放置方式,摩擦力不变);
滑动摩擦力大小与物体运动速度无关(控制压力和粗糙程度不变,改变拉动速度,摩擦力不变)。
知识点三:增大摩擦和减小摩擦
1. 增大摩擦力的方法
增大压力(例如:刹车时用力捏闸);
增大接触面的粗糙程度(例如:轮胎刻花纹、鞋底做防滑纹)。
2. 减小摩擦力的方法
减小压力(较少用,实际场景中压力通常由物体自身重力或外力决定);
减小接触面的粗糙程度(例如:给机械零件加润滑油、给门轴加润滑剂);
用滚动代替滑动(例如:行李箱装轮子、轴承的使用);
使接触面分离(例如:磁悬浮列车、气垫船)。
1.滑动摩擦力的方向判断
滑动摩擦力的方向与物体相对接触面的运动方向相反,而非“相对地面的运动方向”。例如:人走路时,脚向后蹬地,脚相对地面有向后运动的趋势,地面给脚的摩擦力向前(与脚相对地面的运动趋势相反),这个摩擦力是人前进的动力。
2.滑动摩擦力的大小误区
滑动摩擦力大小仅与压力大小和接触面粗糙程度有关,与接触面积大小、运动速度无关(初中阶段默认结论)。例如:把木块侧放(减小接触面积)或快速拉动,滑动摩擦力大小不会改变。
3.增大/减小摩擦的实际应用
(1)增大有益摩擦:鞋底花纹(增大粗糙程度)、刹车时捏紧车闸(增大压力)。
(2)减小有害摩擦:给机械加润滑油(使接触面分离)、磁悬浮列车(利用磁场使接触面分离)、滚动代替滑动(如行李箱装轮子)。
题型1:滑动摩擦力
【典例1】如图所示,质量为M的圆环用轻绳吊在天花板上,环上有两个质量均为m的小环自大环顶部开始分别向两边滑下,当两个小环下落至与大环圆心等高时,小环所受摩擦力为f,则此时绳对大环的拉力为(  )
A.(M+m)g B.(M+2m)g C.Mg+f D.Mg+2f。
【答案】D
【分析】结合物体状态和受力之间的关系,根据大环的状态--静止,可分析得出大环受平衡力作用;即绳子对大环向上的拉力等于大环的重力加上小环对大环的摩擦力。
【解答】小环受到大环的摩擦力大小为f,方向向上,根据力的作用是相互的,大环受到两个小环的摩擦力大小各为f,方向向下;以大环为研究对象,处于静止状态,受力满足平衡关系,向上的力是绳子对它的拉力F,向下的力有:大环的重力G、两个小环的摩擦力2f;根据平衡力的大小相等的特点,得到F=G+2f=Mg+2f;
故选:D。
【变式1-1】国家级非物质文化遗产之一的景德镇手工制瓷技艺,是中华优秀传统文化的重要组成部分。图中展现了手工制瓷中的四道重要工序,以下说法正确的是(  )
A.揉泥:泥团能被揉成一定的形状,是因为泥具有弹性
B.拉坯:捏、捧、拉等手法使坯成型,说明力可以改变物体的形状
C.晒坯:坯体在晒架上晾晒,坯体变干的过程需要放热
D.利坯:类似于用卷笔刀削铅笔,刀片与坯体间的摩擦是滚动摩擦
【答案】B
【分析】(1)物体受力后发生形变,不受力后能够自动恢复原状的特性叫弹性;物体受力形状变化,不受力后不能恢复原来的形状的性质叫塑性;
(2)物体受力形状变化,说明力可以改变物体的形状;力还可以改变物体的运动状态;
(3)蒸发吸热,凝固过程需要放热;
(4)刀片与坯体间的摩擦是滑动摩擦。
【解答】A、泥团能被揉成一定的形状,不受力后不能恢复原来的形状,是因为泥具有塑性,故A错误;
B、捏、捧、拉等手法使坯成型,物体受力形状变化,说明力可以改变物体的形状,故B正确;
C、坯体在晒架上晾晒,坯体变干的过程是水汽化过程,需要吸热,故C错误;
D、刀片与坯体间的摩擦是滑动摩擦,故D错误。
故选:B。
【变式1-2】太空中,无法用普通钢笔写字。如图所示,是我国研发的“太空圆珠笔”的结构示意图。使用时利用密封在笔内的压缩氮气推动墨水从笔尖流出。下列说法正确的是(  )
A.使用时,笔芯内氮气的密度变小
B.使用时,笔芯内的墨水质量不变
C.使用时,笔芯内氮气的质量变小
D.使用时,笔尖与纸张间的摩擦是滑动摩擦
【答案】A
【分析】(1)物体所含物质的多少叫质量,使用时,笔芯内的墨水在流出,其质量变小;
(2)一定质量的气体体积变大,密度变小;
(3)笔尖处装有滚珠,使用时,笔尖与纸张间的摩擦是滚动摩擦。
【解答】AC、由知,一定质量的气体体积变大,密度变小,使用时,笔芯中的氮气推动活塞,氮气的体积变大,其密度变小,故A正确,C错误;
B、使用时,笔芯内的墨水流出导致其质量变小,故B错误;
D、笔尖处装有滚珠,使用时,笔尖与纸张间的摩擦是滚动摩擦,故D错误。
故选:A。
【变式1-3】下列摩擦现象中,属于滚动摩擦的是(  )
A.拔河时,运动员握紧绳子的手与绳子之间的摩擦
B.小朋友从滑梯上下滑时,与滑梯之间的摩擦
C.球在地面上滚动时,与地面之间的摩擦
D.人走路时,鞋底与地面之间的摩擦。
【答案】C
【分析】(1)当物体与接触面之间仅存在相对运动的趋势,而并未产生相对运动时产生的摩擦称为静摩擦;
(2)当物体与接触面之间已产生相对运动,且物体与接触面之间直接接触,产生相对滑动,这种摩擦称为滑动摩擦;
(3)当物体与接触面之间并未直接接触,中间隔有可滚动的物体,如滚珠、圆柱或滚针等,或一个物体在另一个物体上自由滚动,这种摩擦称为滚动摩擦。
【解答】滚动摩擦是指物体在另一物体表面滚动时产生的摩擦。
A.手与绳子的摩擦属于滑动摩擦或静摩擦(取决于是否有相对滑动),故A不正确;
B.小朋友沿滑梯下滑时,发生相对滑动,与滑梯之间是滑动摩擦,故B不正确;
C.选项C中,球在地面上滚动,与地面之间的摩擦属于滚动摩擦,故C正确;
D.走路时鞋底与地面之间主要为静摩擦(推动人前进时无滑动),故D不正确。
故选:C。
题型2:探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关
【例题2】在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,小林进行了如下的实验。
(1)如图甲所示,他悬挂好弹簧测力计使其静止,在弹簧测力计的挂钩下拴一根细线,细线绕过定滑轮水平拉住木块A,用水平拉力F拉动长木板B,使其在桌面上水平向左运动,木块A相对桌面保持静止,在此过程中,弹簧测力计的示数F1等于木块A所受滑动摩擦力的大小。若改变拉动长木板B的水平拉力F的大小,木块A所受的滑动摩擦力大小是否会改变? 。(选填“会”或“不会”)
(2)如图乙所示,小林将砝码压在木块A上,用水平拉力F拉动长木板B,使其在桌面上水平向左运动,弹簧测力计的示数为F2,通过实验发现:F2 F1(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
【答案】(1)不会;(2)大于。
【分析】(1)物体处于静止状态,受平衡力的作用,平衡力大小相等,方向相反;
(2)根据图中的相同量和不同量来分析解答。
【解答】(1)木块A保持静止状态时,A受到细绳水平向右的拉力和A受到水平向左的摩擦力是一对平衡力,平衡力大小相等,知道弹簧测力计的示数就能知道摩擦力的大小,若改变拉动长木板B的水平拉力F的大小,压力与接触面粗糙程度不变,木块A所受的滑动摩擦力大小不会改变;
(2)由图甲、乙实验知,接触面的粗糙程度相同,压力大小不相同,压力越大,滑动摩擦力越大,小林将砝码压在木块A上,用水平拉力F拉动长木板B,使其在桌面上水平向左运动,弹簧测力计的示数为F2,通过实验发现:F2大于F1。
故答案为:(1)不会;(2)大于。
【变式2-1】某同学用图示装置进行“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验,两个传感器可分别显示拉力和压力的大小,向左拉动长木板,铁块始终处于静止状态。下列有关说法正确的是(  )
A.实验过程中,必须匀速拉动长木板
B.向左拉动长木板时,铁块受到的长木板的滑动摩擦力方向水平向右
C.增加沙桶内的沙子,可探究滑动摩擦力与重力的关系
D.当沙桶中沙子增加时,向左拉动长木板,拉力传感器的示数会减小。
【答案】D
【分析】(1)实验过程中,铁块相对地面处于静止状态,受到平衡力的作用,据此分析。
(2)当沙桶中沙子增加时,绳子对铁块的拉力变大,铁块对长木板的压力变小,据此结合滑动摩擦力的影响因素分析。
(3)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】A、实验中铁块始终处于静止状态,它受到的滑动摩擦力与拉力传感器的拉力是一对平衡力,无论长木板是否匀速拉动,铁块都保持静止,拉力传感器的示数始终等于滑动摩擦力的大小,因此不需要匀速拉动长木板,故A错误。
B、向左拉动长木板时,铁块相对于长木板向右运动,根据滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反,铁块受到的滑动摩擦力方向水平向左,故B错误。
C、增加沙桶内的沙子,会减小铁块对长木板的压力(铁块的重力不变,压力等于铁块重力减去沙桶通过绳子施加的拉力),此时接触面粗糙程度不变,可探究滑动摩擦力与压力大小的关系,而非与重力的关系,故C错误。
D、当沙桶中沙子增加时,铁块对长木板的压力减小,在接触面粗糙程度不变的情况下,滑动摩擦力减小。因为铁块静止,拉力传感器的拉力与滑动摩擦力是平衡力,所以拉力传感器的示数会减小,故D正确。
故选:D。
【变式2-2】如图所示,为了研究影响滑动摩擦力大小的因素,某同学利用一个钩码,一个木块,两个材料相同但粗糙程度不同的长木板进行三次实验。下列说法正确的是(  )
A.实验中只要拉动木块做匀速直线运动,滑动摩擦力大小就等于拉力大小
B.甲、丙两次实验可以探究滑动摩擦力大小与压力的关系
C.乙、丙两次实验中,当木块做匀速直线运动时,钩码所受的摩擦力都为零
D.拉动木块的运动速度越快,木块受到的滑动摩擦力也越大。
【答案】C
【分析】(1)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,根据图中现象得出结论;
(2)根据摩擦力产生的原因分析。
【解答】A.只有沿水平方向拉动木块做匀速直线运动时,木块在水平方向受平衡力,拉力大小才等于滑动摩擦力大小,故A错误;
B.探究滑动摩擦力大小与压力的关系时,需要控制接触面粗糙程度相同,只改变压力大小。甲、丙两次实验中,压力大小、接触面粗糙程度都不相同,不符合控制变量法的要求,故B错误;
C.乙、丙两次实验中,木块做匀速直线运动时,钩码和木块一起匀速运动,钩码相对木块没有相对运动,也没有相对运动趋势,因此钩码不受摩擦力,所受摩擦力为零,故C正确;
D.滑动摩擦力的大小只与压力大小、接触面粗糙程度有关,与木块运动速度无关,改变拉动速度,滑动摩擦力大小不变,故D错误。
故选:C。
【变式2-3】在探究影响滑动摩擦力大小的因素时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿水平木板匀速滑动,测出木块与木板之间的滑动摩擦力,如图甲所示;将铁块放在木块上,重复上述实验,如图乙所示。下列说法正确的是(  )
A.图甲中,弹簧测力计的示数大于滑动摩擦力的大小
B.图乙中,木块与木板之间增大的压力大小等于木块和铁块的总重力
C.甲、乙两次实验,探究的是滑动摩擦力的大小与压力是否有关
D.甲、乙两次实验,探究的是滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度是否有关。
【答案】C
【分析】(1)用弹簧测力计水平拉动木块沿水平木板做匀速直线运动,此时滑动摩擦力的大小等于拉力的大小;
(2)图乙所示实验中,木板受到的压力等于木块和铁块的重力之和;
(3)滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力有关,根据控制变量法分析甲、乙两图可知。
【解答】A、用弹簧测力计水平拉动木块沿水平木板做匀速直线运动,此时滑动摩擦力的大小等于拉力的大小,即弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力的大小,故A错误;
B、图乙所示实验中,木块与木板之间增大的压力大小等于铁块的重力,故B错误;
CD、滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力有关,分析甲、乙两图可知弹簧测力计水平拉动木块沿水平木板做匀速直线运动时,接触面的粗糙程度没有改变,将铁块放在木块上,再次用弹簧测力计水平拉动木块时,木板受到的压力变大,所以甲、乙两次实验,探究的是滑动摩擦力的大小与压力是否有关,故C正确;D错误。
故选:C。
题型3:增大摩擦和减小摩擦
【例题3】如图所示,为保障市民安全出行,志愿者们正在清理道路积雪。下列四个选项中,有一个增大摩擦力的方法与其他三项不同,请选出(  )
A.在路面上铺上沙子
B.铲雪时握紧铲子,防止铲子滑落
C.穿鞋底粗糙的橡胶鞋
D.戴防滑手套。
【答案】B
【分析】(1)摩擦力大小的影响因素:压力大小和接触面的粗糙程度。
(2)增大摩擦的方法:在接触面粗糙程度一定时,增大压力;在压力一定时,增大接触面的粗糙程度。
(3)减小摩擦的方法:在接触面粗糙程度一定时,减小压力;在压力一定时,减小接触面的粗糙程度;使接触面脱离;用滚动代替滑动。
【解答】A、在路面上铺上沙子,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。
B、铲雪时握紧铲子,防止铲子滑落,是在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力来增大摩擦力。
C、穿鞋底粗糙的橡胶鞋,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。
D、戴防滑手套,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。
综上分析可知,增大摩擦力的方法与其他三项不同的是B。
故选:B。
【变式3-1】足球是深受人们喜爱的体育运动项目。关于足球运动涉及的物理知识,下列分析正确的是(  )
A.足球鞋底凹凸不平,增大鞋底摩擦力
B.足球空中运动过程中,不受重力作用
C.守门员接住足球,表明力改变其形状
D.赛前给足球充气,球内空气密度不变。
【答案】A
【分析】(1)增大摩擦的方法:在接触面粗糙程度一定时,增大压力;在压力一定时,增大接触面的粗糙程度。
(2)地球附近的一切物体都受到重力的作用。
(3)物体运动状态的变化包括:①速度大小的改变;②运动方向的改变。只要其中的一个发生了变化,我们就说物体的运动状态发生了改变。
(4)给足球充气,球内空气质量变大,体积不变,根据分析其密度变化。
【解答】A、足球鞋底凹凸不平,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,故A正确。
B、足球空中运动过程中,受重力作用,故B错误。
C、守门员接住足球,表明力改变其运动状态,故C错误。
D、赛前给足球充气,球内空气质量变大,体积不变,根据
可知,密度变大,故D错误。
故选:A。
【变式3-2】如图所示是小东帮助妈妈网上购买家居物品时,浏览的商品图片。他发现网络上很多商家宣传商品时出现了科学性错误。下列四款商品介绍中,不存在科学性错误的是(  )
A.甲图红枣去核器:省力杠杆,快速去核,省时又省力
B.乙图防勒手拎袋器:波浪形设计,提物方便,减小对手的压力
C.丙图防滑地垫:蜂窝矩阵吸盘,增大接触面积,让摩擦力更大
D.丁图吸盘挂钩:吸盘与接触面密封,大气压强为你工作
【答案】D
【分析】(1)根据红枣去核器使用时动力臂与阻力臂的大小关系确定杠杆类型;
(2)减小压强的方法:在压力一定时,增大受力面积;在受力面积一定时,减小压力;
(3)增大摩擦的方法:在压力一定时,增大接触面的粗糙程度;在接触面粗糙程度一定时,增大压力;变滚动为滑动;
(4)吸盘是利用大气压工作的。
【解答】A、红枣去核器,在去核时动力臂小于阻力臂,为费力杠杆,故A错误;
B、防勒手拎袋器,波浪形设计,在压力一定时,增大受力面积,减小压强,不是减小压力,故B错误;
C、地垫的背面有蜂窝矩阵吸盘,将吸盘内的空气挤压出来以后,在大气压的作用下,吸盘被挤压到地面上,是通过增大压力来增大摩擦力(不是增大接触面积),起到了防滑的作用,故C错误;
D、吸盘与接触面密封,挤压吸盘,把吸盘内空气排出,在大气压作用下,吸盘被压在墙上,可以挂一些物品,故D正确。
故选:D。
【变式3-3】自行车是我们日常生活中常见的交通工具。观察下列四幅自行车的细节图片(如图),关于它们的设计目的,其中说法正确的是(  )
A.图甲:轮胎表面的花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大压强
B.图乙:捏紧刹车是通过增大压力来增大摩擦力
C.图丙:车轴是通过变滑动为滚动来增大摩擦力
D.图丁:宽大的座垫是通过增大受力面积来增大压强
【答案】B
【分析】增大摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,增大压力;在压力一定时,增大接触面的粗糙程度;用滑动摩擦代替滚动摩擦,同时增大压力并增大接触面的粗糙程度。
增大压强的方法:在受力面积一定时,增大压力;在压力一定时,减小受力面积。
【解答】A、轮胎表面的花纹,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故A错误;
B、捏紧刹车时,是在接触面粗糙程度不变,通过增大压力来增大摩擦力,故B正确;
C、车轴是通过变滑动为滚动来减小摩擦力,故C错误;
D、宽大的座垫,在压力一定,通过增大受力面积来减小压强,故D错误。
故选:B。
一.选择题(共9小题)
1.如图所示,A、B两个物体叠放在水平面上,同时有F=2N的两个水平力分别作用于A、B两物体上,使A、B两个物体处于静止状态,下列分析正确的是(  )
A.地面对B的摩擦力为0
B.A和B之间摩擦力为0
C.地面对B的摩擦力为2N,方向水平向左
D.地面对B的摩擦力为2N,方向水平向右
2.如图,把吸盘压在竖直的玻璃墙上,挤出空气,它就“吸”在玻璃墙上静止不动,则吸盘所受摩擦力(  )
A.方向竖直向下 B.方向竖直向上
C.大于其所受重力 D.小于其所受重力
3.小华发现,有时候垫毛巾更容易拧开罐头盖。下列改变摩擦的方法与之相同的是(  )
A.骑自行车刹车时用力捏闸 B.使劲擦黑板擦得更干净
C.装滚轮的储物箱更易推动 D.凹凸花纹的地砖更防滑
4.如图所示,小明在测量滑动摩擦力时,将物块A置于水平木板上,用弹簧测力计水平向右拉A,使其始终做匀速直线运动,经过区域1和区域2时,弹簧测力计的示数分别为1.2N和1.8N,两区域示数不同的原因是(  )
A.在区域1中A对木板的压力更大
B.在区域2中A对木板的压力更大
C.木板上区域1的粗糙程度更大
D.木板上区域2的粗糙程度更大
5.如图,同一长方体木块先后以相同的速度v,在同一水平面上被匀速直线拉动,甲图中平放,乙图中竖放,丙图中平放且在上面叠放一重物(重物与木块相对静止),木块所受的水平拉力分别为F甲、F乙、和F丙,则(  )
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
6.生活中有的摩擦是有用的,有的摩擦是有害的,下列情况属于减小摩擦的是(  )
A.甲图:自行车刹车时用力捏车闸
B.乙图:体操运动员上器械前,手上要涂防滑粉
C.丙图:在冰壶运动中,运动员不断擦拭冰面
D.丁图:矿泉水瓶瓶盖上刻有竖条纹
7.如图所示,物体甲、乙叠放在水平地面上,在5N的水平拉力F的作用下一起向右做匀速直线运动,不计空气阻力。下列说法正确的是(  )
A.甲受到的摩擦力大小为5N
B.甲受到的摩擦力方向水平向右
C.乙受到的摩擦力大小为5N
D.乙受到的摩擦力方向水平向右
8.如图所示,我们的祖先曾用滚木巧妙地移动巨石,下列措施中,改变摩擦力大小的方法与此相同的是(  )
A.用力压住橡皮,来回擦去写错的铅笔字
B.汽车在冰雪路面行驶,车轮上绕有铁链
C.在衣服的拉链上涂些蜡
D.自行车转轴处装有滚珠轴承
9.书法教育是对中小学生进行书法基本技能的培养和书法艺术欣赏,是传承中华民族优秀传统文化,培养爱国情怀的重要途径。如图所示,在某次书法课上,小明同学在水平桌面上平铺一张白纸,然后在白纸的左侧靠近边缘处放镇纸,防止书写过程中白纸在桌面上打滑。书写“一”字时,在向右行笔的过程中镇纸和白纸都处于静止状态。则(  )
A.毛笔受到白纸的摩擦力的方向水平向左
B.镇纸受到白纸的摩擦力的方向水平向右
C.白纸受到毛笔的摩擦力的方向水平向左
D.白纸只受到向左的摩擦力
二.多选题(共2小题)
(多选)10.如图所示四幅图对应说法正确的是(  )
A.图甲:货物沿着传送带一起匀速上升,货物受到沿斜面向下的摩擦力
B.图乙:一人站在电梯上随电梯一起匀速上升,人没有受到摩擦力
C.图丙:物体被压在竖直墙壁上保持静止,压力增大,摩擦力增大
D.图丁:物体被压在竖直墙壁上向下运动,压力增大,摩擦力增大
(多选)11.如图5所示,将A、B两个粗糙程度相同重力均为10N的物体,以甲、乙两种不同的方式放在同一水平桌面上,甲图为叠放,乙图为平放。分别用水平方向的推力F甲和F乙使物体AB一起向右做匀速直线运动。已知F甲大小为5N,不计空气阻力。下列说法中正确的是(  )
A.甲图中,物体A受到的摩擦力大小为5N,方向水平向左
B.甲图中,物体B受到的摩擦力大小为5N,方向水平向右
C.乙图中,物体A、B受到的摩擦力大小为10N,方向水平向左
D.甲、乙两图中,推力F甲和F乙大小相等
三.填空题(共6小题)
12.如图所示,小明将弹簧测力计一端固定,另一端钩住运动鞋。拉动鞋下的橡胶垫沿水平方向向左运动,读出弹簧测力计示数即可测出木块A所受摩擦力大小。不计弹簧测力计的自重,在橡胶垫运动的过程中,运动鞋所受摩擦力的方向是     ,拉动速度变大,弹簧测力计示数     。(选填“变大”“变小”或“不变”)
13.如图甲所示,在水平拉力F1作用下,装满沙子的盒子在水平面匀速运动。盒子倒去部分沙后放在水平B面,如图乙所示,在水平拉力F2(F2=F1)的作用下盒子做匀速直线运动,则A面对盒子的摩擦力     B面对盒子的摩擦力(选填“大于”“等于”“小于”),水平A面比水平B面更     (选填“粗糙”、“光滑”)。
14.如图,物块A和B放在水平地面上,它们之间用一根轻质弹簧连接,用F=6N的水平拉力使物块A和B一起向右做匀速直线运动,它们受到地面的摩擦力fA:fB=1:2,且整个过程中,弹簧一直在弹性限度内,则物体A受到的拉力为     N,物体B受到地面的摩擦力为     N。
15.“笔、墨、纸、砚”合称文房四宝。大诗人李白是这样写砚台的:“一方在手转乾坤,清风紫毫酒一樽”。如图,在研墨的过程中,手用力下压墨条,是通过增大    来增大摩擦的。当墨条向左运动时,受到向    的摩擦力。
16.学习摩擦力时,老师做了以下实验:如图甲,将牙刷放在木板上,向左拉动牙刷,观察到刷毛向右弯曲,如图乙,保持牙刷不动,向右拉动木板,观察到刷毛还是向右弯曲。图甲中木板相对于刷毛向     运动,图乙中刷毛受到的摩擦力方向是     的。
17.如图所示,保持物块A与B位置不动,缓慢向两侧移动铁架台,整个装置静止后,弹簧测力计甲、乙的示数分别为5N和3.5N,则A所受摩擦力的方向水平向     (选填“左”或“右”);地面对B的摩擦力大小为     N,方向水平向     (选填“左”或“右”)。
四.作图题(共3小题)
18.如图所示,一个物体受到大小为100N、与地面成30°角斜向右上方的拉力静止在水平面上,画出物体所受摩擦力f的示意图。(作用点画在重心上,不用标出力的大小)
19.如图,手按压水平桌面并向左滑动,可感受到桌面对手的摩擦力,请以A点为作用点,画出桌面对手摩擦力f的示意图。
20.如图是小洛起跑时的情景,请画出他所受重力(O点为重心)和地面对右脚的摩擦力(A点为作用点)的示意图。
五.实验探究题(共4小题)
21.如图所示,在探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,小黄同学提出了以下猜想:
A.滑动摩擦力的大小可能与物体运动的速度有关;
B.滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关;
C.滑动摩擦力的大小可能与压力的大小有关。
小黄同学进行了如图所示的甲、乙、丙三个实验探究过程。
(1)在实验中,小黄应该沿水平方向用弹簧测力计拉着物块做     运动,此时物块所受到的摩擦力与弹簧测力计的示数大小相等。
(2)甲、乙两次实验中,使用同一个物块的目的是使它对木板的     相同,这种研究方法叫做     法。
(3)对比     两次实验,可以验证猜想C。
(4)在甲实验中,小黄正确操作,拉动物体时,弹簧测力计的示数是2N,此时摩擦力为     N,若拉力增大到3N时,摩擦力为     N。
22.在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,利用长木板、毛巾、木块、砝码及弹簧测力计进行实验。
(1)实验中,为了测量滑动摩擦力的大小,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,应使其做    运动。图甲中木块与木板表面间滑动摩擦力大小为    N。
(2)比较甲、乙两图中弹簧测力计示数,结论是滑动摩擦力大小与    有关;比较    两图中弹簧测力计示数,结论是滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关。
(3)实验现象说明,如果要取得拔河比赛的胜利,组队时应选体重    (选填“大”或“小”)的。同学参加比赛,同时在比赛中选用图丁中    (选填“(a)”、“(b)”或“(c)”)类型的鞋。
23.常州某小学大门口,设有护学岗标志牌及其固定装置:铁杆左端固定在墙上、右端固定有铁夹,铁夹夹着重4N的护学岗标志牌,铁夹张开幅度越大,夹得越紧。放学时,值班教师用13N的力可将标志牌竖直向上匀速拔出,此过程中,标志牌杆受到铁夹的摩擦力方向     、大小为     N。雨天,标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力会发生怎样的变化?同学们展开合理猜想。
猜想1:考虑到“雨天木质标志牌杆受潮膨胀”,导致标志牌杆拔出铁夹过程中,受到铁夹的摩擦力变大,理由是     。
猜想2:考虑到“雨天木质标志牌杆表面湿润”,导致标志牌杆拔出铁夹过程中,受到铁夹的摩擦力变小,理由是     。
同学们讨论后,认为猜想1、猜想2都合理,为确定哪一种猜想起主导作用,同学们先采用原始方案,测量时发现超出测力计的量程,于是设计出改进方案1、改进方案2,如图所示,每个滑轮重均为0.3N,不计绳重及滑轮处摩擦。
应采用改进方案     进行探究,实验时,匀速拔出过程中,测力计示数为4.4N,拔出后静止时,测力计示数为1.6N。淋湿、吸水后标志牌重为     N。雨天,标志牌杆拔出铁夹过程中受到铁夹的摩擦力为     N,猜想     起主导作用。
24.某同学在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中,提出了如下猜想:
猜想a:滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关;
猜想b:滑动摩擦力的大小与接触面的压力有关;
猜想c:滑动摩擦力的大小与接触面积有关;
为了验证猜想,该同学利用弹簧测力计、两个完全相同的木块、木板、玻璃板、细线等器材进行了如图甲所示的4次操作。玻璃板和木板固定,每次操作均用弹簧测力计沿水平方向以相同的速度匀速向右拉动木块,第1次弹簧测力计的示数为0.3N,第2次弹簧测力计的示数为0.6N,第3次和第4次弹簧测力计的示数均为1.2N。
(1)比较第2次和第3次操作,可验证猜想     是否正确;比较第3次和第4次操作,可验证猜想     是否正确(均填“a”“b”或“c”)。
(2)该同学查阅资料发现,物体受到的滑动摩擦力大小与接触面压力大小的比值反映了接触面的粗糙程度,称为动摩擦因数,则木块与玻璃板间的动摩擦因数跟木块与木板间的动摩擦因数之比为     。
(3)小明对实验装置进行了改进,如图乙所示,木板放在水平桌面上,木块叠放在木板上,细线一端连接木块,另一端连接固定的拉力传感器。向右拉动木板,水平细线的拉力大小通过拉力传感器的示数显示。
①实验过程中,    (填“需要”或“不需要”)匀速拉动木板;
②小明认为拉力传感器的示数反映的是木板与桌面间的滑动摩擦力大小,你认为是否正确,并说明理由     。
六.解答题(共3小题)
25.科学研究表明两个相互接触的物体之间发生相对滑动时,接触面上产生的滑动摩擦力大小与它们之间压力的大小成正比,可用公式表示为f滑=μF,μ指动摩擦因数,为小于1的正数;当相互接触的两物体的材料均不变时,μ的大小不发生改变,当相互接触的两物体的材料改变时,μ的大小将改变。现有三种不同的硬质材料做成的长方体物体A(重量30N)、B(重量10N)和C,A、C之间的动摩擦因数μAC=0.3,B、C之间的动摩擦因数μBC未知,将A、C如图甲放在水平地面上时,用水平推力F1恰好使A在C的表面上向右做匀速直线运动。将A、B和C如图乙放在水平地面上时,用大小为10N的水平推力F2恰好使A、B一起在C的表面上向右做匀速直线运动。
(1)如图甲,水平推力F1为多大?
(2)如图乙,B受到摩擦力为多大?
(3)如图丙,将物体C竖直固定在水平地面上,用水平压力F3将A、B重叠压在C的表面上,且A、B一起向下做匀速直线运动(A、B间不发生相对滑动),则水平压力F3为多大?
26.将一块粗糙的木板固定在竖直方向上,用大小为10N的压力F1,把一块重为6N各表面粗糙程度相同的木块压在木板上,木块以v1的速度匀速下滑,如图1所示。若将木板水平放置,用同样大小的压力F1作用在同一木块上,在拉力F2的作用下木块以v2的速度向右匀速运动,如图2所示。已知v1=v2。
(1)在图1中,木块受到的摩擦力f1是     N,方向是     。
(2)在图2中,木块受到的摩擦力f2    f1(选填“>”、“=”或“<”)。若同时撤去F1和F2,木块     (选填“会”或“不会”)立即静止,此时木块所受的摩擦力f3与f2相比将     (选填“变大”、“变小”或“不变”),画出此时木块(用“ ”表示)的受力示意图。
27.人工智能逐渐融入我们的生活,一些餐厅、饭店等餐饮场所使用送餐机器人送餐。如图所示是某餐厅的送餐机器人,其自身质量为50kg,当该送餐机器人托着质量为5kg的物体送餐时,在1min内匀速直线运动了54m,机器人受到的摩擦力约为其受到的总重力的0.08倍。g取10N/kg,求:
(1)送餐机器人托着物体送餐时,它相对于落座等餐的客人是     (选填“运动”或“静止”)的;
(2)该送餐机器人未携带物体时自身受到的重力大小;
(3)此次送餐过程中,送餐机器人的速度;
(4)此次送餐过程中,送餐机器人所受摩擦力的大小。
七.计算题(共2小题)
28.如图所示,质量为70kg的爷爷骑着一款专门为老年人设计的碳纤维代步车,其相关参数如表所示。(g取10N/kg)求:
(1)碳纤维车架的密度;
(2)代步车所受的摩擦力(已知摩擦力大小为车和人总重力的0.02倍)。
车架材料 碳纤维
车架体积/cm3 2500
车架质量/kg 4.5
整车质量/kg 12
29.人工智能逐渐融入我们的生活,一些餐厅、饭店等餐饮场所使用送餐机器人送餐。如图所示是某餐厅的送餐机器人,其自身质量为45kg,当该送餐机器人托着质量为5kg的物体送餐时,在2min内匀速直线运动120m,受到的摩擦力约为其总重力的0.1倍。求:
(1)该送餐机器人自身的重力。(未携带物体时)
(2)机器人送餐过程中所受摩擦力的大小。
30.阅读短文,回答问题。
悬索桥的力学奥秘
悬索桥的设计融合了物理学中力的平衡、传递与材料科学的智慧,是人类工程史上的杰作。
一、力的传递链:从压力到拉力
悬索桥的核心秘密在于将垂直于桥面的压力转化为水平拉力。当车辆驶过桥面时,车辆对于桥梁的压力通过吊索传递至“主缆”——这条由数万根钢丝编织的“空中绳索”,能将桥面荷载均匀分散。主缆两端固定在“锚碇(巨型混凝土块)”上,形成闭合的传力回路。桥塔将主缆高高托起,使其自然下垂成“悬链线”曲线:它让每根钢丝承受相近的拉力,避免局部过载(若主缆被拉成直线,中部会因集中受力而断裂)。
二、力的分解与材料分工
桥塔不仅是支撑结构,更是力的“转换器”。主缆的拉力在此的作用效果在竖直方向上体现为桥塔对地基的压力,水平方向上的力则与锚碗和地面之间的摩擦力平衡。悬链桥各部分材料选择也充满巧思:主缆与吊索使用高强度钢丝,发挥钢材抗拉优势(抗拉强度是混凝土的100倍);桥塔则采用抗压的混凝土或钢结构,稳稳“顶住”竖直压力。这种分工类似团队协作:抗拉材料负责“拉”,抗压材料负责“撑”,各展所长。
三、柔性的智慧:以柔克刚
悬索桥并非与自然力量硬碰硬。当台风来袭时,其柔性设计允许桥体适度摆动,通过变形消耗风能,避免因刚性抵抗导致结构损坏。这种原理类似随风摇曳的竹子——柔韧使其在狂风中屹立不倒。此外,桥面常设计波浪形护栏或导流板,将气流打散,减少风振影响。工程师甚至通过风洞实验优化桥体外形,确保其在极端天气下的稳定性。
根据上述材料,回答下列问题:
(1)悬索桥的主缆设计成“悬链线”形状的原因是     。
(2)文中关于悬索桥抗风设计,下列正确的说法是     。
A.桥体刚性越大越安全 B.桥面重力越大越安全
C.柔性设计通过变形消耗风能 D.桥塔高度影响主缆拉力分布
(3)请通过以下简化模型计算出锚碇工参数:若某悬索桥(结构如文中所示)锚碇受到主索水平方向的拉力为7.65×106kN,锚碇与地面间最大静摩擦力f=μN(其中μ=0.5,N为地面受到的压力),且最大静摩擦力达水平拉力的2倍及以上,才能保证桥梁安全,则锚碗对地面的压力至少应为     N。
热身训练参考答案与试题解析
一.选择题(共9小题)
1.【答案】A
【分析】对整体受力分析,通过共点力平衡,求出地面对B的摩擦力,隔离对A分析,得出B对A的摩擦力大小。
【解答】对A分析,A在水平方向上受水平向左的拉力F和B对A向右的静摩擦力,因为A处于静止状态,受到的这两个力是平衡力,大小相等,所以f1=F=2N,故B错误;
把AB看成一个整体,处于静止状态,受到平衡力的作用,在水平方向上受向左的拉力F和向右的拉力F,由于两力拉力大小相等,所以整体在水平方向上只受两个拉力,地面对B没有摩擦力,故A正确,CD错误。
故选:A。
2.【答案】B
【分析】(1)吸盘静止属于平衡状态,受平衡力;
(2)相互平衡的两个力,一定大小相等,方向相反。
【解答】把吸盘压在竖直的玻璃墙上,挤出空气,它就“吸”在玻璃墙上静止不动,吸盘静止属于平衡状态,受平衡力,吸盘所受的重力与摩擦力平衡,这两个力大小相等,方向相反,摩擦力与重力大小相等,摩擦力与重力方向相反,摩擦力方向竖直向上。分析吸盘所受的摩擦力:
A、方向竖直向下,错误;
B、方向竖直向上,正确;
C、大于其所受的重力,错误;
D、小于其所受的重力,错误。
故选:B。
3.【答案】D
【分析】(1)增大摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,增大压力、增大摩擦力;在压力一定时,增大接触面的粗糙程度、增大摩擦力。
(2)减小摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,减小压力、减小摩擦力;在压力一定时,减小接触面的粗糙程度、减小摩擦力;使接触面脱离;用滚动摩擦代替滑动摩擦。
【解答】垫毛巾更容易拧开罐头盖,是在压力一定时,增大了接触面的粗糙程度,增大了摩擦;
A、骑自行车刹车时用力捏闸,是在接触面粗糙程度一定时,增大压力、增大摩擦力,故A不符合题意;
B、使劲擦黑板,是在接触面粗糙程度一定时,增大压力、增大摩擦力,故B不符合题意;
C、装滚轮的储物箱更易推动,是采用变滑动为滚动的方式,减小了摩擦,故C不符合题意;
D、凹凸花纹的地砖,是在压力一定时,增大了接触面的粗糙程度,增大了摩擦,故D符合题意。
故选:D。
4.【答案】D
【分析】滑动摩擦力的大小与压力、接触面的粗糙程度有关,压力越大、接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
物块在水平木板上做匀速直线运动,受到的拉力、摩擦力是一对平衡力,大小相等。
【解答】将物块A置于水平木板上,用弹簧测力计水平向右拉A,使其始终做匀速直线运动,经过区域1和区域2时,物块对木板的压力等于其物块的重力,大小不变;
物块受到的拉力等于受到的摩擦力,弹簧测力计的示数分别为1.2N和1.8N,拉力大小不同、滑动摩擦力大小不同,原因是两区域的接触面的粗糙程度不同,木板上区域2的粗糙程度更大,故D正确、ABC错误。
故选:D。
5.【答案】C
【分析】(1)物体对水平面的压力大小等于物体的重力。
(2)影响滑动摩擦力大小的因素有压力大小和接触面的粗糙程度,而与接触面积和速度的大小无关;在接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大,匀速直线运动,受力平衡。
【解答】(1)甲、乙两图中,虽然木块的放置方式不同,速度大小也不同,但它们对水平面的压力大小相同(都等于自身的重力),且接触面的粗糙程度相同,所以这两种情况下摩擦力的大小相等,即f甲=f乙;
(2)丙图中,在木块上加放一个重物后,木块对接触面的压力变大,接触面的粗糙程度不变,所以摩擦力变大,即f丙>f乙;
由此可知f甲=f乙<f丙,匀速直线运动,受力平衡,拉力等于摩擦力,故F甲=F乙<F丙。
故选:C。
6.【答案】C
【分析】(1)增大摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,增大压力来增大摩擦力;在压力一定时,增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。
(2)减小摩擦力的方法:在接触面粗糙程度一定时,减小压力来减小摩擦力;在压力一定时,减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力;使接触面脱离;用滚动摩擦代替滑动摩擦。
【解答】A、自行车刹车时,闸皮紧压在钢圈上,是在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力来增大摩擦力,故A错误;
B、体操运动员上器械前在手上涂防滑粉,在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故B错误;
C、在冰壶运动中,刷冰使冰熔化,在冰壶和冰之间产生水,使冰壶与冰面分离,减小摩擦,故C正确;
D、矿泉水瓶瓶盖上刻有竖条纹,在压力一定时增大了接触面的粗糙程度,从而增大摩擦力,故D错误。
故选:C。
7.【答案】C
【分析】摩擦力的产生条件有:①要有相互挤压;②要有一定的粗糙程度;③要有相对运动或者相对运动趋势。存在摩擦力时,摩擦力的方向与相对运动方向或相对运动趋势相反,再根据物体受力平衡相关知识进行综合判断。注意分析甲和乙受力时研究对象的选择。
【解答】
AB、对甲进行分析,甲保持平衡状态,竖直方向上受到重力、支持力二力平衡,水平方向上若存在摩擦,则无法保持平衡,故甲不受摩擦力,因此A、B不正确。
CD、分析甲和乙整体,水平方向上受到向右5N的拉力且保持平衡状态,因此乙需要受到一个与拉力大小相等、方向相反的力,即水平面给乙的摩擦力。因此乙受到的摩擦力方向水平向左,大小为5N,因此C选项正确,D选项错误。
故选:C。
8.【答案】D
【分析】用滚木巧妙地移动巨石是减小摩擦,减小摩擦力的方法有:减小压力,减小接触面的粗糙程度,使接触面脱离,用滚动代替滑动。
【解答】用滚木巧妙地移动巨石是变滑动为滚动来减小摩擦。
A、用力压住橡皮,来回擦去写错的铅笔字,是在接触面粗糙程度一定时,通过增大压力增大摩擦力,故A不符合题意。
B、汽车在冰雪路面行驶,车轮上绕有铁链,是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度增大摩擦力,故B不符合题意。
C、在衣服的拉链上涂些蜡,是在压力一定时,通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力,故C不符合题意。
D、自行车转轴处装有滚珠轴承,是用滚动代替滑动减小摩擦力,故D符合题意。
故选:D。
9.【答案】A
【分析】摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反,对镇纸进行受力分析即可;对白纸进行受力分析,判断白纸受到的摩擦力;结合对白纸的受力分析判断桌面受到的摩擦力的方向。
【解答】A、白纸始终处于静止状态,毛笔相对于纸向右运动的过程中受到纸的摩擦力的方向向左,故A正确;
B、镇纸始终处于静止状态,一定受平衡力的作用,镇纸在竖直方向上受到的重力和支持力是一对平衡力;若镇纸受到白纸对它的摩擦力,则在水平方向上要有另一个力与镇纸受到的摩擦力平衡,但事实上找不到第4个力与镇纸受到的摩擦力平衡,所以镇纸一定没有受到摩擦力的作用,故B错误;
CD、白纸始终处于静止状态,则白纸在水平方向受到的毛笔对白纸的向右摩擦力与桌面对白纸的向左摩擦力处于平衡状态;故CD错误。
故选:A。
二.多选题(共2小题)
10.【答案】BD
【分析】(1)静摩擦力产生在相对静止,但是有相对运动趋势的物体之间,其方向和相对运动趋势相反,因此判断静摩擦力的大小和方向可从其相对运动趋势上入手;
(2)人随电梯一起匀速上升,把人和电梯看做一个整体,整体做匀速直线运动;再把人和电梯分割,它们保持相对静止,然后根据运动状态和受力的关系进行分析;
(3)物体静止,处于平衡状态,根据物体所处的状态与受力情况,应用平衡条件分析答题;
(4)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,压力越大,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
【解答】A.货物沿着传送带匀速上升,处于平衡状态,货物相对于传送带有沿斜面向下的运动趋势,因此摩擦力方向沿斜面向上,故A错误;
B.人随电梯匀速上升,人相对于电梯来说保持相对静止,水平方向上既没发生相对运动也没有相对运动的趋势,所以不受摩擦力的作用,故B正确;
C.物体静止在竖直墙壁上,竖直方向静摩擦力与重力平衡,摩擦力大小始终等于物体重力,重力不变,因此增大压力时摩擦力大小也不变,故C错误;
D.物体沿竖直墙壁向下运动,物体和墙壁间是滑动摩擦力,滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度和压力有关,当接触面粗糙程度不变时,压力增大时,滑动摩擦力增大,故D正确。
故选:BD。
11.【答案】AD
【分析】(1)产生摩擦力的条件:两个相互接触的物体之间存在压力,接触面粗糙,且发生了相对滑动或具有相对滑动的趋势;水平面上的物体的压力等于总重力;
(2)物体处于静止或做匀速直线运动时;滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关,与接触面积无关。
【解答】A、物体A受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,即摩擦力大小等于拉力的大小为5N,摩擦力方向与运动方向相反,方向向左,故A正确;
B、在甲图中,物体A、B在5N的水平拉力F甲作用下,一起做匀速直线运动,因此,A、B都受到平衡力作用,而物体B在物体A上,一起做匀速直线运动,没有发生相对运动或相对运动的趋势,所以B不受摩擦力,即摩擦力为0,故B错误;
CD、在乙图中,将A、B靠着放在水平桌面上,使它们一起匀速运动,因为接触的粗糙程度不变,压力大小不变,则滑动摩擦力大小也不变,物体A、B做匀速运动,推力与摩擦力为一对平衡力,推力F乙的大小也为5N,摩擦力方向与运动方向相反,方向向左,故C错误,D正确。
故选:AD。
三.填空题(共6小题)
12.【答案】水平向左;不变
【分析】(1)摩擦力的方向总是与物体运动或相对运动的趋势的方向相反;
(2)影响滑动摩擦力大小的因素是压力的大小和接触面的粗糙程度。
【解答】(1)摩擦力的方向跟物体相对运动的方向相反,因为木板水平向左运动,所以,运动鞋相对木板来说是水平向右滑动了,因此它受到的摩擦力的方向水平向左;
(2)滑动摩擦力大小与物体运动速度大小无关,因此拉动速度变大,弹簧测力计的示数不会变化。
故答案为:水平向左;不变。
13.【答案】等于;光滑。
【分析】物体做匀速直线运动,物体受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,大小相等;
滑动摩擦力的大小与压力大小、接触面的粗糙程度有关。
【解答】盒子倒去部分沙后放在水平B面,在水平拉力F2的作用下盒子做匀速直线运动,此时盒子受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,大小相等,由于F2=F1,则A面对盒子的摩擦力等于B面对盒子的摩擦力;
滑动摩擦力的大小与压力大小、接触面的粗糙程度有关,水平A面受到的压力更大,水平A面与水平B面受到的摩擦力大小相等,因此水平A面比水平B面更光滑。
故答案为:等于;光滑。
14.【答案】2;4。
【分析】(1)当用6N的水平拉力F使物块A和B一起向右做匀速直线运动时,整体处于平衡状态,对整体进行受力分析,在水平方向上整体受到向右的拉力、向左的摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡条件可得AB受到摩擦力之和;
已知它们受到地面的摩擦力fA:fB=1:2,则可求出A、B两物体受到摩擦力的大小,根据二力平衡分析A受到的拉力。
【解答】当用6N的水平拉力F使物块A和B一起向右做匀速直线运动,整体处于平衡状态,受到平衡力的作用;
对整体进行受力分析,在水平方向上整体受到向右的拉力、向左的摩擦力是一对平衡力,则AB受到摩擦力之和f总=F=6N;
已知它们受到地面的摩擦力fA:fB=1:2,则fA6N=2N,fB=6N﹣2N=4N,且这两个摩擦力的方向都是水平向左的;
A匀速直线运动,A受到弹簧的拉力等于A的摩擦力,为2N。
故答案为:2;4。
15.【答案】压力;右。
【分析】增大摩擦的方法:在接触面粗糙程度一定时,增大压力;在压力一定时,增大接触面的粗糙程度;用滑动代替滚动;摩擦力的方向与物体相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。
【解答】在研磨的过程中,手用力下压墨条,接触面的粗糙程度不变,压力增大了,所以是通过增大压力来增大摩擦力的;
当墨条向左运动时,摩擦力阻碍墨条向左运动,故受到了向右的摩擦力。
故答案为:压力;右。
16.【答案】右;向右。
【分析】摩擦力的性质是阻碍相互接触的两个物体间的相对运动或相对运动趋势,摩擦力的方向总是与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。
【解答】(1)当有力作用在刷毛上时,刷毛弯曲,刷毛的形状发生改变,由此可知力可以使物体发生形变。以毛刷为参照物,可把木板看成向右运动;(2)无论是向左拉牙刷还是向右拉木板,刷毛均会向右弯曲,是摩擦力改变了刷毛的形状,这表明刷毛受到的摩擦力方向都是向右的。故答案为:右;向右。
17.【答案】左;1.5;左。
【分析】物体A处于平衡状态,据此判断其所受摩擦力的大小;根据摩擦力的概念可判断其所受摩擦力的方向;对B进行受力分析,再进一步确定地面对A的摩擦力大小。
【解答】弹簧测力计甲、乙的示数分别为5N和3.5N,则弹簧测力计对A的拉力为5N,方向向右;A水平方向上受拉力和摩擦力,由二力平衡可得,摩擦力与拉力应大小相等,方向相反,故摩擦力大小为5N;摩擦力水平向左;
以B为研究对象,它受到向左的拉力为3.5N,同时受到地面对它的摩擦力和物体A对它的摩擦力,二者之和为5N,所以地面对物体B的摩擦力为5N﹣3.5N=1.5N,方向水平向左。
故答案为:左;1.5;左。
四.作图题(共3小题)
18.【答案】
【分析】物体受到摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反,据此判断物体受到的摩擦力方向,然后按照力的示意图的画法作图。
【解答】物体在斜向右上方的拉力作用下静止在水平面上,相对于水平面有向右运动的趋势,故受到的摩擦力水平向左。从物体重心开始,沿水平向左的方向画一条带箭头的线段,并在箭头附近标上字母f。如图所示:
19.【答案】
【分析】明确手受到的摩擦力的作用点和方向,然后按照力的示意图的画法画出这个力的示意图。
【解答】向左滑动过程中手受到的摩擦力方向与相对运动方向相反,即沿水平桌面向右,作用点都在手上的A点,如图所示:
20.【答案】
【分析】根据重力的方向总是竖直向下的,过重心表示出重力的方向即可。
摩擦力是由于物体相互接触,并且发生相对运动或者有相对运动的趋势而产生的,摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。
【解答】小明受到重力方向竖直向下,由重心O竖直向下画有向线段,用G表示;
由图知,右脚向后蹬地,右脚对地面摩擦力方向向左,则地面对右脚的摩擦力水平向右,由作用点A向右画有向线段,用f表示。如图所示:
五.实验探究题(共4小题)
21.【答案】(1)匀速直线;(2)压力大小;控制变量;(3)甲、丙;(4)2;2。
【分析】(1)弹簧测力计拉动物体时,弹簧测力计显示拉力大小,要使拉力等于摩擦力,物体要进行匀速直线运动,根据二力平衡条件求出摩擦力大小;
(2)(3)摩擦力可能跟压力大小、接触面粗糙程度、运动速度有关,探究滑动摩擦力大小跟压力大小关系时,一定控制接触面粗糙程度和运动速度不变,改变压力大小,观察摩擦力大小的变化,由此可以判断要选择的实验;
(4)当弹簧测力计水平方向匀速直线拉动物体时,摩擦力大小等于拉力大小,根据二力平衡条件求出摩擦力大小;
滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关,跟物体的运动速度无关,由此可以判断当物体受到的拉力增大时,摩擦力的大小是多少。
【解答】
(1)实验中用弹簧测力计水平拉动物体时,弹簧测力计显示拉力大小,要使摩擦力等于拉力(即为了测量摩擦力的大小),则物体必须做匀速直线运动;
(2)甲、乙实验中,使用同一个物块的目的是使它对桌面的压力相同,这用到了控制变量法;
(3)由图知,甲、丙两个实验中接触面粗糙程度相同,物体间的压力不同,是探究摩擦力大小跟压力大小的关系,即可验证猜想C;
(4)用弹簧测力计水平匀速直线拉动物体时,弹簧测力计示数是2N,即拉力是2N,根据二力平衡条件可知,摩擦力大小等于拉力大小,所以此时摩擦力大小是2N;
当拉力增大时,压力不变,接触面粗糙程度不变,则摩擦力大小不变,仍为2N,拉力增大,物体将做加速运动。
故答案为:(1)匀速直线;(2)压力大小;控制变量;(3)甲、丙;(4)2;2。
22.【答案】见试题解答内容
【分析】(1)根据二力平衡的条件分析;根据测力计分度值读数;
(2)影响滑动摩擦力大小因素有两个:压力大小和接触面的粗糙程度,研究与其中一个因素的关系时,要控制另外一个因素不变,根据图中现象得出结论;
(3)根据影响滑动摩擦力大小的因素,压力越大,接触面越粗糙滑动摩擦力越大。
【解答】(1)只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,拉力大小才等于摩擦力的大小。
故实验中,为了测量滑动摩擦力的大小,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,应使其做匀速直线运动。图甲中测力计分度值为0.2N,木块与木板表面间滑动摩擦力大小为3.6N。
(2)比较甲、乙两图,接触面粗糙程度相同,压力越大,测力示数越大,滑动摩擦力越大,
结论是滑动摩擦力大小与压力大小有关;研究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系要控制压力大小相同,故比较甲、丙两图中弹簧测力计示数,结论是滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度有关。
(3)根据影响滑动摩擦力大小的因素,压力越大,接触面越粗糙滑动摩擦力越大,故要取得拔河比赛的胜利,组队时应选体重大的。压力相同时接触面越粗糙,摩擦力越大,变滑动为滚动可减小摩擦,故同学参加比赛,同时在比赛中选用图丁中类型的鞋。
故答案为:(1)匀速直线;3.6;(2)压力大小;甲丙;(3)大;(a)。
23.【答案】竖直向下;9;铁夹张开幅度越大,压力越大,标志牌杆受到铁夹的摩擦力变大;接触面的粗糙程度变小,标志牌杆受到铁夹的摩擦力变小;2;4.5;8.4;2
【分析】(1)根据二力平衡条件分析摩擦力的大小和方向;
(2)滑动摩擦力的大小与压力的大小、接触面的粗糙程度有关;
(3)定滑轮在使用的过程中,不能改变力的大小,可以改变力的方向;使用滑轮组时,可以改变力的大小;据此分析实验中采用的方案;
根据F(f+G动)求出摩擦力的大小;根据F(G+G动)求出物体吸水后的重力。
【解答】(1)放学时,值班教师用13N的力可将标志牌竖直向上匀速拔出,标志牌在竖直方向上受到的竖直向下的摩擦力和重力、竖直向上的拉力的作用,三个力平衡,大小相等,所以摩擦力的大小为13N﹣4N=9N,方向是竖直向下的;
(2)猜想1:考虑到“雨天木质标志牌杆受潮膨胀”,则铁夹张开幅度越大,夹得越紧,即压力越大,则标志牌杆拔出铁夹过程中,受到铁夹的摩擦力变大;
考虑到“雨天木质标志牌杆表面湿润”,在压力不变时,接触面的粗糙程度变小,导致标志牌杆拔出铁夹过程中,受到铁夹的摩擦力变小;
(3)使用定滑轮不能改变力的大小,使用动滑轮可以省力;物体的重力为4N,拔出标志牌后,测力计示数为1.6N,要小于标志牌的重力,所以采用是实验方案2;
实验时,由图可知,滑轮组有3段绳子拉着动滑轮,拔出后静止时,测力计示数为1.6N,则F'(G'+G动),吸水后的标志牌的重力为:G'=nF'﹣G动=3×1.6N﹣0.3N=4.5N;
匀速拔出过程中,测力计示数为4.4N,不计绳重及滑轮处摩擦,则:F(FG+G动),标志牌受到向上的拉力为:FG=nF﹣G动=3×4.4N﹣0.3N=12.9N,则受到的摩擦力为:f=FG﹣G=12.9N﹣4.5N=8.4N;
由此可知,摩擦力变小了,即猜想2起主导作用。
故答案为:竖直向下;9;铁夹张开幅度越大,压力越大,标志牌杆受到铁夹的摩擦力变大;接触面的粗糙程度变小,标志牌杆受到铁夹的摩擦力变小;2;4.5;8.4;2。
24.【答案】(1)b;c;(2)1:2;(3)①不需要;②不正确,拉力传感器的示数反映的是木块与木板间的滑动摩擦力大小。
【分析】(1)要探究摩擦力与压力大小的关系,需使接触面的粗糙程度相同,压力不同;要探究摩擦力与接触面的粗糙程度的关系,需使压力大小相同,接触面的粗糙程度不同;
(2)根据动摩擦因数定义得到木块与玻璃板间的动摩擦因数跟木块与木板间的动摩擦因数之比;
(3)木块相对水平桌面处于静止状态,根据二力平衡条件分析;拉力传感器的示数反映的是木板与木块间的滑动摩擦力大小。
【解答】(1)比较第2次和第3次操作,接触面的粗糙程度相同,接触面积相同,压力不同,第3次操作中压力更大,弹簧测力计的示数也更大,滑动摩擦力也更大,说明滑动摩擦力的大小与接触面的压力有关,可验证猜想b是否正确;比较第3次和第4次操作,接触面的粗糙程度相同,压力相同,接触面积不同,两次操作中弹簧测力计的示数相同,说明滑动摩擦力的大小与接触面积无关,可验证猜想c是否正确;
(2)由第1次和第2次操作可知,木块与玻璃板间的动摩擦因数为
,木块与木板间的动摩擦因数为,则木块与玻璃板间的动摩擦因数跟木块与木板间的动摩擦因数之比为;
(3)①向右拉动木板时,木块对木板的压力不变,接触面的粗糙程度不变,滑动摩擦力不变,故不需要匀速拉动木板。
②同一根细线上的力大小相等,故细线对木块的拉力等于细线对拉力传感器的拉力,由于木块处于静止状态,细线对木块的拉力等于木块受到的滑动摩擦力,故拉力传感器的示数反映的是木块与木板间的滑动摩擦力大小,故小明的想法不正确。
故答案为:(1)b;c;(2)1:2;(3)①不需要;②不正确,拉力传感器的示数反映的是木块与木板间的滑动摩擦力大小。
六.解答题(共3小题)
25.【答案】(1)如图甲,水平推力F1为9N;
(2)如图乙,B受到摩擦力为1N;
(3)水平压力F3为400N
【分析】(1)物体对水平面的压力等于其重力,据此求出A对C的压力,又知A、C之间的摩擦系数,利用f滑=μF求出滑动摩擦力的大小,再利用二力平衡得出平推力F1的大小;
(2)利用二力平衡得出A和B受到的滑动摩擦力,进而可求B受到摩擦力;
(3)利用f滑=μF求出B、C之间的摩擦系数,然后利用二力平衡得出A和B受到的滑动摩擦力,再利用f滑=μF计算水平压力F3的大小。
【解答】(1)如图甲所示,A在C的表面上向右做匀速直线运动。则在水平方向上A受到水平向右的推力F1和水平向左的滑动摩擦力fA且这两个力是一对平衡力;在竖直方向上,A对C的压力为
FA=GA=30N;
根据二力平衡的条件和公式f滑=μF可得:F1=fA=μACFA=0.3×30N=9N;
(2)如图乙所示,A、B一起在C的表面上向右做匀速直线运动,处于平衡状态,在水平方向上,水平推力F2与A、B受到的滑动摩擦力的合力是一对平衡力,即大小相等。因A对C的压力和A与C之间的动摩擦因数均未变,所以A与C之间的滑动摩擦力fA还是9N。故B受到的摩擦力为:fB=F2﹣fA=10N﹣9N=1N
(3)由题意知,B重10N,根据图乙可知,在竖直方向上,B对C的压力为FB=GB=10N;
由公式f滑=μF,可求B、C间的动摩擦因数为μBC0.1;
如图丙所示,A、B一起向下做匀速直线运动(A、B间不发生相对滑动),处于平衡状态,则在竖直方向上,将A、B看成一个整体,A、B受到的滑动摩擦力与A、B的重力是一对平衡力,则A、B受到的滑动摩擦力为:fAB=GA+GB=30N+10N=40N;
由公式f滑=μF可得,水平压力F3为:F3400N。
答:(1)如图甲,水平推力F1为9N;
(2)如图乙,B受到摩擦力为1N;
(3)水平压力F3为400N。
26.【答案】(1)6;竖直向上;
(2)>;不会;变小;
【分析】(1)根据二力平衡分析解答;
(2)在图2中,木块与模板之间接触面的粗糙程度相同,压力变大,所以受到的摩擦力f2>f1;
若同时撤去F1和F2,由于惯性木块不会立即静止;
此时木块与木板间的压力变小,滑动摩擦力也会变化;
此时木块受的力有重力、支持力和滑动摩擦力。
【解答】(1)用大小为10N的压力F1,把一块重为6N各表面粗糙程度相同的木块压在木板上,木块以v1的速度匀速下滑,此时木块在竖直方向上受重力、和竖直向上的滑动摩擦力,二力平衡,木块受到的摩擦力f1=G=6N,方向竖直向上;
(2)在图2中,木块与模板之间接触面的粗糙程度相同,压力变大,所以受到的摩擦力f2>f1;
若同时撤去F1和F2,由于惯性木块不会立即静止;
此时木块与木板间的压力变小,滑动摩擦力f3与f2相比将变小;
画出此时木块受的力有:重力G、支持力F和滑动摩擦力f3,示意图如下:
故答案为:(1)6;竖直向上;(2)>;不会;变小;图见解析。
27.【答案】(1)运动;(2)该送餐机器人未携带物体时自身受到的重力大小是500N;(3)此次送餐过程中,送餐机器人的速度是0.9m/s;(4)此次送餐过程中,送餐机器人所受摩擦力的大小是44N。
【分析】(1)以落座等餐的客人为参照物,送餐机器人与客人之间的位置是否发生了变化;
(2)根据重力公式G=mg,可求机器人自身受到的重力;
(3)根据速度公式,可求送餐机器人的速度;
(4)送餐机器人托着物体送餐时,求出总质量,再根据重力公式求出送餐机器人受到的总重力;
根据题意,机器人受到的摩擦力f约为其受到的总重力的0.08倍,所以摩擦力大小为f=0.08×G总。
【解答】(1)以落座等餐的客人为参照物,送餐机器人与客人之间的位置发生了变化,因此送餐机器人是运动的;
(2)送餐机器人的自身质量50kg,根据重力公式G=mg,可得机器人自身受到的重力G机器人=m机器人×g=50kg×10N/kg=500N;
(3)送餐机器人在1min内匀速直线运动了54m,根据速度公式,可得送餐机器人的速度;
(4)送餐机器人托着物体送餐时,总质量为m总=m机器人+m物体=50kg+5kg=55kg;
送餐机器人受到的总重力为G总=m总×g=55kg×10N/kg=550N,
根据题意,机器人受到的摩擦力f约为其受到的总重力的0.08倍,所以摩擦力大小为f=0.08×G总=0.08×550N=44N。
故答案为:(1)运动;(2)该送餐机器人未携带物体时自身受到的重力大小是500N;(3)此次送餐过程中,送餐机器人的速度是0.9m/s;(4)此次送餐过程中,送餐机器人所受摩擦力的大小是44N。
七.计算题(共2小题)
28.【答案】(1)碳纤维车架的密度为1.8×103kg/m3;
(2)代步车所受的摩擦力为16.4N。
【分析】(1)从表中数据可知碳纤维车架的质量和体积,利用密度公式即可求得其密度;
(2)结合“摩擦力大小为车和人总重力的0.02倍”求得摩擦力。
【解答】(1)碳纤维车架的密度:;
(2)结合题意,f=0.02G总=0.02m总g=0.02×(70kg+12kg)×10N/kg=16.4N。
答:(1)碳纤维车架的密度为1.8×103kg/m3;
(2)代步车所受的摩擦力为16.4N。
29.【答案】(1)450N;
(2)50N。
【分析】(1)根据重力公式G=mg,已知机器人自身质量,代入即可求出自身重力。
(2)先求出机器人托着物体时的总质量,再根据重力公式求出总重力,最后结合摩擦力与总重力的关系计算摩擦力。
【解答】(1)由G=mg可得,送餐机器人自身的重力:G1=m1g=45kg×10N/kg=450N;
(2)机器人托着物体时,总质量为机器人自身质量与物体质量之和:m总=m1+m2=45kg+5kg=50kg;
机器人和物体的总重力:G总=m总g=50kg×10N/kg=500N;
机器人送餐过程中所受摩擦力的大小:f=kG总=0.1×500N=50N。
故答案为:(1)450N;
(2)50N。
30.【答案】(1)它让每根钢丝承受相近的拉力,避免局部过载;(2)CD;(3)3.06×1010。
【分析】(1)根据由数万根钢丝编织的“空中绳索”,能将桥面荷载均匀分散即可解答;
(2)根据桥面常设计波浪形护栏或导流板,将气流打散,减少风振影响。结合杠杆的模型解释;
(3)根据锚碇与地面间最大静摩擦力f=μN和平衡条件分析。
【解答】(1)由材料可知,悬索桥的主缆设计成“悬链线”形状的原因是:它让每根钢丝承受相近的拉力,避免局部过载;
(2)A、当台风来袭时,其柔性设计允许桥体适度摆动,通过变形消耗风能,避免因刚性抵抗导致结构损坏,故A错误;
B、桥面重力过大,钢索的拉力越大,可能有断裂的危险,故B错误;
C、桥面常设计波浪形护栏或导流板,将气流打散,减少风振影响,故C正确;
D、桥塔将主缆高高托起,使其自然下垂成“悬链线”曲线:它让每根钢丝承受相近的拉力,但高度越高,主缆的拉力的力臂越大,拉力越小,故高度影响分布情况,故D正确;
故选:CD;
(3)锚碇与地面间最大静摩擦力f=μN,则7.65×106×103N×2=0.5×N;
故N=3.06×1010N。
故答案为:(1)它让每根钢丝承受相近的拉力,避免局部过载;(2)CD;(3)3.06×1010。
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