专题01 在解决运动和力关系上受力分析的应用-2025年中考科学二轮热点题型归纳与变式演练(浙江专用)
2025-03-10
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内容正文:
专题01在解决运动和力关系上受力分析的应用
目 录
01 题型综述
02 解题攻略
提分秘籍
知识点一、受力分析中存在的问题
知识点二、受力分析的常用方法
知识点三、平衡力与相互作用力的比较
知识点四、力的合成
典例剖析
题型1摩擦力的大小
题型2摩擦力的方向
题型3平衡力与相互作用力的辨别
题型4二力平衡条件的应用
题型5力与运动的关系
03 中考练场
结合实际生活:以生活中的常见现象或科技应用为背景,如电梯升降、汽车行驶、航天器发射等,让学生对实际物体进行受力分析,体现物理知识与生活实际的紧密联系。
注重能力考查:重点考查学生的分析能力、逻辑思维能力和综合应用能力。要求学生能从复杂情境中提取有用信息,对物体正确受力分析,并运用力与运动的关系知识解决问题。
多知识点综合:常与压强、浮力、功和功率等其他力学知识,以及电学、热学等知识综合考查,形成综合性较强的题目,考查学生对知识的整体掌握和运用能力。
1、明确研究对象
首先要确定对哪个物体或物体系统进行受力分析。这个对象可以是单个物体,如一个在斜面上滑动的木块;也可以是多个物体组成的系统,比如叠放在一起的两个物块。
在复杂的场景中,比如多个物体相互作用的情况,准确选取研究对象是解题的关键,它直接决定了后续分析的准确性和简便性
2、分析物体的运动状态
观察并判断物体是处于静止、匀速直线运动还是变速运动状态。
若物体处于静止或匀速直线运动状态,根据牛顿第一定律可知,物体所受合力为零。例如,汽车加速启动时,合力方向与运动方向相同;汽车刹车时,合力方向与运动方向相反。
3、按顺序进行受力分析
重力:重力是地球对物体的吸引力,方向总是竖直向下。大小可根据公式G=mg计算,其中m是物体的质量,g一般取9.8N/kg或10N/kg。
弹力:包括压力、支持力、拉力等。判断弹力的有无,可根据物体是否与其他物体接触且发生弹性形变来确定。弹力的方向总是垂直于接触面指向受力物体。
摩擦力:判断摩擦力首先要确定是静摩擦力还是滑动摩擦力。静摩擦力是当物体有相对运动趋势但未发生相对运动时产生的,其大小根据物体的受力平衡情况来确定,方向与物体相对运动趋势的方向相反。滑动摩擦力是物体发生相对滑动时产生的,方向与物体相对运动的方向相反。
其他力:根据具体题目情境,看是否存在空气阻力等其他力。比如物体在空气中高速运动时,要考虑空气阻力,其大小一般与物体的运动速度、形状等因素有关,方向与物体运动方向相反。
【提分秘籍】
知识点一、受力分析中存在的问题
1.研究对象不明确,分析错误
学生在进行力学学习中,往往把施力对象和受力对象相混淆。原因在于学习时,老师在课堂教学中会总结成“一个物体既是施力对象,同时还是受力对象”。这一总结并无差错,但往往会让学生在进行物体受力分析时产生较大困惑。
例如:静止于水平面的一个物体A,请作出其受力情况(如图):
2. 受力方向判断不准确,分析错误
重力:始终竖直向下
压力:垂直于受力面,且指向受力面
浮力:始终竖直向上
摩擦力:与物体相对运动或相对运动的趋势方向相反
3.主观臆断受力,分析错误
例如:物体A沿着某个斜面往下滑动,请作出其滑动中的受力情况(如图):
4.分析步骤不当,分析错误
对于初中学生而言,虽然对重力、弹力、摩擦力等力的概念和内容有较好掌握,但在进行物体受力分析时,总会无从下手,不知道先分析哪个力,再分析哪个力,缺乏条理性,如此就会导致少一些受力或多出受力。
知识点二、受力分析的常用方法
1.整体法和隔离法
整体法:将相对静止的物体作为一个整体来分析。
隔离法:将研究对象与周围物体分隔开来分析。
整体法
隔离法
概念
将几个物体作为一个整体来分析的方法
将研究对象与周围物体分隔开的方法
选用原则
研究系统外的物体对系统整体的作用力
研究系统内物体之间的相互作用力
注意问题
分析整体周围其他物体对整体的作用,而不画整体内部物体间的相互作用。
分析它受到周围其他物体对它的作用力
(1)A和地面之间有摩擦力吗?大小多少?方向如何?(整体法)有,大小为F,方向向右
(2)A和B之间有摩擦力吗?大小多少?方向如何? (隔离法)没有,AB相对静止
A
B
F=10N
(图中A、B均静止)
(1) A和地面之间有摩擦力吗?大小多少?方向如何?(整体法)有,大小为F,方向向右
(2) A和B之间有摩擦力吗?大小多少?方向如何?(隔离法)有,大小为F,方向向右
A
B
F=10N
(图中A、B均静止)
2.假设法
在未知某力是否存在时,可先对其作出存在或不存在的假设,然后再就该力存在与不存在对物体运动状态所产生影响来判断该力是否存在。一般用来判断弹力和静摩擦力的有无。
A
B
F
(图中A、B均静止)
3. 结合物体的运动状态(如平衡状态)和力的作用的相互性进行分析。
例
知识点三、平衡力与相互作用力的比较
异同
一对平衡力
相互作用力
相同点
大小相等
大小相等
方向相反
方向相反
在同一条直线上
在同一条直线上
不同点
作用在同一物体上
作用在不同物体上
一个力消失,另一个力可以存在
两个力同时存在,同时消失
两个力的性质可以不同
两个力的性质一定相同
知识点四、力的合成
定义:作用在质点上的几个力共同作用时产生效果如果与某一个力F的效果相同,那么这个力F就叫做几个力的合力。(注:合力并不是物体真实受到的力)
(1)同一直线上方向相同的两个力F1,F2的合力F合=F1 + F2,且方向与这两个力方向相同。
(2)同一直线上方向相反的两个力F1,F2且F1 > F2,则这两个力的合力F合=F1 - F2,方向与较大的那个力相同。
(3)同一直线上有方向相同相反的三个力,F1,F2,F3,若F1 = F2 + F3,此时向左的作用效果等效于向右的作用效果,所以此时物体处于平衡状态。
【典例剖析】
题型1摩擦力的大小
[例题1] (2024•西湖区模拟)如图所示,光滑的地面上有一足够长的木板,在木板的右端固定着一个滑轮(不计绳与滑轮间的摩擦),木板上面放置一个小木块,小木块一端连接着弹簧测力计。当拉力F为10N时,木板向右做匀速直线运动,然后把拉力增大到20N时,下列分析错误的是( )
A.弹簧测力计的示数为20N
B.小木块将保持静止
C.木板仍向右做匀速直线运动
D.以木板为参照物,小木块将向左运动
[例题2] (2024•浙江模拟)宁波栋社国际机场用传送带为顾客运送行李,主要有水平运送和沿斜面运送两种形式,如图所示,甲为水平传送带,乙为倾斜传送带。当行李随传送带一起匀速运动时,关于甲和乙传送带上的行李受到的摩擦力,下列说法正确的是( )
A.甲传送带上的行李受到的摩擦力为0,乙受到的摩擦力沿斜面向下
B.甲传送带上的行李受到的摩擦力为0,乙受到的摩擦力沿斜面向上
C.甲传送带上的行李受到的摩擦力沿水平面向左,乙受到的摩擦力沿斜面向下
D.甲传送带上的行李受到的摩擦力沿水平面向左,乙受到的摩擦力沿斜面向上
[例题3] (2024•鹿城区校级一模)橡皮泥具有取材方便、容易变形且变形后不反弹、可重复使用和价格便宜等特点,是一种理想的科学实验材料。如图所示,小温将一块重2牛的橡皮泥贴在黑板上,用10牛的力推着黑板匀速向右运动,此时橡皮泥受到的摩擦力大小和方向是( )
A.10牛,向上 B.10牛,向左 C.2牛,向上 D.2牛,向左
题型2摩擦力的方向
[例题4] (2024•萧山区模拟)如图所示,将物体M置于斜面上,受到一个沿斜面向上的拉力F后,处于静止状态,且具有向下滑动的趋势,以f表示物体M受到的摩擦力。则关于摩擦力的大小及方向表达正确的是( )
A.f大小等于F,方向沿斜面向下
B.f大小小于F,方向沿斜面向下
C.f大小小于F,方向沿斜面向上
D.f大小与F无法判断,方向沿斜面向上
[例题5] (2024•瓯海区校级模拟)粗糙的水平桌面上,放一物体A,在A的两边用轻绳通过定滑轮吊着B,C两个物体,已知GB=15N,VB=1.0×10﹣3m3,GC=10N,g=10牛/kg。开始时把B物体浸没水中,如图所示,整个装置保持静止,现拔出容器底部的小木塞,缓缓放水直至物体B完全露出水面的过程中,整个装置还是保持静止不动,在不计定滑轮与轻绳之间的摩擦的情况下,有关物体A在放水过程中的受力情况,以及下列说法正确的是( )
A.A物体受到摩擦力的大小范围是0N≤f≤5N
B.A物体受到摩擦力的方向始终水平向右
C.A物体受到摩擦力的方向开始水平向左后变为水平向右
D.A物体始终受到5个力的作用
题型3平衡力与相互作用力的辨别
[例题6] (2024•台州三模)如图甲是2023年杭州亚运会羽毛球的项目图标,如图乙是运动员竖直握紧羽毛球拍且保持静止。下列有关羽毛球运动的分析正确的是( )
A.打出去的球会下落着地,是因为球具有惯性
B.打出去的球继续飞行的过程中,球拍对球有力的作用
C.运动员竖直握球拍且静止时,用力握摩擦力大小不变
D.击球瞬间,球拍对球的作用力大于球对球拍的作用力
[例题7] (2024•嘉兴二模)使用真空吸盘挂钩时,只要挤出吸盘内空气,吸盘就能牢牢“吸”在磁砖表面。小科分别将漏勺与刷子挂在a和b两吸盘的挂钩上(如图),漏勺的质量比刷子的质量大,若不计吸盘质量,下列有关说法正确的是( )
A.吸盘a受到的摩擦力与漏勺的重力是一对平衡力
B.吸盘a受到的摩擦力大于吸盘b受到的摩擦力
C.吸盘b只受到墙面的摩擦力与刷子的拉力
D.将吸盘内的空气多挤出点,其受到的摩擦力变大
[例题8] (2024•绍兴模拟)科学课上,教师演示了一个有趣的小实验。将一根长筷子插入苹果中(如图甲),然后将筷子提起,竖直悬在空中,用锤子不断轻敲筷子上端,发现苹果不断的往上爬升(如图乙)。下列说法正确的是( )
A.苹果往上爬升,说明它具有惯性
B.提着筷子的手受到的摩擦力方向始终竖直向上
C.敲击时,锤子对筷子的力与筷子对锤子的力是一对平衡力
D.静止时,苹果受到的重力和筷子对苹果的静摩擦力是一对相互作用力
题型4二力平衡条件的应用
[例题9] (2023•杭州模拟)两个用同一种材料制成且完全相同的密闭圆台形容器一正一反放置在同一水平桌面上,容器内装有深度相同的同种液体,如图所示。若它们分别在水平方向拉力F1 和F2的作用下沿桌面做匀速直线运动,速度分别为ʋ和2ʋ,下列关系正确的是( )
A.F1=F2 B.F1<F2 C.F1>F2 D.无法判断
[例题10] (2023•西湖区模拟)如图所示,体重为G的小明爬到竖直的杆上。静止时,所受的摩擦力为f1;后来沿杆匀速下滑,所受的摩擦力为f2。通过受力分析,可以判断出( )
A.静止时,f1>G
B.匀速下滑时,f2<G
C.静止时的f1等于匀速下滑时的f2
D.静止时的f1大于匀速下滑时的f2
[例题11] (2022•富阳区二模)两辆实验小车A和B放在光滑水平桌面上,上面各放一块磁铁,已知同名磁极相互排斥,使两车靠近到一定距离时由静止释放,如图所示,对此现象的解释错误的是( )
A.小车A受到的力FA的施力物体是小车B
B.小车A受到的力FA和小车B受到的力FB大小相等
C.小车A受到的力FA和小车B受到的力FB是一对作用力和反作用力
D.小车A受到的力FA和小车B受到的力FB是一对平衡力
题型5力与运动的关系
[例题12] (2022•淳安县校级一模)如图所示,商场的电梯匀速向上运动,站在电梯上相对电梯静止的人受到的作用力有( )
A.重力和支持力
B.重力、支持力和水平向右的摩擦力
C.重力、支持力和水平向左的摩擦力
D.重力、支持力和斜向上的摩擦力
[例题13] (2022•平阳县模拟)某跳伞运动员从飞机上跳下,沿竖直方向降落(如图1),一段时间后打开降落伞(如图2),最后安全着地。已知跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图3所示,下列说法合理的是( )
A.0﹣20s阶段,运动员受到的空气阻力逐渐增大
B.运动员在第20s时刻打开降落伞
C.AB阶段受到的空气阻力大于CD阶段
D.BC阶段,运动员受到的空气阻力小于自身(含所有装备)重力
[例题14] (2022•龙湾区一模)如图甲所示,重为5牛的铁块吸附在竖直放置足够长的磁性平板上,在竖直向上拉力F的作用下铁块沿直线竖直向上运动。若铁块受到的摩擦力为2牛,铁块运动过程中速度v的大小随时间t变化的图象如图乙所示。若撤去拉力F,则铁块运动过程中速度v的大小随时间t变化的图象大致为( )
A. B.
C. D.
[练习1] (2023•杭州一模)木板乙放置于光滑的水平面上,一个小木块甲以v0的速度从木板乙的左侧被水平弹射到木板右端,如图所示。小木块甲先相对木板乙滑动,后相对静止;当木板乙碰到水平面上的障碍物丙时立刻静止。则以下判断中正确的是( )
A.甲、乙相对静止前,甲受到水平向右的摩擦力
B.甲、乙相对静止时,甲不受摩擦力
C.乙碰到丙后,甲因为受到惯性作用会继续向右运动
D.乙静止后,甲、乙受到的摩擦力是一对平衡力
[练习2] (2023•慈溪市校级模拟)如图所示,绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行。初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带。若从小物块滑上传送带开始计时,小物块在传送带上运动的v﹣t图象(以地面为参考系)如图乙所示。已知v2>v1,则( )
A.t2时刻,小物块离A处的距离达到最大
B.t2时刻,小物块相对传送带滑动的距离达到最大
C.0~t2时间内,小物块受到的摩擦力方向先向右后向左
D.0~t3时间内,小物块始终受到大小不变的摩擦力作用
[练习3] (2024•新昌县模拟)如图所示,一铁块吸附在竖直放置的足够长的磁性平板上,在竖直向上拉力F的作用下,铁块以速度v竖直向上做匀速直线运动。下列说法正确的是( )
A.磁性平板对铁块的吸引力和铁块对磁性平板的吸引力是一对平衡力
B.拉力F和磁性平板对铁块的摩擦力是一对平衡力
C.若铁块所受的吸引力突然消失,则它也不受摩擦力
D.若铁块以速度2v竖直向上做匀速直线运动,则拉力F将变大
[练习4] (2024•瑞安市模拟)无人机运输物资是疫情期间非常常用的一种方式。如图为挂有重物的无人机,无人机定点悬停时,下列说法正确的是( )
A.无人机的重力与空气的推力是一对平衡力
B.无人机的重力与空气的推力是相互作用力
C.重物的重力与绳子对重物的拉力是一对平衡力
D.重物的重力与绳子对重物的拉力是相互作用力
[练习5] (2024•西湖区模拟)如图中,一段弹簧固定在水平桌面上(如图甲所示),将一个小球放在弹簧上使其处于静止状态(如图乙所示)、用竖直向下的力F压小球至如图丙的位置,然后撤去力F,小球向上运动到A点后下落(如图丁所示)、不计空气阻力的影响。则从撤去力F到小球运动到A点的过程中,下列说法中正确的是( )
A.小球一直做减速运动
B.小球在A点速度为零,合力为零
C.小球离开弹簧时的速度最大
D.小球离开弹簧前,受到的合力先减小后增大
[练习6] (2022•杭州模拟)某同学将同一小球以相同大小的速度按如图两种方法抛掷小球。甲图是竖直上抛,乙图是以一定的角度斜抛小球。忽略运动过程中所受的空气阻力。下列叙述正确的是( )
A.甲图中小球到达的水平高度等于乙图中小球的水平高度
B.甲图中小球到达地面时的速度大于乙图中小球的速度
C.如果乙图中小球到达最高点时突然不受重力,该小球将水平向右匀速直线运动
D.若将小球的质量增大,则小球到达地面时的速度都将比原来的大
[练习7] (2023•拱墅区校级一模)如图,A、B两同学用甲、乙两种方式推墙。甲中A向前推B,B向前推墙;乙中A、B同时向前推墙,墙均未动。假如用甲、乙两种方式推时每人的推力大小都为F,则以下说法中正确的是( )
A.甲方式中墙受到的力为2F
B.乙方式中墙受到的力为2F
C.甲方式中两位同学受到地面的摩擦力大小都为F
D.乙方式中两位同学受到地面的摩擦力大小都为2F
[练习8] (2023•杭州模拟)如图所示,内部均装有磁铁的两块清洁器M和N隔着窗玻璃总能合在一起移动,这让玻璃清洁变得安全高效。关于清洁器的分析正确的是( )
A.N受到的重力和M对N的吸引力是一对平衡力
B.手没有扶玻璃外的N,N静止在玻璃上,此时N受力平衡
C.玻璃对N的支持力和M对N的吸引力是一对相互作用力
D.移动M时,N也能跟着一起移动,说明力能改变物体的形状
[练习9] (2023秋•余姚市期末)如图所示,水平地面上静止叠放着A、B两物体,物体A上表面受到一竖直向下的压力F,下列说法正确的是( )
A.A物体受到的支持力与B物体受到的压力是一对相互作用力
B.A物体受到的重力与A物体受到的支持力是一对平衡力
C.B物体受到的支持力大小等于物体A和物体B的总重力
D.B物体受到A对它的压力大小与F的大小相同
[练习10] (2024秋•镇海区校级期中)如图所示,用弹簧测力计竖直向上拉一边长为10cm的正方体物块。在整个过程中,甲图像表示弹簧测力计的示数与时间关系,乙图像表示物体运动速度大小与时间关系,根据图像信息判断下列说法错误的是( )
A.0~3s内物体受力平衡
B.该物体的密度为0.2g/cm3
C.若t=4s时所有外力都消失,物体将做匀速直线运动
D.t=1s时物体受到地面的支持力2N
[练习11] (2024春•定海区期末)如图所示,三个质量相同的物体分别受到竖直向上的拉力作用,处于不同的状态:甲静止,乙以5m/s的速度向上做匀速直线运动,丙以10m/s的速度向下做匀速直线运动,则F甲、F乙、F丙的大小关系是( )(不计空气阻力)
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丙>F乙
[练习12] (2024春•金华期末)如图,将质量均匀的木棒切割并组装成两个形状相同、质量均为m的木模,用三根竖直细线a、b、c连接,在水平面上按照“互”字型静置,上方木模呈现悬浮效果,这是利用了建筑学中的“张拉整体”结构原理。则( )
A.a点受到的拉力等于mg
B.b的拉力大于a的拉力
C.改变细线方向有可能改变上方木模状态
D.改变木模放置方式会使地面受到的压力改变
[练习13] (2024•宁波模拟)如图所示,人坐在吊椅(椅面水平)上静止时,下列说法正确的是( )
A.人对吊椅的压力和吊环对吊椅的拉力是一对平衡力
B.人所受的重力和吊椅对人的支持力是一对平衡力
C.吊椅所受的重力和吊椅对人的支持力是一对相互作用力
D.人所受的重力和人对吊椅的压力是同一个力
[练习14] (2024秋•余姚市期末)如图所示,叠放在一起的物体A和B,在大小为F的恒力作用下沿水了面做匀速直线运动,则下列结论中正确的是( )
A.甲、乙两图中B物体受到A物体对它的摩擦力均为F
B.甲、乙两图中B物体受到水平面对它的摩擦力均为F
C.甲、乙两图中A物体受到B物体对它的摩擦力均为F
D.甲、乙两图中A物体受到B物体对它的摩擦力均为零
[练习15] (2024•浙江模拟)如图所示,一块正方体的磁铁重10N,在大小为F=3N的拉力作用下从A点沿水平直线运动到E点。磁铁在AB段和DE段做匀速直线运动。已知AB=BC=DE,其中AB段接触面的材料是木,DE段接触面的材料是铁,每经过相同时间,用虚线框记录下磁铁位置。根据图像,下列关于磁铁的运动与受力情况正确的是( )
A.AB段磁铁的平均速度大于DE段
B.磁铁在BC段受到的摩擦力等于3N
C.AB段比DE段的接触面更粗糙
D.DE段受到的摩擦力比AB段要小
[练习16] (2024春•西湖区校级期末)如图所示,物体A在拉力F=30N的作用下以0.1m/s的速度在足够长的物体B表面上做匀速直线运动;物体B在水平地面上静止,此时弹簧测力计示数为22N。下列说法正确的是( )
A.物体A对物体B的摩擦力的大小为30N,方向向右
B.地面对物体B的摩擦力的大小为22N,方向向左
C.地面对物体B的摩擦力的大小为8N,方向向右
D.物体B对地面的摩擦力的大小为22N,方向向右
[练习17] (2023•杭州)用如图所示的实验装置可以方便测量物体相对运动时摩擦力的大小。木板A放在水平地面上,木块B放置在水平的木板A上,细绳跨过定滑轮,一端与木块B相连,另一端与上端固定的弹簧测力计的秤钩相连,且细绳的ab段保持竖直,cd段保持水平。(木板A足够长,不计细绳重力和滑轮摩擦)
(1)用水平向右的拉力F拉动木板A向右运动,待木块B静止后,弹簧测力计示数为3N,此时木块B受到的摩擦力大小为 N。接着将拉力F增大一倍,木块B受到的摩擦力 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)撤去水平拉力F后,当木板A和木块B都静止时,弹簧测力计示数仍为3N,此时木板A受到地面施加的摩擦力方向为水平 (选填“向右”或“向左”)。
[练习18] (2023•金华)小金用20N的水平推力把图甲中纸箱匀速推往桌面中央,桌子始终保持静止;小金再用120N的水平推力将桌子沿水平方向匀速推动,纸箱在桌面上没有发生滑动,如图乙所示。完成下列问题。
(1)图甲中地面对桌子的摩擦力方向是 。
(2)图乙中纸箱受到的摩擦力大小是 牛。
[练习19] (2023•温州校级三模)“神舟十三号”飞船圆满完成了载人飞行往返任务。着陆过程中,返回舱距地面大约10千米时会依次打开减速伞和主降落伞。减速伞能让返回舱的速度瞬间降低到约60米/秒,而主降落伞能够让返回舱的速度降到约10米/秒。当距离地面只有1米的时候,返回舱底部的反推发动机将瞬间点火喷出燃气,返回舱的速度瞬间降到几乎为零。返舱着陆过程中速度大小随时间的变化关系如图所示(从打开减速伞的瞬间开始计时)。
(1)CD阶段降落伞对返回舱的拉力F与返回舱受到的重力G的大小关系为 。
(2)图中阴影部分面积表示 。
(3)在E点时反推发动机点火,能对返回舱起减速作用的原因是 。
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专题01在解决运动和力关系上受力分析的应用
目 录
01 题型综述
02 解题攻略
提分秘籍
知识点一、受力分析中存在的问题
知识点二、受力分析的常用方法
知识点三、平衡力与相互作用力的比较
知识点四、力的合成
典例剖析
题型1摩擦力的大小
题型2摩擦力的方向
题型3平衡力与相互作用力的辨别
题型4二力平衡条件的应用
题型5力与运动的关系
03 中考练场
结合实际生活:以生活中的常见现象或科技应用为背景,如电梯升降、汽车行驶、航天器发射等,让学生对实际物体进行受力分析,体现物理知识与生活实际的紧密联系。
注重能力考查:重点考查学生的分析能力、逻辑思维能力和综合应用能力。要求学生能从复杂情境中提取有用信息,对物体正确受力分析,并运用力与运动的关系知识解决问题。
多知识点综合:常与压强、浮力、功和功率等其他力学知识,以及电学、热学等知识综合考查,形成综合性较强的题目,考查学生对知识的整体掌握和运用能力。
1、明确研究对象
首先要确定对哪个物体或物体系统进行受力分析。这个对象可以是单个物体,如一个在斜面上滑动的木块;也可以是多个物体组成的系统,比如叠放在一起的两个物块。
在复杂的场景中,比如多个物体相互作用的情况,准确选取研究对象是解题的关键,它直接决定了后续分析的准确性和简便性
2、分析物体的运动状态
观察并判断物体是处于静止、匀速直线运动还是变速运动状态。
若物体处于静止或匀速直线运动状态,根据牛顿第一定律可知,物体所受合力为零。例如,汽车加速启动时,合力方向与运动方向相同;汽车刹车时,合力方向与运动方向相反。
3、按顺序进行受力分析
重力:重力是地球对物体的吸引力,方向总是竖直向下。大小可根据公式G=mg计算,其中m是物体的质量,g一般取9.8N/kg或10N/kg。
弹力:包括压力、支持力、拉力等。判断弹力的有无,可根据物体是否与其他物体接触且发生弹性形变来确定。弹力的方向总是垂直于接触面指向受力物体。
摩擦力:判断摩擦力首先要确定是静摩擦力还是滑动摩擦力。静摩擦力是当物体有相对运动趋势但未发生相对运动时产生的,其大小根据物体的受力平衡情况来确定,方向与物体相对运动趋势的方向相反。滑动摩擦力是物体发生相对滑动时产生的,方向与物体相对运动的方向相反。
其他力:根据具体题目情境,看是否存在空气阻力等其他力。比如物体在空气中高速运动时,要考虑空气阻力,其大小一般与物体的运动速度、形状等因素有关,方向与物体运动方向相反。
【提分秘籍】
知识点一、受力分析中存在的问题
1.研究对象不明确,分析错误
学生在进行力学学习中,往往把施力对象和受力对象相混淆。原因在于学习时,老师在课堂教学中会总结成“一个物体既是施力对象,同时还是受力对象”。这一总结并无差错,但往往会让学生在进行物体受力分析时产生较大困惑。
例如:静止于水平面的一个物体A,请作出其受力情况(如图):
2. 受力方向判断不准确,分析错误
重力:始终竖直向下
压力:垂直于受力面,且指向受力面
浮力:始终竖直向上
摩擦力:与物体相对运动或相对运动的趋势方向相反
3.主观臆断受力,分析错误
例如:物体A沿着某个斜面往下滑动,请作出其滑动中的受力情况(如图):
4.分析步骤不当,分析错误
对于初中学生而言,虽然对重力、弹力、摩擦力等力的概念和内容有较好掌握,但在进行物体受力分析时,总会无从下手,不知道先分析哪个力,再分析哪个力,缺乏条理性,如此就会导致少一些受力或多出受力。
知识点二、受力分析的常用方法
1.整体法和隔离法
整体法:将相对静止的物体作为一个整体来分析。
隔离法:将研究对象与周围物体分隔开来分析。
整体法
隔离法
概念
将几个物体作为一个整体来分析的方法
将研究对象与周围物体分隔开的方法
选用原则
研究系统外的物体对系统整体的作用力
研究系统内物体之间的相互作用力
注意问题
分析整体周围其他物体对整体的作用,而不画整体内部物体间的相互作用。
分析它受到周围其他物体对它的作用力
(1)A和地面之间有摩擦力吗?大小多少?方向如何?(整体法)有,大小为F,方向向右
(2)A和B之间有摩擦力吗?大小多少?方向如何? (隔离法)没有,AB相对静止
A
B
F=10N
(图中A、B均静止)
(1) A和地面之间有摩擦力吗?大小多少?方向如何?(整体法)有,大小为F,方向向右
(2) A和B之间有摩擦力吗?大小多少?方向如何?(隔离法)有,大小为F,方向向右
A
B
F=10N
(图中A、B均静止)
2.假设法
在未知某力是否存在时,可先对其作出存在或不存在的假设,然后再就该力存在与不存在对物体运动状态所产生影响来判断该力是否存在。一般用来判断弹力和静摩擦力的有无。
A
B
F
(图中A、B均静止)
3. 结合物体的运动状态(如平衡状态)和力的作用的相互性进行分析。
例
知识点三、平衡力与相互作用力的比较
异同
一对平衡力
相互作用力
相同点
大小相等
大小相等
方向相反
方向相反
在同一条直线上
在同一条直线上
不同点
作用在同一物体上
作用在不同物体上
一个力消失,另一个力可以存在
两个力同时存在,同时消失
两个力的性质可以不同
两个力的性质一定相同
知识点四、力的合成
定义:作用在质点上的几个力共同作用时产生效果如果与某一个力F的效果相同,那么这个力F就叫做几个力的合力。(注:合力并不是物体真实受到的力)
(1)同一直线上方向相同的两个力F1,F2的合力F合=F1 + F2,且方向与这两个力方向相同。
(2)同一直线上方向相反的两个力F1,F2且F1 > F2,则这两个力的合力F合=F1 - F2,方向与较大的那个力相同。
(3)同一直线上有方向相同相反的三个力,F1,F2,F3,若F1 = F2 + F3,此时向左的作用效果等效于向右的作用效果,所以此时物体处于平衡状态。
【典例剖析】
题型1摩擦力的大小
[例题1] (2024•西湖区模拟)如图所示,光滑的地面上有一足够长的木板,在木板的右端固定着一个滑轮(不计绳与滑轮间的摩擦),木板上面放置一个小木块,小木块一端连接着弹簧测力计。当拉力F为10N时,木板向右做匀速直线运动,然后把拉力增大到20N时,下列分析错误的是( )
A.弹簧测力计的示数为20N
B.小木块将保持静止
C.木板仍向右做匀速直线运动
D.以木板为参照物,小木块将向左运动
【解答】解:当拉力F为10牛时,由于使用动滑轮拉动木板,所以木板受到的拉力是20N,木板进行匀速直线运动,木板受到的摩擦力是20N,地面是光滑的,所以木板受到20N的摩擦力是木块施加的,由于物体间力的作用是相互的,所以木块受到木板的摩擦力是10N,木块相对竖直的墙面是静止的,所以弹簧测力计示数是20N.
当拉力F为20牛时,木板受到向右的拉力变为40N,木块对木板的压力不变,接触面粗糙程度不变,滑动摩擦力保持20N不变,所以木板向右进行加速运动。木块受到的摩擦力不变。木块相对竖直墙面处于静止状态,弹簧测力计示数保持20N不变。故C错误,ABD正确。
故选:C。
[例题2] (2024•浙江模拟)宁波栋社国际机场用传送带为顾客运送行李,主要有水平运送和沿斜面运送两种形式,如图所示,甲为水平传送带,乙为倾斜传送带。当行李随传送带一起匀速运动时,关于甲和乙传送带上的行李受到的摩擦力,下列说法正确的是( )
A.甲传送带上的行李受到的摩擦力为0,乙受到的摩擦力沿斜面向下
B.甲传送带上的行李受到的摩擦力为0,乙受到的摩擦力沿斜面向上
C.甲传送带上的行李受到的摩擦力沿水平面向左,乙受到的摩擦力沿斜面向下
D.甲传送带上的行李受到的摩擦力沿水平面向左,乙受到的摩擦力沿斜面向上
【解答】解:甲传送带上的行李随传送带一起匀速运动的过程中,行李与传送带之间相对静止,没有相对运动的趋势,因此不受摩擦力的作用,甲传送带上的行李所受的摩擦力等于零;
乙传送带上的行李随传送带一起匀速运动的过程中,行李与传送带之间相对静止,但行李有向下运动的趋势,则行李在运动中受到的摩擦力方向沿传送带向上。
故选:B。
[例题3] (2024•鹿城区校级一模)橡皮泥具有取材方便、容易变形且变形后不反弹、可重复使用和价格便宜等特点,是一种理想的科学实验材料。如图所示,小温将一块重2牛的橡皮泥贴在黑板上,用10牛的力推着黑板匀速向右运动,此时橡皮泥受到的摩擦力大小和方向是( )
A.10牛,向上 B.10牛,向左 C.2牛,向上 D.2牛,向左
【解答】解:贴在黑板上的橡皮泥受到的重力和黑板施加的摩擦力,大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上,是一对平衡力,所以橡皮泥受到的摩擦力大小为2N,竖直向上;故ABD错误,C正确;
故选:C。
题型2摩擦力的方向
[例题4] (2024•萧山区模拟)如图所示,将物体M置于斜面上,受到一个沿斜面向上的拉力F后,处于静止状态,且具有向下滑动的趋势,以f表示物体M受到的摩擦力。则关于摩擦力的大小及方向表达正确的是( )
A.f大小等于F,方向沿斜面向下
B.f大小小于F,方向沿斜面向下
C.f大小小于F,方向沿斜面向上
D.f大小与F无法判断,方向沿斜面向上
【解答】解:将物体M置于斜面上,受到一个沿斜面向上的拉力F后,处于静止状态,且具有向下滑动的趋势,物体M受到的摩擦力是沿斜面向上,与F方向相同,两者之和等于重力沿斜面向下的分力,因而无法比较两者的大小关系。
故选:D。
[例题5] (2024•瓯海区校级模拟)粗糙的水平桌面上,放一物体A,在A的两边用轻绳通过定滑轮吊着B,C两个物体,已知GB=15N,VB=1.0×10﹣3m3,GC=10N,g=10牛/kg。开始时把B物体浸没水中,如图所示,整个装置保持静止,现拔出容器底部的小木塞,缓缓放水直至物体B完全露出水面的过程中,整个装置还是保持静止不动,在不计定滑轮与轻绳之间的摩擦的情况下,有关物体A在放水过程中的受力情况,以及下列说法正确的是( )
A.A物体受到摩擦力的大小范围是0N≤f≤5N
B.A物体受到摩擦力的方向始终水平向右
C.A物体受到摩擦力的方向开始水平向左后变为水平向右
D.A物体始终受到5个力的作用
【解答】解:A、B浸没在水中时受到的浮力:F浮最大=ρgVB=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.0×10﹣3m3=10N,B浸没在水中(或B完全漏出水)时摩擦力最大,由平衡条件可知,最大摩擦力:f=GC﹣(GB﹣F浮最大)=10N﹣(15N﹣10N)=5N,最小摩擦力为零,则A物体受到摩擦力的大小范围是0N≤f≤5N,故A正确;
B、B浸没在水中时,A受到的摩擦力水平向右,B完全漏出水平A受到的摩擦力水平向左,故B错误;
C、由B的分析可知,A受到的摩擦力向水平向右,后水平向左,故C错误;
D、当B受到的浮力F浮=5N时,两绳子对A的拉力大小相等,都是10N,A不受摩擦力,此时A受到4个力的作用,故D错误;
故选:A。
题型3平衡力与相互作用力的辨别
[例题6] (2024•台州三模)如图甲是2023年杭州亚运会羽毛球的项目图标,如图乙是运动员竖直握紧羽毛球拍且保持静止。下列有关羽毛球运动的分析正确的是( )
A.打出去的球会下落着地,是因为球具有惯性
B.打出去的球继续飞行的过程中,球拍对球有力的作用
C.运动员竖直握球拍且静止时,用力握摩擦力大小不变
D.击球瞬间,球拍对球的作用力大于球对球拍的作用力
【解答】解:A、打出去的球由于受到重力的作用,会下落着地,故A错误;
B、打出去的球继续飞行的过程中,不再受到球拍力的作用,故B错误;
C、运动员竖直握球拍且静止时,在竖直方向上球拍受向下的重力和向上的摩擦力,它们大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上,是一对平衡力,当用力握,球拍的重力不变,则手与球拍的摩擦力大小不变,故C正确;
D、手对球拍的作用力与球拍对手的作用力是作用在不同物体上的两个相互作用力,大小相等,故D错误。
故选:C。
[例题7] (2024•嘉兴二模)使用真空吸盘挂钩时,只要挤出吸盘内空气,吸盘就能牢牢“吸”在磁砖表面。小科分别将漏勺与刷子挂在a和b两吸盘的挂钩上(如图),漏勺的质量比刷子的质量大,若不计吸盘质量,下列有关说法正确的是( )
A.吸盘a受到的摩擦力与漏勺的重力是一对平衡力
B.吸盘a受到的摩擦力大于吸盘b受到的摩擦力
C.吸盘b只受到墙面的摩擦力与刷子的拉力
D.将吸盘内的空气多挤出点,其受到的摩擦力变大
【解答】解:A.吸盘a受到的摩擦力与漏勺的重力作用在不同物体上,因而不是一对平衡力,故A错误;
B.若不计吸盘质量,重力忽略,吸盘a受到的摩擦力等于漏勺的拉力,吸盘b受到的摩擦力等于刷子的拉力,由于漏勺的质量比刷子的质量大,拉力较大,故吸盘a受到的摩擦力大于吸盘b受到的摩擦力,故B正确;
C.若不计吸盘质量,重力忽略,吸盘b竖直方向受到墙面的摩擦力与刷子的拉力,水平方向受大气压力和墙壁的支持力,故C错误;
D.将吸盘内的空气多挤出点,其受到的摩擦力仍等于物体的拉力,大小不变,故D错误。
故选:B。
[例题8] (2024•绍兴模拟)科学课上,教师演示了一个有趣的小实验。将一根长筷子插入苹果中(如图甲),然后将筷子提起,竖直悬在空中,用锤子不断轻敲筷子上端,发现苹果不断的往上爬升(如图乙)。下列说法正确的是( )
A.苹果往上爬升,说明它具有惯性
B.提着筷子的手受到的摩擦力方向始终竖直向上
C.敲击时,锤子对筷子的力与筷子对锤子的力是一对平衡力
D.静止时,苹果受到的重力和筷子对苹果的静摩擦力是一对相互作用力
【解答】解:A、将一根长筷子插入苹果中,然后将筷子提起,竖直悬在空中,用锤子不断轻敲筷子上端,筷子受力而向下运动,苹果具有惯性保持静止,苹果相对于筷子向上运动了,发现苹果不断的往上爬升。说明苹果具有惯性,故A正确;
B、手提筷子,有向上运动的趋势,故受到的摩擦力向下,故B错误;
C、敲击时,锤子对筷子的力与筷子对锤子的力作用在不同物体上,不是平衡力,故C错误;
D、静止时,受力平衡,苹果受到的重力和筷子对苹果的静摩擦力是一对平衡力,故D错误。
故选:A。
题型4二力平衡条件的应用
[例题9] (2023•杭州模拟)两个用同一种材料制成且完全相同的密闭圆台形容器一正一反放置在同一水平桌面上,容器内装有深度相同的同种液体,如图所示。若它们分别在水平方向拉力F1 和F2的作用下沿桌面做匀速直线运动,速度分别为ʋ和2ʋ,下列关系正确的是( )
A.F1=F2 B.F1<F2 C.F1>F2 D.无法判断
【解答】解:容器质量相同,内装液体的种类相同,但据图能看出乙中液体的体积大,所以据m=ρV可知,乙容器中的液体质量大,所以乙容器对桌面的压力大,故在接触面粗糙程度相同时,乙容器与桌面的摩擦力大,故F1<F2。
故选:B。
[例题10] (2023•西湖区模拟)如图所示,体重为G的小明爬到竖直的杆上。静止时,所受的摩擦力为f1;后来沿杆匀速下滑,所受的摩擦力为f2。通过受力分析,可以判断出( )
A.静止时,f1>G
B.匀速下滑时,f2<G
C.静止时的f1等于匀速下滑时的f2
D.静止时的f1大于匀速下滑时的f2
【解答】解:由题意可知,小明在匀速下滑和静止的过程中,处于平衡状态,所以,摩擦力与重力是一对平衡力,大小均与重力相同,因此f1=f2。
故选:C。
[例题11] (2022•富阳区二模)两辆实验小车A和B放在光滑水平桌面上,上面各放一块磁铁,已知同名磁极相互排斥,使两车靠近到一定距离时由静止释放,如图所示,对此现象的解释错误的是( )
A.小车A受到的力FA的施力物体是小车B
B.小车A受到的力FA和小车B受到的力FB大小相等
C.小车A受到的力FA和小车B受到的力FB是一对作用力和反作用力
D.小车A受到的力FA和小车B受到的力FB是一对平衡力
【解答】解:
A、水平桌面光滑,所以小车A、B水平方向不受摩擦力,由图知,相邻两磁极是同名磁极,所以A小车会受到B车对它向左的力,故A正确;
B、由于力的作用是相互的,所以A受到的力FA和B受到的力FB大小相等,故B正确;
C、A受到的力FA和B受到的力FB,符合相互作用力的条件:大小相等,方向相反,作用在一条直线上,作用在发生力的作用的两个物体上,故C正确;
D、A受到的力FA和B受到的力FB,分别作用在A和B小车上,即不作用在一个物体上,不是一对平衡力,故D错误。
故选:D。
题型5力与运动的关系
[例题12] (2022•淳安县校级一模)如图所示,商场的电梯匀速向上运动,站在电梯上相对电梯静止的人受到的作用力有( )
A.重力和支持力
B.重力、支持力和水平向右的摩擦力
C.重力、支持力和水平向左的摩擦力
D.重力、支持力和斜向上的摩擦力
【解答】解:商场的电梯匀速向上运动,人和电梯相对静止,无相对运动,所以没有受到电梯的摩擦力。相对电梯静止的人处于平衡状态,受到的作用力有重力和支持力,这两个力作用在同一个物体上,大小相等,方向相反,并且作用在同一条直线上,是一对平衡力。
故选:A。
[例题13] (2022•平阳县模拟)某跳伞运动员从飞机上跳下,沿竖直方向降落(如图1),一段时间后打开降落伞(如图2),最后安全着地。已知跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图3所示,下列说法合理的是( )
A.0﹣20s阶段,运动员受到的空气阻力逐渐增大
B.运动员在第20s时刻打开降落伞
C.AB阶段受到的空气阻力大于CD阶段
D.BC阶段,运动员受到的空气阻力小于自身(含所有装备)重力
【解答】解;A.0﹣20s阶段,运动员的速度增加量逐渐减小,说明运动员受到的空气阻力逐渐增大,故A合理;
B.已知正常情况下空气阻力大小随迎风面积和速度的增大而增大,所以运动员打开降落伞之后,会做减速运动,故在40s时,运动员打开降落伞,故B不合理;
C.运动员在AB和CD段都是做匀速运动,运动员的总重力不变,所以受到的空气阻力相等,故C不合理;
D.BC阶段,运动员做减速运动,所以运动员受到的空气阻力大于自身(含所有装备)重力,故D不合理。
故选:A。
[例题14] (2022•龙湾区一模)如图甲所示,重为5牛的铁块吸附在竖直放置足够长的磁性平板上,在竖直向上拉力F的作用下铁块沿直线竖直向上运动。若铁块受到的摩擦力为2牛,铁块运动过程中速度v的大小随时间t变化的图象如图乙所示。若撤去拉力F,则铁块运动过程中速度v的大小随时间t变化的图象大致为( )
A. B.
C. D.
【解答】解:根据图乙可知,在撤去拉力前,铁块竖直向上做匀速直线运动;撤去拉力后,铁块在竖直方向上受到竖直向下的重力、竖直向下的摩擦力的作用,竖直方向上的合力为5N+2N=7N,所以铁块会向上做减速运动,当铁块的速度变为0时,铁块在重力的作用下向下做加速运动,此时铁块受到的滑动摩擦力的方向是竖直向上的;由于压力不变、接触面的粗糙程度不变,所以摩擦力大小不变,此时铁块在竖直方向上受的合力为5N﹣2N=3N;由于7N>3N,所以铁块上升时速度减小的快,向下运动时,速度增大的慢,故B图正确。
故选:B。
[练习1] (2023•杭州一模)木板乙放置于光滑的水平面上,一个小木块甲以v0的速度从木板乙的左侧被水平弹射到木板右端,如图所示。小木块甲先相对木板乙滑动,后相对静止;当木板乙碰到水平面上的障碍物丙时立刻静止。则以下判断中正确的是( )
A.甲、乙相对静止前,甲受到水平向右的摩擦力
B.甲、乙相对静止时,甲不受摩擦力
C.乙碰到丙后,甲因为受到惯性作用会继续向右运动
D.乙静止后,甲、乙受到的摩擦力是一对平衡力
【解答】解:
A、甲、乙相对静止前,小木块甲相对木板乙是向右滑动的,则甲受到乙水平向左的摩擦力的作用,故A错误;
B、甲、乙相对静止时,甲和乙一起向右运动,甲和乙之间没有发生相对滑动的趋势,所以甲不受摩擦力,故B正确;
C、乙碰到丙后,甲因为具有惯性会继续向右运动,惯性是一种性质,不是作用,故C错误;
D、乙静止后,甲由于惯性会继续水平向右运动,则甲受到乙水平向左的摩擦力的作用;由于水平面与乙之间是光滑的,所以水平面与乙之间没有摩擦力;由于物体间力的作用是相互的,则乙受到甲水平向右的摩擦力的作用,这两个摩擦力没有作用在同一个物体上,不是平衡力,故D错误。
故选:B。
[练习2] (2023•慈溪市校级模拟)如图所示,绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行。初速度大小为v2的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带。若从小物块滑上传送带开始计时,小物块在传送带上运动的v﹣t图象(以地面为参考系)如图乙所示。已知v2>v1,则( )
A.t2时刻,小物块离A处的距离达到最大
B.t2时刻,小物块相对传送带滑动的距离达到最大
C.0~t2时间内,小物块受到的摩擦力方向先向右后向左
D.0~t3时间内,小物块始终受到大小不变的摩擦力作用
【解答】解:
A、由图可知,t1时刻小物块向左运动到速度为零,离A处的距离达到最大,此后反向运动,位移减小,故A错误;
B、由于传送带向右运动,t2时刻前小物块相对传送带向左运动,之后相对静止,则知小物块相对传送带滑动的距离达到最大,故B正确;
C、在0﹣t1时间内小物块向左减速受向右的摩擦力作用,在t1﹣t2时间内小物块向右加速运动,受到向右的摩擦力作用,故摩擦力一直向右;故C错误;
D、t2之后,二者速度相等,保持相对静止,故此时二者间没有相对运动或相对运动的趋势,不再受摩擦力;故D错误。
故选:B。
[练习3] (2024•新昌县模拟)如图所示,一铁块吸附在竖直放置的足够长的磁性平板上,在竖直向上拉力F的作用下,铁块以速度v竖直向上做匀速直线运动。下列说法正确的是( )
A.磁性平板对铁块的吸引力和铁块对磁性平板的吸引力是一对平衡力
B.拉力F和磁性平板对铁块的摩擦力是一对平衡力
C.若铁块所受的吸引力突然消失,则它也不受摩擦力
D.若铁块以速度2v竖直向上做匀速直线运动,则拉力F将变大
【解答】解:
A.磁性平板对铁块的吸引力作用在铁块上,铁块对磁性平板的吸引力作用在平板上,二力作用在两个物体上,是一对相互作用力,故A错误;
B.铁块竖直方向受到竖直向上的拉力和竖直向下重力、磁性平板对铁块的摩擦力作用处于平衡状态,则拉力F和磁性平板对铁块的摩擦力大小不相等,不是一对平衡力,故B错误;
C.滑动摩擦力的大小与压力的大小有关,若铁块所受的吸引力突然消失,则它受到的摩擦力也消失,故C正确;
D.铁块竖直向上做匀速直线运动时,接触面的粗糙程度和铁块与磁性平板之间的引力即压力不变,受到的摩擦力不变,铁块受到的重力也不变,所以若铁块以速度2v竖直向上做匀速直线运动,则拉力F将不变,故D错误。
故选:C。
[练习4] (2024•瑞安市模拟)无人机运输物资是疫情期间非常常用的一种方式。如图为挂有重物的无人机,无人机定点悬停时,下列说法正确的是( )
A.无人机的重力与空气的推力是一对平衡力
B.无人机的重力与空气的推力是相互作用力
C.重物的重力与绳子对重物的拉力是一对平衡力
D.重物的重力与绳子对重物的拉力是相互作用力
【解答】解:A、空气的推力大小等于无人机与重物的重力之和,因此,无人机的重力与空气的推力大小不同,不是一对平衡力,故A错误;
B、无人机的重力与空气的推力作用在同一物体上,且大小不同,因此不是一对相互作用力,故B错误;
CD、重物的重力与绳子对重物的拉力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上、作用在同一物体上,是一对平衡力,不是相互作用力,故C正确、D错误。
[练习5] (2024•西湖区模拟)如图中,一段弹簧固定在水平桌面上(如图甲所示),将一个小球放在弹簧上使其处于静止状态(如图乙所示)、用竖直向下的力F压小球至如图丙的位置,然后撤去力F,小球向上运动到A点后下落(如图丁所示)、不计空气阻力的影响。则从撤去力F到小球运动到A点的过程中,下列说法中正确的是( )
A.小球一直做减速运动
B.小球在A点速度为零,合力为零
C.小球离开弹簧时的速度最大
D.小球离开弹簧前,受到的合力先减小后增大
【解答】解:由题意可知,乙图中小球受到的重力等于弹簧的弹力;
当将小球压缩至丙图时,弹力大于重力,若撤去力F,则小球会向上做加速运动,到乙图位置时,弹力等于重力,此时速度最大,再向上运动时,向上的弹力小于向下的重力,则小球向上做减速运动;
小球离开弹簧后受向下的重力而做减速运动,到达最高点时速度为零;
A、由上述分析可知,从撤去力F到小球运动到A点的过程中,小球先加速后减速,故A错误;
B、小球到达A点速度为零,但此时受力不平衡,所以不是平衡状态,不处于静止状态,故B错误;
C、在乙图位置时,小球的速度最大,故C错误;
D、撤去力F,小球从开始上升到乙图位置的过程中,向上的弹力大于向下的重力,但弹力减小,由F合=F弹﹣G可知合力减小;到乙图位置时,弹力等于重力,则合力为零;从乙图位置到达到甲位置的过程中,向上的弹力小于向下的重力,但弹力减小,由F合=G﹣F弹可知合力增大;
由此可知,小球离开弹簧前,其受到的合力先减小后增大,故D正确。
故选:D。
[练习6] (2022•杭州模拟)某同学将同一小球以相同大小的速度按如图两种方法抛掷小球。甲图是竖直上抛,乙图是以一定的角度斜抛小球。忽略运动过程中所受的空气阻力。下列叙述正确的是( )
A.甲图中小球到达的水平高度等于乙图中小球的水平高度
B.甲图中小球到达地面时的速度大于乙图中小球的速度
C.如果乙图中小球到达最高点时突然不受重力,该小球将水平向右匀速直线运动
D.若将小球的质量增大,则小球到达地面时的速度都将比原来的大
【解答】解:A、甲图是竖直上抛,到达最高点时动能为零,原来的机械能全部转化为重力势能,乙图到达最高点时还具有水平向右的速度,重力势能要小于原来的机械能,故甲图小球到达的水平高度大于乙图到达的水平高度,故A错误;
B、若不计空气阻力,上升时动能全部转化为重力势能,下降时,重力势能全部转化为动能,故开始时的动能等于最后的动能,因为甲、乙两球质量相同,速度相同,开始时的动能相同,故甲图中小球到达地面时的速度等于乙图中小球的速度,故B错误;
C、乙图中小球做斜抛运动,小球出向上运动,还向前运动,到达最高点时仍往前运动,若此时突然不受重力,该小球将沿水平向右方向做匀速直线运动,故C正确;
D、若将小球的质量增大,小球开始的动能和结束的动能都与原来相等,速度也相等,与质量无关,故D错误。
故选:C。
[练习7] (2023•拱墅区校级一模)如图,A、B两同学用甲、乙两种方式推墙。甲中A向前推B,B向前推墙;乙中A、B同时向前推墙,墙均未动。假如用甲、乙两种方式推时每人的推力大小都为F,则以下说法中正确的是( )
A.甲方式中墙受到的力为2F
B.乙方式中墙受到的力为2F
C.甲方式中两位同学受到地面的摩擦力大小都为F
D.乙方式中两位同学受到地面的摩擦力大小都为2F
【解答】解:
(1)甲方式中,先对A同学水平方向受力分析,受B对A的向左的弹力和地面对A的向右的静摩擦力;
再对B同学水平方向受力分析,受A对B向右的弹力和墙壁对B向左的弹力,由B同学静止可知,二力是一对平衡力,
又因A同学和B同学之间的作用力为相互作用力,B与墙壁之间的作用力也为相互作用力,
所以,A对B向右的弹力和墙壁对B向左的弹力大小均为F,
则甲方式中墙受到的力为F,B同学不受摩擦力,故AC错误;
(2)乙方式中,甲、乙两同学均受水平向左墙壁的弹力和地面向右的静摩擦力作用处于平衡状态,
由二力平衡条件可知,地面对两同学的摩擦力都为F,此时墙受到的推力为2F,故B正确、D错误。
故选:B。
[练习8] (2023•杭州模拟)如图所示,内部均装有磁铁的两块清洁器M和N隔着窗玻璃总能合在一起移动,这让玻璃清洁变得安全高效。关于清洁器的分析正确的是( )
A.N受到的重力和M对N的吸引力是一对平衡力
B.手没有扶玻璃外的N,N静止在玻璃上,此时N受力平衡
C.玻璃对N的支持力和M对N的吸引力是一对相互作用力
D.移动M时,N也能跟着一起移动,说明力能改变物体的形状
【解答】解:A、N受到的重力和M对N的吸引力方向不在一条直线上,不是一对平衡力,故A错误;
B、手没有扶玻璃外的N,N静止在玻璃上,此时N处于平衡状态,所以受力平衡,故B正确;
C、玻璃对N的支持力和M对N的吸引力作用在同一物体上,不是一对相互作用力,故C错误;
D、移动M时,N也能跟着一起移动,说明力能改变物体的运动状态,故D错误。
故选:B。
[练习9] (2023秋•余姚市期末)如图所示,水平地面上静止叠放着A、B两物体,物体A上表面受到一竖直向下的压力F,下列说法正确的是( )
A.A物体受到的支持力与B物体受到的压力是一对相互作用力
B.A物体受到的重力与A物体受到的支持力是一对平衡力
C.B物体受到的支持力大小等于物体A和物体B的总重力
D.B物体受到A对它的压力大小与F的大小相同
【解答】解:
A、B对A的支持力和A对B的压力是相互作用力,所以A物体受到的支持力与B物体受到的压力是一对相互作用力,故A正确;
B、A物体受到3个力,压力F和A竖直向下的重力,竖直向上的支持力,A物体受到的重力与压力F之和等于A物体受到的支持力(即GA+F=FB支持A),所以A物体受到的重力与A物体受到的支持力不是一对平衡力,故B错误;
C、把A、B两物体看作一个整体,整体受到地面向上的支持力、向下的总重力和向下的压力F,由于整体静止,所以整体受到的支持力(即B物体受到的支持力)等于物体A和物体B的总重力加上压力F,故C错误;
D、B物体受到A对它的压力等于B对A的支持力(它们为相互作用力),则根据B项解答可知,B物体受到的压力为GA+F,故D错误。
故选:A。
[练习10] (2024秋•镇海区校级期中)如图所示,用弹簧测力计竖直向上拉一边长为10cm的正方体物块。在整个过程中,甲图像表示弹簧测力计的示数与时间关系,乙图像表示物体运动速度大小与时间关系,根据图像信息判断下列说法错误的是( )
A.0~3s内物体受力平衡
B.该物体的密度为0.2g/cm3
C.若t=4s时所有外力都消失,物体将做匀速直线运动
D.t=1s时物体受到地面的支持力2N
【解答】解:
A.由图乙可知,0~3s内物块的速度为零处于静止状态,则物体受力平衡,故A正确;
B.由图乙可知,第3秒时物块刚好被拉动,此时物块受到的拉力和自身的重力是一对平衡力,二力大小相等;
由图甲可知,弹簧测力计的示数与时间成正比,且比例系数k=1N/s,则第3秒时弹簧测力计的示数F=3N,所以物块的重力G=F=3N,物块的质量m0.3kg=300g,物体的密度ρ0.3g/cm3,故B错误;
C.物体不受力时总保持静止或做匀速直线运动,t=4s时,物体处于运动状态,物体不受力后,将做匀速直线运动,故C错误;
D.由图甲可知,第1秒时物块受到的拉力F′=1N,此时物块受到竖直向上的拉力F′、地面的支持力F支持和竖直向下的重力G作用处于平衡状态,由物块受到的合力为零可得F′+F支持=G,则物体受到地面的支持力F支持=G﹣F′=3N﹣1N=2N,故D正确。
故选:B。
[练习11] (2024春•定海区期末)如图所示,三个质量相同的物体分别受到竖直向上的拉力作用,处于不同的状态:甲静止,乙以5m/s的速度向上做匀速直线运动,丙以10m/s的速度向下做匀速直线运动,则F甲、F乙、F丙的大小关系是( )(不计空气阻力)
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丙>F乙
【解答】解:不计空气阻力,虽然三个物体的状态不同,但由于甲静止,乙、丙都是匀速直线运动,所以物体都处于平衡状态,即受力平衡,则三个物体所受拉力与重力相等,即三个力大小相等。
故选:A。
[练习12] (2024春•金华期末)如图,将质量均匀的木棒切割并组装成两个形状相同、质量均为m的木模,用三根竖直细线a、b、c连接,在水平面上按照“互”字型静置,上方木模呈现悬浮效果,这是利用了建筑学中的“张拉整体”结构原理。则( )
A.a点受到的拉力等于mg
B.b的拉力大于a的拉力
C.改变细线方向有可能改变上方木模状态
D.改变木模放置方式会使地面受到的压力改变
【解答】解:AB、对上方木模受力分析有,Fa=mg+Fb+Fc,则Fa>Fb,故AB错误;
C、改变细线方向,比如b或c斜拉,则上方的木模在水平方向受力不平衡,因而其运动状态有可能改变;故C正确;
D、改变木模放置方式,无论怎么放置,放置在水平面上的压力都等于总重力,因而不会使地面受到的压力改变,故D错误。
故选:C。
[练习13] (2024•宁波模拟)如图所示,人坐在吊椅(椅面水平)上静止时,下列说法正确的是( )
A.人对吊椅的压力和吊环对吊椅的拉力是一对平衡力
B.人所受的重力和吊椅对人的支持力是一对平衡力
C.吊椅所受的重力和吊椅对人的支持力是一对相互作用力
D.人所受的重力和人对吊椅的压力是同一个力
【解答】解:A、人对吊椅的压力和吊环对吊椅的拉力大小不相等,方向相反、作用在同一个物体上,作用在同一条直线上,不是一对平衡力,故A错误;
B、人所受的重力和吊椅对人的支持力大小相等,方向相反、作用在同一个物体上,作用在同一条直线上,是一对平衡力,故B正确;
C、吊椅所受的重力与吊椅对地球的吸引力是相互作用力,故C错误;
D、人所受的重力和人对吊椅的压力是不同性质的两个力,故D错误。
故选:B。
[练习14] (2024秋•余姚市期末)如图所示,叠放在一起的物体A和B,在大小为F的恒力作用下沿水了面做匀速直线运动,则下列结论中正确的是( )
A.甲、乙两图中B物体受到A物体对它的摩擦力均为F
B.甲、乙两图中B物体受到水平面对它的摩擦力均为F
C.甲、乙两图中A物体受到B物体对它的摩擦力均为F
D.甲、乙两图中A物体受到B物体对它的摩擦力均为零
【解答】解:A、甲图中以A为研究对象,A做匀速直线运动,在水平方向受拉力F和B对它的摩擦力作用,且f=F,又由于力的作用是相互的,所以B物体受到A物体对它的摩擦力为F,乙图中,AB同时向前做匀速直线运动,所以AB之间没有相对运动的趋势,B物体受到A物体对它的摩擦力为零,故A错误;
B、以AB整体为研究对象,在水平方向受地面的摩擦力和拉力F,这两个力相互平衡,则f=F,所以两种情况下B物体受到地面对它的摩擦力均为F,故B正确;
CD、甲图中,A做匀速直线运动,在水平方向受拉力F和B对它的摩擦力作用,根据二力平衡条件可知f=F,即A物体受到B物体对它的摩擦力大小为F;乙图中A物体与B相对静止,A物体在水平方向没有力的作用,A物体受到B物体对它的摩擦力大小为为零;故C、D错误;
故选:B。
[练习15] (2024•浙江模拟)如图所示,一块正方体的磁铁重10N,在大小为F=3N的拉力作用下从A点沿水平直线运动到E点。磁铁在AB段和DE段做匀速直线运动。已知AB=BC=DE,其中AB段接触面的材料是木,DE段接触面的材料是铁,每经过相同时间,用虚线框记录下磁铁位置。根据图像,下列关于磁铁的运动与受力情况正确的是( )
A.AB段磁铁的平均速度大于DE段
B.磁铁在BC段受到的摩擦力等于3N
C.AB段比DE段的接触面更粗糙
D.DE段受到的摩擦力比AB段要小
【解答】解:A、根据图中信息可知,磁铁在AB段的运动时间大于在DE段的运动时间,已知AB=DE,由v可知,AB段物体的平均速度小于DE段的平均速度,故A错误;
B、由图知,在BC段,磁铁在相等时间内通过的路程越来越长,所以正方体磁铁在BC段做加速运动,则磁铁受到水平向右的拉力大于摩擦力,拉力大小是3N,所以磁铁在BC段受到的摩擦力小于3N,故B错误。
CD、由于正方形磁铁在DE段做匀速直线运动,则磁铁受到水平向右的拉力和水平向左的摩擦力是一对平衡力,拉力大小是3N,所以磁铁在DE段受到的摩擦力也是3N。在AB段正方体磁铁也做匀速直线运动,则磁铁受到水平向右的拉力和水平向左的摩擦力是一对平衡力,拉力大小是3N,所以磁铁在AB段受到的摩擦力也是3N,因此DE段摩擦力等于AB段摩擦力,滑动摩擦力的大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关;AB段接触面的材料是木,DE段接触面的材料是铁,DE多了吸引力,故压力较大,但摩擦力相等,说明DE段的粗糙程度较小,故C正确,D错误。
故选:C。
[练习16] (2024春•西湖区校级期末)如图所示,物体A在拉力F=30N的作用下以0.1m/s的速度在足够长的物体B表面上做匀速直线运动;物体B在水平地面上静止,此时弹簧测力计示数为22N。下列说法正确的是( )
A.物体A对物体B的摩擦力的大小为30N,方向向右
B.地面对物体B的摩擦力的大小为22N,方向向左
C.地面对物体B的摩擦力的大小为8N,方向向右
D.物体B对地面的摩擦力的大小为22N,方向向右
【解答】解:
A、对A受力分析:A受到水平向左的拉力、水平向右的滑动摩擦力的作用,A做匀速直线运动,则拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,大小相等,故A受到B的摩擦力为30N,方向水平向右;根据力的相互性可知,A对B的摩擦力为30N,方向水平向左,故A错误;
BC、对整体分析,整体水平方向上受到水平向左的拉力、水平向右的弹簧测力计的拉力、地面对B的摩擦力,地面对B的摩擦力为30N﹣22N=8N,方向水平向右,故C正确,B错误;
D、物体间力的作用时相互的,地面对物体B的摩擦力的大小为8N,物体B对地面的摩擦力的大小为8N,方向水平向左,故D错误。
故选:C。
[练习17] (2023•杭州)用如图所示的实验装置可以方便测量物体相对运动时摩擦力的大小。木板A放在水平地面上,木块B放置在水平的木板A上,细绳跨过定滑轮,一端与木块B相连,另一端与上端固定的弹簧测力计的秤钩相连,且细绳的ab段保持竖直,cd段保持水平。(木板A足够长,不计细绳重力和滑轮摩擦)
(1)用水平向右的拉力F拉动木板A向右运动,待木块B静止后,弹簧测力计示数为3N,此时木块B受到的摩擦力大小为 N。接着将拉力F增大一倍,木块B受到的摩擦力 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)撤去水平拉力F后,当木板A和木块B都静止时,弹簧测力计示数仍为3N,此时木板A受到地面施加的摩擦力方向为水平 (选填“向右”或“向左”)。
【解答】解:(1)木块B静止时处于平衡状态,此时木块B受到的拉力和摩擦力时一对平衡力,大小相等,所以f=F=3N;
将拉力F增大一倍,木板的运动速度变快,但木块B对木板A的压力大小和接触面粗糙程度都不变,所以木块B受到的摩擦力不变;
(2)撤去水平拉力F后,当木板A和木块B都静止时,木板A和木块B在水平方向上都受到平衡力的作用,此时,木块B受到木板A的摩擦力与测力计对木块B的拉力是一对平衡力,其大小相等,方向相反,木板A受到木块B的摩擦力与木板A受到地面施加的摩擦力是一对平衡力,其大小相等,方向相反,而测力计对木块B的拉力方向水平向左,所以木块B受到木板A的摩擦力的方向水平向右,则木板A受到木块B的摩擦力的方向水平向左,木板A受到地面施加的摩擦力方向水平向右。
故答案为:(1)3;不变;(2)向右。
[练习18] (2023•金华)小金用20N的水平推力把图甲中纸箱匀速推往桌面中央,桌子始终保持静止;小金再用120N的水平推力将桌子沿水平方向匀速推动,纸箱在桌面上没有发生滑动,如图乙所示。完成下列问题。
(1)图甲中地面对桌子的摩擦力方向是 。
(2)图乙中纸箱受到的摩擦力大小是 牛。
【解答】解:(1)小金用20N的水平推力把图甲中纸箱匀速推往桌面中央,故纸箱会受到桌子对它水平向左的摩擦力,由根据力的作用是相互的,故桌子受到纸箱对它的水平向右的摩擦力,由于桌子始终保持静止,根据二力平衡,故地面对桌子的摩擦力应水平向左;
(2)小金用120N的水平推力将桌子沿水平方向匀速推动,由于图乙中纸箱在桌面上没有发生滑动,也没有相对运动趋势,不受到摩擦力的作用,故摩擦力大小为0。
故答案为:水平向左;0。
[练习19] (2023•温州校级三模)“神舟十三号”飞船圆满完成了载人飞行往返任务。着陆过程中,返回舱距地面大约10千米时会依次打开减速伞和主降落伞。减速伞能让返回舱的速度瞬间降低到约60米/秒,而主降落伞能够让返回舱的速度降到约10米/秒。当距离地面只有1米的时候,返回舱底部的反推发动机将瞬间点火喷出燃气,返回舱的速度瞬间降到几乎为零。返舱着陆过程中速度大小随时间的变化关系如图所示(从打开减速伞的瞬间开始计时)。
(1)CD阶段降落伞对返回舱的拉力F与返回舱受到的重力G的大小关系为 。
(2)图中阴影部分面积表示 。
(3)在E点时反推发动机点火,能对返回舱起减速作用的原因是 。
【解答】解:(1)由图可知,返回舱在CD阶段做减速运动,则根据力与运动的关系可得降落伞对返回舱的拉力F与返回舱受到的重力G的大小关系:F>G。
(2)图象中横轴表示时间,纵轴表示速度,由图象可知返回舱在DE段做匀速直线运动,根据s=vt可知图中阴影部分面积表示返回舱在t3到t4这段时间内通过的路程。
(3)力的作用是相互的,发动机在E点时点火后向下喷出燃气,燃气对反推发动机有向上的反作用力,而力可以改变物体的运动状态,所以能对返回舱起减速作用。
故答案为:(1)F>G;(2)返回舱在t3到t4这段时间内通过的路程;(3)力的作用是相互的,发动机点火后向下喷出燃气,燃气对反推发动机有向上的反作用力,力可以改变物体的运动状态。
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