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苏科版八年级下册第九章 力与运动力与运动的关系同步练习题
展开9.3 力与运动的关系
一.选择题
1.下列说法正确的是( )
A.踢足球时,脚对足球的力和足球对脚的力是一对平衡力
B.踢出去的足球由于惯性继续向前运动
C.如果所有的力突然全部消失,在空中飞行的足球将保持静止状态
D.当足球静止在水平地面上时,足球不再具有惯性
2.上体育课时,涵涵同学看到操场上的物理现象,其中解释不正确的是( )
A.地面上滚动的足球越滚越慢,是由于足球的惯性越来越小
B.跳远的同学在起跳时用力蹬地是因为力的作用是相互的
C.球拍击打羽毛球,改变羽毛球的运动方向,说明力能改变物体的运动状态
D.穿运动鞋跑步不易滑倒是利用运动鞋底部凹凸不平的花纹来增大摩擦
3.下列关于运动和力的说法正确的是 ( )
A.受平衡力作用的物体一定处于静止状态
B.运动的物体一定受到力的作用
C.一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态
D.离开枪膛的子弹向前飞行是因为受到惯性作用
4.西宁市中考体育测试项目中,小李同学抛出后的实心球在空中运动的轨迹如图所示,忽略空气阻力,抛出后的实心球由于( )
A.不受力,运动状态发生改变
B.不受力,运动状态不发生改变
C.受到推力的作用,运动状态发生改变
D.受到重力的作用。运动状态发生改变
5.如图所示,在平直轨道上静止的小车,车厢顶端用细线悬挂一小球,小球与车厢左壁接触但不挤压,下列分析正确的是( )
A.当小车静止时,小球受到的合力等于小球的重力
B.当小车向右匀速运动的过程中,车厢壁对小球有向右的弹力
C.当小车向右加速运动的过程中,小球受到的合力方向向右
D.当小车向左加速运动的过程中,小球受到细线的拉力和小球的重力是一对平衡力
6.足球踢出后,在水平地面上滚动一段距离后停下来。下列说法正确的是( )
A.足球停下来,是因为没有力来维持它的运动
B.足球停下来,是因为受到地面的摩擦阻力作用
C.足球运动越来越慢,是因为惯性越来越小
D.足球始终受到平衡力作用
7.人类对力与运动关系的认识经历了漫长而曲折的过程,下面是三位不同时代科学家的主要观点,这三种观点形成的先后顺序是( )
A.①②③ B.③①② C.②③① D.③②①
8.校运动会爬杆比赛,小明第一个爬到杆顶。如图所示,小明紧紧握住杆子保持静止,此时他受到的摩擦力为f1;片刻后,小明适度减小握杆子的力量使自己匀速滑下,此时他受到摩擦力为f2,则( )
A.f1竖直向上,f2竖直向上,f1>f2
B.f1竖直向上,f2竖直向上,f1=f2
C.f1竖直向上,f2竖直向下,f1>f2
D.f1竖直向上,f2竖直向下,f1=f2
9.如图所示是我国运动员在往届冬奥会上参加不同比赛项目时顽强拼搏的英姿,下列说法中( )
①甲图中:速度滑冰运动员在水平冰道上向后蹬地,人就前进,说明物体间力的作用是相互的
②乙图中:自由滑雪空中技巧运动员在空中加速下落过程中,他的重力做功的功率变大
③丙图中:运动员将冰壶推出后,冰壶滑行变慢是因为力改变了物体运动状态
④丁图中:花样滑冰运动员在冰面上沿曲线匀速滑行,她所受各力平衡
A.只有①②正确 B.只有②④正确 C.只有①③正确 D.只有①②③正确
10.如图所示,与传送带等高的光滑水平台上有一小物块以某一初速度滑上传送带。若传送带静止时,物块离开传送带后落在地上P点,若传送带顺时针匀速转动时,则物块将落在( )
A.P点 B.P点或P点左侧 C.P点右侧 D.P点或P点右侧
11.一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M、N二者只能在图所示的平面内摆动,某一时刻出现了如图的情景。由此可知此车厢的运动以及二单摆相对车厢运动的可能情况是( )
A.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N静止
B.车厢做匀速直线运动,M静止,N也静止
C.车厢做匀速直线运动,M静止,N在摆动
D.车厢做加速直线运动,M静止,N也静止
12.伽利略创造的把实验,假设和逻辑推理相结合的科学方法,有力地促进了人类科学认识的发展。利用如图所示的装置做如下实验:小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动,并沿右侧斜面上升。斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐减低的材料时,小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比,可以得到的最直接的结论是( )
A.如果斜面光滑,小球将上升到与O点等高的位置
B.如果小球不受力,它将一直保持匀速运动或静止状态
C.如果小球受到力的作用,它的运动状态将发生改变
D.如果小球受到的力越大,运动的速度将越大
13.汽车以恒定功率沿公路做直线运动,途中通过一块沙地。汽车在公路及沙地上所受阻力均为恒力,且在沙地上受到的阻力大于在公路上受到的阻力。汽车在驶入沙地前己做匀速直线运动,它在驶入沙地到驶出沙地后的一段时间内,位移s(表示物体(质点)位置变化,是由初位置到末位置的有向线段)随时间t的变化关系可能是( )
A. B. C. D.
14.一轻质弹簧,一端固定在墙上,另一端连一小物块,小物块放在摩擦系数为μ的水平面上,弹簧处在自然状态,小物块位于O处,现用手将小物块向右移到a处,然后从静止释放小物块,发现小物块开始向左移动( )
A.小物块不可能停在O点
B.小物块停止以后所受的摩擦力必不为0
C.小物块无论停在O点的左边还是右边,停前所受的摩擦力的方向和停后所受摩擦力的方向两者既可能相同,也可能相反
D.小物块在通过O点后向右运动直到最远处的过程中,速度的大小总是减小;小物块在由右边最远处回到O点的过程中,速度大小总是增大
15.一氢气球下系一小重物,重物只在重力和绳的拉力作用下做匀速直线运动,不计空气阻力和风力的影响,重物匀速运动的方向如图中箭头所示的虚线方向,图中气球和重物G在运动中所处的位置正确的是( )
A. B. C. D.
16.如图所示,一个小球从某一高度下落,在接触轻质弹簧并压缩弹簧竖直向下运动的过程中,当小球速度达到最大时,不计空气阻力,弹簧的弹力F与小球重力G的大小关系是( )
A.F>G B.F=G C.F<G D.以上三种情况都有可能
17.如图甲所示,放在水平地面上的物体,受到方向不变的水平推力F的作用,F的大小与时间t的关系和物体运动速度v与时间t的关系如图乙所示。下列判断正确的是( )
A.t=3s时,物体受到平衡力的作用
B.t=6s时,将F撤掉,物体立刻静止
C.2s~4s内物体所受摩擦力为3N
D.t=1S时,物体所受摩擦力是lN
18.如图所示,甲、乙两位小朋友站在水平地面上做手拉手比力气游戏,结果甲把乙拉了过来,对这个过程中作用于双方的力的关系,下列说法正确的是( )
A.甲拉乙的力一定比乙拉甲的力大
B.甲对乙的拉力与乙对甲的拉力是一对平衡力
C.甲拉乙的力和乙拉甲的力一定大小相等
D.只有在甲把乙拉动的过程中,甲的力才比乙的力大,在可能出现的短暂相持过程中,两个力才一样大
二.填空题
19.如图所示是滑冰运动员在训练中通过弯道时的情景,这一过程中她们的运动状态 (选填“改变”或“不变”);运动员穿的速滑冰鞋的冰刀表面要光滑、平整是为了 。
20.为了研究摆锤的摆动,小明用细绳把摆锤悬挂起来,将摆锤从A点静止释放,利用频闪照相技术拍摄摆锤在相同时间间隔的位置(如图)。
(1)摆锤到达最高点B时,是否处于平衡状态?
(2)小明发现摆锤从A点到O点时速度越来越大,他从照片中获得的证据是 。
21.如图甲所示,两个完全相同的木块A和B叠放在水平桌面上,在水平拉力F1作用下,A、B一起向右做匀速直线运动。若将A、B紧靠着放在水平桌面上,用水平力F2推A使它们一起也向右做匀速直线运动,如图乙所示,则F1 F2.(选填“大于”“小于”或“等于”)
22.力是物体对物体的作用,离开物体就没有力;物体间的力的作用是 ;物体的运动 力来维持(填“需要”“不需要”),因为力是 物体运动状态的原因。
23.直升飞机在空中悬停,一人背着伞包从飞机上跳下,伞包并没有立即打开,把人和背上的伞包作为一个整体研究,它受到了向下重力和向上的空气阻力作用,且重力大于阻力,人下落的速度越来越快。若此时突然打开降落伞,人受到的阻力会大于人重力,那么,在开伞瞬间,人会向 (填“上”或“下”)运动。
24.如图甲所示,用一拉力传感器(能感应力大小的装置)水平向右拉水平面上的重物,乙图为拉力随时间变化的关系图象,丙图为重物运动速度随时间变化的关系图象。根据图中所给信息可知:第4s时,重物所受摩擦力大小为 N,第6s时,重物所受摩擦力大小为 N,第8s时,重物所受摩擦力大小为 N。
25.小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上(如图甲),在刚接触轻弹簧的瞬间(如图乙),速度是5m/s,将弹簧压缩到最短(如图丙)的整个过程中,小球的速度v和弹簧缩短的长度△L之间的关系如图丁所示,其中A为曲线的最高点。已知该弹簧每受到0.4N的压力就缩短1cm,并且轻弹簧在受到撞击到压缩到最短的过程中始终发生弹性形变。根据力与运动的知识,由图象分析弹簧对小球的弹力与小球重力的大小关系可知,小球的重力为 N
26.科学研究表明:空气对运动物体的阻力与物体速度的大小有关,物体速度越大,其受到的空气阻力越大。若不考虑雨滴质量的变化和风速的影响,雨滴由云层向地面下落的过程中,你认为雨滴先 下落后 下落(均选填“匀速”、“加速”或“减速”).判断理由是 。
27.如图甲所示,放在水平地面上的物体,受到方向不变的水平推力F的作用,F的大小与时间t的关系如图乙所示,物体运动速度v与时间t的关系如图丙所示。由图可知,t=1s时,物体受到的摩擦力为 N,物体处于 状态(填“运动”或“静止”);当t=3s时,物体受到的摩擦力为 N,此时物体的运动状态 (选填“不变”或“改变”)。
28.如图甲所示,相同的两物块A、B叠放在水平面上,在20N的水平推力F1的作用下一起做匀速直线运动,此时物块B所受的摩擦力为 N;若将A、B物块按图乙所示紧靠放在水平桌面上,用水平力F2 推A,使它们一起做匀速直线运动,则推力F2= N;若要让图乙中A、B在水平桌面上一起向左做匀速直线运动,在不撤除F2的情况下,应该在B的右端施加一个大小为 N的水平向左的推力。
三.实验探究题
29.为了研究物体运动状态与受力情况之间的关系,某同学用钩码、测力计、打点计时器(每打一点时间相同)和纸带等进行实验。实验中,他先将钩码挂在已调好的测力计下,且处于静止状态,如图A所示;接着在钩码的下端固定纸带,并使纸带穿过打点计时器,然后拉动钩码竖直向上运动,纸带上的点记录了钩码的运动情况,共进行四次实验,结果如图B、C、D、E所示。
(1)分析实验D可知钩码做 运动。
(2)分析B、C中钩码运动状态与其受力情况的关系可知: 。
(3)一直升电梯运送重为G的小科上楼,经历先加速上升,再匀速上升,后减速上升的过程。根据上述实验结果,下图能正确反映这三个过程中,电梯底板对小科支持力大小变化情况的是 。
30.物体在流体(气体或液体)中运动时,会受到阻力作用,该阻力叫做流体阻力。流体阻力大小与物体运动速度大小有关,速度越大,阻力越大,流体阻力大小还跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大;此外,流体阻力跟物体的形状有关,头圆尾尖(这种形状通常叫做流线型)的物体受到的阻力较小。物体(例如雨滴)从高空由静止下落,速度会越来越大,所受阻力也越来越大,下落一段距离后,将以某一速度作匀速直线运动,这个速度通常被称为收尾速度。根据以上资料分析回答:
(1)流体阻力是否等同于摩擦力? (填“是”或“否”)
(2)雨滴在高空形成后从静止开始下落后,速度越来越大是由于重力 阻力。(填“大于”“等于”或“小于”)
(3)雨滴下落一段距离后,以某一速度作匀速直线运动。这是由于随着雨滴速度的增大,受到的阻力也随之增大,当雨滴受到的阻力 重力时(填“大于”“等于”或“小于”).雨滴开始匀速下落。
(4)当雨滴匀速下落时,雨滴减少的机械能转化为 能。
(5)假设雨滴下落时的阻力与雨滴速度的平方成正比,即F阻=kυ2,其中K=1×10﹣4N/(m/s)2,则一个质量为0.25g的雨滴下落时的收尾速度约为 m/s.(g=10N/kg)
31.请根据图中所示的三种运动,分析小球的运动与受到的力的关系,虚线为小球的运动轨迹,箭头表示此刻的运动方向,不考虑空气对小球的作用力,完成表格中空白处填空。
运动的形式 | 受力的方向 | 运动状态 | 分析 | |
运动方向 | 速度大小 | |||
甲:竖直下落过程 | 竖直向下 | 不改变 | (1) | 力与运动方向相同,速度增大 |
乙:竖直上升过程 | 竖直向下 | 不改变 | 变小 | (2) |
丙:斜向上抛出过程 | (3) | (4) | 先变小后变大 | 力与运动的方向不共线,运动的方向和速度的大小均改变 |
力与运动的关系:物体运动方向和速度大小的改变是因为受到力的作用,即:(5) |
32.小明在老师的指导下用小球和弹簧等器材进行了如下实验与探究(不考虑空气阻力):让小球从某高度处由静止开始下落到竖直放置的轻弹簧上(如图甲),在刚接触轻弹簧的瞬间(如图乙),小球速度为5m/s.从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短(如图丙)的整个过程中,得到小球的速度v和弹簧缩短的长度△x之间的关系如图丁所示,其中A为曲线的最高点,已知该轻弹簧每受到0.1N的压力就缩短1cm,并且轻弹簧在全过程中始终发生弹性形变。
(1)从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中,小球速度的变化情况是 ;
(2)实验中所用小球的重力为 N。
(3)如图,当弹簧的压缩量最大时,小球的速度为0,此时小球处于 状态(选填“平衡”或“非平衡”)。
四.计算题
33.由于流体的粘滞性,使得在流体中运动的物体要受到流体阻力,在一般情况下,半径为R的小球以速度为v运动时,所受的流体阻力的大小可用公式f=6πηRv表示(η为流体的粘滞系数,已知球的体积公式是V=4πR3/3)。
(1)小球在流体中运动时,速度越大,受到的阻力 ;
(2)密度为ρ、半径为R的小球在密度为ρ0、粘滞系数为η的液体中由静止自由下落时的v﹣t图象如图所示,根据你所学过的相关知识判断:此时的小球受到 个力的作用;
(3)若小球从足够深的流体中静止自由下落,小球的运动情况为: ;
(4)根据以上分析请推导出速度vr的数学表达式。
34.小强一家驾车郊游,车行至一个水平弯道处,坐在副驾驶座位上的小强不由自主靠向车门,并与车门产生挤压,如图甲所示。小强问爸爸:我向外靠是因为惯性所致,但我和车门挤压时,显然车门对我有一个反向的作用力,这个力有什么作用呢爸爸解释道:刚才我们在弯道上的运动是圆周运动,而做圆周运动的物体,需要有指向圆心的力来维持物体做这种运动,这种力叫向心力,刚才车所需的向心力就是由地面对车的摩擦力提供的。小强恍然:那刚才车门对我的力就是提供我做圆周运动的向心力啦!
小强进一步查阅资料得知:如图乙所示,若一个质量为m的物体,沿半径为r的圆弧做圆周运动,其运动的速度为υ(即单位时间内物体通过的圆弧长),那么物体所需向心力的大小为F向=m.
(1)小强的质量m=45kg,弯道处的圆弧半径r=45m,行驶速度υ=15m/s,求在转弯过程中他所需向心力的大小。
(2)你认为小强当时说的刚才车门对我的力就是提供我做圆周运动的向心力啦!这句话对吗?为什么?
(3)已知在考虑其他外界因素影响的情况下,汽车在水平弯道上行驶时,所需向心力仅由地面对它的摩擦力提供,那么,不同质量的车辆在同一弯道处的限速是否相同?请推导说明(设:此时车辆受到的最大摩擦力与它对地面的压力成正比)。
五.解答题
35.
高空坠物危害有多大
现在从高楼上坠落物体伤人事件时有发生,许多人甚至认为从摩天大楼上掉下来的硬币如果砸到人身上也会要了人的命。理由是由于重力的作用,下落的物体一直在加速,只要下落距离足够长,硬币总会达到使人致死的速度。实际上这个结论是在不考虑空气阻力的情况下分析得出的,在通常的低速情况下,空气阻力是可以忽略不计;然而在高速运动的情况下,例如研究摩天大楼上掉下来的高速下落的硬币,空气阻力则不可忽略,它们甚至会大到成为决定最终运动状态的关键因素。在高速情况下的空气阻力大小与速度的平方成正比,速度越大,空气阻力也就越大。然而空气阻力也不会无限制地增大,当空气阻力大到与重力( G=mg)相等时,物体的受力就平衡了。此时物体将稳定地以一个速度匀速下落,这时的速度被称为收尾速度 v0,它的大小可以通过其与阻力的关系式求得。通过具体数据计算,得到结果是不论硬币从多高的地方掉下来,最终的速度也不会超过 45.4m/s.速度越大,砸在人身上产生的压强越大。进一步计算,这枚硬币砸在人身上,人体受到的压强为 P≈7.2MPa,而人体皮肤所能承受的压强为 P=20.89±4.11MPa,所以高空坠落的硬币产生的压强比这一极限压强还是小很多的。由此看来,高处落下的硬币基本是不会致命的啦!但是如果是一个鸡蛋,那就是另外的结论,如果从25楼抛下,就可直接致人死亡;从18楼抛下,可致人头骨碎裂。
某科学活动小组做了“球形物体在空气中下落时,受到的阻力大小与球的半径和速度关系”的实验,测量数据见下表。(g取10N/kg)
球体编号 | 1 | 2 | 3 |
球体质量(kg) | 2 | 5 | 18 |
球体半径(×10﹣2m) | 5 | 5 | 15 |
球体收尾速度(m/s) | 16 | 40 | 40 |
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)硬币下落时在达到收尾速度之前,重力 阻力(选填“大于”“小于”或“等于”);
(2)根据表格分析半径相同的球,收尾速度的大小与 有关。
(3)请从安全角度出发写出一条建议 。
36.生活中,常会见到物体从高处下落的运动。如用手拿着一个小球和一张纸片,从同一高度同时释放小球和纸片。我们看到小球先地,纸片后落地。如图a所示。美国宇航员大卫•斯科特在登上月球后,从同一高度同时释放锤子和羽毛,看到它们同时落到月球表面,如图b所示。通过对图a与图b所提供的情景的对比:
(1)使我们知道造成纸片比铁球下落慢的主要原因是 。
(2)可以得出的结论是: 。
(3)经研究发现,小球在离地面90m的高处从静止开始自由下落,其下落的高度h随时间t的变化规律如图c 所示(顶点在坐标原点、对称轴为h轴、h关于t的二次函数图象),试通过对图象的分析得出小球从静止开始自由下落4s所通过的路程是 m。
37.阅读下面的短文:
流体的阻力
可以流动的气体或液体统称为流体。一般情况下,物体在流体中运动时往往会受到流体阻力的作用。例如:人们行走时感觉不到风,但如果骑自行车时,运动的越快,就会感觉到有很大的阻力作用。又如:跳伞运动员在空中下落,打开降落伞之后以及人迎风行走,撑开手中的雨伞后都会感觉到很大的阻力…而减小流体阻力的方法,就是把物体做成流线型。例如:高速运动的汽丰、火车以及轮船水下邵分的形状都做成了流线型…
阅读完短文后,请你回答:
(1)流体的阻力大小与 有关;除此之外根据生活经验,你猜想流体的阻力还可能与 、 有关。
(2)假如一雨滴从高空中落下时,其质量保持不变,则对它的运动情况描述正确的是
A.越来越快 B.匀速直线运动
C.越来越慢 D.先变快,后可能做匀速直线运动。
38.阅读短文,回答问题。无叶更舒适
如图甲是一款新型无叶电风扇,与传统有叶风扇相比具有易清洁、气流稳、安全等特点。
开始时,底座中的电动机将空气从进风口吸入,吸入的空气经压缩后进入环形空腔,再从环形空腔上的细缝中高速吹出,夹带着周边的空气一起向前流动,导致后方更多的空气流入风扇的出风口,风量被显著放大。
无叶风扇的细缝结构是根据“康达效应”设计的,康达效应是指当流体(水或空气)顺着物体的凸表面流动时,有向物体吸附的趋向并沿物体的表面继续向前,在离开物体的瞬间,由于惯性其运动方向与出风口末端的法线垂直。
(1)风扇正常运行时,相同时间内细缝流出的空气质量 (填“小于”“等于”或“大于”)进风口流进的空气质量。
(2)下列与后方更多空气流入电扇出风口的原理相同的是 。
A.载重汽车装有许多车轮 B.飞机飞行时机翼获得升力
C.足球在草坪上滚动得越来越慢 D.带电的玻璃棒能吸引轻小物体
(3)某品牌的无叶电风扇在实际电功率相同时,它的出风量与出风口的面积有关,相关数据如下表所示,利用表中的数据在图乙坐标系中作出电风扇的出风量与出风口面积的图象。
出风口面积/dm2 | 出风量/(L•s﹣1) |
8 | 450 |
12 | 550 |
16 | 590 |
20 | 600 |
39.阅读《空气阻力的应用》,回答问题。
空气阻力的应用
空气“阻力,指空气对运动物体的阻碍力,是运动物体受到空气的弹力而产生的。
空气阻力的大小取决于以下几方面:
(1)物体的形状。为了减小阻力,跑车和游艇都是流线型的。
(2)物体的面积,降落伞越大,下落得越慢。
(3)物体的速度,速度越大,阻力越大。
降落伞的设计要尽量利用阻力。如图1为一名跳伞运动员一次跳伞时速度和时间关系图象,图2是跳伞运动员从直升机上跳下,利用空气阻力安全着陆过程简介。根据以上材料回答问题
(1)根据图2所示的运动员从飞机上跳下后的受力分析,说出X和Y分别是什么力:力X是 力Y是
(2)跳伞运动员达到一个稳定的速度(极限速度)时,图3中力X和力Y这两个力的关系为:
A.X>Y B.X=Y C.X<Y
(3)根据图1的图象提供的信息判断,降落伞在图中哪个阶段处于打开状态
A.只有AB段 B.只有BC段 C.只有CD段 D.CD段和DE段。
40.阅读短文,回答问题:
物体在空气中运动时,受到空气的阻力,阻力和物体运动方向相反。科学研究表明,空气对其中物体的阻力跟物体的速度有关,速度越大,阻力越大。流体的阻力还跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大。流体的阻力还跟物体的形状有关系。头圆尾尖的物体所受的流体阻力较小,这种形状通常叫做流线型。
回答下列问题:
(1)跳伞运动员,在空中自由下落一段时间,打开降落伞。最简便的操作是通过改变 从而改变降落伞所受的空气的阻力。
(2)运动员打开的降落伞在空中加速下落的过程,受到的空气阻力也越来越 。最终,降落伞因为所受的空气阻力等于所受的重力,进而 (匀速/加速/减速)下降。(不计运动员和降落伞所受到的空气浮力)
(3)细心的小兰发现:“瓢泼大雨”以很大的速度落到地面,“毛毛细雨”则缓慢地飘落到地面。这是怎么回事呢?小王老师指出,雨滴在空气中下落情况和降落伞相同,先加速下落,然后匀速下落。“瓢泼大雨”落地时,与重力相平衡的空气阻力较 (大/小),故“瓢泼大雨”的雨滴下落的速度较 (大/小)。
(4)运动员从打开降落伞到落到地面的过程中,运动员的速度与下落时间关系的V﹣t图象是 。
参考答案与解析
一.选择题
1.下列说法正确的是( )
A.踢足球时,脚对足球的力和足球对脚的力是一对平衡力
B.踢出去的足球由于惯性继续向前运动
C.如果所有的力突然全部消失,在空中飞行的足球将保持静止状态
D.当足球静止在水平地面上时,足球不再具有惯性
【分析】(1)一对平衡力必须大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在同一物体上;
(2)惯性是物体保持原来运动状态不变的性质;
(3)一切物体在没有受到外力作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态;
(4)一切物体都有惯性。
【解答】解:
A、踢球时,脚对足球的力和足球对脚的力作用在不同的物体上,是一对相互作用力,不是平衡力,故A错误;
B、踢出去的足球能继续飞行,是因为足球具有惯性,故B正确;
C、一切物体在没有受到外力作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态;所以,如果所有的外力突然全部消失,在空中飞行的足球将保持匀速直线运动状态,故C错误;
D、一切物体都有惯性,物体静止时也具有惯性,故D错误。
故选:B。
【点评】此题主要考查了平衡力和相互作用力的辨别,惯性现象的理解,同时还要了解力是改变物体运动状态的原因。
2.上体育课时,涵涵同学看到操场上的物理现象,其中解释不正确的是( )
A.地面上滚动的足球越滚越慢,是由于足球的惯性越来越小
B.跳远的同学在起跳时用力蹬地是因为力的作用是相互的
C.球拍击打羽毛球,改变羽毛球的运动方向,说明力能改变物体的运动状态
D.穿运动鞋跑步不易滑倒是利用运动鞋底部凹凸不平的花纹来增大摩擦
【分析】(1)惯性是物体保持原来运动状态不变的性质,惯性的大小只与物体的质量有关;
(2)知道力的作用是相互的,一个物体受到力,同时给对方一个反作用力;
(3)力的作用效果包括:力可以改变物体的形状,力可以改变物体的运动状态;
(4)增大摩擦力的方法:增大压力,增大接触面的粗糙程度。
【解答】解:
A、地面上滚动的足球越滚越慢,是因为足球受到摩擦力的作用,而不是惯性越来越小,惯性的大小只与物体的质量有关,其大小不变,故A错误;
B、跳远的同学在起跳时用力向后蹬地,是因为力的作用是相互的,这样才能获得向前的动力,故B正确;
C、球拍击打羽毛球,羽毛球的运动方向发生改变,说明力可以改变物体的运动状态,故C正确;
D、运动鞋的底部有凹凸不平的花纹,是在压力一定时,增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,所以穿运动鞋跑步不易滑倒,故D正确。
故选:A。
【点评】本题考查了摩擦力、物体间力的作用是相互的、力的作用效果、增大摩擦力方法的应用等,都是生活中常见的力学现象,属基础题。
3.下列关于运动和力的说法正确的是 ( )
A.受平衡力作用的物体一定处于静止状态
B.运动的物体一定受到力的作用
C.一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态
D.离开枪膛的子弹向前飞行是因为受到惯性作用
【分析】(1)物体不受力或受平衡力,则处于静止状态或匀速直线运动状态;
(2)物体的运动不需要力来维持,力是改变物体运动状态的原因;
(3)根据对牛顿第一定律来解答;
(4)子弹脱离枪膛后,能继续在空中飞行是因为子弹具有惯性。
【解答】解:A、物体受平衡力的作用还可能处于匀速直线运动状态,故A错误;
B、力是改变物体运动状态的原因,物体要运动,并不需要力作用在物体上,故B错误;
C、由牛顿第一定律可知,一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态,故C正确;
D、子弹从枪膛里射出后,不再受推力作用,脱离枪膛后能够继续向前运动,是因为子弹具有惯性,仍然要保持原来的运动状态,但惯性不是力,不能说受到惯性作用,故D错误。
故选:C。
【点评】此题考查力与运动的关系、牛顿第一定律、惯性等多个知识点,是一道综合性较强的题目。
4.西宁市中考体育测试项目中,小李同学抛出后的实心球在空中运动的轨迹如图所示,忽略空气阻力,抛出后的实心球由于( )
A.不受力,运动状态发生改变
B.不受力,运动状态不发生改变
C.受到推力的作用,运动状态发生改变
D.受到重力的作用。运动状态发生改变
【分析】(1)地球附近的物体都受到地球的吸引﹣﹣由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力,重力的施力物体是地球;重力的作用点叫重心。重力的方向是竖直向下的,即指向地心。
(2)力的作用效果有两个:①力可以改变物体的形状即使物体发生形变。②力可以改变物体的运动状态,包括物体的运动速度大小发生变化、运动方向发生变化。
【解答】解:抛出后的实心球,在空中运动的过程中,不再受推力作用;由于忽略空气阻力,故实心球只受到重力的作用,重力改变了实心球的运动状态;故ABC错误,D正确。
故选:D。
【点评】明确物体的受力情况,理解力的作用效果;是解答此题的关键。
5.如图所示,在平直轨道上静止的小车,车厢顶端用细线悬挂一小球,小球与车厢左壁接触但不挤压,下列分析正确的是( )
A.当小车静止时,小球受到的合力等于小球的重力
B.当小车向右匀速运动的过程中,车厢壁对小球有向右的弹力
C.当小车向右加速运动的过程中,小球受到的合力方向向右
D.当小车向左加速运动的过程中,小球受到细线的拉力和小球的重力是一对平衡力
【分析】(1)小车静止时,小球也静止,处于平衡状态,平衡力的合力为零;
(2)当小车向右匀速运动的过程中,小球静止,处于平衡状态,拉力和重力相平衡;
(3)当小车向右加速运动的过程中,小球受到的力:重力、细线的拉力和向右的弹力。
【解答】解:A、当小车静止时,小球也静止,处于平衡状态,平衡力的合力为零,故A错误;
B、当小车向右匀速运动的过程中,小球静止,处于平衡状态,拉力和重力相平衡,车厢壁对小球没有向右的弹力,故B错误;
C、当小车向右加速运动的过程中,小球受到的力:重力、细线的拉力和向右的弹力,因为重力和拉力大小相等,方向相反,是一对平衡力,故小球受到的合力方向向右,故C正确;
D、当小车向左加速运动的过程中,小球由于惯性仍静止,小球向右偏,小球受到细线的拉力和小球的重力不在同一直线上,不是一对平衡力,故D错误。
故选:C。
【点评】本题考查了力与运动的关系,是一道难题,关键是平衡力的判断以及合力的问题。
6.足球踢出后,在水平地面上滚动一段距离后停下来。下列说法正确的是( )
A.足球停下来,是因为没有力来维持它的运动
B.足球停下来,是因为受到地面的摩擦阻力作用
C.足球运动越来越慢,是因为惯性越来越小
D.足球始终受到平衡力作用
【分析】(1)力可以改变物体的运动状态。
(2)惯性是指物体保持原来运动状态不变的一种性质,它是物体本身就具有的。
(3)物体处于平衡状态时受平衡力,运动状态发生变化,受非平衡力。
【解答】解:AB、足球最终会停下来,是因为受到地面的摩擦阻力作用,说明力可以改变物体的运动状态,故A错误,B正确;
C、足球运动越来越慢是因为足球受到阻力,而不是因为惯性越来越小,故C错误;
D、足球滚动一段距离后停下来,运动状态发生改变,受到非平衡力的作用,故D错误。
故选:B。
【点评】本题直接考查力与运动的关系、惯性、等知识,是一道综合题,难度不大。
7.人类对力与运动关系的认识经历了漫长而曲折的过程,下面是三位不同时代科学家的主要观点,这三种观点形成的先后顺序是( )
A.①②③ B.③①② C.②③① D.③②①
【分析】按照理论成立的先后顺序解答。
【解答】解:亚里士多德最早提出力是维持物体运动状态的原因的错误观点,后来伽利略提出如果物体在运动中不受力的作用,他的速度将保持不变即力是改变物体的运动状态的原因,再后来牛顿在伽利略等人的基础上又总结出静止的物体不受力的情况从而总结出牛顿第一定律即一切物体在没有受力时,总保持静止或匀速直线运动状态,故这三种观点形成的先后顺序②③①。
故选:C。
【点评】在物理学发展史上,观点形成的先后顺序也是考试内容,要注意记忆。
8.校运动会爬杆比赛,小明第一个爬到杆顶。如图所示,小明紧紧握住杆子保持静止,此时他受到的摩擦力为f1;片刻后,小明适度减小握杆子的力量使自己匀速滑下,此时他受到摩擦力为f2,则( )
A.f1竖直向上,f2竖直向上,f1>f2
B.f1竖直向上,f2竖直向上,f1=f2
C.f1竖直向上,f2竖直向下,f1>f2
D.f1竖直向上,f2竖直向下,f1=f2
【分析】小明同学静止和匀速滑下的过程中,受力均平衡。静止时,其重力与静摩擦力平衡;匀速下滑时,其重力与滑动摩擦力平衡。
【解答】解:
小明紧紧握住杆子保持静止时,其重力与静摩擦力平衡,由二力平衡条件可知:fl的方向竖直向上,且f1=G;
匀速下滑时,其重力与滑动摩擦力平衡,则f2的方向竖直向上,且f2=G,所以f1=f2.故B正确。
故选:B。
【点评】本题运用平衡条件分析生活中的摩擦问题,关键是分析物体的受力情况,根据平衡条件求解摩擦力的大小。
9.如图所示是我国运动员在往届冬奥会上参加不同比赛项目时顽强拼搏的英姿,下列说法中( )
①甲图中:速度滑冰运动员在水平冰道上向后蹬地,人就前进,说明物体间力的作用是相互的
②乙图中:自由滑雪空中技巧运动员在空中加速下落过程中,他的重力做功的功率变大
③丙图中:运动员将冰壶推出后,冰壶滑行变慢是因为力改变了物体运动状态
④丁图中:花样滑冰运动员在冰面上沿曲线匀速滑行,她所受各力平衡
A.只有①②正确 B.只有②④正确 C.只有①③正确 D.只有①②③正确
【分析】(1)物体间力的作用是相互的;
(2)动能和势能合称机械能;动能与质量和速度有关;重力势能与质量和高度有关;
(3)力可以改变物体的形状和运动状态;
(4)处于平衡状态的物体,保持静止或做匀速直线运动。
【解答】解:
①甲图,速度滑冰运动员在水平冰道上向后蹬地,对地有一个力的作用,因为物体间力的作用是相互的,所以地面对人有一个向前的力,使人前进,故①正确;
②乙图,运动员在空中加速下落过程中,速度增大,由P===Gv可知重力做功的功率变大,故②正确;
③丙图,运动员将冰壶推出后,冰壶滑行时受到摩擦力而变慢,说明力改变了物体运动状态,故③正确;
④丁图,花样滑冰运动员在冰面上沿曲线匀速滑行,运动方向发生改变,所以其运动状态发生改变,她所受各力不平衡,故④错误。
综上所述,只有①②③正确。
故选:D。
【点评】此题以冬奥会项目为材料,考查了物体间力的作用是相互的、功率、平衡力、运动和力的关系等知识点,体现了物理关注社会热点的特点。
10.如图所示,与传送带等高的光滑水平台上有一小物块以某一初速度滑上传送带。若传送带静止时,物块离开传送带后落在地上P点,若传送带顺时针匀速转动时,则物块将落在( )
A.P点 B.P点或P点左侧 C.P点右侧 D.P点或P点右侧
【分析】当传送带顺时针转动时,通过滑块滑上传送带的速度与传送带速度的大小关系分析判断。
【解答】解:
当传送带顺时针转动,若物块滑上传送带时的速度小于传送带的速度,则滑块做匀加速运动,最终离开传送带时速度大于传送带静止时离开传送带的速度,可知小滑块落在P点的右边;
若物块滑上传送带时的速度等于传送带的速度,物块与传送带一起做匀速运动,速度会大于传送带静止时离开传送带的速度,小滑块落在P点的右边;
若物块滑上传送带时的速度大于传送带的速度,物体可能在传送带上一直做匀减速运动,最终离开传送带时速度与传送带静止时离开传送带速度相等,小物块落在P点。则小物块不可能落在P的左边。
故选:D。
【点评】解决本题的关键理清滑块在传送带上的运动规律,通过比较离开传送带时的速度与传送带静止时离开传送带的速度大小是解决本题的关键。
11.一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M、N二者只能在图所示的平面内摆动,某一时刻出现了如图的情景。由此可知此车厢的运动以及二单摆相对车厢运动的可能情况是( )
A.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N静止
B.车厢做匀速直线运动,M静止,N也静止
C.车厢做匀速直线运动,M静止,N在摆动
D.车厢做加速直线运动,M静止,N也静止
【分析】本题可根据匀速直线运动与静止状态等效判断车厢做匀速直线运动时的情况;应用牛顿第二定律的矢量性和作用力是合力的特点对做加速运动时的情况做出判断。
【解答】解:A、根据匀速直线运动与静止情况等效,M在摆动,N静止,某一瞬时出现图中的情景是可能是。故A正确;
B、根据匀速直线运动与静止情况等效,车厢做匀速直线运动时,M在摆动,N可能静止,也可能在摆动,不会出现二者都静止,故B错误;
C、根据匀速直线运动与静止情况等效,车厢做匀速直线运动时,M在摆动,N可能静止,也可能在摆动,不会出现M静止,N在摆动,故C错误;
D、车厢做加速直线运动时,M可能静止,若N静止,其加速度与M相同,水平向右,根据牛顿第二定律,合力水平。如果静止,合力不可能在水平方向上,故D错误。
故选:A。
【点评】本题是应用牛顿第二定律分析物体的运动状态,关键是对牛顿第二定律理解要到位,特别是F=ma式中,F是合力,合力是产生加速度的原因,a与合力方向相同,抓住矢量性。
12.伽利略创造的把实验,假设和逻辑推理相结合的科学方法,有力地促进了人类科学认识的发展。利用如图所示的装置做如下实验:小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动,并沿右侧斜面上升。斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐减低的材料时,小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比,可以得到的最直接的结论是( )
A.如果斜面光滑,小球将上升到与O点等高的位置
B.如果小球不受力,它将一直保持匀速运动或静止状态
C.如果小球受到力的作用,它的运动状态将发生改变
D.如果小球受到的力越大,运动的速度将越大
【分析】小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动,并沿右侧斜面上升,阻力越小则上升的高度越大,伽利略通过上述实验推理得出运动物体如果不受其他物体的作用,将会一直运动下去。
【解答】解:A、如果斜面光滑,小球不会有能量损失,将上升到与O点等高的位置,故A正确;
B、通过推理和假想,如果小球不受力,它将一直保持匀速运动,得不出静止的结论,故B错误;
C、根据三次实验结果的对比,不可以直接得到运动状态将发生改变的结论,故C错误;
D、如果小球受到的力越大,运动的速度将越大是牛顿第二定律的结论,与本实验无关,故D错误。
故选:A。
【点评】要想分清哪些是可靠事实,哪些是科学推论要抓住其关键的特征,即是否是真实的客观存在,这一点至关重要,这也是本题不易判断之处;伽利略的结论并不是最终牛顿所得出的牛顿第一定律,因此,在确定最后一空时一定要注意这一点。
13.汽车以恒定功率沿公路做直线运动,途中通过一块沙地。汽车在公路及沙地上所受阻力均为恒力,且在沙地上受到的阻力大于在公路上受到的阻力。汽车在驶入沙地前己做匀速直线运动,它在驶入沙地到驶出沙地后的一段时间内,位移s(表示物体(质点)位置变化,是由初位置到末位置的有向线段)随时间t的变化关系可能是( )
A. B. C. D.
【分析】汽车以恒定功率行驶,功率P=Fv,匀速匀速时牵引力和阻力平衡;当驶入沙地后,受到的阻力变大,故合力向后,做减速运动,根据功率P=Fv可知,牵引力增加,故汽车加速度减小,当加速度减为零后,汽车匀速。
【解答】解:汽车驶入沙地前,做匀速直线运动,牵引力和阻力平衡;
汽车刚驶入沙地时,阻力增加,牵引力小于阻力,加速度向后,减速;根据功率P=Fv可知,随着速度的减小,牵引力不断增加,故加速度不断减小;当加速度减为零后物体匀速运动;
汽车刚离开沙地,阻力减小,牵引力大于阻力,故加速度向前,物体加速运动;根据功率P=Fv可知,随着速度的增加,牵引力不断减小,故加速度不断减小;即物体做加速度减小的加速运动;最后匀速;
故汽车进入沙地减速,中途匀速,离开沙地加速;
s﹣t图线上某点的斜率表示该点对应时刻的瞬时速度,B图两端是曲线,且最后的斜率大于开始的斜率,即最后的速度比开始的最大速度还要大,不符合实际;只有A选项曲线在O点处的切线斜率等于驶出沙地后直线的斜率,符合实际。故A正确,B、C、D错误。
故选:A。
【点评】本题关键分析出物体的运动规律,然后根据s﹣t图线的切线表示对应时刻的瞬时速度判断。
14.一轻质弹簧,一端固定在墙上,另一端连一小物块,小物块放在摩擦系数为μ的水平面上,弹簧处在自然状态,小物块位于O处,现用手将小物块向右移到a处,然后从静止释放小物块,发现小物块开始向左移动( )
A.小物块不可能停在O点
B.小物块停止以后所受的摩擦力必不为0
C.小物块无论停在O点的左边还是右边,停前所受的摩擦力的方向和停后所受摩擦力的方向两者既可能相同,也可能相反
D.小物块在通过O点后向右运动直到最远处的过程中,速度的大小总是减小;小物块在由右边最远处回到O点的过程中,速度大小总是增大
【分析】物体第一次向左运动过程,水平方向,受到向右的滑动摩擦力,刚开始向左的拉力大于摩擦力,物体加速;然后小于摩擦力,物体开始减速;再然后弹力反向,物体进一步减速,物体可能停在O点或两边。
【解答】解:
AB、物体第一次向左运动过程,弹力先向左减小,减为零后向右增加;滑动摩擦力一直向右;故:
①拉力大于摩擦力时,物体向左加速;
②拉力小于摩擦力时,物体向左减速;
③弹力向右后,物体向左减速;
故物块向左运动时,摩擦力很大时,物块可能到达O点静止;摩擦力较小时,也可能不停在O点,即由于惯性的缘故向O点左侧继续运动,故A错误、B错误;
C、小物块无论停在O点的左边还是右边,停前所受的摩擦力的方向和停后所受摩擦力的方向两者既可能相同,也可能相反,C正确;
D、小物块在通过O点后向右运动直到最远处的过程中,由于此时的合力是向左的,所以速度小;小物块在由右边最远处回到O点的过程中,速度先增大当弹力等于摩擦力后减小,D错误。
故选:C。
【点评】本题关键是分析清楚物体向左运动的过程中速度的变化情况,根据力和运动的关系分析。
15.一氢气球下系一小重物,重物只在重力和绳的拉力作用下做匀速直线运动,不计空气阻力和风力的影响,重物匀速运动的方向如图中箭头所示的虚线方向,图中气球和重物G在运动中所处的位置正确的是( )
A. B. C. D.
【分析】(1)若匀速直线运动或静止状态的物体受力,则受到的力一定是平衡力;
(2)二力平衡的条件是:大小相等,方向相反,作用在同一物体上,作用在同一条直线上;
(3)地面附近的物体受到重力的作用,重力的方向始终是竖直向下的,与物体的运动情况无关。
【解答】解:重物在空中沿斜向上做匀速直线运动时,如果不计空气阻力和风力影响,氢气球也要随着该重物做匀速直线运动,而在运动中它们都受到重力的作用,重力的方向总是竖直向下的,所以氢气球和重物应该在同一条竖直线上。
故选:A。
【点评】本题考查了平衡力的辨别和重力和重力的方向的理解和掌握,重力是一种最常见的力,重力的方向始终是竖直向下的。
16.如图所示,一个小球从某一高度下落,在接触轻质弹簧并压缩弹簧竖直向下运动的过程中,当小球速度达到最大时,不计空气阻力,弹簧的弹力F与小球重力G的大小关系是( )
A.F>G B.F=G
C.F<G D.以上三种情况都有可能
【分析】根据力和运动的关系,当合力方向与物体运动方向相同时,物体加速运动,当合力方向与运动方向相反时,物体减速运动,根据弹簧的形变判断弹力和重力的大小关系,得出速度的变化,从而可得出结论。
【解答】解:小球从高处下落过程中,重力势能转化为动能,速度加快;
当接触弹簧后,弹簧发生形变,弹力竖直向上,重力竖直向下,开始形变较小,弹力小于重力,合力方向竖直向下,小球做加速运动,当弹力增大到一定程度弹力等于重力,此时小球的速度最大;小球继续向下运动,此时弹力大于重力,合力方向竖直向上,小球做减速运动。所以当小球速度达到最大时,弹簧弹力F与小球重力G相等。
故选:B。
【点评】此题考查了力和运动的关系,关键能够根据弹力和重力的大小关系判断出小球运动状态的变化情况。
17.如图甲所示,放在水平地面上的物体,受到方向不变的水平推力F的作用,F的大小与时间t的关系和物体运动速度v与时间t的关系如图乙所示。下列判断正确的是( )
A.t=3s时,物体受到平衡力的作用
B.t=6s时,将F撤掉,物体立刻静止
C.2s~4s内物体所受摩擦力为3N
D.t=1S时,物体所受摩擦力是lN
【分析】先由速度﹣时间图象判断物体的运动情况,然后根据物体的运动状态判断物体是否受平衡力作用;根据惯性定律判断撤去外力后物体的运动状态;根据由F﹣t图象求出物体受到的拉力,然后由二力平衡的条件求出摩擦力的大小。
【解答】解:A、由速度﹣时间图象可知,t=3s时,物体做加速运动,因此受非平衡力作用;故A错误。
B、由速度﹣时间图象可知,t=6s时,物体做匀速直线运动,将F撤掉,物体由于惯性还要继续运动一段距离;故B错误;
C、由速度﹣时间图象可知,在2s~4s内,物体做匀加速运动,此时的拉力等于3N,但是拉力不等于摩擦力;故C错误;
D、由速度﹣时间图象可知,t=1S时,物体处于静止状态,受平衡力作用,又由F﹣t图象可知物体受到的拉力为1N,因此物体所受摩擦力是lN.故D选项说法正确。
故选:D。
【点评】本题考查学生对图象的认认识,并能将v﹣t图象和F﹣t图象相结合,判断出物体的运动状态,根据平衡状态由物体的平衡条件求出力的大小是本题的关键。
18.如图所示,甲、乙两位小朋友站在水平地面上做手拉手比力气游戏,结果甲把乙拉了过来,对这个过程中作用于双方的力的关系,下列说法正确的是( )
A.甲拉乙的力一定比乙拉甲的力大
B.甲对乙的拉力与乙对甲的拉力是一对平衡力
C.甲拉乙的力和乙拉甲的力一定大小相等
D.只有在甲把乙拉动的过程中,甲的力才比乙的力大,在可能出现的短暂相持过程中,两个力才一样大
【分析】力是物体对物体的作用,一个物体对别的物体施力时,也同时受到后者对它的作用力,作用力和反作用力总是相等的。
【解答】解:做手拉手比力气游戏时,一方对另一方有一个拉力作用,同时另一方也受到这一方对他的拉力,即物体间力的作用是相互的,两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,大小相等,方向相反。
故选:C。
【点评】手拉手比力气游戏其实比的是双方对地面的摩擦力,并不是他们的拉力。他们两边的拉力总是相等的,哪边的静摩擦力大,哪边就会获胜。
二.填空题(共10小题)
19.如图所示是滑冰运动员在训练中通过弯道时的情景,这一过程中她们的运动状态 改变 (选填“改变”或“不变”);运动员穿的速滑冰鞋的冰刀表面要光滑、平整是为了 减小摩擦 。
【分析】(1)物体的运动状态的改变包括速度大小和方向的变化,如果速度大小和方向不变,说明运动状态不变;
(2)减小摩擦的方法:从压力大小和接触面的粗糙程度考虑,减小压力,减小接触面的粗糙程度,使接触面脱离,用滚动代替滑动摩擦。
【解答】解:(1)滑冰运动员在训练中通过弯道时,运动的方向时刻改变,则她们的运动状态改变;
(2)运动员穿的速滑冰鞋的冰刀表面要光滑、平整,是为了在压力一定时,通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦。
故答案为:改变;减小摩擦。
【点评】本题考查了物体运动状态的判断和减小摩擦力方法的应用,是一道基础题目。
20.为了研究摆锤的摆动,小明用细绳把摆锤悬挂起来,将摆锤从A点静止释放,利用频闪照相技术拍摄摆锤在相同时间间隔的位置(如图)。
(1)摆锤到达最高点B时,是否处于平衡状态? 否
(2)小明发现摆锤从A点到O点时速度越来越大,他从照片中获得的证据是 摆锤相邻位置间隔越来越大 。
【分析】(1)到达最高点时,摆锤受到重力和绳子拉力的作用,根据几个力平衡的概念可知一个力不能平衡。
(2)由题意,频闪仪每隔相同时间照相一次,说明照片上相邻两球位置所经历的时间,根据小球间距的变化,分析速度的变化。
【解答】解:(1)到达最高点时,摆锤受到重力和绳子拉力的作用,由于两个力不是作用在同一直线上,所以它受到的力不是平衡力,它处于非平衡状态。
(2)由题意,频闪仪每隔相同时间照相一次,而摆锤间距越来越来大,则知摆锤的速度越来越大。
故答案为:(1)否;(2)摆锤相邻位置间隔越来越大。
【点评】本题中频闪照相与打点计时器类似,抓住周期性,根据摆锤的间距变化,判断其运动情况,是基本的方法。
21.如图甲所示,两个完全相同的木块A和B叠放在水平桌面上,在水平拉力F1作用下,A、B一起向右做匀速直线运动。若将A、B紧靠着放在水平桌面上,用水平力F2推A使它们一起也向右做匀速直线运动,如图乙所示,则F1 等于 F2.(选填“大于”“小于”或“等于”)
【分析】分析两图A和B整体的受力情况,根据平衡力条件,求出滑动摩擦力大小。
滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关,在这两个因素不变时,滑动摩擦力大小不变,求出F2大小。
【解答】解:甲图,A和B整体水平方向上受到水平向右的拉力F1和水平向左的滑动摩擦力,整体进行匀速直线运动,这两个力是平衡力,大小相等;
从甲图到乙图,改变A和B的放置情况,压力大小不变,接触面粗糙程度不变,滑动摩擦力不变,所以乙图中推力F2等于摩擦力,故F1 等于F2。
故答案为:等于。
【点评】本题A和B整体有两种情况下处于平衡状态,分析每一次的受力情况,根据平衡力求出未知量。从甲图到乙图,改变A和B的放置情况,压力大小不变,接触面粗糙程度不变,滑动摩擦力不变,这是解决本题的关键。
22.力是物体对物体的作用,离开物体就没有力;物体间的力的作用是 相互的 ;物体的运动 不需要 力来维持(填“需要”“不需要”),因为力是 改变 物体运动状态的原因。
【分析】(1)物体间力的作用是相互的。
(2)物体不接触可以产生力的作用,接触不一定有力的作用。
(3)力是改变物体运动状态的原因。
【解答】解:力是物体对物体的作用,离开物体就没有力;物体间的力的作用是相互的;
由牛顿第一定律可知,原来运动的物体在不受力时做匀速直线运动,说明物体的运动不需要力来维持;当物体的运动状态改变时,则一定是受到了力的作用,所以力是改变物体运动状态的原因。
故答案为:相互的;不需要;改变。
【点评】正确理解物体间力的概念以及力的作用效果是解答本题的关键。
23.直升飞机在空中悬停,一人背着伞包从飞机上跳下,伞包并没有立即打开,把人和背上的伞包作为一个整体研究,它受到了向下重力和向上的空气阻力作用,且重力大于阻力,人下落的速度越来越快。若此时突然打开降落伞,人受到的阻力会大于人重力,那么,在开伞瞬间,人会向 下 (填“上”或“下”)运动。
【分析】物体保持运动状态不变的性质叫惯性。
【解答】解:
打开降落伞前,把人和背上的伞包作为一个整体,受到向下重力和向上的空气阻力作用,且重力大于阻力,人下落的速度越来越快;突然打开降落伞,人受到的阻力会大于人重力,但人由于惯性会继续向下运动,所以,在开伞瞬间,人会向下运动。
故答案为:下。
【点评】本题考查了力和运动的关系,要充分利用好惯性是解题的关键。
24.如图甲所示,用一拉力传感器(能感应力大小的装置)水平向右拉水平面上的重物,乙图为拉力随时间变化的关系图象,丙图为重物运动速度随时间变化的关系图象。根据图中所给信息可知:第4s时,重物所受摩擦力大小为 5.5 N,第6s时,重物所受摩擦力大小为 5.1 N,第8s时,重物所受摩擦力大小为 5.1 N。
【分析】(1)由v﹣t图象可知第4s时物体处于静止状态,受到的摩擦力和拉力是一对平衡力,二力大小相等,根据F﹣t图象读出拉力的大小即为摩擦力的大小;
(2)由v﹣t图象可知第6s时物体做匀速直线运动,受到的摩擦力和拉力是一对平衡力,二力大小相等,根据F﹣t图象读出拉力的大小即为滑动摩擦力的大小;
(3)由v﹣t图象可知第8s时物体做加速运动,受到的摩擦力为滑动摩擦力,根据滑动摩擦力只与接触面的粗糙程度和压力的大小有关、与速度的大小无关可知摩擦力的大小。
【解答】解:(1)由v﹣t图象可知,第4s时物体处于静止状态,受到的摩擦力和拉力是一对平衡力,二力大小相等,
由F﹣t图象,拉力的大小为5.5N,即摩擦力的大小为5.5N;
(2)由v﹣t图象可知,第6s时物体做匀速直线运动,受到的摩擦力和拉力是一对平衡力,二力大小相等,
由F﹣t图象可知,拉力的大小为5.1N,则滑动摩擦力的大小为5.1N;
(3)由v﹣t图象可知,第8s时物体做加速运动,受到的摩擦力为滑动摩擦力,
因滑动摩擦力只与接触面的粗糙程度和压力的大小有关,与速度的大小无关,
所以,受到摩擦力的大小为5.1N。
故答案为:5.5;5.1;5.1。
【点评】根据图象和物体的运动状态,分析物体的受力情况,再根据影响摩擦力的因素等知识,可解答此题。
25.小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上(如图甲),在刚接触轻弹簧的瞬间(如图乙),速度是5m/s,将弹簧压缩到最短(如图丙)的整个过程中,小球的速度v和弹簧缩短的长度△L之间的关系如图丁所示,其中A为曲线的最高点。已知该弹簧每受到0.4N的压力就缩短1cm,并且轻弹簧在受到撞击到压缩到最短的过程中始终发生弹性形变。根据力与运动的知识,由图象分析弹簧对小球的弹力与小球重力的大小关系可知,小球的重力为 2 N。
【分析】在运动过程中小球受重力与弹簧的弹力,当两力大小相等时,小球速度最大,此时弹力与重力是一对平衡力。
【解答】解:在小球向下运动过程中,受竖直向上的弹簧的弹力,竖直向下的重力。开始时,重力大于弹力,合力向下,小球速度越来越大。
随弹簧压缩量的增大,弹力越来越大,当弹力与重力相等时,两力是一对平衡力,合力为零。
小球再向下运动,弹力大于重力,合力向上,小球速度减小。
由此可见,当重力G与弹力F是一对平衡力时,小球速度最大。
此时,由图可知弹簧的压缩量△L=5cm,
由平衡条件得;G=F=0.4N/cm×5cm=2N。
故答案为:2。
【点评】此题是一道信息题,题目中给出一个新的信息,让学生根据自己学过的知识结合信息解决问题。考查了学生接受新知识、运用新知识的能力。
26.科学研究表明:空气对运动物体的阻力与物体速度的大小有关,物体速度越大,其受到的空气阻力越大。若不考虑雨滴质量的变化和风速的影响,雨滴由云层向地面下落的过程中,你认为雨滴先 加速 下落后 匀速 下落(均选填“匀速”、“加速”或“减速”).判断理由是 开始下落时,重力大于阻力;当阻力增加到和重力相等时受力平衡,雨滴开始匀速下落 。
【分析】物体在向地面下落的过程中,受到向下的重力作用,重力大于阻力,速度越来越快,当阻力与重力相等时,根据二力平衡条件可知,物体开始做匀速运动。
【解答】解:
当雨滴由云层向地面下落的过程中,开始下落时,重力大于阻力,所受合力方向向下,所以速度越来越快,但雨滴受到的阻力也越来越大,当阻力与重力相等时,合力为0,雨滴开始做匀速运动。
故答案为:加速;匀速;开始下落时,重力大于阻力;当阻力增加到和重力相等时受力平衡,雨滴开始匀速下落。
【点评】本题考查物体在不同的状态下的运动情况,关键知道引起物体速度大小变化的原因是物体受力的变化。
27.如图甲所示,放在水平地面上的物体,受到方向不变的水平推力F的作用,F的大小与时间t的关系如图乙所示,物体运动速度v与时间t的关系如图丙所示。由图可知,t=1s时,物体受到的摩擦力为 1 N,物体处于 静止 状态(填“运动”或“静止”);当t=3s时,物体受到的摩擦力为 2 N,此时物体的运动状态 改变 (选填“不变”或“改变”)。
【分析】(1)从速度图象中分析0﹣2s时物体的速度大小即可得出当t=1s时物体所处的状态;
(2)首先从速度图象中4﹣6s得出物体匀速直线运动。然后对应的从F﹣t图象中得出物体所受的摩擦力;最后根据摩擦力的影响因素判断出t=3s时物体受到的摩擦力大小。
【解答】解:(1)由丙图知:0﹣2s时物体的速度大小为零;则当t=1s时物体处于静止状态,受到的推力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,由乙图知t=1s时F=1N,故此时f=F=1N。
(2)由丙图知:4﹣6s时,物体匀速运动,
由乙图知:此时过程F=2N,
所以摩擦力与推力F平衡,大小为2N。
2﹣4s之间,物体加速运动,运动状态改变,受力不平衡,推力大于摩擦力;但由于物体和地面没有改变,所以摩擦力大小不变,即仍为2N。
故答案为:1;静止;2;改变。
【点评】v﹣t图象、F﹣t图象相结合,判断出物体各段运动状态,根据平衡状态中二力平衡找出力的大小是本题的关键所在。
28.如图甲所示,相同的两物块A、B叠放在水平面上,在20N的水平推力F1的作用下一起做匀速直线运动,此时物块B所受的摩擦力为 0 N;若将A、B物块按图乙所示紧靠放在水平桌面上,用水平力F2 推A,使它们一起做匀速直线运动,则推力F2= 20 N;若要让图乙中A、B在水平桌面上一起向左做匀速直线运动,在不撤除F2的情况下,应该在B的右端施加一个大小为 40 N的水平向左的推力。
【分析】(1)产生摩擦力的条件,物体间有压力,相对运动或具有相对运动的趋势;
(2)根据题目中告诉的通过探究发现摩擦力的大小与物体间接触面的大小无关,结合甲乙两图所示的情况,可以得到F2的大小。
(3)分析乙图A和B整体的受力情况,根据平衡力条件,判断推力大小。
【解答】解:
(1)由甲图知,木块A和B叠放在水平桌面上,由于A、B一起向右做匀速直线运动,A、B间没有相对运动的趋势,所以木块B所受的摩擦力为0N;
(2)从甲图到乙图,改变的只是物体A、B与地面的接触面积,而摩擦力的大小与接触面积无关,所以物体A、B受到的摩擦力不变;甲乙两种情况下,物体都处于平衡状态,拉力都等于摩擦力,且摩擦力大小不变,故拉力F2=F1=f=20N。
(3)乙图,当A和B的整体向左做匀速直线运动时,整体水平方向上受到水平向右的力F2,水平向右的滑动摩擦力f、水平向左的推力F (其中摩擦力仍然为f=20N);
整体处于平衡状态,由力的平衡条件可得F=F2+f=20N+20N=40N。
故答案为:0;20;40。
【点评】此题主要考查了摩擦力产生的条件及大小的判断,此题中要明确,摩擦力的方向是随着其运动方向的改变而改变的。
三.实验探究题(共4小题)
29.为了研究物体运动状态与受力情况之间的关系,某同学用钩码、测力计、打点计时器(每打一点时间相同)和纸带等进行实验。实验中,他先将钩码挂在已调好的测力计下,且处于静止状态,如图A所示;接着在钩码的下端固定纸带,并使纸带穿过打点计时器,然后拉动钩码竖直向上运动,纸带上的点记录了钩码的运动情况,共进行四次实验,结果如图B、C、D、E所示。
(1)分析实验D可知钩码做 加速直线 运动。
(2)分析B、C中钩码运动状态与其受力情况的关系可知: 受平衡力作用时,物体做匀速直线运动 。
(3)一直升电梯运送重为G的小科上楼,经历先加速上升,再匀速上升,后减速上升的过程。根据上述实验结果,下图能正确反映这三个过程中,电梯底板对小科支持力大小变化情况的是 A 。
【分析】根据纸带上点分布情况进行分析,当纸带上的点均匀分布时,说明物体处于平衡状态,即平衡状态的物体受平衡力作用;反之,当纸带上的点分布不均匀时,说明物体受力不平衡。
【解答】解:(1)D图中的点分布不均匀,并且间隙越来越大,物体做加速直线运动。
(2)B图中的点分布均匀,并且间隙较小,弹簧测力计的示数等于物重,所以物体以较小的速度做匀速直线运动;
C图中的点分布均匀,并且间隙较大,弹簧测力计的示数等于物重,说明物体以较大的速度作匀速直线运动,
故BC受平衡力作用时,物体做匀速直线运动。
(3)一开始支持力等于重力,先加速阶段,支持力大于重力;再匀速上升,支持力等于重力;后减速上升,支持力小于重力,故A符合题意。
故选A。
故答案为:(1)加速直线;(2)受平衡力作用时,物体做匀速直线运动;(3)A。
【点评】本题通过实验验证物体受平衡力时物体的状态,分析好纸带所打点的特点和弹簧测力计示数之间的关系是关键。
30.物体在流体(气体或液体)中运动时,会受到阻力作用,该阻力叫做流体阻力。流体阻力大小与物体运动速度大小有关,速度越大,阻力越大,流体阻力大小还跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大;此外,流体阻力跟物体的形状有关,头圆尾尖(这种形状通常叫做流线型)的物体受到的阻力较小。物体(例如雨滴)从高空由静止下落,速度会越来越大,所受阻力也越来越大,下落一段距离后,将以某一速度作匀速直线运动,这个速度通常被称为收尾速度。根据以上资料分析回答:
(1)流体阻力是否等同于摩擦力? 否 (填“是”或“否”)
(2)雨滴在高空形成后从静止开始下落后,速度越来越大是由于重力 大于 阻力。(填“大于”“等于”或“小于”)
(3)雨滴下落一段距离后,以某一速度作匀速直线运动。这是由于随着雨滴速度的增大,受到的阻力也随之增大,当雨滴受到的阻力 等于 重力时(填“大于”“等于”或“小于”).雨滴开始匀速下落。
(4)当雨滴匀速下落时,雨滴减少的机械能转化为 内 能。
(5)假设雨滴下落时的阻力与雨滴速度的平方成正比,即F阻=kυ2,其中K=1×10﹣4N/(m/s)2,则一个质量为0.25g的雨滴下落时的收尾速度约为 5 m/s.(g=10N/kg)
【分析】(1)从影响流体阻力和摩擦力的因素考虑;
(2)物体运动加快,说明合力方向与运动方向相同;
(3)物体做匀速直线运动时,受平衡力的作用;
(4)雨滴下落过程中克服阻力做功,将机械能转化为内能;
(5)根据阻力等于重力,将已知条件代入便可求出v。
【解答】解:(1)流体阻力大小与物体运动速度大小、物体的横截面积有关、物体的形状有关,而摩擦力与这些因素无关,故流体阻力不等同于摩擦力;
(2)雨滴在高空形成后从静止开始下落后,由于开始一段时间内重力大于阻力,合力方向向下,所以雨滴做加速运动,速度越来越大;
(3)雨滴下落过程中,当雨滴受到的阻力等于重力时,雨滴的速度不再改变,开始做匀速运动;
(4)当雨滴匀速下落时,动能不变,重力势能减少,机械能减少,由于雨滴要克服空气阻力做功,所以,减少的机械能转化为内能;
(5)由题意知,当雨滴下落达到收尾速度时(即匀速运动),此时的阻力:
F阻=G=mg=0.25×10﹣3kg×10N/kg=2.5×10﹣3N;
由F阻=kv2得收尾速度:
v===5m/s。
故答案为:(1)否;(2)大于;(3)等于;(4)内;(5)5。
【点评】本题主要考查了力和运动的关系,二力平衡条件的应用及对新知识的应用能力,关键能够搞清雨滴下落过程中所受力的变化及状态的变化关系。
31.请根据图中所示的三种运动,分析小球的运动与受到的力的关系,虚线为小球的运动轨迹,箭头表示此刻的运动方向,不考虑空气对小球的作用力,完成表格中空白处填空。
运动的形式 | 受力的方向 | 运动状态 | 分析 | |
运动方向 | 速度大小 | |||
甲:竖直下落过程 | 竖直向下 | 不改变 | (1) 变大 | 力与运动方向相同,速度增大 |
乙:竖直上升过程 | 竖直向下 | 不改变 | 变小 | (2) 力与运动方向相反,速度减小 |
丙:斜向上抛出过程 | (3) 竖直向下 | (4) 改变 | 先变小后变大 | 力与运动的方向不共线,运动的方向和速度的大小均改变 |
力与运动的关系:物体运动方向和速度大小的改变是因为受到力的作用,即:(5) 力可以物体的运动状态 |
【分析】力的作用效果包括:力可以改变物体的形状,力是改变物体运动状态。物体运动状态的改变指的运动方向或运动速度的变化。
【解答】解:(1)甲竖直下落过程中,不考虑空气对小球的作用力,小球受重力作用,受力方向竖直向下,力与运动方向相同,速度增大;
(2)乙竖直上升过程中,不考虑空气对小球的作用力,小球受重力作用,受力方向竖直向下,力与运动方向相反,速度减小;
(3)丙斜向上抛出过程中,不考虑空气对小球的作用力,小球受重力作用,受力方向竖直向下,力与运动的方向不共线,运动的方向和速度的大小均改变;
由以上分析可得,力与运动的关系:物体运动方向和速度大小的改变是因为受到力的作用,即:(5)力可以改变物体的运动状态。
故答案为:(1)变大;(2)力与运动方向相反,速度减小;(3)竖直向下;(4)改变;(5)力可以改变物体的运动状态。
【点评】本题主要考查物体受力分析以及力的作用效果,是一道好题。
32.小明在老师的指导下用小球和弹簧等器材进行了如下实验与探究(不考虑空气阻力):让小球从某高度处由静止开始下落到竖直放置的轻弹簧上(如图甲),在刚接触轻弹簧的瞬间(如图乙),小球速度为5m/s.从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短(如图丙)的整个过程中,得到小球的速度v和弹簧缩短的长度△x之间的关系如图丁所示,其中A为曲线的最高点,已知该轻弹簧每受到0.1N的压力就缩短1cm,并且轻弹簧在全过程中始终发生弹性形变。
(1)从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中,小球速度的变化情况是 先变大后变小 ;
(2)实验中所用小球的重力为 2 N。
(3)如图,当弹簧的压缩量最大时,小球的速度为0,此时小球处于 非平衡 状态(选填“平衡”或“非平衡”)。
【分析】1、由图象可知,小球速度先变大,后变小;
2、在运动过程中小球受重力与弹簧的弹力,当两力大小相等时,小球速度最大,此时弹力与重力是一对平衡力;由图象坐标可直接求得弹力。
【解答】解:
(1)由图象看出:在小球刚开始撞击弹簧到弹簧被压缩到最短的过程中,小球速度先变大后变小;
(2)在小球向下运动过程中,受竖直向上的弹簧的弹力,竖直向下的重力。开始时,重力大于弹力,合力向下,小球速度越来越大。
随弹簧压缩量的增大,弹力越来越大,当弹力与重力相等时,两力是一对平衡力,合力为零。小球再向下运动,弹力大于重力,
合力向下,小球速度减小。由此可见,当重力G与弹力F是一对平衡力时,小球速度最大。此时,由图可知弹簧的压缩量△L=0.2m=20cm,
由平衡条件得;G=F=0.1N/cm×20cm=2N;
(3)在小球向下运动过程中,受竖直向上的弹簧的弹力,竖直向下的重力。开始时,重力大于弹力,合力向下,小球速度越来越大。
随弹簧压缩量的增大,弹力越来越大,当弹力与重力相等时,两力是一对平衡力,合力为零。小球再向下运动,弹力大于重力,
当弹簧的压缩量最大时,小球的速度为0,此时,弹力大于重力,小球处于非平衡状态。
故答案为:(1)先变大后变小;(2)2;(3)非平衡。
【点评】正确解答此题的关键有二:读懂图,由图获取弹簧压缩量,小球速度变化的信息;分析小球的运动过程,分析弹力的变化情况。
四.计算题(共2小题)
33.由于流体的粘滞性,使得在流体中运动的物体要受到流体阻力,在一般情况下,半径为R的小球以速度为v运动时,所受的流体阻力的大小可用公式f=6πηRv表示(η为流体的粘滞系数,已知球的体积公式是V=4πR3/3)。
(1)小球在流体中运动时,速度越大,受到的阻力 越大 ;
(2)密度为ρ、半径为R的小球在密度为ρ0、粘滞系数为η的液体中由静止自由下落时的v﹣t图象如图所示,根据你所学过的相关知识判断:此时的小球受到 3 个力的作用;
(3)若小球从足够深的流体中静止自由下落,小球的运动情况为: 速度开始越来越大,后做匀速运动 ;
(4)根据以上分析请推导出速度vr的数学表达式。
【分析】(1)根据公式f=6πηRv,来分析阻力f与速度v的关系。
(2)对小球进行受力分析,它在流体中下落受到重力、浮力和阻力的作用。
(3)由图形分析可知,当小球速度达到vr时便匀速下落,处于平衡状态,G=F浮+f.将数据代入公式化简即可。
【解答】解:(1)由公式f=6πηRv可以看出,小球所受流体的阻力f与小球的速度v成正比例关系,所以,小球速度越大,所受阻力越大。
(2)小球在流体中下落时受重力、浮力和阻力的作用。
(3)由图象知小球的运动情况为速度开始越来越大,后做匀速运动。
(4)小球受到的重力:G=mg=ρVg=πR3ρg;
小球所受浮力:F浮=ρ0Vg=πR3ρ0g;
小球所受流体阻力:f=6πηRv。
由图象可知,当小球速度达到vr时便匀速下落,处于平衡状态,此时小球所受合力为零,则G=F浮+f。
即:πR3ρg=πR3ρ0g+6πηRvr。
化简可得:vr=。
故答案为:(1)越大;(2)3;(3)速度开始越来越大,后做匀速运动;(4)vr=。
【点评】此题实际上是一道大型的计算题,并且计算公式是课本上没有接触到的。题目的难度较大,它考查了学生的自学能力以及对新知识的整合能力、计算能力等各方面的能力。
34.小强一家驾车郊游,车行至一个水平弯道处,坐在副驾驶座位上的小强不由自主靠向车门,并与车门产生挤压,如图甲所示。小强问爸爸:我向外靠是因为惯性所致,但我和车门挤压时,显然车门对我有一个反向的作用力,这个力有什么作用呢爸爸解释道:刚才我们在弯道上的运动是圆周运动,而做圆周运动的物体,需要有指向圆心的力来维持物体做这种运动,这种力叫向心力,刚才车所需的向心力就是由地面对车的摩擦力提供的。小强恍然:那刚才车门对我的力就是提供我做圆周运动的向心力啦!
小强进一步查阅资料得知:如图乙所示,若一个质量为m的物体,沿半径为r的圆弧做圆周运动,其运动的速度为υ(即单位时间内物体通过的圆弧长),那么物体所需向心力的大小为F向=m.
(1)小强的质量m=45kg,弯道处的圆弧半径r=45m,行驶速度υ=15m/s,求在转弯过程中他所需向心力的大小。
(2)你认为小强当时说的刚才车门对我的力就是提供我做圆周运动的向心力啦!这句话对吗?为什么?
(3)已知在考虑其他外界因素影响的情况下,汽车在水平弯道上行驶时,所需向心力仅由地面对它的摩擦力提供,那么,不同质量的车辆在同一弯道处的限速是否相同?请推导说明(设:此时车辆受到的最大摩擦力与它对地面的压力成正比)。
【分析】(1)由向心力公式计算小强所需向心力大小;
(2)阅读题干,根据力的概念可找到答案;
(3)由F向=m和车辆受到的最大摩擦力与它对地面的压力成正比,分析解答。
【解答】解:(1)已知:小强的质量m=45kg,弯道处的圆弧半径r=45m,行驶速度v=15m/s,所以转变过程中他所需向心力:
F向=m=45kg×=225N;
(2)小强做圆周运动的向心力由车门、座椅和安全带等对他的作用提供,所以不能说车门对小强的力就是提供给他做圆周运动的向心力;
(3)车辆受到的最大摩擦力与它对地面的压力成正比,所以f=kF压=kG=kmg
向心力仅由地面对它的摩擦力提供,即F向=f=kF压=kmg,
由F向=m可得:
v===,
由此可知,速度与质量无关,所以不同质量的车辆在同一弯道处的限速相同。
答:(1)在转弯过程中他所需向心力的大小为225N;(2)不对,因为小强做圆周运动的向心力由车门、座椅和安全带等对他的作用提供;(3)不同质量的车辆在同一弯道处的限速相同;F向=f=kF压=kmg=m可得:
v===,可见速度与质量无关。
【点评】本题考查了向心力的计算、力的认识和理解,本题有关向心力知识与高中知识接轨是一道好题。
五.解答题(共6小题)
35.
高空坠物危害有多大
现在从高楼上坠落物体伤人事件时有发生,许多人甚至认为从摩天大楼上掉下来的硬币如果砸到人身上也会要了人的命。理由是由于重力的作用,下落的物体一直在加速,只要下落距离足够长,硬币总会达到使人致死的速度。实际上这个结论是在不考虑空气阻力的情况下分析得出的,在通常的低速情况下,空气阻力是可以忽略不计;然而在高速运动的情况下,例如研究摩天大楼上掉下来的高速下落的硬币,空气阻力则不可忽略,它们甚至会大到成为决定最终运动状态的关键因素。在高速情况下的空气阻力大小与速度的平方成正比,速度越大,空气阻力也就越大。然而空气阻力也不会无限制地增大,当空气阻力大到与重力( G=mg)相等时,物体的受力就平衡了。此时物体将稳定地以一个速度匀速下落,这时的速度被称为收尾速度 v0,它的大小可以通过其与阻力的关系式求得。通过具体数据计算,得到结果是不论硬币从多高的地方掉下来,最终的速度也不会超过 45.4m/s.速度越大,砸在人身上产生的压强越大。进一步计算,这枚硬币砸在人身上,人体受到的压强为 P≈7.2MPa,而人体皮肤所能承受的压强为 P=20.89±4.11MPa,所以高空坠落的硬币产生的压强比这一极限压强还是小很多的。由此看来,高处落下的硬币基本是不会致命的啦!但是如果是一个鸡蛋,那就是另外的结论,如果从25楼抛下,就可直接致人死亡;从18楼抛下,可致人头骨碎裂。
某科学活动小组做了“球形物体在空气中下落时,受到的阻力大小与球的半径和速度关系”的实验,测量数据见下表。(g取10N/kg)
球体编号 | 1 | 2 | 3 |
球体质量(kg) | 2 | 5 | 18 |
球体半径(×10﹣2m) | 5 | 5 | 15 |
球体收尾速度(m/s) | 16 | 40 | 40 |
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)硬币下落时在达到收尾速度之前,重力 大于 阻力(选填“大于”“小于”或“等于”);
(2)根据表格分析半径相同的球,收尾速度的大小与 质量 有关。
(3)请从安全角度出发写出一条建议 不要高空抛物 。
【分析】知道收尾速度的概念,判断出不同质量物体的收尾速度大小,可做出解答。
【解答】解:(1)由题意可知,不论硬币从多高的地方掉下来,最终的速度也不会超过40m/s,所以硬币下落时在达到收尾速度之前,重力大于阻力;
(2)根据1、2次的实验收尾速度的特点可知,质量大,重力大,平衡时的阻力就大,收尾速度大,故半径相同的球,收尾速度的大小与质量有关;
(3)为了避免高空抛物对人们造成的危害,我们在生活中应该做到不高空抛物。
故答案为:(1)大于;(2)质量;(3)不要高空抛物(合理即可)。
【点评】本题从重力势能和收尾速度的角度,通过材料介绍了高空抛物的危害及其原因,要求我们认真阅读材料,从中找出相应的物理知识。
36.生活中,常会见到物体从高处下落的运动。如用手拿着一个小球和一张纸片,从同一高度同时释放小球和纸片。我们看到小球先地,纸片后落地。如图a所示。美国宇航员大卫•斯科特在登上月球后,从同一高度同时释放锤子和羽毛,看到它们同时落到月球表面,如图b所示。通过对图a与图b所提供的情景的对比:
(1)使我们知道造成纸片比铁球下落慢的主要原因是 空气阻力大小不同 (或纸片比铁球受空气阻力大) 。
(2)可以得出的结论是: 若没有空气阻力,不同物体下落快慢相同(或不同的物体下落快慢不同是受空气阻力大小不同的原因,或物体受的空气阻力越小下落越快) 。
(3)经研究发现,小球在离地面90m的高处从静止开始自由下落,其下落的高度h随时间t的变化规律如图c 所示(顶点在坐标原点、对称轴为h轴、h关于t的二次函数图象),试通过对图象的分析得出小球从静止开始自由下落4s所通过的路程是 80 m。
【分析】(1)本题通过在地球上和在月球上轻重两物体落地时间对比,纠正人们的定势思维,即相同高度下,物体落地的时间不是由轻重决定的,而是由空气阻力决定的;
(2)物体受空气阻力小,先着地,受空气阻力大,后着地;
(3)根据图象c,可以归纳出路程随时间的变化函数关系为:h=5t2,根据这样的关系式,算出当t=4时,h的值,即为小球下落4s通过的路程。
【解答】解:
(1)由于月球表面没有空气,是真空,看到了轻重物体同时落地的现象,故说明重力不是影响下落快慢的原因,而空气阻力是影响下落快慢的原因;
(2)通过地球和月球类似的实验的对比可知,不同的物体下落快慢不同的原因是受空气阻力不同,受空气阻力越小,下落越快,如果没有空气阻力,则不同的物体下落快慢是相同的;
(3)已知h是关于t的二次函数,设为h=kt2,
由图象可知,当h=20m时,t=2s,则有20=k×22,解得k=5,
所以h=5t2,
当t=4时,h=5×42=80,所以小球下落4s所走的路程是80m。
故答案为:
(1)空气阻力大小不同 (或纸片比铁球受空气阻力大);
(2)若没有空气阻力,不同物体下落快慢相同(或不同的物体下落快慢不同是受空气阻力大小不同的原因,或物体受的空气阻力越小下落越快);
(3)80。
【点评】本题考查了影响物体下落快慢的原因,还培养学生通过图象中的数据归纳出函数关系式的能力,这是跨学科能力的培养。
37.阅读下面的短文:
流体的阻力
可以流动的气体或液体统称为流体。一般情况下,物体在流体中运动时往往会受到流体阻力的作用。例如:人们行走时感觉不到风,但如果骑自行车时,运动的越快,就会感觉到有很大的阻力作用。又如:跳伞运动员在空中下落,打开降落伞之后以及人迎风行走,撑开手中的雨伞后都会感觉到很大的阻力…而减小流体阻力的方法,就是把物体做成流线型。例如:高速运动的汽丰、火车以及轮船水下邵分的形状都做成了流线型…
阅读完短文后,请你回答:
(1)流体的阻力大小与 物体运动的速度 有关;除此之外根据生活经验,你猜想流体的阻力还可能与 物体的接触面积 、 物体的形状 有关。
(2)假如一雨滴从高空中落下时,其质量保持不变,则对它的运动情况描述正确的是 D
A.越来越快 B.匀速直线运动
C.越来越慢 D.先变快,后可能做匀速直线运动。
【分析】(1)根据题目中找出影响流体阻力大小的因素。
(2)力对物体运动状态的影响:即力是改变物体运动状态的原因,但当物体受平衡力时,物体的运动状态不变。
【解答】解:
(1)人们行走时感觉不到风,但如果骑自行车时,运动的越快,就会感觉到有很大的阻力作用,即阻力与物体的速度有关系;
跳伞运动员在空中下落,打开降落伞之后以及人迎风行走,撑开手中的雨伞后都会感觉到很大的阻力,即阻力的大小与接触面积有关;
高速运动的汽丰、火车以及轮船水下邵分的形状都做成了流线型,即说明阻力大小与物体的形状有关。
故流体的阻力大小与物体的速度、物体的接触面积、物体的形状有关;
(2)雨滴刚开始下落时,所受重力大于阻力,所以运动速度在增大;随着速度的增大,所受阻力也在增大,当速度增大到一定程度时,阻力等于雨滴的重力,雨滴受力平衡,将做匀速直线运动,故选D。
故答案为:(1)物体的速度;物体的接触面积;物体的形状;(2)D。
【点评】本题为信息给予题,做信息给予题时一定要仔细读题,从题目中去寻找答案,很多同学见到这类题就害怕,其实没有必要,越是这种题目较长的题,其实越简单。
38.阅读短文,回答问题。无叶更舒适
如图甲是一款新型无叶电风扇,与传统有叶风扇相比具有易清洁、气流稳、安全等特点。
开始时,底座中的电动机将空气从进风口吸入,吸入的空气经压缩后进入环形空腔,再从环形空腔上的细缝中高速吹出,夹带着周边的空气一起向前流动,导致后方更多的空气流入风扇的出风口,风量被显著放大。
无叶风扇的细缝结构是根据“康达效应”设计的,康达效应是指当流体(水或空气)顺着物体的凸表面流动时,有向物体吸附的趋向并沿物体的表面继续向前,在离开物体的瞬间,由于惯性其运动方向与出风口末端的法线垂直。
(1)风扇正常运行时,相同时间内细缝流出的空气质量 等于 (填“小于”“等于”或“大于”)进风口流进的空气质量。
(2)下列与后方更多空气流入电扇出风口的原理相同的是 B 。
A.载重汽车装有许多车轮 B.飞机飞行时机翼获得升力
C.足球在草坪上滚动得越来越慢 D.带电的玻璃棒能吸引轻小物体
(3)某品牌的无叶电风扇在实际电功率相同时,它的出风量与出风口的面积有关,相关数据如下表所示,利用表中的数据在图乙坐标系中作出电风扇的出风量与出风口面积的图象。
出风口面积/dm2 | 出风量/(L•s﹣1) |
8 | 450 |
12 | 550 |
16 | 590 |
20 | 600 |
【分析】(1)电动机将空气从进风口吸入,从圆环空腔上的细縫中高速吹出,由此判断;
(2)根据流体压强与流速关系,分析各选项;
(3)根据表格数据描点连线画出图象。
【解答】解:
(1)由题可知:电动机将空气从进风口吸入,吸入的空气经压缩后进入圆环空腔,再从圆环空腔上的细縫中高速吹出,所以相同时间内从细缝口流出空气质量应等于进风口流进的空气质量;
(2)空气从圆环空腔上的细縫中高速吹出,空气流速大,压强小,其后方空气流速小,压强大,所以更多的空气流入电扇出风口。即运用到流体压强与流速关系的原理。
A、载重汽车装有许多车轮,是通过增大受力面积减小,对地面的压强,不合题意;
B、飞机飞行时机翼上方空气流速大,压强小,下方空气流速小,压强大,从而使飞机获得升力,符合题意;
C、足球在草坪上滚动得越来越慢,是因为受到的地面的摩擦力的缘故,不合题意;
D.带电体具有吸引轻小物体的性质,所以带电的玻璃棒能吸引轻小物体,不合题意;
故选B。
(3)根据表格中数据,在乙中坐标系中描点连线,画出的图象为:
故答案为:(1)等于;(2)B。
【点评】本题通过无叶风扇考查了流体压强与流速关系的应用、绘制图象等,关键从材料中明白其原理,本题也体现了物理在实际生活中的应用。
39.阅读《空气阻力的应用》,回答问题。
空气阻力的应用
空气“阻力,指空气对运动物体的阻碍力,是运动物体受到空气的弹力而产生的。
空气阻力的大小取决于以下几方面:
(1)物体的形状。为了减小阻力,跑车和游艇都是流线型的。
(2)物体的面积,降落伞越大,下落得越慢。
(3)物体的速度,速度越大,阻力越大。
降落伞的设计要尽量利用阻力。如图1为一名跳伞运动员一次跳伞时速度和时间关系图象,图2是跳伞运动员从直升机上跳下,利用空气阻力安全着陆过程简介。根据以上材料回答问题
(1)根据图2所示的运动员从飞机上跳下后的受力分析,说出X和Y分别是什么力:力X是 重力 力Y是 空气阻力
(2)跳伞运动员达到一个稳定的速度(极限速度)时,图3中力X和力Y这两个力的关系为: B
A.X>Y B.X=Y C.X<Y
(3)根据图1的图象提供的信息判断,降落伞在图中哪个阶段处于打开状态 D
A.只有AB段 B.只有BC段 C.只有CD段 D.CD段和DE段。
【分析】(1)重力的方向竖直向下,空气阻力的方向竖直向上;
(2)首先判断两个力的性质,然后判断两个力的大小关系;
(3)降落伞处于打开阶段时,空气阻力增大,合力向上,做减速运动。
【解答】解:(1)运动员从飞机上跳下后受到重力和空气阻力的作用,重力的方向竖直向下,空气阻力的方向竖直向上,所以力X是重力,力Y是空气阻力;
(2)跳伞运动员达到一个稳定的速度(极限速度)时,重力和空气阻力是一对平衡力,所以其大小关系为X=Y;
(3)降落伞处于打开阶段时,空气阻力增大,合力向上,做减速运动,图1中横轴表示时间,纵轴表示速度,AB段做加速运动,BC段做匀速直线运动,CD段和DE段做减速运动,所以降落伞在图中CD和DE阶段处于打开状态。
故答案为:(1)重力;空气阻力;(2)B;(3)D。
【点评】此题考查力和运动的关系,难度不大,关键是从所给材料中获取相关信息分析解答。
40.阅读短文,回答问题:
物体在空气中运动时,受到空气的阻力,阻力和物体运动方向相反。科学研究表明,空气对其中物体的阻力跟物体的速度有关,速度越大,阻力越大。流体的阻力还跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大。流体的阻力还跟物体的形状有关系。头圆尾尖的物体所受的流体阻力较小,这种形状通常叫做流线型。
回答下列问题:
(1)跳伞运动员,在空中自由下落一段时间,打开降落伞。最简便的操作是通过改变 横截面积 从而改变降落伞所受的空气的阻力。
(2)运动员打开的降落伞在空中加速下落的过程,受到的空气阻力也越来越 大 。最终,降落伞因为所受的空气阻力等于所受的重力,进而 匀速 (匀速/加速/减速)下降。(不计运动员和降落伞所受到的空气浮力)
(3)细心的小兰发现:“瓢泼大雨”以很大的速度落到地面,“毛毛细雨”则缓慢地飘落到地面。这是怎么回事呢?小王老师指出,雨滴在空气中下落情况和降落伞相同,先加速下落,然后匀速下落。“瓢泼大雨”落地时,与重力相平衡的空气阻力较 大 (大/小),故“瓢泼大雨”的雨滴下落的速度较 大 (大/小)。
(4)运动员从打开降落伞到落到地面的过程中,运动员的速度与下落时间关系的V﹣t图象是 D 。
【分析】(1)物体在空气中运动时,受到空气的阻力大小与物体的速度、横截面积和形状有关,打开降落伞改变了横截面积;
(2)空气对其中物体的阻力跟物体的速度有关,速度越大,阻力越大;
(3)根据大雨点和小雨点的重力不同,空气对其中物体的阻力跟物体的速度有关,速度越大,阻力越大。可判断大雨滴和小雨滴所受的空气阻力等于所受的重力匀速下降时的速即可。
(4)根据先加速后匀速的特点进行分析。
【解答】解:(1)物体在空气中运动时,受到空气的阻力大小与物体的速度、横截面积和形状有关,打开降落伞增大了横截面积,所以打开降落伞。是通过改变横截面积从而改变降落伞所受的空气的阻力;
(2)运动员打开的降落伞在空中加速下落的过程,受到的空气阻力也越来越大。当降落伞所受的空气阻力等于所受的重力,降落伞受到平衡力作用,进而匀速下降;
(3)根据空气对其中物体的阻力跟物体的速度有关,速度越大,阻力越大。“瓢泼大雨”雨滴质量大,重力大,当所受的空气阻力等于所受的重力匀速下降时,速度快;“毛毛细雨”雨滴质量小,重力小,当所受的空气阻力等于所受的重力匀速下降时,速度慢。
(4)运动员先加速运动,再匀速运动,D符合题意。
故答案为:(1)横截面积;(2)大;匀速;(3)大;大;(4)D。
【点评】读懂短文,找出物体在空气中运动时,受到空气的阻力大小与物体的速度、横截面积和形状有关是关键。
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