初中物理力和机械解答题

小明在探究影响滑动摩擦力大小的因素时，提出了如下猜想：

猜想一：滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关

猜想二：滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关

猜想三：滑动摩擦力的大小与接触面积有关

为了验证猜想，准备了如下器材：弹簧测力计、长木板、长方体木块和砝码。

他利用上述器材进行了如下实验：

①将木块平放在长木板上组装成如图1所示的装置。匀速拉动长木板，记下弹簧测力计的示数。

②在木块上加砝码，如图2所示。匀速拉动长木板，记下弹簧测力计的示数。

完成下列任务：

（1）在图3中画出长木板被匀速拉动时（木块相对桌面静止），长木板在水平方向上的受力示意图。

（2）通过实验步骤①②可验证猜想　一　。

（3）要完成对“猜想三”的验证，需在实验步骤①的基础上进一步实验，请你写出下一步的实验方案。

六月正是库车小白杏大量上市的季节，放在水平地面上的一箱小白杏质量为 $3\mathit{kg}$，箱子的底面积是 $0.06m^2$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）这箱小白杏所受重力；

（2）箱子对地面的压强。

同一木块分别在木板、棉布表面上做匀速直线运动的情况如图所示，比较甲、乙两图可得：滑动摩擦力大小与　　有关，比较甲、丙两图可得：滑动摩擦力大小与　　有关。

嫦娥四号月背之旅

月球是地球的天然卫星，月球绕地球公转的周期与自转周期相同，所以月球总是同一面背对地球，这一面被称为月球背面。物体在月球上的重力只有地球上的 $\frac{1}{6}$。

月球背面与地球间的通讯是一个难题，为解决该问题，我国在2018年5月成功发射了人类史上首个月球信号中继卫星“鹊桥”（如图甲所示）。2018年12月8日，我国又将嫦娥四号探测器送入太空。嫦娥四号经历地月转移、近月制动、环月飞行和落月过程，最终在月球背面软着陆，成为人类史上首个着陆于月球背面的无人探测器。为避免嫦娥四号在着陆瞬间“闪着腰”，工作人员给它研制了4条强有力的“腿”，让它既能平稳着陆，又能有效“吸收”着陆时产生的冲击力，防止它携带的设备被震坏。在嫦娥四号的“腿”上，还“长着”脸盆一样的圆形“大脚掌”（如图乙所示）。“大脚掌”中央装有一个形如足弓的金属构件，可以有效分散冲击力。

嫦娥四号由着陆器与巡视器（即月球车，又称“玉兔二号”）组成，2019年1月3日，巡视器与着陆器成功分离，“玉兔二号”利用其底部6个带齿纹的轮子有效增大了与月面间摩擦，顺利在月背表面行驶。“玉兔二号”配有全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达等科学探测仪器，总质量仅 $135\mathit{kg}$，是世界上质量最小的月球车。

阅读短文，回答问题：

（1）“鹊桥”中继星在轨道上运行时，受到的力　    　（选填“是”或“不是”）平衡力；

（2）嫦娥四号探测器“腿”上的圆形“大脚掌”可　     　（选填“减小”或“增大”）对月面的压强；

（3）为增大与月面间的摩擦，“玉兔二号”采用的装置是　       　；

（4）若“玉兔二号”每个轮子触月面积为 $100c{m}^2$，则“玉兔二号”对水平月面的压强为　     　 $\mathit{Pa}$（地球上 $g$取 $10N/\mathit{kg})$。

小明根据杠杆平衡条件在家测量某液体的密度，其装置放在水平面上。如图所示，轻质杠杆 $\mathit{OA}$和 $\mathit{BC}$垂直固定在一起， $\mathit{BC}$压在电子秤上， $O$为支点，且测量过程中 $O$点和 $C$点位置保持不变。

（1）调节杠杆 $\mathit{OA}$在水平位置平衡，其目的是　　。

（2）将一个质量不计的矿泉水瓶装满水，用细线将矿泉水悬挂在 $\mathit{OA}$的 $D$点上，记录此时电子秤的示数为 $m$，测量悬挂点 $D$到 $O$的距离为 $L_1$。

（3）取下装水的矿泉水瓶，将另一个完全相同的矿泉水瓶装满待测液体，用细线将矿泉水瓶悬挂在 $D$点。此时电子秤的示数小于 $m$，则待测液体的密度　　水的密度（选填“大于”，“等于“或“小于” $)$，向　　（选填“左”或“右” $)$移动悬挂点的位置，直到电子秤的示数仍为 $m$，测量此时悬挂点到 $O$的距离为 $L_2$。

（4）待利液体密度的表达式为 ${\rho }_{液}=$　　（水的密度用 ${\rho }_{水}$表示）。

（5）若考虑矿泉水瓶的质量，测量结果为 ${\rho }_{液}\text{'}$，则 ${\rho }_{液}\text{'}$　　 ${\rho }_{液}$（选填“ $>$”、“ $<$”或“ $=$” $)$。

如图为小柯制作的“杠杆力臂演示仪”，杠杆 $\mathit{AOB}$可绕 $O$点（螺母）转动， $\mathit{OA}=0.2m$， $\mathit{OB}=0.1m$， $G_1=2N$，杠杆自身重力和摩擦不计，固定装置未画出。

（1）当杠杆处于甲图所示水平位置平衡时， $G_2$的重力为　 $N$。

（2）松开螺母保持 $\mathit{OA}$不动，使 $\mathit{OB}$向下折一个角度后，再拧紧螺母形成一根可绕 $O$点转动的杠杆 $\mathit{AOB}\text{'}(B\text{'}$点对应 $B$点），保持 $G_1$位置不变，要使杠杆在图乙位置保持平衡，则 $G_2$应该移动到　　。

$A$． $B\text{'}$点处           $B$．①点处         $C$．②点处         $D$．③点处

平衡车作为一种新兴的代步工具，深受年轻人的喜欢，小明最近购入一台平衡车，如图所示。他仔细阅读此款平衡车的说明书，主要参数如下：

平衡车整车参数		电池参数
净重	$12\mathit{kg}$	工作电压	$36V$
最高车速	$16\mathit{km}/h$	电池容量	$2.5\mathit{Ah}$锂电池
电动机额定功率	$900W$	智能 $\mathit{BMS}$	过压 $/$欠压 $/$短路 $/$过热保护
最大载重	$85\mathit{kg}$
轮胎与地面总接触面积	$100c{m}^2$

（1）该平衡车在水平路而正常行驶时，对地面产生的最大压强是多少？（要有计算过程）

（2）该平衡车的电池充满电后，所储存的电能为　　 $J$。

（3）平衡车脚踏位置布满花纹，其作用是　　。

某同学将一段细铜丝在一只铅笔上单层紧密地缠绕了20圈，形成一个钢丝圈，再用一把刻度尺取测量该铜丝圈的长度，测量情况如图1所示，该细铜丝的直径为　　 $\mathit{cm}$，在图2中体温计示数是　　 ${}^{°}\text{C}$，在图3中弹簧测力计的示数是　　 $N$

亲爱的同学，请你应用所学物理知识回答下列问题；

（1）如图1所示，是用来测量　　的大小的工具，使用前应　　，明确该仪器的　　和分度值；

（2）如图2所示，是手机中显示天气预报的截图，观察此图可知，当天的最大温差是　　。 $19:54$时的气温是　　；

（3）如图3所示的刻度尺，其分度值为　　 $\mathit{mm}$，小红用该刻度尺对实际长度为 $70.0\mathit{cm}$的课桌进行测量，所测得的数据约为 $66.7\mathit{cm}$，经过分析，导致该测量结果错误的原因可能是　　，纠正错误后，为了减小实验误差，还要进行　　。

空气污染已成为人们生活中一个无法回避的问题，治理污染，人人有责，节能减排，从我做起。米玛家新购置了一辆新能源轿车，空车质量为 $900\mathit{kg}$，车轮与地面接触总面积为 $0.15m^2$， $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）轿车（空载）时所受重力的大小是多少？

（2）轿车（空载）停放在水平地面对地面的压强是多少？

（3）轿车在平直的高速公路上匀速行驶 $90\mathit{km}$时间为 $1h$，已知轿车匀速行驶时牵引力为 $2000N$，那么，轿车在 $1h$内牵引力所做的功是多少焦？功率是多少？

如图甲所示是路边交通指示牌，通过横杆 $A$、 $B$与立柱相连，细心的小明发现路边的立柱都是空心圆柱而不是空心方柱。

（1）小明猜想可能是空心圆柱比空心方柱的抗压能力强，为此设计了下面的探究活动，如图乙所示，分别在圆纸管和方纸管上面施加压力，观察并记录纸管的形变情况，如下表所示：

压力 $/N$ 类型	3	6	9	12
圆纸管	完好	完好	完好	完好
方纸管	完好	完好	轻度瘪	严重瘪

在探究过程中，除了要保持纸管的材料、长度、横截面积相同外，还要保持纸管的　厚度　相同。小明经过多次实验验证了自己的猜想是正确的。

（2）图甲中指示牌的总质量是 $300\mathit{kg}$，长为 $4m$，高为 $2.5m$， $\mathit{AB}$间距离为 $1m$。（忽略指示牌与立柱之间的距离， $g$取 $10N/\mathit{kg})$立柱对横杆 $B$的作用力的方向是　　，大小是　　 $N$．横杆 $B$对立柱压力的受力面积为 $400c{m}^2$，则横杆 $B$对立柱的压强是　　 $\mathit{Pa}$．立柱固定在地面上，为了增加立柱的稳定性，最好在立柱底座的　　（左 $/$右）侧增加固定螺丝。

（3）请你写出生活中应用本实验结论的一个实例　　。

小飞用图1装置来探究杠杆的平衡条件，设弹簧测力计和钩码对杠杆的拉力分别为动力 $F_1$和阻力 $F_2$， $l_1$和 $l_2$分别表示动力臂和阻力臂。他的实验思路是改变 $F_2$、 $l_1$和 $l_2$，测得杠杆平衡时所需的拉力 $F_1$，来寻找 $F_1$、 $F_2$、 $l_1$和 $l_2$四个物理量之间的关系。已知实验前已调节杠杆在水平位置平衡，弹簧测力计的量程为 $0~5N$，杠杆上每一格长 $10\mathit{cm}$。

实验次数	阻力 $F_2/N$	阻力臂 $l_2/\mathit{cm}$	动力臂 $l_1/\mathit{cm}$	动力 $F_1/N$
1	4	33	30	4.4
2	4	18	30	2.4
3	4	7.5	30	1.0

（1）为便于测量力臂，弹簧测力计应沿　　方向拉杠杆，并使之在　　位置平衡；

（2）小飞首先保持 $F_2$和 $l_1$不变而改变 $l_2$，所获得的实验数据如表格所示，第1次实验中弹簧测力计示数的放大图如图2所示，则 $F_1=$　　 $N$，此时杠杆的类型与　　（选填“筷子”或“老虎钳” $)$相同；

（3）为获得更多组数据，小飞继续进行（2）中实验，则为能顺利完成实验，在改变阻力臂 $l_2$时， $l_2$应不超过　　 $\mathit{cm}$；完成上述实验后，小飞接下来还应进行的实验有①保持　　不变而改变 $F_2$；②保持 $F_2$和 $l_2$不变而改变 $l_1$。

如图所示是“研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验装置。

（1）甲、乙、丙三次实验分别用弹簧测力计水平拉动木块，使其做　　运动。

（2）图甲中木块受到的滑动摩擦力大小为　　 $N$，请画出图甲中木块所受滑动摩擦力的示意图。

（3）比较甲、乙两次实验，可以研究滑动摩擦力的大小与　　的关系。

（4）北方城市常常在下大雪后将煤渣均匀的铺在地面上来增大摩擦，这是应用　　两次实验得出的结论。

实验小组要探究“滑动摩擦力的大小与什么因素有关”，他们猜想影响滑动摩擦力大小的因素可能有：

①接触面所受的压力大小；

②接触面的粗糙程度；

③接触面积的大小。

通过图所示实验操作验证这些猜想：

（1）实验中应该用弹簧测力计水平　　拉动木块在长木板上滑动，这样做是根据　　的知识得出拉力等于摩擦力，从而测出木块所受的摩擦力的大小。

（2）如果要验证猜想②，应该选择　　两幅图所示的实验步骤来操作，根据图中弹簧测力计的示数可得出结论：在其他因素相同的情况下，　　，滑动摩擦力越大。

（3）要验证猜想③，将木块切去一半，重复甲的操作过程，如图丁所示。比较甲和丁的实验结果，于是小明得出结论：滑动摩擦力的大小与接触面积的大小有关。你认为他的结论　　（填“可靠”或“不可靠” $)$，理由是　　。

小明和同学到福利院义务劳动时，发现有压杆的桌子脚下装有如图甲所示的轮子。

（1）他将压杆按下，压板就会紧压在轮子上，使轮子无法滚动，桌子不容易被推动，说明用滑动代替滚动可以　　摩擦力；杆做得较宽大可以起到　　压强的作用。（均选填“增大”或“减小” $)$

（2）小明发现压杆是省力杠杆， $O$为支点。请在图乙中画出压力 $F$的力臂 $l$。