初中物理力和机械解答题

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 $10N/\mathit{kg})$。

如图所示，薄壁圆柱形容器置于水平地面，容器的底面积 $S=8\times {10}^{-3}{m}^2$，容器高 $0.2m$，内盛 $0.17m$深的水。 $A_1$和 $A_2$为两个均匀实心立方体物块（不吸水）， $A_1$的质量为 $0.185\mathit{kg}$， $A_2$的体积为 $3.2\times {10}^{-4}{m}^3$，（已知 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$。

（1）水对容器底部的压力为多少？

（2）将 $A_1$释放，浸没在水中，静止后受到容器底对它的支持力为 $0.6N$，求 $A_1$的体积。

（3）只将 $A_2$缓慢浸入在水中，当水对容器底部的压强最大时， $A_2$的密度至少为多少？

如图所示，一张很长的红地毯平铺在地面上。要把地毯沿着其长度方向移动一段距离，最直接的方法就是从一端拉，但拉动整张地毯很困难，需要非常大的力。

（1）解释从一端拉动地毯需要非常大的力的原因：　　。

（2）设计一种既简单又省力的方案，能将地毯沿长度方向移动一段距离（方案可选用的工具只有圆木棒，也可不选用工具；对方案也可结合示意图描述） $:$　　。

（3）对你所设计的方案作出可行性评价：　　。

用直角三角尺、重垂线来判断桌面是否水平。

操作方法：（也可以用图描述操作方法）

实验现象：①若桌面水平：　    　。

②若桌面不水平：　　。

实验中利用的物理知识：重力的方向总是　　。

如图所示是羊角锤的示意图，请画出用羊角锤撬铁钉时最小动力 $F_1$的示意图。

滑旱冰是青少年最喜欢的一项运动。如图所示，小兵质量约为 $34\mathit{kg}$，所穿的四轮直排旱冰鞋每只质量为 $3\mathit{kg}$，鞋底每个轮子与地面接触面积为 $4c{m}^2$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

求：

（1）小兵自身受到的重力

（2）若比赛时小兵滑行 $1200m$用时 $2.5\mathit{min}$，小兵滑动的平均速度是多少 $m/s$。

（3）小兵单脚滑行时对地面的压强

（4）小兵在练习时，想冲上一个斜坡，请从能量角度分析他该怎样做，为什么？（不计斜坡阻力）

小刚做“探究浮力与排开液体体积关系”的实验。他先在空气中测量圆柱体的重力，弹簧测力计的示数如图甲所示；再将圆柱体逐渐浸入注有 $35.0\mathit{mL}$水的量筒中，弹簧测力计示数 $F$和圆柱体排开水的体积 $V$如表：

次数	1	2	3	4	5	6
$F/N$	1.0	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5
$V/\mathit{mL}$	10.0	20.0	$/$	40.0	50.0	60.0

（1）图甲中弹簧测力计的读数为　　 $N$。

（2）第3次测量时量筒液面位置如图乙所示，读数为　　 $\mathit{mL}$。

（3）第3次实验时圆柱体受到的浮力 $F_{浮}$为　　 $N$。

（4）利用表中数据，在图丙中画出 $F_{浮}-V$图线。

（5）如改用酒精做实验，在图丙中在画出对应的 $F_{浮}-V$图线，并在图线上标注“酒精”。

有一台电动起重机，电动机的电功率是 $2.5\times {10}^{3}W$，它在30秒内将质量为 $1.5t$的大石头沿竖直方向匀速提升 $2m$。

（1）大石头的重力是多少 $N$？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（2）起重机提升大石头消耗的电能是多少？

（3）起重机提升大石头的效率是多少？

（4）写出一条提高起重机效率的合理建议：　              　。

如图所示重为 $3N$的玩具小车沿斜面向上运动，请作出小车所受重力的示意图。

如图所示杠杆 $\mathit{OBA}$处于平衡状态，请分别画出 $F_1$的力臂 $L_1$和 $F_2$的力臂 $L_2$。

在“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验中。

（1）如图所示，为测出滑动摩擦力大小，三次实验中均用弹簧测力计沿水平方向　　拉动木块 $A$，弹簧测力计的示数 $F_1<F_2<F_3$，图中 $F_3$为　　 $N$。

（2）丙图中，若增大弹簧测力计的拉力，此时木块 $A$所受滑动摩擦力　　（变大 $/$变小 $/$不变），木块 $A$上面的砝码　　（受 $/$不受）摩擦力。

（3）比较　　两幅图，可得出：压力相同时，接触面越粗糙滑动摩擦力越大。

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　　 $N$

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　　。

探究影响滑动摩擦力大小的因数。

（1）小明用测力计拉同一木块进行了三次正确的实验操作，实验情景如图甲、乙、丙所示。

①在乙图中，木块受到的滑动摩擦力大小等于　　 $N$，方向　　。

②比较　　两图的实验可知，滑动摩擦力的大小与压力大小有关。

③比较甲、丙两图的实验可知，滑动摩擦力的大小与　　有关。

（2）在操作过程中小明还发现，弹簧测力计不沿水平方向拉动时，也可以使木块在木板上沿水平方向做匀速直线运动，如图丁所示，此过程中，木块处于　　（平衡 $/$不平衡）状态；弹簧测力计对木块的拉力和木块受到的滑动摩擦力　　（是 $/$不是）一对平衡力，理由是：　　；竖直方向上，木块受到的重力和木板对它的支持力　　（是 $/$不是）一对平衡力。

电动车是生活中应用非常广泛的一种代步工具。请回答以下问题：

（1）电动车部分材料的技术指标如下表所示，假如让你设计制造电动车车架，你会选择表中的哪种材料？请说明理由。

材料种类	密度 $/\mathit{kg}·m^{-3}$	强度
碳纤维	$1.6\times {10}^3$	强
铝合金	$3.0\times {10}^3$	较弱
铁合金	$4.5\times {10}^3$	较强
锰钢	$7.9\times {10}^3$	强

（2）电动车的刹车车把是一个由刹车线、刹车闸和支点构成的杠杆。刹车时，若在刹车闸 $A$处施加一个如图所示的力 $F$，此时构成一个　 　（选填“省力”“费力”或“等臂” $)$杠杆。

（3）若电动车和小明的总质量为 $120\mathit{kg}$，轮胎与地面的总接触面积约是 $120c{m}^2$，则小明骑车时，车对地面

的压强为多少？ $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（4）电动车在水平路面上以 $10m/s$的速度做匀速直线运动，若电动车的输出功率恒为 $500W$，此时电动车受到的阻力为多大？