【寒假分层作业】2023年人教版物理八年级-第19天《摩擦力》寒假精品练习(含解析)
展开1.知道滑动摩擦力是如何产生的;
2.理解利用二力平衡的知识测量滑动摩擦力;
3.知道影响滑动摩擦力的大小的因素;
4.知道摩擦力的利用和防止;
5.能用平衡的观点解决有关摩擦力的问题。
知识点01 摩擦力
1.定义:两个相互接触的物体,当它们相对滑动时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫做滑动摩擦力。
2.方向:与相对运动的方向相反。
3.测量:利用弹簧测力计可以粗略测量滑动摩擦力的大小。
重点提示:
1.摩擦力的实际作用点是在两个物体的接触面上。
2.滑动摩擦力产生的条件:(1)接触面粗糙;(2)接触并挤压;(3)相对运动。
3.测量滑动摩擦力时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做匀速直线运动。根据二力平衡的知识,可知弹簧测力计对木块的拉力(即弹簧测力计的示数)与木块受到的滑动摩擦力大小相等。
4.滑动摩擦与滚动摩擦的区别:一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦叫做滑动摩擦。一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦叫做滚动摩擦。在相同条件下,滚动摩擦往往比滑动摩擦小得多。
知识点02 研究影响滑动摩擦力大小的因素
1.实验方法:控制变量法。在本实验中,影响滑动摩擦力的因素有多个,所以实验探究过程中我们要用控制变量法,在研究滑动摩擦力与压力之间的关系时,要保持接触面的粗糙程度等因素不变,而在研究滑动摩擦力与接触面的粗糙程度的关系时,要保持压力等因素不变。
2.提出猜想:影响滑动摩擦力的因素可能有,接触面所受的压力、接触面的粗糙程度。
3.实验器材:木块、弹簧测力计、表面粗糙程度不同的长木板两块、砝码。
4.实验步骤:(1)用弹簧测力计匀速拉动木块,使它沿水平长木板滑动,从而测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。
(2)在木块上面放一个砝码,改变木块对长木板的压力,测出此种情况下的摩擦力。
(3)换用材料相同,但表面粗糙的长木板,保持木块上的砝码不变,测出此种情况下的摩擦力。
5.实验结论:滑动摩擦力的大小跟接触面所受的压力有关,接触面受到的压力越大,滑动摩擦力越大。滑动摩擦力的大小还跟接触面的粗糙程度有关,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
重点提示
1. 因为弹簧测力计本身有重量,为了保证水平拉力,牵引木块时,要握住弹簧测力计的外壳;使木块在水平面上做匀速直线运动的关键是拉力要均匀,集中注意力盯住弹簧测力计的指针,一直拉到底,在指针不颤动时读数。
2.实验拓展:验证“滑动摩擦力的大小还可能与接触面积有关”。方法:把木块侧放,改变和木板的接触面积,保持对木板的压力比不变、接触面的粗糙程度不变,测出此时木块与长木板之间的摩擦力。决定摩擦力大小的因素中没有“接触面积”,物体间摩擦力的大小跟接触面的“大小”无关,而是跟接触面的“粗糙程度”有关。
3.实验改良:可以把弹簧测力计固定如图所示,水平连续拉动木板(不需要木板匀速直线运动),这样木块相对于地面是静止的,受到平衡力的作用,弹簧测力计的示数还是木块与木板间的滑动摩擦力。
知识点03 摩擦的利用和防止
1.利用:增大有用摩擦,可以增大压力,增大接触面的粗糙程度。例如:鞋底有花纹;自行车更快停下来,可以用力捏闸。
2.防止:减小有害摩擦,减小压力 ,减小接触面的粗糙程度。例如:冰壶运动员通过改变接触面的粗糙程度来减小摩擦;变滑动为滚动;使接触面隔开。
【例1】小红想探究哪些因素影响滑动摩擦力的大小,她用一个表面光滑程度相同的木块及其它器材,完成了如图1所示的、B、C三次实验。
(1)小红把木块放在水平木板上,用弹簧测力计沿水平方向________拉动木块,此时弹簧测力计示数等于木块所受滑动摩擦力的大小;
(2)通过比较、B两次实验,且多次实验后,可得到实验结论为:当________(选填“接触面积”或“接触面粗糙程度”)相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;
(3)实验中,大家发现弹簧测力计示数很难稳定,于是设计了如图2所示的装置来进行实验,水平传送带的速度可以调节,定滑轮摩擦忽略不计。当传送带加速运动时,弹簧测力计的示数________(选填“变大”、“变小”或“不变”);
(4)生活中不仅有滑动摩擦还有静摩擦,如图3所示,下列判断不正确的是________。
A.瓶子没有掉下来是手对瓶子的摩擦力作用
B.当增大手对瓶的握力时,手与瓶间的摩擦力变大
C.当向瓶中装入水时,手与瓶间的摩擦力变大
【答案】 匀速直线 接触面粗糙程度 不变 B
【解析】(1)[1]实验中用弹簧测力计拉着木块在水平木板上做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,这样木块所受滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。
(2)[2]小红通过比较、B两次实验可知,都在木板上拉动物体,接触面的粗糙程度相同,压力大小不同,弹簧测力计示数不同,滑动摩擦力大小不同,故结论为:接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。
(3)[3]某次实验中,当弹簧测力计的示数稳定后,改变传送带的速度大小,大家发现弹簧测力计的示数没有改变,则滑动摩擦力大小不变,说明木块所受滑动摩擦力的大小与传送带的速度大小无关。
(4)[4]A.瓶子受到的摩擦力和瓶子对手的摩擦力是一对相互作用力,瓶子没有掉下来是手对瓶子的摩擦力作用,故A正确,A不符合题意;
B.瓶子静止时,在竖直方向受到的摩擦力与重力是一对平衡力,摩擦力等于重力,手对瓶子的握力增大,则瓶子所受的摩擦力不变,故B错误,B符合题意;
C.向瓶子里倒水,瓶子的重力增大,由于瓶子仍静止,重力与摩擦力仍是平衡力,所以瓶子所受的摩擦力增大,故C正确,C不符合题意。
故B。
解题归纳:怎样理解“相对运动”和“相对运动趋势”呢?
所谓“相对”是指把与研究对象接触的另一个物体作为参照物,如果位置发生变化,就发生了“相对运动”,如果位置不发生变化,就称为“相对静止”。所谓“趋势”的判断,就是在假定两相对静止物体之间没有摩擦时,两物体还是相对静止,则这两物体间就没有“运动趋势”,如能发生相对运动就有“运动趋势”,相对运动的方向就是相对运动趋势的方向。
【例2】在“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验中小英做了如图甲所示的三次实验,用到了一个弹簧测力计、一个木块、一个砝码、两个材料相同但表面粗糙程度不同的长木板,实验中第1次和第2次用相同的长木板,第3次用表面更加粗糙的长木板。
(1)用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,使其在水平桌面上做匀速直线运动,此时滑动摩擦力的大小______(选填“大于”“等于”或“小于”)拉力的大小;此实验是利用______的原理;
(2)比较______两次实验,是为了探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系;
(3)如图戊所示,若斜向上拉动木块A做匀速直线运动,那么相比水平匀速拉动,木块A受到的滑动摩擦力将______(选填“变大”“变小”或“不变”);
(4)刚开始小兰做第1次实验时控制不好力度,拉力随时间变化的图像如图乙所示,木块的速度随时间变化的图像如图丙所示,则木块在第4s时的摩擦力为______N;则木块在第7s时的摩擦力为______N;
(5)小东同学将实验方法进行了改进,实验装置如图丁所示:将弹簧测力计一端固定,另一端钩住木块,木块下面是一长木板,实验时拉着长木板沿水平地面向右运动,此时木块受到的摩擦力方向向______,这样改进的好处是______。
【答案】 等于 二力平衡 2、3 变小 3 3 水平向右 不用控制木板做匀速直线运动
【解析】(1)[1][2]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,实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做匀速直线运动,根据二力平衡知识测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。
(2)[3]探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系,要控制压力一定,故比较第2、3次实验。
(3)[4]此时拉力斜向上,木块对地面的压力小于水平匀速拉动时的压力,接触面粗糙程度不变,所测摩擦力比水平匀速拉动时的摩擦力要小一些。
(4)[5][6]由图丙知,2~6s物体做匀速运动,此时物体处于平衡状态,受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力,大小相等,由图乙知此过程的拉力为3N,所以木块在第4s时的滑动摩擦力为3N;6~8s物体做减速运动,但由于压力和接触面的粗糙程度不变,滑动摩擦力不变,仍为3N,故第7s时,摩擦力为3N。
(5)[7][8]木块相对地面处于静止状态,受到平衡力的作用,拉力和摩擦力大小相等,方向相反,此时木块相对于木板向左运动,所以受到的摩擦力方向水平向右;改进后,木块与弹簧测力计固定不动,拉动木板运动,该实验设计的优点是:一方面,不需要木板做匀速直线运动,便于实验操作,另一方面,由于弹簧测力计静止便于读数。
解题归纳:如何理解滑动摩擦力大小的影响因素?
【方法技巧】 滑动摩擦力的大小与接触面的面积大小无关,与物体的运动快慢无关,它只与接触面的粗糙程度和压力大小有关。只要接触面的粗糙程度和压力大小不变,则滑动摩擦力就不变。
1.(2022·湖北鄂州·中考真题)吃完早餐,你走向公交站,准备乘车去上学。你在地面上行走的过程中,下列说法正确的是( )
A.脚与地面间有摩擦力
B.鞋底有花纹,是为了减小摩擦
C.你对地面的压力与地面对你的支持力是一对平衡力
D.如果地面绝对光滑,你可以走得更快
【答案】A
【解析】AD.人在路面上行走利用了鞋底与地面的摩擦力,假如地面绝对光滑,摩擦力消失,人将无法行走,故A正确,D错误;
B.运动鞋底有花纹,是在压力一定时,通过增大鞋和地面间接触面的粗糙程度来增大摩擦力,故B错误;
C.你对地面的压力与地面对你的支持力,作用在不同物体上,所以不是一对平衡力,故C错误。
故选A。
2.(2022·浙江丽水·中考真题)如图是2022年北京冬奥会冰壶项目比赛场景。冰壶投出后,同队队员在冰壶的前方擦刷冰面,形成水膜,使冰壶沿预设轨迹运动。下列说法正确的是( )
A.擦刷冰面是为了增大摩擦
B.冰面上的水膜是液化形成的
C.冰壶离手后仍能前行是由于受到惯性的作用
D.冰壶最终停止是因为力能改变物体的运动状态
【答案】D
【解析】A.比赛时两位队员在冰壶前方“刷冰”,使冰面有轻微熔化,形成水膜,其目的是通过使接触面分开的方法来减小冰壶与冰面间的摩擦力,故A错误;
B.冰面上的水膜是固态的冰变成了液态的水,属于熔化,故B错误;
C.冰壶离开手后仍能继续向前滑行,是由于冰壶具有惯性,惯性不是力,不能说受到惯性的作用,故C错误;
D.冰壶最终停止,是因为冰壶受到了摩擦阻力,说明力可以改变物体的运动状态,故D正确。
故选D。
3.(2022·西藏·中考真题)2022年2月6日,中国女足凭着“不畏强敌,顽强拼搏”的精神在女足2022亚洲杯决赛中逆转韩国队,再次获得亚洲杯冠军。足球运动蕴含着许多物理知识,下列分析正确的是( )
A.踢球时脚对球有力的作用,球对脚没有力的作用
B.用头顶足球时感到疼,说明物体间力的作用是相互的
C.足球鞋底有凹凸不平的花纹,是为了减小摩擦
D.踢出去的足球继续运动,是由于受到惯性的作用
【答案】B
【解析】A.物体间力的作用是相互的,踢球时脚对球有力的作用,球对脚也有力的作用,故A错误;
B.头顶足球,头给足球一个力,物体间力的作用是相互的,足球给头一个力,所以头感到疼,故B正确;
C.足球鞋底有凹凸不平的花纹,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C错误;
D.踢出去的足球继续运动,是由于足球具有惯性,惯性不是力,不能说受到惯性的作用,故D错误。
故选B。
4.(2022·内蒙古呼和浩特·中考真题)小芳同学用图示装置研究滑动摩擦力,用力F水平向右匀速拉动长木板的过程中,木块保持静止不动。下列说法正确的是( )
A.木块所受摩擦力方向水平向左
B.地面对长木板的摩擦力与力F是平衡力
C.力F增大时,木块所受滑动摩擦力大小不变
D.若弹簧测力计示数为5N,则力F大小也为5N
【答案】C
【解析】A.木块保持静止不动,水平方向上受力平衡,弹簧测力计对木块的拉力水平向左,则木块受到的摩擦力水平向右,故A错误;
B.用力F水平向右匀速拉动长木板的过程中,木板在水平方向上受力平衡,水平方向上受到水平向右的拉力F、水平向左的地面对木板的摩擦力、水平向左的木块对木板的摩擦力,所以地面对长木板,的摩擦力与力F不是平衡力,故B错误;
C.力F增大时,木块对木板的压力大小、接触面的粗糙程度不变,所以木块所受滑动摩擦力大小不变,故C正确;
D.若弹簧测力计示数为5N,结合B选项可知,力F应大于5N,故D错误。
故选C。
5.(2022·山东青岛·中考真题)“低碳环保,绿色出行”已成为共识。自行车是便捷环保的交通工具,以下设计和操作,可以减小摩擦的是( )
A.轮胎表面有凹凸不平的花纹B.给轴承加润滑油
C.用力捏闸,使车更快地停下来D.刹车时,使车轮由滚动变为滑动
【答案】B
【解析】A.轮胎表面有凹凸不平的花纹,通过增大接触面的粗糙程度从而增大摩擦力,故A不符合题意;
B.给轴承加润滑油,隔离接触面,从而减小摩擦,故B符合题意;
C.用力捏闸,使车更快地停下来,是通过增大压力,从而增大摩擦力,故C不符合题意;
D.刹车时,使车轮由滚动变为滑动,增大摩擦力,故D不符合题意。
故选B。
6.(2022·江苏淮安·中考真题)如图所示,探究影响滑动摩擦力大小的因素。
(1)用弹簧测力计沿水平方向拉木块,木块没有运动,水平方向受到的摩擦力大小______(选填“大于”“小于”或“等于”)拉力大小;
(2)要测量滑动摩擦力的大小,木块应沿水平方向做______运动,图甲中木块做匀速运动,受到的滑动摩擦力大小为______N;
(3)比较甲、乙两次实验数据,可初步确定滑动摩擦力的大小与______有关;
(4)比较甲、丙两次实验数据,______(选填“能”或“不能”)得到“滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度有关”的结论,理由是______。
【答案】 等于 匀速直线 1.4 压力大小 不能 见解析
【解析】(1)[1]木块没有运动,水平方向受到静摩擦力的作用,根据二力平衡可知,摩擦力大小等于拉力大小。
(2)[2]木块在水平方向做匀速直线运动时,水平方向受到平衡力的作用,即滑动摩擦力大小等于拉力的大小。
[3]图甲中,测力计的分度值为0.1N,示数为1.4N,即拉力的大小为1.4N,因为木块做匀速运动,水平方向其受到平衡力的作用,故受到的滑动摩擦力的大小等于拉力的大小,为1.4N。
(3)[4]甲、乙两实验接触面的粗糙程度相同,压力大小不用,拉力也不同,因此滑动摩擦力的大小不同,故为了探究滑动摩擦力与压力大小的关系。
(4)[5][6]比较如图甲和丙两次实验可知,两次实验中压力大小不同,接触面的粗糙程度不相同,不能得出滑动摩擦力的大小跟接触面的粗糙程度有关的结论。
(建议用时:30分钟)
一、单选题
1.(2022·全国·八年级课时练习)2022年2月6日,中国女足第9次捧起女足亚洲杯冠军奖杯(如图)。关于足球比赛,下列判断正确的是( )
A.运动员鞋底的花纹可以减小与草地的摩擦
B.将球踢飞说明力可以改变物体的运动状态
C.在空中运动到最高点的足球受平衡力作用
D.在草地上滚动的足球因不受力而逐渐停下
【答案】B
【解析】A.运动员鞋底的花纹,这是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的,故A错误;
B.将球踢飞,足球由静止变为运动,说明力可以改变物体的运动状态,故B正确;
C.足球运动到最高点时受到重力和空气阻力的作用,它们的大小不同,方向也不在一条直线上,此时受力不平衡,故C错误;
D.在草地上滚动的足球停下来是因为受到了摩擦力的缘故,故D错误。
故选B。
2.(2022·全国·八年级课时练习)学校运动会期间,同学们对运动场上出现的现象进行了讨论,下列说法正确的是( )
A.两名同学正在推篮球架,但是没有推动,因为推力小于地面对篮球架的摩擦力
B.运动员跑步时穿上有鞋钉的鞋是为了增加鞋底与地面的摩擦力
C.踢出去的足球在地上越滚越慢,说明物体的运动需要力来维持
D.小明同学在校运动会上跳远时要助跑是为了增大自己的惯性
【答案】B
【解析】A.沿水平方向推篮球架,没有推动,此时物体处于平衡状态,推力与摩擦力是一对平衡力,大小相等,故A错误;
B.运动员跑步时穿上有鞋钉的鞋,是在压力一定时,通过增大接触面粗糙程度的方式,增大鞋底与地面的摩擦力,故B正确;
C.踢出去的足球在地上越滚越慢,是因为受到摩擦阻力的作用,改变了其运动状态,说明力是改变物体运动状态的原因,物体的运动不需要力来维持,故C错误;
D.惯性的大小只与物体的质量有关,跳远运动员助跑起跳是利用运动员的惯性来提高成绩,但不能增大惯性,故D错误。
故选B。
3.(2022·广东·南沙一中八年级期中)如果上课时教室内的摩擦力突然消失,下列情境可能发生的是( )
A.教师和学生可以轻松地在教室内行走
B.用橡皮能擦掉纸上的字
C.用粉笔在黑板上写字
D.轻轻一吹,书桌上的课本就被吹到地上
【答案】D
【解析】A.人行走时,要靠脚与地面的摩擦力,若没有摩擦力,人将无法行走,A不符合题意;
B.若没有摩擦力,橡皮不能用手拿着,不能擦掉纸上的字,B不符合题意;
C.手握笔时,是摩擦力阻碍了笔的滑落,一旦摩擦力消失,笔将无法握住,不能写字,C不符合题意;
D.若没有摩擦力,轻轻一吹,书桌上的作业本受外力,便可飞出去,D符合题意。
故选D。
4.(2022·辽宁丹东·八年级期末)以下四个实例中,为了减小摩擦的是( )
A.汽车轮胎上刻有花纹B.自行车脚蹬面做得凹凸不平
C.瓶盖上刻有竖条纹D.储物箱下装有滚轮
【答案】D
【解析】A.汽车轮胎上刻有花纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦,故A不符合题意;
B.自行车脚蹬面做得凹凸不平是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦,故B不符合题意;
C.瓶盖上刻有竖条纹是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦,故C不符合题意;
D.储物箱下装有滚轮是通过变滑动为滚动的方式来减小摩擦,故D符合题意。
故选D。
二、填空题
5.(2022·辽宁朝阳·八年级期末)如图甲所示,物体甲重40N,被F甲=60N的水平压力压在竖直墙壁上保持静止,如图乙所示。物体乙重60N,在35N的水平拉力F乙作用下,沿水平桌面匀速向右运动。则物体甲受到的摩擦力f甲为______N,物体乙受到的摩擦力f乙为______N。
【答案】 40 35
【解析】[1]以物体甲为研究对象,甲物体在竖直方向上受到竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力,由于甲物体静止,因此这两个力是一对平衡力,大小相等,所以
f甲=G甲=40N
[2]以乙物体为研究对象,乙物体在水平方向上受到水平向右的拉力和水平向左的摩擦力,由于乙匀速向右运动,因此拉力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,所以
f乙=F乙=35N
6.(2022·河南郑州·八年级期末)如图所示,冰壶比赛时,运动员需要不断调整自己的运动状态,他的两只脚一只滑行一只蹬冰,所以两只鞋底的表面不同。蹬冰脚的鞋底应该是图中的 ___________(选填“甲”或“乙”),原因是:___________。
【答案】 乙 见解析
【解析】[1][2]由图知,甲鞋底比较光滑,这样可以通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力,便于滑行,所以甲是滑行脚的鞋底;乙鞋底比较粗糙,这样可以通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力,也起到防滑的作用,所以乙是蹬冰脚的鞋底。
7.(2022·辽宁本溪·八年级期末)在端午节,同学们进行了主题为“浓情端午、粽香校园”的包粽子的活动,同学们用手把粽子叶“握”成三角锥形说明力可以改变物体的___________;然后用绳子紧紧的把粽子叶缠住防止脱落,这是通过___________的方式增大了粽子叶之间的摩擦力。
【答案】 形状 增大压力
【解析】[1]同学们用手把粽子叶“握”成三角锥形,手对粽子叶有力的作用,粽子叶的形状发生了改变,说明力可以改变物体的形状。
[2]用绳子紧紧的把粽子叶缠住,此时绳子对粽子叶的压力增大,粽子叶之间的压力也增大,粽叶间的摩擦也增大,故这是通过增大压力的方式增大了粽子叶之间的摩擦力。
8.(2022·全国·九年级专题练习)如图甲所示,完全相同的木块A和B叠放在水平桌面上,在水平推力F1=18N的作用下一起做匀速直线运动,此时木块B所受的摩擦力为________N,木块A所受的摩擦力为________N;若将A、B紧靠着平放在水平桌面上,如图乙所示,用水平力F2推A使它们一起匀速运动,则推力F2是________N。
【答案】 0 18 18
【解析】[1]由图甲可知,在18N的水平拉力F1作用下,A、B一起做匀速直线运动,B相对于A没有发生相对运动趋势,B没有受到摩擦力。
[2]AB一起做匀速直线运动,AB看成整体,受到拉力和摩擦力是平衡力,由二力平衡条件得到木块A所受的摩擦力的大小等于拉力的大小,即
f=F1=18N
[3]若将A、B紧靠着放在水平桌面上,接触的粗糙程度不变,压力也不变,因此摩擦力也不变,使它们一起匀速运动因此推力和摩擦力是平衡力,推力F2的大小等于摩擦力的大小,为18N。
三、实验题
9.(2022·江苏无锡·八年级期末)汽车急刹车时车轮经常处于抱死(车轮不转)状态,在路面上留下长长的黑色印迹,物理小组猜想可能是滑动摩擦和滚动摩擦大小不同,因而对汽车运动的影响不同。于是做了如下模拟实验。
实验一:比较滑动摩擦和滚动摩擦力的大小
(1)为测量滚动摩擦力的大小,将小车置于水平长木板上,用弹簧测力计沿______方向拉动小车做匀速直线运动,读数时发现弹簧测力计示数很小,无法准确读数;
(2)于是将毛巾铺在长木板上,重复(1)中的操作,如图甲所示,此时弹簧测力计示数为______N;
(3)为测量滑动摩擦力的大小,将车轮______(选填“卡住”或“拆下”),在毛巾表面重复(1)中的操作,当弹簧测力计示数为 0.5N 时,小车处于静止状态,当拉力增大到 0.8N 时,小车做匀速直线运动,请推理如果拉力增大到 1N 时,滑动摩擦力为______N;
(4)实验表明:同一表面上,小车受到的滑动摩擦比滚动摩擦大。
实验二:探究水平面上摩擦阻力对车运动的影响
(1)如图乙所示,让小车从斜面顶端由静止下滑,观察小车在水平木板上运动的距离;
(2)通过实验一还发现,小车运动时接触面越粗糙,滚动摩擦越大,于是将毛巾铺在______(选填“斜面” 或“木板”)表面,再次让小车从斜面顶端由静止下滑,观察小车在水平面上运动的距离;
(3)实验发现,小车在毛巾表面上运动的距离较小,这表明:小车运动时所受摩擦阻力越大,速度减小得越______(选填“快”或“慢”);
(4)请你结合惯性知识推理,紧急刹车时,______(选填“前轮”或“后轮”)留下的印迹更深一些;
综合两个实验可知:急刹车时抱死车轮是用滑动代替滚动增大摩擦来减小刹车距离。但是物理老师提醒他们,真实汽车刹车系统很复杂,紧急刹车时如果车轮长时间抱死会导致汽车转向失灵、侧向漂移, 非常危险,工程师结合力学知识设计了一套 ABS 刹车系统巧妙地解决了该问题。
【答案】 水平 0.4 卡住 0.8 木板 快 前轮
【解析】实验一
(1)[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,根据二力平衡,拉力大小等于受到的摩擦力大小,所以为测量滚动摩擦力的大小,将小车置于水平长木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动小车做匀速直线运动。
(2)[2]于是将毛巾铺在长木板上重复(1) 中的操作,如图甲所示,测力计分度值为0.1N,此时弹簧测力计示数为0.4N。
(3)[3][4]当一个物体在另一个物体表面滑动时,产生的摩擦力叫滑动摩擦,为测量滑动摩擦力的大小,将车轮卡住,在毛巾表面重复(1) 中的操作,当拉力增大到 0.8N 时,小车做匀速直线运动,根据二力平衡的知识,滑动摩擦力等于0.8N,滑动摩擦力与压力大小和接触面粗糙程度有关,压力大小和接触面粗糙程度不变,如果拉力增大到1N时,滑动摩擦力仍为0.8N。
实验二
(2)[5]探究水平面上摩擦阻力对车运动的影响,要控制小车到达水平面的速度相同,使小车在粗糙程度不同的水平面上运动。故应将毛巾铺在木板表面,再次让小车从斜面顶端由静止下滑,观察小车在水平面上运动的距离。
(3)[6]小车在毛巾表面受到的阻力最大,小车在毛巾上运动的距离较小,这表明:小车运动时所受摩擦阻力越大,速度减小得越快。
(4)[7]紧急刹车时车轮前进速度突然降低,此时车会继续向前滑行,车内的人和物也会前倾,车的整体重心前移,使前轮对地面的压力增大,于是前轮与地面间的摩擦力变大,而轮胎在水泥地面上留下了黑色的刹车痕是由于克服摩擦做功形成的,故前轮的刹车痕颜色较深。综合两个实验可知:急刹车时抱死车轮是用滑动代替滚动增大摩擦来减小刹车距离。
10.(2022·江苏无锡·八年级期末)在探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验中,小甜用弹簧测力计拉同一木块做匀速直线运动进行了三次正确的实验操作,实验情景如图甲、乙、丙所示。
(1)对比甲、乙的两组实验数据,可以得出的正确结论是___________;
(2)在图丙实验中,木块受到的滑动摩擦力是___________N,此时木块上的砝码受到的摩擦力是___________N;
(3)小甜接着探究摩擦力的变化规律,设计了如下图1所示的实验装置,力传感器A与计算机连接,可获得力随时间变化的规律。将力传感器固定在光滑水平桌面上,测力端通过水平细绳与一滑块相连,滑块放在较长的小车上,小车一端连接一根轻绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空沙桶(图中定滑轮的作用仅改变拉力的方向,调节滑轮使桌面上部细绳水平),整个装置处于静止状态。已知滑块的重力G滑=12N,实验开始时打开传感器,同时缓慢向沙桶里倒入沙子,小车一旦运动起来,立即停止倒沙子,若力传感器采集的力随时间变化的图像如图 2,请结合该图像,分析下列问题:
①空沙桶的重力 G=___________N;小车运动时滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小为___________N;
②在滑块上继续逐个叠放相同的滑块,如图3所示,重复上述实验,将小车运动起来后力传感器的读数记录在如下表格中。分析表中数据可得:
在接触面材料和粗糙程度等因素相同时,滑动摩擦力大小与压力大小成___________比(选填正或反);
③小亮又设计了如图4所示的实验,他将一根连有氢气球的绳子系在滑块中央,重复上述实验,当小车运动起来后,力传感器的读数F=1N,则此时滑块对小车的压力大小为___________N,氢气球通过细绳对滑块向上的拉力为___________N。
【答案】 压力一定时,接触面越粗糙,木块所受的滑动摩擦力越大 7.6 0 2 3 正 4 8
【解析】 (1)[1]对比甲、乙两组实验数据,甲的拉力为3.6N,乙的拉力为5.6N,甲在木板表面上匀速拉动,乙在毛巾表面上匀速拉动,所受摩擦力不同是因为接触面的粗糙程度不同,可以得出的正确结论是:压力一定时,接触面越粗糙,木块所受的滑动摩擦力越大。
(2)[2][3]在丙图实验中,弹簧测力计的示数为7.6N,由二力平衡的知识可知,木块受到的滑动摩擦力是7.6N;此时木块上的砝码与木块一起做匀速直线运动,砝码与木块之间相对静止,因此砝码不受摩擦力,即所受摩擦力为0。
(3)[4]当t=0时,没有向桶中倒沙,小车和滑块处于静止状态,受到力传感器水平向左的拉力和空桶对其水平向右的拉力大小相等,即空桶的重力G=F,由图2所示图像可知
G=F=2N
[5]当小车运动时,滑块与小车间的摩擦力是滑动摩擦力,由于滑块和小车之间的压力和接触面的粗糙程度都没有变化,则所受滑动摩擦力的大小不变,由图乙所示图像可知所受滑动摩擦力
f=F'=3N
[6]由表格中的数据可知,滑块个数越多,则压力越大,传感器示数与物体受到的摩擦力大小相等,每组数据中滑块个数与传感器示数的比值不变,即在接触面材料和粗糙程度等因素相同时,滑动摩擦力的大小与压力大小成正比。
[7][8]由题意知,一个滑块的重力为12N,放在水平小车上,对小车的压力与滑块的重力大小相等,大小为12N,此时滑块受到的滑动摩擦力为3N,由于滑块受到的滑动摩擦力大小与压力的大小成正比,即f=kF压,带入数据解得:,当
f'=F''=1N
时,滑块对小车的压力
氢气球通过细绳对滑块向上的拉力
F拉=G滑块-F压=12N-4N=8N
四、作图题
11.(2022·海南海口·八年级期末)如图甲,木块在水平拉力F作用下沿水平桌面向右匀速直线运动,请画出木块所受摩擦力的示意图。
【答案】
【解析】木块做匀速直线运动,说明处于平衡态,受平衡力,而木块水平向右,摩擦力是阻碍物体向右运动,故摩擦力的方向是向左,其大小与拉力F等大,故过重心水平向左画一条等长的线段,并在末端标上箭头和f,故如图所示:
12.(2022·甘肃定西·八年级期末)如图所示,小明用大小为5N的水平推力去推一个箱子,使箱子在水平地面上向左做匀速直线运动,请画出箱子所受重力和摩擦力的示意图。
【答案】
【解析】由于箱子在5N的水平推力作用下沿水平向左做匀速直线运动,处于平衡状态,所以箱子受到水平向右的摩擦力,其大小等于推力的大小,即
f=F=5N
从重心分别沿竖直向下的方向和水平向右的方向画一条带箭头的线段,分别用符号G和f表示,即为箱子所受重力和摩擦力的示意图,如图所示:
滑块个数
1
2
3
4
5
…
传感器示数F/N
3
6
9
12
15
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