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第十三章 力和机械
典型例题
【例题1】在研究弹簧的伸长与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的，用记录的外力F与弹簧的伸长量x做出的F-x图象如图13-1所示。
（1）由图可知，该弹簧受到的拉力每增加1N，弹簧的伸长增加_______cm；
（2）该图线不过原点的原因是_________________。
解析：这是一道图象类型题，从图象中可以看出外力F每增加2N，弹簧的伸长增加1cm，所以该弹簧受到的拉力每增加1N，弹簧的伸长增加O.5cm；将弹簧竖直悬挂让其自然下垂时，由于弹簧自身重力的作用会伸长，从图象中可以看出，这个伸长量为O.5cm；
答案：（1）O.5cm；（2）弹簧在竖直悬挂自然下垂时在自身重力作用下已有一定量的伸长；
【例题2】学习过“影响摩擦力大小的因素”后，小强发现实验室里有如图13-2所示的铁块和木块。他想比较一下铁块表面和木块表面的粗糙程度，进行了如下实验：
（1）因为要比较两者表面的粗糙程度，所以在同一水平桌面上做实验时，应保持 不变。
（2）先将木块叠放在铁块上，用弹簧测力计 拉动它们。弹簧测力计的示数如图所示，则桌面对物体的摩擦力为 N。
（3）然后， （填两物块的放置情况），重复上述过程，这次测得的摩擦力为2.4N。
（4）通过上述实验现象可知： 的表面粗糙程度大一些。
解析：这是一道探究类型题。（1）因为摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力大小有关，根据控制变量法可知，要通过比较摩擦力的大下来比较物体表面的粗糙程度，就要控制压力相同；（2）实验中只有当两物块处于平衡状态时，弹簧测力计的拉力才等于铁块受到的摩擦力，所以要匀速拉动弹簧测力计；从图中可以读出此时弹簧测力计的示数为3.7N；（3）因为要控制压力相同，所以要将铁块叠放在木块上；（4）由于压力相同时，铁块受到的摩擦力大于木块受到的摩擦力，所以可推断出铁块的表面粗糙程度大一些；
答案：（1）压力；（2）匀速、3.7；（3）将铁块叠放在木块上；（4）铁块；
【例题3】如图13-3所示的杠杆中，动力的力臂用l表示，图中所画力臂正确的是( )
图13-3
解析：正确理解并画好力臂是解决杠杆平衡问题的关键，我们一定要反复回忆力臂的定义：从支点到力的作用线的垂直距离．“力的作用线”就是表示力的这条“线”，利用几何上学习的“点到直线的垂线段画法”，不难画出正确的力臂．本题A、B、C选项中画的都不是点到线的垂线段，都是错误的．答案：D
【例题4】图13-4中有两个滑轮，请设计一个最省力的滑轮组将陷在泥中的汽车拉出来．
图13-4 图13-5
解析：使用滑轮组省力时，一个动滑轮最多可以省力到1/3，即n=3，绳子内侧起点在动滑轮，据此，可以依次连线如图13-5所示．答案：如图13-5所示；
图13-6
【例题5】小明看到在没有起重机的情况下，工人要将油桶搬运上汽车，常常用如图13-6所示的方法．小明想：为什么不直接将油桶抬上车呢？难道这样做可以省力吗？如果能省力那么推力的大小与斜面长度有关吗？为了探究推力大小与斜面长度的关系，小明选用弹簧秤、4N的重物和长分别为0.4m、0.8m、1m的木板进行了三次实验，每次斜面的高度均为0.2m．测得沿斜面方向向上的拉力大小分别如图13-7丙所示．(假设斜面很光滑，不计摩擦)
图13-7

(1)请你为小明设计一个记录实验数据的表格（要求有利于实验数据的分析），并将上面实验数据记录在表格中。
(2)认真分析数据， 写出F与L的关系是： 。
(3)下列四个图线中，你认为哪个图能正确反映F与L的关系．答： 。
图13-8

次数
物重
G/N
斜面高
h/m
弹簧称示数
F/N
斜面长
L/m
1
4
0.2
2
0.4
2
4
0.2
1
0.8
3
4
0.2
0.8
1
解析：本题是一道以斜面为背景的实验探究试题，本次实验探究的目的是通过实验理清推力（或拉力）大小与斜面长度的关系，因此实验设计中采用控制变量法，控制物体重力与斜面高度相同（如图2所示）。（1）设计实验数据表格是实验探究中收集数据的关键步骤，实验探究过程中收集哪些数据决定于探究的目的；因此，数据表格中应该包括以下四项内容：物重、斜面高度、弹簧称拉力以及斜面长度；在小明设计的三次实验中，这四项内容的数据都能从图2中获取；(2)从数据表中可以看出：当物体重力与斜面高度相同时，斜面L越长，弹簧称的拉力F越小；具体分析实验1、2两组数据，可以得到：当斜面长增加一倍时，拉力减小为原来的一半，这是一种反比关系；检验第3次实验的数据可以确定：F与L成反比，或者表示成：F=Gh/L；(3)因为F与L成反比，所以F—L图象应该是双曲线的一部分，A、B、C错误；选择D，因为从表达式：F=Gh/L可以看出F与1/L是一种正比关系，F—1/L图象是一条直线。
答案：（1）表格设计如右表所示。（2）G、h一定时，L越长F越小 或 G、h一定时，F与L成反比 或 F=Gh/L；（3）D；

能力训练
一、单元习题
(一)重力、弹力、摩擦力
1．“水往低处流”是因为水受到了_______的作用，这种力是由于______________而产生的，所以，它的施力物体是_______，物体所受到的这种力的大小与物体的_______成正比．
2．在自行车的转动部分，要加上滚珠轴承并注上润滑油，这样做的目的是___________；骑自行车刹闸时越用力捏闸把，车越容易停下，这是用___________来增大闸皮和钢圈间的摩擦．
3．如图13-5所示，弹簧测力计拉着木块水平匀速前进．该弹簧测力计的量程为_______N，它对木块的拉力大小为_______N，木块受到水平面的摩擦力大小为_______N． 图13-9
4．如图13-10所示，物体A在水平力F的作用下，静止在竖直墙壁上。当水平力减小为F/2时，物体A恰好沿竖直墙壁匀速下滑。此时物体A所受摩擦力的大小…………………………………（ ）
A．减小为原来的1／2 B．和原来一样
C．增大为原来的2倍 D．无法判断
5．王华同学用一支最大测量范围是5N的弹簧秤来测量质量不同的物体受到的重力，实验时得到的数据如下表，他去掉最后一次600g砝码，指针回到0.5N．
砝码质量(g)
100
200
300
400
500
600
弹簧测力计的示数(N)
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
已无刻度
(1)王华同学做实验中错误的地方是_____________________；
(2)去掉错误部分，你从这个实验中得出的结论是_____________________．
6．2007年4月18日“和谐号”动车组开始在西安与宝鸡之间运行，与传统列车比较，国产动车组在设计上采用了许多新技术，请你阅读并解答下列问题：
（1）如图13-11所示，车头采用流线型设计可以减少__________；车体采用强度高、密度__________的铝合金等材料制造，使整车质量减小，有利于列车高速运行。
（2）采用“再生制动”技术，列车速度从200km/h降到90km/h的过程中不采用机械刹车，列车由于__________继续行驶并带动电机逆转发电，把列车的机械能转化为电能输入电网。当车速降低到90km/h时，实施机械刹车，利用刹车片与轴之间的___________力使车速度减小直到停止。
（3）运行速度高，最高速度可达250km/h，根据下面列车时刻表可知，从西安至宝鸡乘坐D581次动车组比乘坐T723次列车节省时间________min；请计算D581次列车的平均速度是 km/h？
车次
出发站
开车时间
到达站
到站时间
里程/km
D581
西安
06：25
宝鸡
07：40
173
T723
西安
08：12
宝鸡
10：38
173
K5
西安
13：20
宝鸡
15：33
173
(二)、杠杆、其它简单机械 图13-11
7．用扳手拧生锈的螺母时，常在扳手上套一根铁管后比较容易拧开螺母，因为( )
A．套上管子后变重了 B．套上管子后变粗，使用方便
C．套上管子后可用较大的力 D．增大了动力臂
8．正常使用下列杠杆时，省距离的是……………………………………………( )
A．天平 B．瓶盖起子 C．手摇抽水机的手柄 D．划船的船浆
9．小明在进行小制作时，需要剪一块白铁皮，如图13-12最好是选用下列剪刀中的( )
图13-12
10．如图13-13所示的滑轮组，不计滑轮重和摩擦，则F1＝_______G，F2=_______G．
图13-13 图13-14
11．关于实验“研究杠杆的平衡条件”：
(1)实验器材有：带刻度的杠杆、支架、钩码和______________．
(2)实验时，先将杠杆安装在支架上，应调节___________，使杠杆在_______位置平衡．
(3)在实验中，把两只0.5N的钩码挂在图13-14中杠杆的C点处，要保持杠杆水平平衡，应在A点挂_______N的钩码；若用弹簧秤在B点拉着杠杆使它水平平衡，则最小的拉力为_______N，且方向应___________．
12．在图13-15中画出作用在“开瓶起子”上的动力F1的力臂和阻力F2的示意图．
13．如图13-16所示，O是杠杆OA的支点，在图中画出拉力F1和F2的力臂L1和L2．
14．作出图13-17中闸刀使用中的两个力臂，并标明L1和L2．

图13-15 图13-16 图13-17
二、综合测试题
1．拔河比赛中，运动员要穿比较新的球鞋，而且不希望地面上有沙子．这是因为新球鞋能增大接触面的粗糙程度从而___________，而地面上的沙子能_______从而减小摩擦．
2．质量是50kg的物体，在250N的推力作用下，沿水平桌面作匀速直线运动，物体受到的摩擦力是_______N，物体受到桌面的支持力是_______N，若该物体运动速度增大一些，仍作匀速直线运动，这时摩擦力是_______N．
3．日常用的几种工具：①钳子、②镊子、③理发剪刀、④瓶盖起子、⑤钓鱼杆，它们都是_______，其中省力的是______________，费力省距离的是______________．
4．如图13-18所示，要使杠杆平衡，作用在A点上的力分别为F1、F2、F3，其中最小的是_______．
5．如图13-19所示，北京2008年奥运会火炬有许多地方体现了物理知识与高科技产品的结合．其外观图案为红色的祥云，图纹从炬身中部向上升腾，炬身下半部喷涂的高触感橡胶漆，能增大_______，使其握之不易滑落．火炬外壳采用_______较小的高品质铝合金材料制造，体积虽大而质量却小，显得轻盈高贵．

图13-18 图13-19 图13-20
6．钓鱼时，钓鱼竿可看成一根杠杆，如图13-20，它是一个_______杠杆，其支点位于图中的_______点．要使钓起鱼时省力一些，则钓鱼者两只手之间的距离应_______一些(填增大或减小)．
7．下列各物体中物重接近1N的是………………………………………………( )
A．一袋方便面 B．一张学生桌 C．一枚大头针 D．一只鸡
8．从斜面滑下的物块，它受到重力的方向是……………………………………( )
A．沿物块滑动的方向 B．垂直斜面向下 C．垂直斜面向上 D．竖直向下
9．如图13-21所示四个装置中，绳子的拉力F相等，不计动滑轮的重及摩擦，哪个装置中的被吊物体最重……………………………………………………………………( )
A．A 装置 B．B 装置 C．C 装置 D．D装置
图13-21
10．在世界体操锦标赛上，体操运动员在上单杠之前，总是要在手上抹些镁粉，而在单杠上做回环动作时，手握单杠又不能握得太紧，他这样做的目的是……( )
A．前者是为了增大摩擦，后者是为了减小摩擦
B．前者是为了减小摩擦，后者是为了增大摩擦
C．两者都是为了增大摩擦
D．两者都是为了减小摩擦
11．图13-22中，属于费力杠杆的是………………………………（ ）
图13-22
12．画出图13-23中各力的力臂
图13-23
13．按照题目所给的省力条件，画出图13-24中各滑轮组的绕线，用F表示人对绳子自由端的拉力(不计动滑轮重和摩擦)．
14．)弹簧测力计所挂的钩码重力是2N，在图13-25中用箭头标出弹簧测力计指针所在的位置．
图13-24 图13-25
图13-26
15．如图13-26所示，物体A重30N，用F等于50N的力垂直压在墙上静止不动，则物体A所受的摩擦力是 N；物体B重30N，受到F等于20N的水平推力静止不动，则物体B所受的摩擦力是 N。
16．自行车是我们熟悉的交通工具．从自行车的使用和结构来看，它涉及不少有关摩擦的知识．例如：A．轮胎上刻花纹；B．车轮做成圆形；C．塑料套紧套在车把手上；D．在转动部分添加润滑油；E、脚塌板凹凸不平；F、刹车时用力捏闸；G、车的把手上有凹槽；
(1)在上述各项内容中，属于通过改变接触面粗糙程度来增大摩擦的是(只填写各选项前的字母)：________；通过增大压力来增大摩擦的是：_______； 通过变滑动为滚动来减小摩擦的是：________；通过使接触面彼此分离来减小摩擦的是：________．
(2)用力踩动脚踏板使自行车前进时，后轮所受的地面摩擦力的方向朝_______．(填“前”或“后”)
17．下表是某实验小组所做的“探究摩擦力大小跟哪些因素有关”的实验记录：
实验次数
接触面的材料
压力F/N
摩擦力f摩／N
①
木块与木板
8
l.6
②
木块与木板
12
2.4
③
木块与毛巾
12
5.0
(1)分析比较序号①与②的实验数据，可得出的结论是 。
(2)分析比较序号 的实验数据，可得出的结论是：压力相同时，接触面越粗糙，摩擦力越大。
(3)上述研究方法叫“控制变量法”，下列实验中用到此方法的有 (填序号)
①探究电压、电流与电阻的关系； ②探究动能跟哪些因素有关；
③探究固体熔化时温度的变化规律； ④研究影响电磁铁磁性强弱的因素。

第十三章 力和机械
一、单元习题
1．重力 地球的吸引 地球 质量
2．减小摩擦 增大压力
3．10 2.8 2.8
4．B
5．(1)拉力超过了弹簧秤的量程 (2)物体所受的重力大小与质量成正比
6．（1）阻力、小；（2）惯性、摩擦；（3）71、138.4；
7．D
8．D
9．D
10．
11．(1)弹簧秤 (2)平衡螺母 水平 (3)3 1.5 竖直向上
12．如图13-9．
13．如图13-10．
14．如图13-11．
L1
F2
L1
L2
L1
L2

图13-9 图13-10 图13-11
二、综合测试题
1．增大摩擦 滚动
2．250 490 250
3．杠杆 ①④ ②③⑤
4．F2
5．摩擦 密度
6．费力 A 增大
7．A
8．D
9．C
10．A
11．C
12．如图13-17
L
L1
L2
L
L

图13-17
13．如图13-18．
14．如图13-19．
F
F
图13-18 图13-19
15．30、20
16．(1)AEG、CF、B、D； (2)前；
17．（1）接触面粗糙程度相同时，压力越大，摩擦力越大；（2）②与③；（3）①②④

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