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21. 小玄对太空中的星球比较感兴趣,他从网上查得:甲、乙两个星球表面上物体的重力G与其质量m的关系如图所示。小金的质量为50kg,他到乙星球上所受重力的大小为
250
N;若小金在地球上能举起最多150kg的物体,到甲星球上他能举起最多100
kg的物体。(地球上g取10N/kg)答案
21.250 100
解析
【分析】
1. 首先从G-m图像中提取乙星球的重力与质量对应数据，计算出乙星球的重力加速度，再利用$ G=mg $计算小金在乙星球上的重力；
2. 先计算小金在地球上的最大举力（举力大小不随星球改变），再从图像中提取甲星球的重力加速度，最后根据$ m=\frac{G}{g} $计算在甲星球上能举起的最大质量。
【解析】
步骤1：求小金在乙星球上的重力
由图像可知，乙星球上物体质量$ m_乙=10\ \mathrm{kg} $时，重力$ G_乙=50\ \mathrm{N} $，根据重力加速度公式：
$ g_乙=\frac{G_乙}{m_乙}=\frac{50\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{kg}}=5\ \mathrm{N/kg} $
小金质量$ m=50\ \mathrm{kg} $，根据$ G=mg $，他在乙星球上的重力：
$ G=mg_乙=50\ \mathrm{kg} × 5\ \mathrm{N/kg}=250\ \mathrm{N} $
步骤2：求小金在甲星球上能举起的最大质量
小金在地球上能举起的最大物体重力（即最大举力）：
$ F=G_地=m_地g_地=150\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=1500\ \mathrm{N} $
由图像可知，甲星球上物体质量$ m_甲'=10\ \mathrm{kg} $时，重力$ G_甲'=150\ \mathrm{N} $，则甲星球的重力加速度：
$ g_甲=\frac{G_甲'}{m_甲'}=\frac{150\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{kg}}=15\ \mathrm{N/kg} $
在甲星球上，举力大小不变，即$ F=G_甲=m_甲g_甲 $，因此能举起的最大质量：
$ m_甲=\frac{F}{g_甲}=\frac{1500\ \mathrm{N}}{15\ \mathrm{N/kg}}=100\ \mathrm{kg} $
【答案】
250；100
【知识点】
重力与质量的关系；重力公式的应用
【点评】
本题重点考查重力公式的迁移应用，核心是理解“举力大小不变”，同时需掌握从G-m图像中获取重力加速度的方法，将图像信息与公式计算结合是解题关键。
【难度系数】
0.6
1. 首先从G-m图像中提取乙星球的重力与质量对应数据，计算出乙星球的重力加速度，再利用$ G=mg $计算小金在乙星球上的重力；
2. 先计算小金在地球上的最大举力（举力大小不随星球改变），再从图像中提取甲星球的重力加速度，最后根据$ m=\frac{G}{g} $计算在甲星球上能举起的最大质量。
【解析】
步骤1：求小金在乙星球上的重力
由图像可知，乙星球上物体质量$ m_乙=10\ \mathrm{kg} $时，重力$ G_乙=50\ \mathrm{N} $，根据重力加速度公式：
$ g_乙=\frac{G_乙}{m_乙}=\frac{50\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{kg}}=5\ \mathrm{N/kg} $
小金质量$ m=50\ \mathrm{kg} $，根据$ G=mg $，他在乙星球上的重力：
$ G=mg_乙=50\ \mathrm{kg} × 5\ \mathrm{N/kg}=250\ \mathrm{N} $
步骤2：求小金在甲星球上能举起的最大质量
小金在地球上能举起的最大物体重力（即最大举力）：
$ F=G_地=m_地g_地=150\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg}=1500\ \mathrm{N} $
由图像可知，甲星球上物体质量$ m_甲'=10\ \mathrm{kg} $时，重力$ G_甲'=150\ \mathrm{N} $，则甲星球的重力加速度：
$ g_甲=\frac{G_甲'}{m_甲'}=\frac{150\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{kg}}=15\ \mathrm{N/kg} $
在甲星球上，举力大小不变，即$ F=G_甲=m_甲g_甲 $，因此能举起的最大质量：
$ m_甲=\frac{F}{g_甲}=\frac{1500\ \mathrm{N}}{15\ \mathrm{N/kg}}=100\ \mathrm{kg} $
【答案】
250；100
【知识点】
重力与质量的关系；重力公式的应用
【点评】
本题重点考查重力公式的迁移应用，核心是理解“举力大小不变”，同时需掌握从G-m图像中获取重力加速度的方法，将图像信息与公式计算结合是解题关键。
【难度系数】
0.6
22. (2025·苏州吴江一模)如图所示实验中,为了判断重力的方向,将小球放于一杯水后,以水面作为参考面,缓慢改变支架底座的倾角,总观察到OA与水面
垂直
,由此可得出重力的方向总是竖直向下
的,得出该结论依据的是二力平衡
。答案
22.垂直 竖直向下 二力平衡
解析
【分析】
首先明确实验目的是探究重力的方向。小球在水中时，受到竖直向下的重力和绳子OA的拉力，由于小球处于静止状态，这两个力是一对平衡力。当缓慢改变支架底座的倾角时，水面始终保持水平，我们可以通过观察OA与水面的位置关系来推断重力的方向：因为二力平衡时拉力与重力方向相反且在同一直线上，所以OA的方向能反映重力的反方向，进而得出重力的方向特点。
【解析】
1. 当缓慢改变支架底座的倾角时，水面始终保持水平状态，可观察到OA与水面垂直；
2. 小球静止时，受到重力和绳子的拉力，这两个力是一对平衡力，根据二力平衡的条件，拉力的方向与重力方向相反且共线，因此OA的方向与重力方向在同一直线上，由此可得出重力的方向总是竖直向下的；
3. 该结论的得出依据是二力平衡，因为小球静止时，重力和拉力满足二力平衡的条件，拉力的方向可间接反映重力的方向。
【答案】
垂直；竖直向下；二力平衡
【知识点】
重力的方向；二力平衡
【点评】
本题通过直观的实验现象探究重力的方向，将二力平衡的知识与重力的性质相结合，考查对实验原理的理解和物理规律的应用，属于基础实验探究题，注重对物理核心概念和实验分析能力的考查。
【难度系数】
0.8
首先明确实验目的是探究重力的方向。小球在水中时，受到竖直向下的重力和绳子OA的拉力，由于小球处于静止状态，这两个力是一对平衡力。当缓慢改变支架底座的倾角时，水面始终保持水平，我们可以通过观察OA与水面的位置关系来推断重力的方向：因为二力平衡时拉力与重力方向相反且在同一直线上，所以OA的方向能反映重力的反方向，进而得出重力的方向特点。
【解析】
1. 当缓慢改变支架底座的倾角时，水面始终保持水平状态，可观察到OA与水面垂直；
2. 小球静止时，受到重力和绳子的拉力，这两个力是一对平衡力，根据二力平衡的条件，拉力的方向与重力方向相反且共线，因此OA的方向与重力方向在同一直线上，由此可得出重力的方向总是竖直向下的；
3. 该结论的得出依据是二力平衡，因为小球静止时，重力和拉力满足二力平衡的条件，拉力的方向可间接反映重力的方向。
【答案】
垂直；竖直向下；二力平衡
【知识点】
重力的方向；二力平衡
【点评】
本题通过直观的实验现象探究重力的方向，将二力平衡的知识与重力的性质相结合，考查对实验原理的理解和物理规律的应用，属于基础实验探究题，注重对物理核心概念和实验分析能力的考查。
【难度系数】
0.8
23. 小球在细绳的拉力作用下在光滑斜面上处于静止状态,请在图中画出小球的受力示意图。
答案
23.如图所示
解析
【分析】
首先确定研究对象为小球，按照受力分析的顺序：先分析重力，所有物体都受重力，方向竖直向下；再分析接触力，小球与斜面接触，因为斜面光滑，所以不受摩擦力，斜面会给小球垂直斜面向上的支持力；同时小球还受到细绳的拉力，拉力方向沿细绳向上。最后将这三个力的作用点都画在小球的球心，画出对应的力的示意图。
【解析】
1. 确定受力：小球受到竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力、沿细绳向上的拉力。
2. 画受力示意图：将三个力的作用点都标注在小球的球心位置，分别沿竖直向下、垂直斜面向上、沿细绳向上的方向画出带箭头的线段，并标注对应的力的符号。
【答案】
如图所示
【知识点】
受力分析；力的示意图绘制
【点评】
本题考查受力示意图的绘制，关键是准确分析小球的受力情况，注意光滑斜面不存在摩擦力，受力分析时要按照先重力后接触力的顺序，避免遗漏或多画力。
【难度系数】
0.7
首先确定研究对象为小球，按照受力分析的顺序：先分析重力，所有物体都受重力，方向竖直向下；再分析接触力，小球与斜面接触，因为斜面光滑，所以不受摩擦力，斜面会给小球垂直斜面向上的支持力；同时小球还受到细绳的拉力，拉力方向沿细绳向上。最后将这三个力的作用点都画在小球的球心，画出对应的力的示意图。
【解析】
1. 确定受力：小球受到竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力、沿细绳向上的拉力。
2. 画受力示意图：将三个力的作用点都标注在小球的球心位置，分别沿竖直向下、垂直斜面向上、沿细绳向上的方向画出带箭头的线段，并标注对应的力的符号。
【答案】
如图所示
【知识点】
受力分析；力的示意图绘制
【点评】
本题考查受力示意图的绘制，关键是准确分析小球的受力情况，注意光滑斜面不存在摩擦力，受力分析时要按照先重力后接触力的顺序，避免遗漏或多画力。
【难度系数】
0.7
24. 小智发现妈妈购买的防滑地垫的A面与B面粗糙程度不同,为了比较A、B两个面的防滑性,小智利用商家赠送的小块地垫样品和弹簧测力计进行下列探究:
(1) 如图甲、乙分别将B、A面与同一水平地面接触,用弹簧测力计水平
(2) 小智发现完成甲、乙两次实验测得的滑动摩擦力都很小,较难比较出A、B两个面的防滑性,于是又找来一个铁块,在原水平地面上进行了如图丙所示的实验。通过甲、乙、丙三次实验,虽不能完成探究任务,但也能得到的初步结论是
(3) 为更精确地测量地垫的滑动摩擦力,小惠引入拉力传感器代替弹簧测力计进行实验(如图丁所示),拉动木板时发现传感器示数不稳定,获得数据如图戊所示,出现示数不稳定的原因可能是
A. 拉动木板时很难做到匀速直线运动
B. 选择的木板表面粗糙程度不均匀
C. 选择的小块地垫的接触面积太小
D. 木板与地面接触面粗糙程度不均匀
(1) 如图甲、乙分别将B、A面与同一水平地面接触,用弹簧测力计水平
匀速直线
拉动小块地垫,依据二力平衡
原理可知滑动摩擦力大小等于弹簧测力计的示数。(2) 小智发现完成甲、乙两次实验测得的滑动摩擦力都很小,较难比较出A、B两个面的防滑性,于是又找来一个铁块,在原水平地面上进行了如图丙所示的实验。通过甲、乙、丙三次实验,虽不能完成探究任务,但也能得到的初步结论是
在接触面粗糙程度相同时，压力越大,滑动摩擦力越大
。为了完成探究,保持其他条件不变,在图丙实验的基础上小智只将A、B两个面对调
(操作方法),测出滑动摩擦力的大小为2.2N,通过与该实验测得的滑动摩擦力相比,选择地垫A
(A/B)面铺在地面上,能更有效地防止地垫在地面上滑动。(3) 为更精确地测量地垫的滑动摩擦力,小惠引入拉力传感器代替弹簧测力计进行实验(如图丁所示),拉动木板时发现传感器示数不稳定,获得数据如图戊所示,出现示数不稳定的原因可能是
B
。A. 拉动木板时很难做到匀速直线运动
B. 选择的木板表面粗糙程度不均匀
C. 选择的小块地垫的接触面积太小
D. 木板与地面接触面粗糙程度不均匀
答案
24.(1)匀速直线 二力平衡 (2)在接触面粗糙程度相同时，压力越大,滑动摩擦力越大 A、B两个面对调 A (3)B
解析
【分析】
1. 第(1)问：要测量滑动摩擦力的大小，需让地垫做匀速直线运动，此时地垫在水平方向受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡原理，二者大小相等，这样就能通过弹簧测力计的示数得到滑动摩擦力的大小。
2. 第(2)问：甲、乙实验压力相同，接触面粗糙程度不同；丙实验是在乙的基础上增加铁块，压力变大，滑动摩擦力变大，因此可得出接触面粗糙程度相同时，压力越大滑动摩擦力越大的初步结论。要比较A、B面的防滑性，需控制压力相同，改变接触面粗糙程度，所以在丙实验基础上，将A、B两个面对调，保持压力不变，测量B面接触地面时的滑动摩擦力。已知测得的摩擦力为2.2N，说明A面接触地面时的滑动摩擦力更大，防滑性更好，故选择A面。
3. 第(3)问：用拉力传感器测摩擦力时，地垫相对传感器静止，受力平衡，传感器示数等于滑动摩擦力。示数不稳定说明滑动摩擦力在变化，原因是木板表面粗糙程度不均匀，不同位置粗糙程度不同导致摩擦力变化。拉动木板不需要匀速（地垫静止受力平衡），接触面积不影响摩擦力大小，实验测的是地垫与木板的摩擦力，与木板和地面无关，因此选B。
【解析】
(1) 实验中需用弹簧测力计水平匀速直线拉动小块地垫，此时地垫处于平衡状态，水平方向上拉力与滑动摩擦力是一对平衡力，依据二力平衡原理可知滑动摩擦力大小等于弹簧测力计的示数。
(2) 甲、乙实验接触面粗糙程度不同、压力相同；丙实验与乙实验相比，接触面粗糙程度相同、压力更大，滑动摩擦力更大，因此可得初步结论：在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。为完成探究，需控制压力相同，改变接触面粗糙程度，所以在图丙实验的基础上，将A、B两个面对调，使B面与地面接触，保持压力不变。测得此时滑动摩擦力为2.2N，说明A面接触地面时的滑动摩擦力更大，因此选择地垫A面铺在地面上，防滑效果更好。
(3) 拉动木板时，地垫相对传感器静止，传感器示数等于滑动摩擦力。示数不稳定是因为木板表面粗糙程度不均匀，不同位置的粗糙程度不同，导致滑动摩擦力变化，故选B。
【答案】
(1) 匀速直线；二力平衡
(2) 在接触面粗糙程度相同时，压力越大,滑动摩擦力越大；A、B两个面对调；A
(3) B
【知识点】
滑动摩擦力的影响因素；二力平衡原理；摩擦力的测量
【点评】
本题考查滑动摩擦力的探究实验，重点考查控制变量法的应用，以及二力平衡原理在摩擦力测量中的运用，需要学生理解实验原理，掌握影响滑动摩擦力的两个因素（压力大小、接触面粗糙程度），并能分析实验中的问题。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问：要测量滑动摩擦力的大小，需让地垫做匀速直线运动，此时地垫在水平方向受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡原理，二者大小相等，这样就能通过弹簧测力计的示数得到滑动摩擦力的大小。
2. 第(2)问：甲、乙实验压力相同，接触面粗糙程度不同；丙实验是在乙的基础上增加铁块，压力变大，滑动摩擦力变大，因此可得出接触面粗糙程度相同时，压力越大滑动摩擦力越大的初步结论。要比较A、B面的防滑性，需控制压力相同，改变接触面粗糙程度，所以在丙实验基础上，将A、B两个面对调，保持压力不变，测量B面接触地面时的滑动摩擦力。已知测得的摩擦力为2.2N，说明A面接触地面时的滑动摩擦力更大，防滑性更好，故选择A面。
3. 第(3)问：用拉力传感器测摩擦力时，地垫相对传感器静止，受力平衡，传感器示数等于滑动摩擦力。示数不稳定说明滑动摩擦力在变化，原因是木板表面粗糙程度不均匀，不同位置粗糙程度不同导致摩擦力变化。拉动木板不需要匀速（地垫静止受力平衡），接触面积不影响摩擦力大小，实验测的是地垫与木板的摩擦力，与木板和地面无关，因此选B。
【解析】
(1) 实验中需用弹簧测力计水平匀速直线拉动小块地垫，此时地垫处于平衡状态，水平方向上拉力与滑动摩擦力是一对平衡力，依据二力平衡原理可知滑动摩擦力大小等于弹簧测力计的示数。
(2) 甲、乙实验接触面粗糙程度不同、压力相同；丙实验与乙实验相比，接触面粗糙程度相同、压力更大，滑动摩擦力更大，因此可得初步结论：在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。为完成探究，需控制压力相同，改变接触面粗糙程度，所以在图丙实验的基础上，将A、B两个面对调，使B面与地面接触，保持压力不变。测得此时滑动摩擦力为2.2N，说明A面接触地面时的滑动摩擦力更大，因此选择地垫A面铺在地面上，防滑效果更好。
(3) 拉动木板时，地垫相对传感器静止，传感器示数等于滑动摩擦力。示数不稳定是因为木板表面粗糙程度不均匀，不同位置的粗糙程度不同，导致滑动摩擦力变化，故选B。
【答案】
(1) 匀速直线；二力平衡
(2) 在接触面粗糙程度相同时，压力越大,滑动摩擦力越大；A、B两个面对调；A
(3) B
【知识点】
滑动摩擦力的影响因素；二力平衡原理；摩擦力的测量
【点评】
本题考查滑动摩擦力的探究实验，重点考查控制变量法的应用，以及二力平衡原理在摩擦力测量中的运用，需要学生理解实验原理，掌握影响滑动摩擦力的两个因素（压力大小、接触面粗糙程度），并能分析实验中的问题。
【难度系数】
0.6
