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三、实验题
13 “探究二力平衡条件”的实验装置如图甲所示。
(1)实验时,向左盘和右盘同时放入等重的砝码,这时木块保持静止,但在实验时发现,若向左盘和右盘同时放入不等重的砝码,木块仍然保持静止,则产生这一现象的原因是
(2)现保持$F_1$与$F_2$的大小相等,将木块换成小车,然后扭转一个角度,松手后,小车将发生转动,据此可以得出二力平衡时需要满足的一个条件是
(3)如图乙所示的实验装置也可以探究同一问题,该装置中选择小卡片的目的是
(4)当小卡片平衡时,将小卡片转过一个角度,两条线的方向
(5)利用如图丙所示的装置,
13 “探究二力平衡条件”的实验装置如图甲所示。
(1)实验时,向左盘和右盘同时放入等重的砝码,这时木块保持静止,但在实验时发现,若向左盘和右盘同时放入不等重的砝码,木块仍然保持静止,则产生这一现象的原因是
木块与桌面间存在摩擦力
;(2)现保持$F_1$与$F_2$的大小相等,将木块换成小车,然后扭转一个角度,松手后,小车将发生转动,据此可以得出二力平衡时需要满足的一个条件是
两个力必须在同一直线上
;(3)如图乙所示的实验装置也可以探究同一问题,该装置中选择小卡片的目的是
减小摩擦力对实验的影响
;(4)当小卡片平衡时,将小卡片转过一个角度,两条线的方向
一定要
(“一定要”或“可以不”)平行,松手后小卡片不能
(选填“能”或“不能”)保持静止;(5)利用如图丙所示的装置,
能
(选填“能”或“不能”)探究二力平衡的条件。答案
13.(1)木块与桌面间存在摩擦力 (2)两个力必须在同一直线上 (3)减小摩擦力对实验的影响 (4)一定要 不能 (5)能
【解析】(1)若两边拉力不相等,桌面对木块产生摩擦力的作用,木块在两个拉力及摩擦力的作用下保持静止。
(2)将小车转动一个角度,两个力不在同一直线上,设计这一步骤的目的是验证二力平衡时的两个力一定在同一直线上。
(3)实验用的小卡片重力小,悬在空中不受桌面对它的摩擦力影响；
(4)当小卡片平衡时,两个力不在同一条直线,不满足二力平衡条件,松手后小卡片不能保持静止。
(5)题图丙中,此时两个滑轮虽然不在同一高度,但是能够保证在同一直线上,所以能够完成本实验。
【解析】(1)若两边拉力不相等,桌面对木块产生摩擦力的作用,木块在两个拉力及摩擦力的作用下保持静止。
(2)将小车转动一个角度,两个力不在同一直线上,设计这一步骤的目的是验证二力平衡时的两个力一定在同一直线上。
(3)实验用的小卡片重力小,悬在空中不受桌面对它的摩擦力影响；
(4)当小卡片平衡时,两个力不在同一条直线,不满足二力平衡条件,松手后小卡片不能保持静止。
(5)题图丙中,此时两个滑轮虽然不在同一高度,但是能够保证在同一直线上,所以能够完成本实验。
解析
【分析】
本题围绕“探究二力平衡条件”的实验展开，需结合实验装置特点、操作过程及现象分析各问题：(1)不等重砝码时木块仍静止，需考虑桌面与木块间的摩擦力作用；(2)扭转小车的操作目的是验证二力是否需在同一直线上；(3)小卡片的选择是为了减小摩擦力对实验的干扰；(4)转过小卡片后需满足二力平衡的核心条件；(5)丙装置虽滑轮位置不同，但仍能保证力的共线，可用于实验探究。
【解析】
(1)当向左盘和右盘放入不等重砝码时，木块受到的两个拉力大小不等，但桌面对木块产生了静摩擦力，木块在两个拉力和摩擦力的共同作用下保持静止，因此产生这一现象的原因是木块与桌面间存在摩擦力。
(2)保持$F_1$与$F_2$大小相等，将小车扭转一个角度，此时两个力不在同一直线上，松手后小车转动，说明二力平衡需要满足“两个力必须在同一直线上”的条件。
(3)实验选择小卡片，是因为小卡片重力很小，悬在空中时不受桌面摩擦力的影响，能减小摩擦力对实验的干扰，使实验结果更准确。
(4)当小卡片平衡时，两条线的方向一定要平行；将小卡片转过一个角度后，两条线不再平行，不满足二力平衡的条件，因此松手后小卡片不能保持静止。
(5)图丙中，虽然两个滑轮不在同一高度，但可通过调整绳子使两个力作用在同一直线上，因此能探究二力平衡的条件。
【答案】
(1)木块与桌面间存在摩擦力；(2)两个力必须在同一直线上；(3)减小摩擦力对实验的影响；(4)一定要；不能；(5)能
【知识点】
二力平衡条件；探究二力平衡实验
【点评】
本题通过不同实验装置考查二力平衡条件的探究，重点考查实验中摩擦力的影响、变量控制等，需理解实验操作的设计意图，掌握二力平衡的核心条件，属于基础实验题，注重对实验过程的理解。
【难度系数】
0.6
本题围绕“探究二力平衡条件”的实验展开，需结合实验装置特点、操作过程及现象分析各问题：(1)不等重砝码时木块仍静止，需考虑桌面与木块间的摩擦力作用；(2)扭转小车的操作目的是验证二力是否需在同一直线上；(3)小卡片的选择是为了减小摩擦力对实验的干扰；(4)转过小卡片后需满足二力平衡的核心条件；(5)丙装置虽滑轮位置不同，但仍能保证力的共线，可用于实验探究。
【解析】
(1)当向左盘和右盘放入不等重砝码时，木块受到的两个拉力大小不等，但桌面对木块产生了静摩擦力，木块在两个拉力和摩擦力的共同作用下保持静止，因此产生这一现象的原因是木块与桌面间存在摩擦力。
(2)保持$F_1$与$F_2$大小相等，将小车扭转一个角度，此时两个力不在同一直线上，松手后小车转动，说明二力平衡需要满足“两个力必须在同一直线上”的条件。
(3)实验选择小卡片，是因为小卡片重力很小，悬在空中时不受桌面摩擦力的影响，能减小摩擦力对实验的干扰，使实验结果更准确。
(4)当小卡片平衡时，两条线的方向一定要平行；将小卡片转过一个角度后，两条线不再平行，不满足二力平衡的条件，因此松手后小卡片不能保持静止。
(5)图丙中，虽然两个滑轮不在同一高度，但可通过调整绳子使两个力作用在同一直线上，因此能探究二力平衡的条件。
【答案】
(1)木块与桌面间存在摩擦力；(2)两个力必须在同一直线上；(3)减小摩擦力对实验的影响；(4)一定要；不能；(5)能
【知识点】
二力平衡条件；探究二力平衡实验
【点评】
本题通过不同实验装置考查二力平衡条件的探究，重点考查实验中摩擦力的影响、变量控制等，需理解实验操作的设计意图，掌握二力平衡的核心条件，属于基础实验题，注重对实验过程的理解。
【难度系数】
0.6
14 质量为1.5t的汽车，在水平公路上匀速行驶时受到的摩擦力是车重的$\frac{1}{50}$，g取10 N/kg，求：
(1)汽车受到的支持力；
(2)汽车受到的摩擦力；
(3)汽车匀速行驶时，发动机对汽车的牵引力。
(1)汽车受到的支持力；
(2)汽车受到的摩擦力；
(3)汽车匀速行驶时，发动机对汽车的牵引力。
答案
14.(1)$1.5×10^4\mathrm{N}$ (2)$300\mathrm{N}$ (3)$300\mathrm{N}$
【解析】(1)车的质量为 $m=1.5\mathrm{t}=1.5×10^3\mathrm{kg}$,则车的重力为 $G=mg=1.5×10^3\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=1.5×10^4\mathrm{N}$,车在水平公路上,公路对车的支持力和车受到的重力是一对平衡力,则公路对车的支持力为 $F_支=G=1.5×10^4\mathrm{N}$。
(2)由题意得,车受到的摩擦阻力为 $f=\frac{1}{50}G=\frac{1}{50}×1.5×10^4\mathrm{N}=300\mathrm{N}$。
(3)因为车在水平公路上匀速行驶,所以车受到的牵引力和摩擦阻力是一对平衡力,则有$F_牵=f=300\mathrm{N}$。
【解析】(1)车的质量为 $m=1.5\mathrm{t}=1.5×10^3\mathrm{kg}$,则车的重力为 $G=mg=1.5×10^3\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=1.5×10^4\mathrm{N}$,车在水平公路上,公路对车的支持力和车受到的重力是一对平衡力,则公路对车的支持力为 $F_支=G=1.5×10^4\mathrm{N}$。
(2)由题意得,车受到的摩擦阻力为 $f=\frac{1}{50}G=\frac{1}{50}×1.5×10^4\mathrm{N}=300\mathrm{N}$。
(3)因为车在水平公路上匀速行驶,所以车受到的牵引力和摩擦阻力是一对平衡力,则有$F_牵=f=300\mathrm{N}$。
解析
【分析】
本题为力学基础计算题，解题思路如下：①先将汽车质量单位换算为千克，利用重力公式计算车的重力；②水平公路上，汽车的支持力与重力是一对平衡力，大小相等，据此求支持力；③根据题意，摩擦力为车重的$\frac{1}{50}$，代入重力计算摩擦力；④汽车匀速行驶时，牵引力与摩擦力是一对平衡力，大小相等，据此求牵引力。
【解析】
(1) 汽车质量换算：$m=1.5\mathrm{t}=1.5×10^3\mathrm{kg}$，车的重力：$G=mg=1.5×10^3\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=1.5×10^4\mathrm{N}$。水平公路上，支持力与重力是平衡力，故支持力：$F_支=G=1.5×10^4\mathrm{N}$。
(2) 由题意，摩擦力：$f=\frac{1}{50}G=\frac{1}{50}×1.5×10^4\mathrm{N}=300\mathrm{N}$。
(3) 汽车匀速行驶时，牵引力与摩擦力是平衡力，故牵引力：$F_牵=f=300\mathrm{N}$。
【答案】
$1.5×10^4\mathrm{N}$；$300\mathrm{N}$；$300\mathrm{N}$
【知识点】
重力的计算、二力平衡的应用、摩擦力的计算
【点评】
本题考查力学基础知识点，涉及单位换算、重力公式、二力平衡的应用，题型常规，侧重基础能力的考查，学生只要掌握相关公式和平衡条件即可解答。
【难度系数】
0.7
本题为力学基础计算题，解题思路如下：①先将汽车质量单位换算为千克，利用重力公式计算车的重力；②水平公路上，汽车的支持力与重力是一对平衡力，大小相等，据此求支持力；③根据题意，摩擦力为车重的$\frac{1}{50}$，代入重力计算摩擦力；④汽车匀速行驶时，牵引力与摩擦力是一对平衡力，大小相等，据此求牵引力。
【解析】
(1) 汽车质量换算：$m=1.5\mathrm{t}=1.5×10^3\mathrm{kg}$，车的重力：$G=mg=1.5×10^3\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=1.5×10^4\mathrm{N}$。水平公路上，支持力与重力是平衡力，故支持力：$F_支=G=1.5×10^4\mathrm{N}$。
(2) 由题意，摩擦力：$f=\frac{1}{50}G=\frac{1}{50}×1.5×10^4\mathrm{N}=300\mathrm{N}$。
(3) 汽车匀速行驶时，牵引力与摩擦力是平衡力，故牵引力：$F_牵=f=300\mathrm{N}$。
【答案】
$1.5×10^4\mathrm{N}$；$300\mathrm{N}$；$300\mathrm{N}$
【知识点】
重力的计算、二力平衡的应用、摩擦力的计算
【点评】
本题考查力学基础知识点，涉及单位换算、重力公式、二力平衡的应用，题型常规，侧重基础能力的考查，学生只要掌握相关公式和平衡条件即可解答。
【难度系数】
0.7
15 阅读短文，回答问题。
无人机
中国自主研制了多款无人机。如图为某品牌“无人机”，其主要用复合材料制成的，质量(含摄像机)为1.5 kg，“无人机”采用4个相同的电动机带动4个旋翼转动，对下方空气施力的同时每个旋翼获得相同的升力，“无人机”上升时受到的空气阻力与上升速度的平方成正比，该“无人机”能以最大6 m/s的速度上升，此时受到的空气阻力为9 N。
(1)“无人机”旋翼高速旋转获得升力，该升力的施力物体是
(2)“无人机”以恒定的速度从地面匀速竖直上升，“无人机”受
(3)当“无人机”携带摄像机悬停在空中进行地面图像拍摄时，每个旋翼获得的升力大小是
无人机
中国自主研制了多款无人机。如图为某品牌“无人机”，其主要用复合材料制成的，质量(含摄像机)为1.5 kg，“无人机”采用4个相同的电动机带动4个旋翼转动，对下方空气施力的同时每个旋翼获得相同的升力，“无人机”上升时受到的空气阻力与上升速度的平方成正比，该“无人机”能以最大6 m/s的速度上升，此时受到的空气阻力为9 N。
(1)“无人机”旋翼高速旋转获得升力，该升力的施力物体是
空气
；(2)“无人机”以恒定的速度从地面匀速竖直上升，“无人机”受
平衡力
(选填“平衡力”或“非平衡力”)；(3)当“无人机”携带摄像机悬停在空中进行地面图像拍摄时，每个旋翼获得的升力大小是
3.75
N(g取10 N/kg)；“无人机”在参与某次火情的勘测时，假设它以2 m/s的速度从地面匀速竖直上升至50 m高处，然后悬停(整个过程4个电动机同时工作)，“无人机”匀速上升过程中受到的空气阻力为1
N。答案
15.(1)空气 (2)平衡力 (3)3.75 1
解析
【分析】
本题结合无人机的实际场景，考查力学相关知识点，需逐步分析：(1) 升力的产生利用力的相互作用，旋翼对空气施力，空气反作用产生升力；(2) 匀速运动的物体受力平衡；(3) 先计算无人机重力，悬停时总升力等于重力，再根据阻力与速度平方的比例关系计算对应速度下的阻力。
【解析】
(1) 旋翼高速旋转时，对下方空气施加向下的力，根据力的作用是相互的，空气会对旋翼施加向上的反作用力，即升力，因此升力的施力物体是空气。
(2) 物体做匀速直线运动时，运动状态不变，根据力与运动的关系，此时物体受平衡力，故无人机匀速竖直上升时受平衡力。
(3) ① 无人机的重力：$ G = mg = 1.5\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 15\ \mathrm{N} $。悬停时受力平衡，总升力等于重力，即 $ 4F = G $，则每个旋翼的升力 $ F = \frac{G}{4} = \frac{15\ \mathrm{N}}{4} = 3.75\ \mathrm{N} $。
② 设空气阻力与速度平方的关系为 $ f = kv^2 $，已知 $ v_1 = 6\ \mathrm{m/s} $ 时 $ f_1 = 9\ \mathrm{N} $，代入得 $ k = \frac{f_1}{v_1^2} = \frac{9\ \mathrm{N}}{(6\ \mathrm{m/s})^2} = 0.25\ \mathrm{N·s}^2/\mathrm{m}^2 $。当 $ v_2 = 2\ \mathrm{m/s} $ 时，阻力 $ f_2 = kv_2^2 = 0.25\ \mathrm{N·s}^2/\mathrm{m}^2 × (2\ \mathrm{m/s})^2 = 1\ \mathrm{N} $。
【答案】
(1)空气；(2)平衡力；(3)3.75；1
【知识点】
力的作用相互性、平衡力、重力计算
【点评】
本题以无人机为载体，将力学基础知识点与实际应用结合，考查学生对相关概念和公式的掌握，难度适中，注重知识的应用能力。
【难度系数】
0.6
本题结合无人机的实际场景，考查力学相关知识点，需逐步分析：(1) 升力的产生利用力的相互作用，旋翼对空气施力，空气反作用产生升力；(2) 匀速运动的物体受力平衡；(3) 先计算无人机重力，悬停时总升力等于重力，再根据阻力与速度平方的比例关系计算对应速度下的阻力。
【解析】
(1) 旋翼高速旋转时，对下方空气施加向下的力，根据力的作用是相互的，空气会对旋翼施加向上的反作用力，即升力，因此升力的施力物体是空气。
(2) 物体做匀速直线运动时，运动状态不变，根据力与运动的关系，此时物体受平衡力，故无人机匀速竖直上升时受平衡力。
(3) ① 无人机的重力：$ G = mg = 1.5\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 15\ \mathrm{N} $。悬停时受力平衡，总升力等于重力，即 $ 4F = G $，则每个旋翼的升力 $ F = \frac{G}{4} = \frac{15\ \mathrm{N}}{4} = 3.75\ \mathrm{N} $。
② 设空气阻力与速度平方的关系为 $ f = kv^2 $，已知 $ v_1 = 6\ \mathrm{m/s} $ 时 $ f_1 = 9\ \mathrm{N} $，代入得 $ k = \frac{f_1}{v_1^2} = \frac{9\ \mathrm{N}}{(6\ \mathrm{m/s})^2} = 0.25\ \mathrm{N·s}^2/\mathrm{m}^2 $。当 $ v_2 = 2\ \mathrm{m/s} $ 时，阻力 $ f_2 = kv_2^2 = 0.25\ \mathrm{N·s}^2/\mathrm{m}^2 × (2\ \mathrm{m/s})^2 = 1\ \mathrm{N} $。
【答案】
(1)空气；(2)平衡力；(3)3.75；1
【知识点】
力的作用相互性、平衡力、重力计算
【点评】
本题以无人机为载体，将力学基础知识点与实际应用结合，考查学生对相关概念和公式的掌握，难度适中，注重知识的应用能力。
【难度系数】
0.6
