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19. (10分)某品牌的“共享汽车”某次在水平路面上行驶时总质量为$1.2× 10^{3}\ \mathrm{kg}$,该车在行驶过程中受到的阻力为车总重的0.1倍,求:
(1)该车以$54\ \mathrm{km/h}$的速度匀速行驶$30\ \mathrm{min}$,通过的路程;
(2)该次行驶过程中的汽车总重力;
(3)汽车在平直路面匀速行驶过程中的牵引力。
(1)该车以$54\ \mathrm{km/h}$的速度匀速行驶$30\ \mathrm{min}$,通过的路程;
(2)该次行驶过程中的汽车总重力;
(3)汽车在平直路面匀速行驶过程中的牵引力。
答案
19.(1)汽车行驶的时间$t = 30\ \mathrm{min} = 0.5\ \mathrm{h}$,汽车通过的路程$s = vt = 54\ \mathrm{km/h} × 0.5\ \mathrm{h} = 27\ \mathrm{km}$;
(2)汽车的总重力$G = mg = 1.2 × 10^3\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 1.2 × 10^4\ \mathrm{N}$;
(3)汽车在行驶过程中受到的阻力$f = 0.1 G = 0.1 × 1.2 × 10^4\ \mathrm{N} = 1.2 × 10^3\ \mathrm{N}$,汽车在平直路面匀速行驶过程中,牵引力和阻力是一对平衡力,牵引力$F = f = 1.2 × 10^3\ \mathrm{N}$。
(2)汽车的总重力$G = mg = 1.2 × 10^3\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 1.2 × 10^4\ \mathrm{N}$;
(3)汽车在行驶过程中受到的阻力$f = 0.1 G = 0.1 × 1.2 × 10^4\ \mathrm{N} = 1.2 × 10^3\ \mathrm{N}$,汽车在平直路面匀速行驶过程中,牵引力和阻力是一对平衡力,牵引力$F = f = 1.2 × 10^3\ \mathrm{N}$。
解析
【分析】
本题需分三个小问，分别运用匀速直线运动的路程公式、重力计算公式、二力平衡条件求解：
(1) 求路程时，匀速行驶满足$s=vt$，需先将时间单位换算为与速度匹配的单位，再代入公式；
(2) 求总重力直接用重力公式$G=mg$，代入已知质量和$g$即可；
(3) 匀速行驶时汽车受力平衡，牵引力与阻力大小相等，先根据阻力与总重的关系算出阻力，再得到牵引力。
【解析】
(1) 统一时间单位：$t=30\ \mathrm{min}=0.5\ \mathrm{h}$，根据匀速直线运动路程公式$s=vt$，代入$v=54\ \mathrm{km/h}$得：
$s=vt=54\ \mathrm{km/h}×0.5\ \mathrm{h}=27\ \mathrm{km}$；
(2) 根据重力公式$G=mg$，代入$m=1.2×10^3\ \mathrm{kg}$、$g=10\ \mathrm{N/kg}$得：
$G=mg=1.2×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.2×10^4\ \mathrm{N}$；
(3) 先算阻力：$f=0.1G=0.1×1.2×10^4\ \mathrm{N}=1.2×10^3\ \mathrm{N}$；
汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是平衡力，故牵引力$F=f=1.2×10^3\ \mathrm{N}$。
【答案】
(1) 通过的路程为$27\ \mathrm{km}$；
(2) 汽车总重力为$1.2×10^4\ \mathrm{N}$；
(3) 汽车匀速行驶时的牵引力为$1.2×10^3\ \mathrm{N}$。
【知识点】
速度公式应用、重力计算、二力平衡条件
【点评】
本题为初中力学基础题，考察匀速运动路程计算、重力公式、二力平衡的应用，涉及简单单位换算，是对核心基础知识点的直接应用，难度较低。
【难度系数】
0.6
本题需分三个小问，分别运用匀速直线运动的路程公式、重力计算公式、二力平衡条件求解：
(1) 求路程时，匀速行驶满足$s=vt$，需先将时间单位换算为与速度匹配的单位，再代入公式；
(2) 求总重力直接用重力公式$G=mg$，代入已知质量和$g$即可；
(3) 匀速行驶时汽车受力平衡，牵引力与阻力大小相等，先根据阻力与总重的关系算出阻力，再得到牵引力。
【解析】
(1) 统一时间单位：$t=30\ \mathrm{min}=0.5\ \mathrm{h}$，根据匀速直线运动路程公式$s=vt$，代入$v=54\ \mathrm{km/h}$得：
$s=vt=54\ \mathrm{km/h}×0.5\ \mathrm{h}=27\ \mathrm{km}$；
(2) 根据重力公式$G=mg$，代入$m=1.2×10^3\ \mathrm{kg}$、$g=10\ \mathrm{N/kg}$得：
$G=mg=1.2×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.2×10^4\ \mathrm{N}$；
(3) 先算阻力：$f=0.1G=0.1×1.2×10^4\ \mathrm{N}=1.2×10^3\ \mathrm{N}$；
汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是平衡力，故牵引力$F=f=1.2×10^3\ \mathrm{N}$。
【答案】
(1) 通过的路程为$27\ \mathrm{km}$；
(2) 汽车总重力为$1.2×10^4\ \mathrm{N}$；
(3) 汽车匀速行驶时的牵引力为$1.2×10^3\ \mathrm{N}$。
【知识点】
速度公式应用、重力计算、二力平衡条件
【点评】
本题为初中力学基础题，考察匀速运动路程计算、重力公式、二力平衡的应用，涉及简单单位换算，是对核心基础知识点的直接应用，难度较低。
【难度系数】
0.6
四、实验与探究题(本题共4小题,共37分)
20. (8分)在“探究二力平衡条件”的实验活动中(每个钩码重均为0.5 N):
(1)小伟首先猜想:只受一个力作用的物体也能保持平衡状态,为了验证猜想,他将一个小球用一根细线悬挂起来,如图甲所示,剪断细线后小球下落,如图乙所示,由实验可知,小伟的猜想是
(2)如图丙所示,将轻质卡片上的两根线跨放在支架的滑轮上,并在两个线端分别挂上钩码,使作用在卡片上的两个拉力方向相反,且在同一条直线上;
①为了探究使物体平衡的两个力是否必须在同一直线上,可用手
②在卡片平衡时,用剪刀将卡片从中间剪开,并观察现象,由此可以得到二力平衡的又一个条件是
③如果完全忽略摩擦等因素的影响,用手指水平向右轻弹一下原本静止在滑轮之间某处的小卡片(钩码始终不着地),则小卡片离开手指后将做
(3)若小伟同学在左右支架上装配两个滑轮时没有安装成相同高度(如图丁所示),那么你认为
(4)另一位同学小敏将木块放在水平桌面上,设计了如图戊所示的实验装置,细心的她发现,若左边挂2个钩码,右边挂1个钩码时,木块仍保持静止,请分析产生这一现象的原因
(5)小明又设计了两个实验装置如图己所示,图a是两个弹簧测力计挂钩对拉,图b是两个弹簧测力计水平拉卡片,方案符合该实验目的是
第20题图己
20. (8分)在“探究二力平衡条件”的实验活动中(每个钩码重均为0.5 N):
(1)小伟首先猜想:只受一个力作用的物体也能保持平衡状态,为了验证猜想,他将一个小球用一根细线悬挂起来,如图甲所示,剪断细线后小球下落,如图乙所示,由实验可知,小伟的猜想是
错误
(选填“正确”或“错误”)的;(2)如图丙所示,将轻质卡片上的两根线跨放在支架的滑轮上,并在两个线端分别挂上钩码,使作用在卡片上的两个拉力方向相反,且在同一条直线上;
①为了探究使物体平衡的两个力是否必须在同一直线上,可用手
旋转
(选填“下压”或“旋转”)平衡的小卡片,松手后观察小卡片是否仍能保持平衡;②在卡片平衡时,用剪刀将卡片从中间剪开,并观察现象,由此可以得到二力平衡的又一个条件是
两个力必须作用在同一物体上
;③如果完全忽略摩擦等因素的影响,用手指水平向右轻弹一下原本静止在滑轮之间某处的小卡片(钩码始终不着地),则小卡片离开手指后将做
匀速
(选填“加速”“减速”或“匀速”)直线运动,直至碰上右侧的滑轮。(3)若小伟同学在左右支架上装配两个滑轮时没有安装成相同高度(如图丁所示),那么你认为
能
(选填“能”或“不能”)用该装置进行实验探究(拉力大小仍为钩码重力);(4)另一位同学小敏将木块放在水平桌面上,设计了如图戊所示的实验装置,细心的她发现,若左边挂2个钩码,右边挂1个钩码时,木块仍保持静止,请分析产生这一现象的原因
木块与桌面之间存在摩擦力
,这时木块受力平衡
(选填“平衡”或“不平衡”);(5)小明又设计了两个实验装置如图己所示,图a是两个弹簧测力计挂钩对拉,图b是两个弹簧测力计水平拉卡片,方案符合该实验目的是
b
图。第20题图己
答案
20.(1)错误 (2)①旋转 ②两个力必须作用在同一物体上 ③匀速 (3)能 (4)木块与桌面之间存在摩擦力 平衡 (5)b
解析
【分析】
本题围绕“探究二力平衡条件”的实验展开，需结合二力平衡的定义（物体受两个力时，若保持静止或匀速直线运动的平衡状态，这两个力平衡），逐一分析各问题：
1. 第(1)问：平衡状态要求受力平衡，只受一个力时物体运动状态会改变，据此判断猜想是否正确；
2. 第(2)问：①探究二力是否共线，需改变力的作用线，让两力不在同一直线，因此旋转卡片；②剪开卡片后两力作用在不同物体，卡片失衡，得出二力需作用在同一物体；③忽略摩擦时，卡片水平受等大拉力，合力为零，运动状态不变；
3. 第(3)问：滑轮高度不同时，只要拉力满足等大、反向、共线，仍符合二力平衡条件；
4. 第(4)问：左右拉力不等但木块静止，说明存在静摩擦力，此时受力平衡；
5. 第(5)问：探究二力平衡需两力作用在同一物体，据此选择符合要求的装置。
【解析】
(1) 平衡状态是物体保持静止或匀速直线运动状态，只受一个力的物体运动状态会改变（如剪断细线后小球只受重力，下落，运动状态改变），无法保持平衡，因此小伟的猜想是错误的。
(2) ① 探究二力是否必须在同一直线上，需让两个力不在同一直线，可用手旋转平衡的小卡片，松手后观察是否平衡；
② 卡片平衡时，用剪刀将卡片从中间剪开，两个力分别作用在两个物体上，卡片不能保持平衡，由此得出二力平衡的条件是两个力必须作用在同一物体上；
③ 完全忽略摩擦等因素，小卡片水平方向受两个大小相等的拉力，合力为零，离开手指后运动状态不变，将做匀速直线运动。
(3) 即使两个滑轮安装高度不同，只要两个拉力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，仍满足二力平衡的条件，因此能使用该装置进行实验探究。
(4) 左边挂2个钩码（拉力为1N），右边挂1个钩码（拉力为0.5N），木块仍保持静止，说明木块与桌面之间存在静摩擦力，静摩擦力大小为0.5N，此时木块受力平衡。
(5) 探究二力平衡条件时，需让两个力作用在同一物体上：图a中两个弹簧测力计的力作用在不同物体上，不符合要求；图b中两个力作用在同一卡片上，符合实验目的，因此选b图。
【答案】
(1)错误 (2)①旋转 ②两个力必须作用在同一物体上 ③匀速 (3)能 (4)木块与桌面之间存在摩擦力 平衡 (5)b
【知识点】
二力平衡条件、探究二力平衡的实验
【点评】
本题是典型的探究二力平衡条件的实验题，涵盖实验操作、变量控制、特殊情况分析等内容，既考查对二力平衡核心条件的理解，也要求结合实验细节推导结论，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕“探究二力平衡条件”的实验展开，需结合二力平衡的定义（物体受两个力时，若保持静止或匀速直线运动的平衡状态，这两个力平衡），逐一分析各问题：
1. 第(1)问：平衡状态要求受力平衡，只受一个力时物体运动状态会改变，据此判断猜想是否正确；
2. 第(2)问：①探究二力是否共线，需改变力的作用线，让两力不在同一直线，因此旋转卡片；②剪开卡片后两力作用在不同物体，卡片失衡，得出二力需作用在同一物体；③忽略摩擦时，卡片水平受等大拉力，合力为零，运动状态不变；
3. 第(3)问：滑轮高度不同时，只要拉力满足等大、反向、共线，仍符合二力平衡条件；
4. 第(4)问：左右拉力不等但木块静止，说明存在静摩擦力，此时受力平衡；
5. 第(5)问：探究二力平衡需两力作用在同一物体，据此选择符合要求的装置。
【解析】
(1) 平衡状态是物体保持静止或匀速直线运动状态，只受一个力的物体运动状态会改变（如剪断细线后小球只受重力，下落，运动状态改变），无法保持平衡，因此小伟的猜想是错误的。
(2) ① 探究二力是否必须在同一直线上，需让两个力不在同一直线，可用手旋转平衡的小卡片，松手后观察是否平衡；
② 卡片平衡时，用剪刀将卡片从中间剪开，两个力分别作用在两个物体上，卡片不能保持平衡，由此得出二力平衡的条件是两个力必须作用在同一物体上；
③ 完全忽略摩擦等因素，小卡片水平方向受两个大小相等的拉力，合力为零，离开手指后运动状态不变，将做匀速直线运动。
(3) 即使两个滑轮安装高度不同，只要两个拉力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，仍满足二力平衡的条件，因此能使用该装置进行实验探究。
(4) 左边挂2个钩码（拉力为1N），右边挂1个钩码（拉力为0.5N），木块仍保持静止，说明木块与桌面之间存在静摩擦力，静摩擦力大小为0.5N，此时木块受力平衡。
(5) 探究二力平衡条件时，需让两个力作用在同一物体上：图a中两个弹簧测力计的力作用在不同物体上，不符合要求；图b中两个力作用在同一卡片上，符合实验目的，因此选b图。
【答案】
(1)错误 (2)①旋转 ②两个力必须作用在同一物体上 ③匀速 (3)能 (4)木块与桌面之间存在摩擦力 平衡 (5)b
【知识点】
二力平衡条件、探究二力平衡的实验
【点评】
本题是典型的探究二力平衡条件的实验题，涵盖实验操作、变量控制、特殊情况分析等内容，既考查对二力平衡核心条件的理解，也要求结合实验细节推导结论，难度适中。
【难度系数】
0.6
