专题16 运动和力(二)（解析版）

专题16运动和力(二)【思维导图】【知识点回顾】一、二力平衡eq\a\vs4\al(考点1概述二力平衡的概念)一个物体在两个力的作用下，如果保持________状态或________运动状态，就说这两个力是________的。eq\a\vs4\al(考点2说明二力平衡的条件)作用在一个物体上的两个力，如果________、________，并且在________上，则这两个力就彼此平衡。eq\a\vs4\al(考点3应用二力平衡条件解释有关现象)应用二力平衡条件解释有关问题时，首先要确定物体是否平衡且受到两个力，其次再利用二力平衡条件，根据已知的一个力的三要素去推知另一个力的三要素。考点4根据物体的受力情况，解释物体运动状态变化的原因1．当物体处于平衡状态时，可依据________，用已知的力去推断未知力的大小和方向。也可以根据两个力是平衡力推断出物体一定处于平衡状态，保持原来运动状态________。2．当物体运动状态改变时，物体一定受到________作用，反之当物体受到非平衡力作用时，运动状态一定发生________。二、牛顿第一定律eq\a\vs4\al(考点5描述牛顿第一定律的内容)1．一切物体在没有受到外力作用时，总________或________。2．牛顿第一定律揭示了力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。3．牛顿第一定律是在大量经验事实基础上，通过推理概括出来的。我们周围的物体，都受到这个力或那个力的作用，因此不可能用实验来直接证明这一定律。eq\a\vs4\al(考点6概述惯性的概念)1．物体保持运动状态不变的特性叫做惯性。惯性是物体的一种属性，与物体是否运动、运动速度的大小、是否受力、受力的大小均无关。惯性的大小取决于________。2．一切物体都具有惯性。eq\a\vs4\al(考点7用惯性解释有关常见现象)在应用惯性解释有关常见现象时，不能说物体受到惯性的作用，因为惯性是物体的属性，应该说物体由于惯性。考点1静止匀速直线平衡考点2大小相等方向相反同一条直线考点41.二力平衡条件不变2.非平衡力改变考点51.保持静止状态匀速直线运动状态考点61.物体的质量【例题精析】（2022•宁波）“美好的一天，从拉着行李箱返校学习开始”。图甲中的同学拉着行李箱健步行走在校园水平路面上，行李箱匀速前进并保持倾角不变。假如这一过程中行李箱（含箱内物体）受到的重力G如图乙所示，则该同学对行李箱施加的拉力有没有可能是图乙中的F1、F2？你的判断是（）A．F1可能，F2不可能 B．F1不可能，F2可能 C．F1和F2都可能 D．F1和F2都不可能【解答】解：图甲中的同学拉着行李箱健步行走在校园水平路面上，行李箱匀速前进，受力平衡，受到竖直向上的支持力、竖直向下的重力、水平向左的摩擦力和拉力的共同作用；F1的方向是竖直向上的，不会产生向右的动力；F2的方向虽然斜向上，但该力的作用效果会使得箱子顺时针转动，无法使箱子保持平衡状态，箱子不能做匀速直线运动，所以F1、F2都不可能。故选：D。（2022•温州）将小球竖直向上抛出后，每隔0.1秒的位置如图所示。假设小球运动至甲处时，所受所有外力都消失，则推测小球从甲处开始，其运动情况及每隔0.1秒的位置正确的是（）【解答】解：由图可知，小球运动至甲处时，速度大于其上方位置的速度，方向竖直向上，当所受所有外力都消失后，由牛顿第一运动定律可知，小球将以甲处的速度竖直向上做匀速直线运动，故B正确。故选：B。（2021•杭州）小金在进行百米赛跑时经历了加速、减速等阶段，最终冲过终点线。以下关于惯性的说法正确的是（）A．小金加速跑时的惯性比减速跑时大 B．小金冲过终点线，停下来时没有惯性 C．小金整个跑步过程惯性大小不变 D．小金在加速、减速等运动状态改变时才有惯性【解答】解：A、物体惯性的大小只与质量有关，质量越大，惯性越大；与物体运动快慢无关，故A错误；BD、惯性是指物体保持原来运动状态不变的性质，一切物体在任何情况下都具有惯性，故B、D错误；C、物体惯性的大小只与质量有关，质量越大，惯性越大。小金在整个跑步过程中，质量不变，其惯性大小不变，故C正确；故选：C。（2021•浙江）用如图装置研究二力平衡时，在轻质塑料片两端的细绳上挂等重的钩码，手放开塑料片后，可观察到塑料片将（）A．向左下运动 B．向右上运动 C．仍静止不动 D．转过一定角度【解答】解：二力平衡的条件：大小相等，方向相反，同一直线，同一物体；图中位置虽然二力看起来是斜的，但依然满足二力平衡条件，故松手后保持静止。故选：C。（2022•浙江）小舟骑自行车时发现，猛踩脚踏板提升车速后，车子能滑行的距离比不踩时远，车子在较光滑路面上滑行的距离比粗糙的路面上滑行要远。基于上述生活经验，小舟想影响物体运动的因素有哪些呢？他进行如下研究，装置如图。【建立猜想】①……；②物体运动可能与阻力大小有关。【设计方案】方案一：在水平木板上不铺材料，让小车从斜面的不同高度由静止开始滑下，观察小车在水平面上运动的距离。方案二：在水平木板上分别铺上毛巾、棉布和不铺材料，让小车从斜面顶端由静止开始滑下，观察小车在水平面上运动的距离。【交流反思】（1）方案一的设计，小舟基于的猜想是物体运动可能与速度大小有关。（2）方案二中观察到小车在毛巾表面滑行距离最近，木板表面最远，由此现象可知：小车受到的阻力越小，速度减小得越慢。进一步推理可得，不受阻力的小车将做匀速直线运动。（3）很多运动项目都需要助跑，如跳远、跳高、标枪等，目的是提高成绩，其原因是助跑会增大动能，通过转化为更多的其他形式的能来提高成绩。【解答】解：（1）让小车从斜面的不同高度由静止开始滑下，则小车到水平面时候的速度不相同，小车在水平面上运动的距离也会不同，所以小舟的猜想是物体运动可能与速度大小有关；（2）小车受到的阻力越小，速度减小得越慢。所以当不受阻力的时候，小车不再减小速度，小车将匀速直线运动下去。（3）助跑会增大动能，将更多的动能转化为其他形式的能来提高成绩。故答案为：（1）物体运动可能与速度大小有关；（2）做匀速直线运动；（3）助跑会增大动能，通过转化为更多的其他形式的能来提高成绩。（2020•台州）为研究作用在物体上的两个力满足什么条件时，才能使物体处于平衡状态，进行如下实验。（1）选用轻薄塑料片作为图甲实验研究对象的原因是减小研究对象的自重对实验的影响。（2）将图甲中静止的研究对象转到虚线位置，松手后发现研究对象发生转动。据此可以得出结论：作用在物体上的两个力需要满足的条件是在同一直线上，物体才处于静止状态。（3）如图乙，若启动电动机继续进行研究：当弹簧测力计示数与物体重力大小相等时，观察物体的运动状态；当弹簧测力计示数与物体重力大小不相等时，再观察物体的运动状态。继续这项研究的目的是作用在物体上的两个力满足什么条件，物体才能保持匀速直线运动状态。【解答】解：（1）由于小卡片的质量很小，重力远小于卡片受到的拉力，所以其重力可以不考虑；（2）图甲中静止的研究对象转到虚线位置，此时两个力不在同一条直线上，松手后发现研究对象发生转动，这表明二力平衡时，这两个力需要满足的条件是在同一条直线上，物体才处于静止状态；（3）当弹簧测力计示数与物体重力大小相等时，可以观察到物体做匀速直线运动，当弹簧测力计示数与物体重力大小不相等时，可以观察到物体做变速运动，所以研究的目的是：作用在物体上的两个力满足什么条件，物体才能保持匀速直线运动状态。故答案为：（1）减小研究对象的自重对实验的影响；（2）在同一直线上；（3）作用在物体上的两个力满足什么条件，物体才能保持匀速直线运动状态。【习题巩固】一．选择题（共15小题）1．（2022•常山县模拟）小科沿水平方向用力推木箱，没能推动，下列说法中正确的是（）A．水平推力小于箱子的重力 B．水平推力等于箱子的重力 C．水平推力等于箱子的摩擦力 D．水平推力小于箱子的摩擦力【解答】解：因为箱子始终处于静止状态，因此箱子在水平方向受到的推力和摩擦阻力是一对平衡力，即箱子受到的推力等于摩擦力，D错误，C正确；因为箱子在竖直方向受到的重力和支持力是一对平衡力，而箱子受到的推力为水平方向，箱子受到的重力为竖直方向，所以不能确定推力与重力的关系，故AB错误。故选：C。2．（2022•萧山区模拟）如图，一小车从斜面滑下后，先后经过了AB、BC区域（AB铺设了毛巾、BC铺设了玻璃），下列说法正确的是（）A．由于小车受到惯性作用，它才能经过AB、BC区域 B．小车在AB区域的平均速度大于在BC区域的平均速度 C．进入BC区域，小车的重力和小车受到的支持力是一对相互作用力 D．在斜面上时，小车受到的重力和斜面对它的支持力是一对平衡力【解答】解：A、小车到达水平面后继续运动是由于具有惯性，惯性只能说“具有”，不能说“受到惯性作用”，故A错误。B、AB铺设了毛巾、BC铺设了玻璃，可知AB段接触面的粗糙程度较大，小车在AB段受到的摩擦阻力较大；小车进入AB、BC区域，由于阻力，速度会减小，进入BC区域，由于阻力变小，速度会继续减小，只是减小的慢了，故在AB区域的平均速度大于在BC区域的平均速度，故B正确；C、小车的重力和小车受到的支持力是作用在同一物体上的两个力，所以不是一对相互作用力，故C错误；D、小车受到的重力和斜面对小车的支持力大小不等、不反向、不是作用在同一直线上，所以不是一对平衡力，故D错误；故选：B。3．（2022•长兴县模拟）如图，放在水平地面上的木箱M，受到一个大小为5N的水平推力F的作用却处于静止状态，下列判断正确的是（）A．此时木箱受到的摩擦力小于5N B．此时木箱受到的摩擦力方向水平向右 C．如果撤去F，木箱将保持静止 D．如果F增大到6N，木块一定向右运动【解答】解：A、此时木箱处于静止状态，即此时的推力和摩擦力相等，即都等于5N，故A错误；B、据图可知，此时木箱有一个向右的运动趋势，所以此时所受的摩擦力一定是向左的，故B错误；C、如果去掉F，此时木箱在水平方向上不受力，所以其原来是静止的，此时一定保持静止状态，故C正确；D、此时木箱处于静止状态，即此时的推力和摩擦力相等，即都等于5N，但F增大到6N后，不知道摩擦力是多大，所以无法判断木箱的运动状态，故D错误。故选：C。4．（2022•沂水县一模）无人机运输物资是疫情期间非常常用的一种方式。如图为挂有重物的无人机，无人机定点悬停时，下列说法正确的是（）A．无人机的重力与空气的推力是一对平衡力 B．无人机的重力与空气的推力是相互作用力 C．重物的重力与绳子对重物的拉力是一对平衡力 D．重物的重力与绳子对重物的拉力是相互作用力【解答】解：A、空气的推力大小等于无人机与重物的重力之和，因此，无人机的重力与空气的推力大小不同，不是一对平衡力，故A错误；B、无人机的重力与空气的推力作用在同一物体上，且大小不同，因此不是一对相互作用力，故B错误；CD、重物的重力与绳子对重物的拉力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，不是相互作用力，故C正确、D错误。故选：C。5．（2022•萧山区一模）如图所示，质量为m的物体放在竖直放置的钢板轨道AB之间，钢板固定不动，物体刚好以速度v向下匀速运动，若要使物体以速度3v沿钢板向上匀速运动，则需要施加的拉力F的大小应该等于（）A．mg B．2mg C．3mg D．6mg【解答】解：物体以速度v向下匀速运动时，受到竖直向下的重力G＝mg、竖直向上的摩擦力f，物体处于平衡状态，由平衡条件得：f＝mg；物体以速度3v沿钢板向上匀速运动时，物体受到竖直向下的重力mg，竖直向下的摩擦力f，竖直向上的拉力F，由于物体与钢板间的接触面、物体间的压力不变，物体与钢板间的摩擦力不变，即f＝mg，由平衡条件得：F＝mg+f＝2mg；故选：B。6．（2022•绍兴模拟）教室装有磁性黑板，由于磁体之间有吸引力，所以内部装有磁铁的黑板擦就可以被吸在黑板上的任何位置而不会掉下来。若已知黑板擦的重力为1.5N，黑板擦和黑板之间的吸引力恒为4N不变。当对黑板擦施加方向竖直向下，大小为0.5N的推力时，黑板擦恰能沿黑板表面匀速下滑。若要这个黑板擦沿黑板表面竖直向上匀速滑动，则需施加方向竖直向上的力，这个力的大小为（）A．2N B．3.5N C．4.5N D．5.5N【解答】解：当黑板擦匀速下滑时，黑板擦所受的力为G＝1.5N竖直向下，F1＝0.5N竖直向下，滑动摩擦力f竖直向上，由于物体处于平衡状态，由平衡条件得，f＝G+F1＝2N竖直向上；当黑板匀速上滑时，黑板所受的力为G＝1.5N竖直向下，f＝2N竖直向下，推力F2竖直向上，由于物体处于平衡状态，由平衡条件得，F2＝G+f＝3.5N竖直向上；故推力大小是3.5N。故选：B。7．（2021•绍兴模拟）如图所示在平直路面上向右行驶的小车中，有一轻质弹簧，它的一端固定在车厢右壁，另一端与放在小车底板上的木块相连，此时弹簧处于原长状态并保持水平。下列判断正确的是（）A．若木块受到向右的摩擦力，则小车一定在做加速运动 B．若木块突然压缩弹簧，则小车一定在做加速运动 C．木块静止不动时，弹簧对木块的拉力和木块对弹簧的拉力是一对平衡力 D．当木块向前压缩弹簧时，木块的速度逐渐减小，说明木块的惯性在减小【解答】解：由题意知，原来小车向右做匀速直线运动，木块、弹簧也随小车一起做匀速直线运动，此时弹簧处于原长状态。A、若木块受到向右的摩擦力，说明木块向左运动或有向左运动的趋势，则这种情况是由于小车突然加速，而木块由于惯性仍保持原来的运动状态，从而造成木块向左运动或有向左运动的趋势，故A正确；B、若木块突然压缩弹簧，说明小车在突然减速，而木块由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会压缩弹簧，故B错误；C、弹簧对木块的拉力和木块对弹簧的拉力，没有作用在同一物体上，故不是一对平衡力，故C错误；D、惯性只与质量有关，质量不变，惯性不变，故D错误。故选：A。8．（2022•江干区校级二模）如图所示，小明去公园遛狗时，用力拉住拴狗的绳子，正僵持不动。此时，若不计绳子重力，以下两个力是一对平衡力的是（）A．小明拉绳子的力与狗拉绳子的力 B．狗受到的重力与地面对狗的支持力 C．绳子对狗的拉力与地面对狗的阻力 D．绳子对狗的拉力与狗对绳子的拉力【解答】解：A．不计绳子重力，绳子只受到小明和狗的拉力作用，且处于平衡状态（静止），故这两个力是一对平衡力，故A正确；B．由图可知，狗静止不动时处于平衡状态，竖直方向的合力为零，对狗受力分析可知，受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力、绳子向上的分力作用，则狗受到的重力与地面对狗的支持力大小不相等，二力不是一对平衡力，故B错误；C．绳子对狗的拉力与地面对狗的阻力，二力不是作用在同一条直线上，且二力大小不一定相等，所以不是一对平衡力，故C错误；D．绳子对狗的拉力与狗对绳子的拉力，二力不是作用在同一个物体上，是一对相互作用力，不是一对平衡力，故D错误。故选：A。9．（2022•常山县模拟）小科和同学们放学后一起乘坐公交车回家，关于车速、惯性、质量进行了讨论，正确的是（）A．公交车刹车时，身体会向前倾，是因为受到惯性的作用 B．公交车行驶时具有惯性，停车时没有惯性 C．汽车超速行驶容易引发交通事故，是因为速度越大惯性越大 D．乘车时要系安全带，是为了防止惯性带来的危害【解答】解：A、公交车刹车时，身体会向前倾，是因为人具有惯性，惯性不是力，不能说受到惯性的作用，故A错误；B、公交车行驶时具有惯性，停车时同样有惯性，故B错误；C、惯性的大小只与物体的质量有关，与速度的大小无关，故C错误；D、汽车行驶时乘客要系安全带，是为了防止紧急刹车或前方突然碰撞时由于惯性造成人身伤害，故D正确。故选：D。10．（2022•上城区一模）关于安全驾驶，以下认识正确的是（）A．司机和乘客系上安全带，是为了减小汽车行驶中人的惯性 B．汽车紧急刹车时，乘客向前倾，是由于受到惯性力的作用 C．刹车后汽车仍可向前滑行一段距离，是由于汽车具有惯性 D．高速公路严禁超速，是因为汽车速度越大，惯性越大【解答】解：A、汽车驾驶员和乘客需要系上安全带，是为了减小汽车行驶中惯性带来的伤害，但不能减小惯性，故A错误；B、行驶中的公交车紧急刹车时，乘客会向前倾，是由于乘客具有惯性，但惯性不是力，不能说受到惯性的作用，故B错误；C、驾驶员松开油门后，汽车还能继续行驶一段距离，是因为汽车具有惯性，故C正确；D、物体的惯性大小只与物体的质量有关，与运动状态、速度等因素无关，高速公路严禁超速，是因为速度越大动能越大，故D错误。故选：C。11．（2022•拱墅区校级三模）第24届冬季奥林匹克运动会，于2022年2月4日至20日在中华人民共和国北京市和张家口市联合举行，这是中国首次举办的冬季奥林匹克运动会，单板滑雪项目的重头戏之一是U形池场地比赛，图甲是U形池场地。图乙是运动员在比赛中完成某个动作的一瞬间，下列说法中正确的是（）A．离开U形池后还能继续运动，是因为运动员受到惯性的作用 B．运动员从离开池沿腾空至最高点的过程中运动状态一定发生改变 C．运动员在下落过程中，惯性逐渐增大 D．运动员沿内壁下滑过程中，若一切外力都消失，他将处于静止状态【解答】解：A、离开U形池后还能继续运动，是因为运动员具有惯性，惯性不是力，不能说受到惯性的作用，故A错误；B、运动员从离开池沿腾空至最高点的过程中，受到重力和空气阻力的作用，这两个力不是平衡力，所以其运动状态一定改变，故B正确；C、惯性大小只跟物体的质量大小有关，跟物体运动速度没有关系，故C错误；D、运动员下滑过程中，处于运动状态，根据牛顿第一定律可知，若一切外力消失，他将做匀速直线运动，故D错误。故选：B。12．（2022•杭州模拟）篮球是一项全民喜爱的运动。向空中斜抛出去的篮球运动轨迹如图所示，若不考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是（）A．上升过程中，篮球始终受到推力作用 B．落向地面，是由于篮球受到惯性的作用 C．篮球做曲线运动，是由于受到重力的作用 D．运动到最高点时，若外力消失篮球将立即静止【解答】解：A、篮球上升时，不受推力，也不受阻力，只受到竖直向下的重力，故A错误；B、由于篮球只受到竖直向下的重力作用，所以最终落向地面，不是因为篮球具有惯性，故B错误；C、速度大小的改变、运动方向的改变都是运动状态的改变，重力使篮球的运动方向发生了改变，故C正确；D、运动到最高点时，水平方向速度不为0，若外力消失篮球将保持原有的状态，即水平匀速直线运动，故D错误。故选：C。13．（2022•上城区校级模拟）如图小车连杆顶端用细线悬挂一小球M，与小车一起沿着斜面向上和向下做匀速直线运动，忽略空气阻力，以下各图分别与上述两种情景对应的是（）A．①和② B．②和④ C．③和④ D．②和②【解答】解：①③④图中小球受到竖直向下的重力和沿绳子向上的拉力，显然二力不在一条直线上，因此小球不是处于平衡状态；②图中小球受到竖直向下的重力和竖直向上绳子的拉力，二力符合二力平衡的条件，故小球处于平衡状态；故选：D。14．（2022•温州模拟）如图所示，一个小球被竖直抛向空中，上升过程中经过A点到达最高点B点。如果小球到达A点处时，所受的力突然全部消失，它将（）A．立即静止在空中A点 B．继续向上运动一段，最后静止在B点处 C．以A点时的速度匀速直线向上运动通过B点 D．继续向上运动一段，到达B点处后匀速直线向下运动【解答】解：根据牛顿第一定律我们知道，物体不受外力作用时，原来静止的物体将永远保持静止状态；原来运动的物体将永远做匀速直线运动，速度的大小和方向都不改变；因此当小球上升到A点处时，所受的力突然全部消失，即小球不受任何力的作用，小球由于惯性，以A点时的速度匀速直线向上运动通过B点；故ABD错误，C正确。故选：C。15．（2022•杭州三模）将两个相同的带有电子显示的弹簧测力计如图放置在光滑的水平地面上，现将铁球把左边的弹簧压缩一定长度后自由释放，（不计阻力）则分析正确的是（）A．铁球的速度一直增加 B．铁球在加速过程中没有受到一对平衡力 C．两边弹簧的电子屏最大读数相同 D．右边弹簧的电子屏读数一直增大【解答】解：A、弹簧被压缩后恢复原状，给钢球弹力的作用，钢球由静止变为运动，速度逐渐变大；当钢球离开弹簧后，不再受弹簧的弹力作用，因水平方向不受力的作用，所以钢球做匀速直线运动；故A错误；B、钢球在加速过程中，水平方向上受到弹簧的弹力作用，竖直方向上受到水平的支持力作用和重力作用，支持力和重力大小相等、方向相反、作用在同一个物体上，是一对平衡力；故B错误；C、不计阻力，钢球在滚动的过程中没有能量损失，撞击右侧弹簧后，钢球的动能全部转化为弹簧的弹性势能时，弹簧形变最大，且与左侧弹簧最大形变相同，所以两边弹簧的电子屏最大读数相同；故C正确；D、铁球向右运动压缩弹簧，弹簧形变增大，弹力增大；当弹簧形变最大时，钢球在弹簧弹力作用下向左运动，弹力逐渐缩小；故D错误。故选：C。二．实验探究题（共2小题）16．（2021•杭州模拟）如图甲是小婷同学探究二力平衡条件时的实验情景。（1）小婷将系于小卡片（重力可忽略不计）两端的细线分别跨过左右支架上的滑轮，在线的两端挂上钩码，使作用在小卡片上的两个拉力方向相反，并通过调整钩码的个数来改变拉力的大小。（2）当小卡片平衡时，小婷将小卡片转过一个角度，松手后小卡片不能（选填“能”或“不能”）平衡。（3）为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，在图甲所示情况下，小婷下一步的操作是：把小纸片剪成两半。（4）在探究同一问题时，小明将木块放在水平桌面上，设计了如图乙所示的实验，同学们认为小婷的实验优于小明的实验，其主要原因是A。A．减少摩擦力对实验结果的影响B．小卡片是比较容易获取的材料C．容易让小卡片在水平方向上保持平衡D．小卡片容易扭转。【解答】解：（1）小卡片两端通过滑轮各挂一个钩码，两个钩码由于重力通过绳子对小卡片施加了两个向相反方向的拉力，拉力的大小等于钩码的重力，钩码的数量越多，拉力就越大；（2）小卡片转过一个角度，小卡片两端的拉力就不在一条直线上，纸片就会转动，说明了不在同一直线上的两个力不能平衡；（3）为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，可以将小卡片剪成两半，使拉力作用在两个小卡片上；（4）小明将木块放在水平桌面上，木块和水平桌面上就会产生摩擦力，就会影响实验效果。故答案为：（1）相反；（2）不能；（3）把小纸片剪成两半；（4）A。17．（2022•杭州二模）小乐发现，自行车在骑行中，即使不踩踏脚板，车也能滑行一段距离；且在不同的车速和路况下车滑行的距离不同。于是她提出猜想：车滑行的距离可能与车速和路面的粗糙程度有关。为了验证此猜想，她在水平桌面上搭建一斜面，用小球做实验，并用毛巾、棉布和木板等改变水平桌面的粗糙程度。（1）为了探究小球在水平