溜旱冰
开展溜旱冰运动既可以锻炼身体又可以帮助我们理解其中的许多物理知识,进行这项运动需要有双旱冰鞋,有条件的可以到专门的旱冰场上进行,没有条件的在较光滑的水泥地面也可以进行,但不能在车辆来往的道路上开展这项活动。在一般路面上穿普通鞋行走时鞋底与路面的摩擦是滑动摩擦,人与地面摩擦较大。人穿旱冰鞋后将人与地面的滑动通过旱冰鞋变为滚动,旱冰鞋下安装了滚动轴承,轴承上套上了可滚动的轮子,这样使人与地面的摩擦大大减小。如图所示。人在起动时或加速时,一只脚在前,一只脚在后,在前的一只脚脚尖指向运动方向,在后的一只脚与运动方向垂直,这样是为了将滚动摩擦变成滑动摩擦,以增大与地面的摩擦,用力向后蹬就可增大地面对人向前的推力,以达到起动和加速的目的。根据你的阅读,请回答:
(1)在同样的条件下,
(2)旱冰鞋是通过
(3)溜冰时脚用力向后蹬就能向前加速,这是因为
(4)正在滑行时,要想很快停下来,应让放在后面的脚与运动方向垂直,同时用力向下压,以增大摩擦力,使自己很快停下来。这种做法是通过
(5)请你大胆发挥想象:假如没有摩擦,会出现什么样的情况。(写出两个合理的场景)
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国之重器:盾构机
如图所示为我国迄今研制的最大直径盾构机“京华号”。“腰围”直径超过5层楼、身长相当于7节地铁车厢、体重高达4300吨,这个由10万个精密部件组成的“大块头”,号称“工程机械之王”。它的工作原理类似于穿山甲挖洞。盾构机顶端,巨型刀盘上的刀具,单体最轻的,都有200斤,相当于穿山甲锋利的前爪,挖土碎石不在话下;刀盘后粗壮的盾相当于穿山甲的躯干,用来支撑挖好的洞,以免塌方;后方的出土系统相当于穿山甲的后爪,将刀盘切削下来的泥土和石块运送到皮带传送机上送出洞外;最后端的管片则相当于穿山甲闭合的鳞片,用来加固洞穴。开挖、排土、出渣、支护、衬砌、封固,一气呵成,隧道主体结构一次成型。这样一个“大家伙”在地下掘进的精度却相当之高,这主要得益于自动测量及掘进管理系统和数据采集系统。盾构机每前进一环都会根据设定的路线随时纠偏,根据这一环计算下一环怎么走,随时都在纠正,打完一个几公里的隧道偏差仅有几毫米。(1)从材料中看出,这个“大块头”腰围直径约为
(2)盾构机后方的出土系统工作时,泥土和石块落在运动的皮带传送机上立刻会随着传送带向后运动起来,这一过程中皮带对它们的摩擦力方向向
(3)盾构机在地下掘进的精度相当高,主要得益于
牛顿第三定律
观察和实验表明,两个物体之间力的作用总是相互的,一个物体对另一个物体有力的作用,另一个物体一定同时对这个物体也有力的作用,力是物体与物体之间的相互作用,物体间相互作用的这一对力,常常叫做作用力和反作用力,把相互作用的两个力分为作用力和反作用力并不是绝对的,我们可以把其中一个力叫做作用力,另一个力就叫做反作用力。
作用力和反作用力之间存在什么关系呢?把两个弹簧测力计A和B连接在一起(如图所示),用手拉弹簧测力计A,可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动,弹簧测力计B的示数指示了弹簧测力计A对它的作用力F的大小,而弹簧测力计A的示数指示了弹簧测力计B对它的反作用力F'的大小,可以看出,弹簧测力计A和B的示数是相等的,改变手拉弹簧的力,弹簧测力计的示数也随着改变,但两个示数总相等,这说明作用力和反作用力大小相等,方向相反。
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,这就是牛顿第三定律。
牛顿第三定律在生活和生产中应用很广泛,例如,走路时用脚蹬地,脚对地面施加一个作用力,地面同时给脚一个反作用力,使人前进,轮船的螺旋桨旋转时,用力向后推水,水同时给螺旋桨一个反作用力,推动轮船前进,汽车的发动机驱动后轮转动,由于轮胎和地面间有摩擦力,车轮向后推地面,地面给车轮一个向前的反作用力,使汽车前进,汽车的牵引力就是这样产生的,如果把后轮架空,不让它跟地面接触,这时让发动机驱动后轮转动,由于车轮不推地面,地面也不产生向前推车的力,汽车就不能前进。
(1)①两个物体之间的作用力和反作用力,总是大小
②以卵击石,石头没有损伤而鸡蛋破了,在这一现象中,石头对鸡蛋的作用力大小
(2)①人走路时用脚蹬地,脚对地施加一个作用力F1,地面同时给脚一个反作用力F2,则这两个力的大小关系是
A.F1>F2 B.F1<F2 C.F1=F2 D.无法确定
②下列现象中,不是一对作用力与反作用力的是
A.划船时,船桨对水的力与水对桨的力
B.汽车行驶时,汽车车轮对地面向后的力与地面对车轮向前的力
C.地球对人的吸引力与人对地球的吸引力
D.静止在桌面上的茶杯所受的重力与桌面对它的支持力
E.提水时,手提水桶的力与水桶对手向下的拉力
熔喷布
新冠病毒在世界蔓延,导致医疗用品紧缺,特别是口罩的需求量更大。医用口罩多由纤维无纺布做成内外两层,中间夹一层起过滤防菌作用的熔喷布,经超声波焊接而成。熔喷布是口罩的最核心材料,以聚丙烯为主要原料,采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸,形成超细纤维收集在凝网帘或滚筒上粘合成为熔喷法非织造布。纤维直径可以达到0.5~10μm(微米),熔喷布具有很好的空气过滤性,规格为18~500g/m2。
医用一次性口罩的熔喷布面料轻薄,一般为25g左右的规格;新型冠状病毒尺寸在100nm(纳米)左右,口罩是怎么过滤环境中的病毒的呢?其一病毒无法独立存在,主要靠附着在分泌物和打喷嚏时的飞沫传播,飞沫的大小在5μm左右,很容易被熔喷布的纤维所阻挡;其二熔喷布采用静电驻极技术,通过静电吸附机制捕获更多相反电荷的颗粒,从而提高熔喷布的过滤效率,含有病毒的飞沫靠近熔喷布后,就会被静电吸附在表面。熔喷布靠驻极体本身的静电吸附作用,还能捕获空气中的粉尘、细菌等,从而起到保护人们健康的作用。
(1)在熔喷布的生产过程中,熔喷布得到大量电子而带
(2)下面实例中与熔喷层通过静电吸附病毒原理相同作用的是
A.苹果从树上掉下来落向地面
B.梳头时头发随梳子飘起
C.做“筷子提米”实验时,筷子和米之间的作用
D.撑杆跳时跳杆被运动员压弯
(3)上文中“一次性口罩的熔喷布面料轻薄,一般在25g左右”其中“25g”的含义是
(4)如果布料的面积用符号“S”表示,质量用“m”表示,仿照我们所学的密度定义,熔喷布的规格(用字母A表示)可以用公式
冰雪运动装备与力学知识
如图所示是冬奥会的三个比赛项目:短道速滑、单板滑雪和冰壶。参加这些比赛项目的运动员各有不同的装备,在运动员的装备中都蕴含着有趣的力学知识。
为什么短道速滑运动员要穿紧身衣,而单板滑雪运动员穿的较宽松呢?这与空气阻力有关。空气阻力大小跟相对运动速度大小有关,速度越大,阻力越大;空气阻力大小还跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大。单板滑雪运动对速度的追求不像短道速滑运动那么高,因此也就不像短道速滑运动那么在乎空气阻力的影响,所以单板滑雪运动员并没有穿那种紧身的衣服。
冰壶运动员比赛时脚穿的运动鞋,如图所示。两脚鞋底材料是不同的:蹬冰鞋底是橡胶制成的,穿在蹬冰脚上;而滑行鞋的鞋底是由专业塑料制成的,穿在支撑脚上。蹬冰时,地面给运动员蹬冰脚施加静摩擦力,运动员蹬地时蹬冰脚要不打滑。滑行起来后,支撑脚在冰面上滑行,受到冰面的滑动摩擦力要尽量小。因此,蹬冰脚穿的鞋为橡胶底,支撑脚穿的鞋为塑料底。
根据以上材料,回答下列问题:
(1)相比单板滑雪运动员,短道速滑运动员更追求速度。速滑运动员比赛服更紧身,是为了减少
(2)冰壶运动鞋中的“蹬冰鞋”的鞋底是
(3)冰壶运动员蹬冰结束后,仍能向前滑行一段距离,是因为运动员具有
天问一号
2021年5月15日,中国火星探测任务“天问一号”的火星车祝融号确认成功着陆在火星表面。“天问一号”探测器是由一架轨道飞行器和一辆火星车(如图所示)构成,探测器的成功发射、持续飞行以及后续的环绕、着陆和巡视,是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。中国开展并持续推进深空探测,对保障国家安全、促进科技进步、提升国家软实力以及提升国际影响力具有重要的意义。
火星在我国古代被称之为“荧惑星”,是太阳系八大行星之一,直径约为地球的53%,质量约为地球的11%,火星表面g约为3.7N/kg。取火星地表沙丘、砾石遍布,非常干燥,南北极有以固态的水和二氧化碳组成的冰盖。火星表面的大气密度大约只有地球的1%。火星表面平均温度约为-55℃,从冬天的-133℃到夏日白天的将近27℃,温差很大。火星表面的平均大气压强约为700Pa,比地球上的1%还小。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)“天问一号”的火星车祝融号着陆过程中,相对于火星表面是
(2)“天问一号”探测器是利用
(3)如果在火星上给水加热,水的沸点会比地球上
(4)假如同一物体分别在地球和火星表面以相同的初始速度在相同的水平面上滑行,在火星上滑行的距离会比地球上
滑动摩擦力
摩擦现象广泛存在于人们的生活与生产中。如:推一下课桌上的书,书滑动了,但很快会停下来,书之所以会停下来是因为书和桌面之间存在摩擦的缘故。一个物体在另一个物体的表面滑动时受到的阻碍物体相对运动的力,叫做滑动摩擦力。滑动摩擦力产生的条件是:
(1)两物体相互接触且有挤压;
(2)接触面不光滑;
(3)两物体有相对运动。
三个条件必须同时具备,缺一不可。
几种常见材料间的动摩擦因数 | |
材料 | 动摩擦因数μ |
钢﹣钢 | 0.25 |
木﹣木 | 0.30 |
木﹣金属 | 0.20 |
钢﹣冰 | 0.02 |
木﹣冰 | 0.03 |
滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动方向相反。滑动摩擦力的大小跟压力大小成正比,即:f=μFN,公式中f指滑动摩擦力的大小;FN指发生相对运动的两个物体间的垂直作用力(即压力),不是重力,大小不一定等于重力,甚至可能与重力无关;μ是比例常数,没有单位,且μ<1,叫动摩擦因数,其大小跟两接触物体的材料和接触面的粗糙程度有关,与接触面的面积大小、相对运动的速度大小等无关。
(1)2022年2月12日,在北京冬奥会速度滑冰男子500米比赛中,高亭字以34秒32的成绩创造了新的冬奥会纪录,这是我国速度滑冰男子项目的首枚冬奥会金牌!若高亭宇和他所穿冰鞋的总质量为65kg,当他穿着钢制的冰鞋在水平冰面上滑行时,受到冰面的摩擦力为
(2)武汉新冠肺炎疫情发生后,全国各地都向武汉伸出援助之手,如图是一辆用集装箱运送物资前往武汉的汽车。当汽车在水平路面上加速向右运动时,集装箱沿汽车厢底向左滑动,则此过程中集装箱所受摩擦力的方向是