1、章末核心素养提升章末核心素养提升 一、科学态度与责任重心位置与物体平衡关系的应用 从物理学的角度来看，重心的位置和物体的平衡之间有着密切联系，主要体现在 两个方面：物体的重心在竖直方向的投影只有落在物体的支撑面内或支撑点上， 物体才可能保持平衡；物体的重心位置越低，物体的稳定程度便越高。 【例 1】 长度为 L 的相同的砖块平堆在地面上，上面一块相对下面一块伸出L 4， 如图所示，那么最多可以堆放多少块砖而不翻倒？ 答案 4 块 解析 砖块被放到一定数目时，将会以第一块砖的上表面的最右端为支点翻倒， 但第一块砖不会翻倒， 因此应该以第一块砖上面所有的砖块为一个整体进行分析， 它们的总重心不能落
2、在第一块砖的上表面之外。 设一共可以堆放 n 块砖而不翻倒。第一块砖之上共有(n1)块砖，其总重心不能 超出第一块砖的上表面之外。由此可列方程 L1 4L（n2） 2 3 4L，解得 n4，所 以最多可以堆放 4 块砖而不翻倒。 【针对训练】 如图是位于水平桌面上的玩具“不倒翁”摆动过程的示意图，O 点是“不倒翁”的重心。 将“不倒翁”扳到位置 1 后释放， “不倒翁”向右摆动， 经过竖直位置 2 到达另一侧最大摆角的位置 3，关于这一现象，下列说法中正确 的是( ) A“不倒翁”在位置 3 时，重力和支持力是一对平衡力 B只有在位置 2，“不倒翁”受到的重力方向才竖直向下 C“不倒翁”之所以
3、不倒是因为重心很低 D“不倒翁”从位置 2 到位置 3 是受到水平向右的力的作用 答案 C 解析 重力的方向总是竖直向下，由于不倒翁在水平面上，因此支持力的方向竖 直向上，从图 1 和 3 中可以看出，重力和支持力不在一条直线上，因此重力和支 持力不是一对平衡力，故 A、B 错误；物体的重心越低，稳定性越好，因此“不 倒翁”之所以不倒是因为重心很低，故 C 正确；“不倒翁”从位置 2 到位置 3， 仍只受重力和桌面的支持力，并没受水平方向的力，因为在位置 2，不倒翁有水 平向右的速度，所以不会停在位置 2，故 D 错误。 二、物理观念摩擦力的被动性 1方向的被动性：静摩擦力的方向与物体受主动力
4、的方向、运动状态有关。 2大小的被动性：静摩擦力的大小与物体受主动力的大小、运动状态有关。 【例 2】 如图所示，放在粗糙水平桌面上的一个物体，同时受到水平方向的两 个力， F18N， 方向向右， F212 N， 方向向左。 当 F2从 12 N 逐渐减小到零时， 物体始终保持静止，物体与桌面间摩擦力大小变化情况是( ) A逐渐减小 B先减小后增大 C逐渐增大 D先增大后减小 答案 B 解析 当 F18 N，F212 N 时，此时的静摩擦力大小为 4 N，方向向右，当 F2 从 12 N 逐渐减小至 8 N 的过程中，静摩擦力从 4 N 逐渐减小到 0，当 F2从 8 N 逐渐减小到零时，静摩
5、擦力会反方向从 0 逐渐增大到 8 N，整个过程是先减小后 增大，选项 B 正确，A、C、D 错误。 三、科学探究动摩擦因数的测定 1方案一：利用砝码和弹簧测力计采用动平衡法测动摩擦因数。如图所示，向 砝码盘 C 内加减砝码，轻推木块 P，使其恰能在水平木板 B 上向左匀速滑动， 木块 P 处于动平衡状态。用弹簧测力计分别测出 P 和 C 受到的重力 GP和 GC， 则 P 所受的滑动摩擦力 fGC，又 fN，NGP，可求出 P、B 间的动摩擦因数 GC GP。 2方案二：利用弹簧测力计采用动平衡法测动摩擦因数。 如图所示，使金属板静止在水平桌面上，用手通过弹簧测力计向右拉木块 P，使 木块
6、P 向右匀速运动，读出此时弹簧测力计的示数 F，再用弹簧测力计测出木块 P 的重力 GP，由平衡条件可知，FfN，NGP，所以 F GP。 3方案三： 利用弹簧测力计采用静平衡法测动摩擦因数(方案二的改进方案)。 如图所示， 将弹簧测力计 C 的吊环套在固定的铁钉 D 上， 挂钩端与木块 P 相连， 用力 F拉缓慢拉平放在桌面上的木板向右匀速滑动，P 受静摩擦力作用静止在 B 上， 并随 B 一起向右运动时， 弹簧伸长。 当 B 对 P 的静摩擦力达到最大值后， P、 B 开始相对滑动，弹簧突然缩短一点。当 P 受的滑动摩擦力 f 等于弹簧拉力时， P 对地相对静止，处于静止平衡状态，P 在
7、B 上相对于 B 向左滑动。读出 P 处于 静平衡状态时弹簧测力计 C 的示数 F，即为 P 所受的滑动摩擦力的大小 f。用弹 簧测力计 C 测出 P 的重力 GP，则 P、B 间的动摩擦因数 F GP。 【例 3】 (2021 吉林白山第十九中学高三月考)某同学在做“测定木板与木块间 动摩擦因数”的实验时，设计了两种实验方案。 方案一：木板固定，用弹簧测力计拉动木块，如图 a 所示。 方案二：用弹簧测力计钩住木块，用力拉动木板，如图 b 所示。 除了实验必须的弹簧测力计、木块、木板、细线外，该同学还准备了若干重力均 为 2.00 N 的砝码。 (1) 上 述 两 种 方 案 中 ， 你 认
8、为 更 合 理 的 方 案 是 _ ， 理 由 是 _ _。 (2)该同学在木块上加放砝码，改变木块对木板的压力，记录了 5 组实验数据， 如下表所示： 实验次数 1 2 3 4 5 砝码/个数 0 1 2 3 4 砝码对木块压力/N 0 2.00 4.00 6.00 8.00 测力计读数/N 1.50 2.00 2.50 2.90 3.50 请根据上述数据在图 c 坐标纸上作出摩擦力 f 和砝码对木块的压力 F 的关系图像 (以F为横坐标)。 图像不过原点的原因是_。 (3)由图像可知，木块的重力为_N。木块与木板间的动摩擦因数为 _。 答案 (1)方案二 见解析 (2)见解析图 计算压力时
9、没有加上木块的重力 (3)6.00 0.25 解析 (1)方案二更合理。 理由是：若用方案一必须保证木块在木板上做匀速直线运动，一般很难做到，采 用方案二只要拉木板向左运动就行。 (2)采用描点法画出的图像如图所示。 由图像可以看出，在砝码对木块压力为 0 时，木板对木块的摩擦力为 1.50 N，而 且木块与木板间的滑动摩擦力随着压力的增大而增大， 且 fF 图像为一条直线。 图像不过原点的原因是：计算压力时没有加上木块的重力。 (3)由图可知，图像的斜率 k f F0.25，在砝码对木块的压力为 0 时，木板对 木块也有摩擦力为 1.50 N，即 fFG1.5 N，所以木块重力 G6.00 N。