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- 2021-06-02 发布
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共点力的平衡
一、选择题(1~7为单项选择题,8~10为多项选择题)
1.物体受到与水平方向成30°角的拉力FT的作用,向左做匀速直线运动,如图1所示,则物体受到的拉力FT与地面对物体的摩擦力的合力方向是( )
图1
A.向上偏左 B.向上偏右
C.竖直向上 D.竖直向下
答案 C
2.用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中,如图2所示.已知ac和bc与竖直方向的夹角分别为30°和60°,则ac绳和bc绳中的拉力分别为( )
图2
A.mg,mg B.mg,mg
C.mg,mg D.mg,mg
答案 A
解析 分析结点c的受力情况如图,设ac绳受到的拉力为F1、bc绳受到的拉力为F2,根据平衡条件知F1、F2的合力F与重力mg等大、反向,由几何知识得F1=Fcos 30°=mg
F2=Fsin 30°=mg
选项A正确.
3.在建筑装修中,工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨,当对磨石加竖直向上的推力F时,磨石恰好沿斜壁向上匀速运动,如图3所示.已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为μ,则磨石受到的摩擦力是( )
图3
A.(mg-F)sin θ
B.(F+mg)cos θ
C.μ(F-mg)cos θ
D.μ(F-mg)sin θ
答案 D
解析 作出如图所示的受力分析图,F与mg的合力向上,其沿斜面的分力与摩擦力平衡.故有(F-mg)cos θ=Ff,(F-mg)sin θ=FN,由于磨石恰好沿斜壁向上做匀速运动,故磨石与斜壁间的摩擦力是滑动摩擦力,所以Ff=μ(F-mg)sin θ,D正确.
4.如图4所示,一根轻绳跨过定滑轮后系在质量较大的球上,球的大小不可忽略.在轻绳的另一端加一个力F,使球沿斜面由图示位置缓慢拉上顶端,各处的摩擦不计,在这个过程中拉力F( )
图4
A.逐渐增大 B.保持不变
C.先增大后减小 D.先减小后增大
答案 A
解析
将球沿固定的光滑斜面由题图位置缓慢拉到顶端的过程中,顺时针转动过程绳子拉力方向如图中1到2到3的位置(注意开始时绳子拉力与支持力的夹角就是大于90°的)
由图可以看出绳子拉力一直增大,即F一直增大.
5.如图5所示,将一个球放在两块光滑斜面板AB和AC之间,两板与水平面夹角是60°.现在使AB板固定,使AC板与水平面的夹角逐渐减小,则( )
图5
A.球对AC板的压力先增大后减小
B.球对AC板的压力逐渐减小
C.球对AC板的压力先减小后增大
D.球对AC板的压力逐渐增大
答案 C
解析 对球受力分析,如图所示,当使AC板与水平面的夹角逐渐减小,AC板运动过程中FB的方向不变,FC的大小和方向都变化,但是两者的合力恒等于球的重力,由矢量三角形可得FB逐渐减小,FC先减小后增大,选项C正确.
6.如图6所示,可以视为质点的小球A、B被轻绳连接后,挂在光滑的圆柱上恰好处于静止状态,已知圆柱截面的圆心为O点,∠AOB=90°,OB与竖直方向的夹角α=30°,则A、B两球的质量之比为( )
图6
A.1∶2 B.∶2
C.1∶ D.∶1
答案 C
解析 分别选A和B为研究对象受力分析如图所示.由图甲得FT=Fsin 60°=GAsin 60°=
mAg,由图乙得FT′=F′sin α=GBsin 30°=mBg,FT=FT′,综上解得mA∶mB=1∶,选项C正确.
7.如图7所示,清洗楼房玻璃的工人常用一根绳索将自己悬在空中,工人及其装备的总重量为G,悬绳与竖直墙壁的夹角为α,悬绳对工人的拉力大小为FT,墙壁对工人的弹力大小为FN,不计工人与墙壁之间的摩擦.则( )
图7
A.FT=Gsin α
B.FN=Gtan α
C.若缓慢减小悬绳的长度,FT与FN的合力变大
D.若缓慢增大悬绳的长度,FT减小,FN增大
答案 B
8.如图8所示,用竖直挡板将小球夹在挡板和光滑斜面之间,若逆时针缓慢转动挡板,使其由竖直转至水平的过程中,以下说法正确的是( )
图8
A.挡板对小球的压力先增大后减小
B.挡板对小球的压力先减小后增大
C.斜面对小球的支持力先减小后增大
D.斜面对小球的支持力一直逐渐减小
答案 BD
解析 取小球为研究对象,小球受到重力G、挡板对小球的支持力FN1和斜面对小球的支持力FN2三个力作用,如图所示,FN1和FN2的合力与重力大小相等,方向相反,FN2总垂直接触面(斜面),方向不变,根据图解可以看出,在FN1方向改变时,其大小(箭头)只能沿PQ线变动.显然在挡板移动过程中,FN1先变小后变大,FN2一直减小.
9.如图9所示,一个质量为3.0 kg的物体,放在倾角为θ=30°的斜面上静止不动.若用竖直向上的力F=5.0 N提物体,物体仍静止,下述结论正确的是(g=10 m/s2)( )
图9
A.物体受到的摩擦力减小2.5 N
B.斜面对物体的作用力减小5.0 N
C.物体受到的弹力减小5.0 N
D.物体受到的合外力减小5.0 N
答案 AB
解析 未施加F时,对物体进行受力分析,如图甲所示
由平衡条件,得Ff=mgsin 30°=15 N
FN=mgcos 30°=15 N
施加F后物体的受力情况如图乙所示
由平衡条件,得Ff′+Fsin 30°=mgsin 30°
Ff′=12.5 N
FN′+Fcos 30°=mgcos 30°
FN′= N
即物体受到的摩擦力减小Ff-Ff′=2.5 N,
弹力减小FN-FN′= N.
A正确,C错误;
因物体仍静止,合外力仍为零,斜面对物体的作用力与mg和F的合力大小相等,方向相反,B正确,D错误.
10.如图10,光滑水平面上放有截面为圆周的柱状物体A,A与墙面之间放一光滑的圆柱形物体B,对A施加一水平向左的力F,整个装置保持静止,若将A的位置向右移动少许,整个装置仍保持平衡,则( )
图10
A.水平外力F增大
B.墙对B的作用力减小
C.地面对A的支持力减小
D.B对A的作用力增大
答案 AD
解析 对物体B受力分析,受到重力mg、物体A对物体B的支持力FN′和墙面对B的支持力FN,如图:
当物体A向右移动后,物体A对物体B的支持力FN′的方向不断变化,根据平衡条件结合合成法可以知道物体A对物体B的支持力FN′和墙面对物体B的支持力FN都在不断增大,
故B错误,D正确;再对A和B整体受力分析,受到总重力G、地面支持力FN1、推力F和墙面的弹力FN,如图:
根据平衡条件,有:F=FN,FN1=G,故地面的支持力不变,推力F随着墙面对物体B的支持力FN的不断增大而增大,故A正确,C错误.
二、非选择题
11.如图11所示,光滑金属球的重力G=40 N.它的左侧紧靠竖直的墙壁,右侧置于倾角θ=37°的斜面体上.已知斜面体处于水平地面上保持静止状态,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求:
图11
(1)墙壁对金属球的弹力大小;
(2)水平地面对斜面体的摩擦力的大小和方向.
答案 (1)30 N (2)30 N 方向向左
解析 (1)金属球静止,则它受到的三个力平衡(如图所示).由平衡条件可得墙壁对金属球的弹力为FN1=Gtan θ=40tan 37°=30 N
(2)斜面体对金属球的弹力为FN2==50 N
由斜面体平衡可知地面对斜面体的摩擦力大小为Ff=FN2sin 37°=30 N
摩擦力的方向向左.
12.如图12所示,A、B的重力分别为9.2 N和6.4 N,各接触面间的动摩擦因数均为0.2,连接墙壁与A之间的细绳MN与水平方向夹角为37°,现从A下方向右匀速拉出B.求:(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
图12
(1)此时绳MN对A的拉力大小为多少?
(2)所需的水平拉力F为多大?
答案 (1)2 N (2)4.48 N
解析 (1)对A,受力如图甲所示,根据平衡条件,有:
水平方向:Ff1=μFN1=FTcos 37°①
竖直方向:
GA=FN1+FTsin 37°②
由①②并代入数据可求得FT=2 N,FN1=8 N.
(2)对B受力分析如图乙所示,根据平衡条件得:
竖直方向:FN2=FN1′+GB=FN1+GB=14.4 N
水平方向:F=Ff1′+μFN2=Ff1+μFN2=4.48 N.
13.一物体置于粗糙的斜面上,给该物体施加一个平行于斜面的力,当此力为100 N且沿斜面向上时,物体恰能沿斜面向上匀速运动;当此力为20 N且沿斜面向下时,物体恰能在斜面上向下匀速运动,求施加此力前物体在斜面上受到的摩擦力.
答案 40 N
解析 物体沿斜面向上运动时受力分析如图甲所示.
甲
由共点力的平衡条件得
x轴:F1-Ff1-mgsin α=0,
y轴:mgcos α-FN1=0
又Ff1=μFN1
乙
物体沿斜面向下运动时受力分析如图乙所示.
由共点力的平衡条件得
x轴:Ff2-F2-mgsin α=0,
y轴:mgcos α-FN2=0
又Ff2=μFN2,Ff1=Ff2=Ff
以上各式联立得:
Ff1=Ff2=Ff=
代入数据得:Ff= N=60 N,mgsin α=40 N
当不施加此力时,物体受重力沿斜面向下的分力
mgsin α