2019年高考物理備考 中等生百日捷進(jìn)提升系列 專題02 相互作用(含解析)
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1、專題02 相互作用 第一部分名師綜述 相互作用是整個(gè)高中物理力學(xué)的解題基礎(chǔ),很多類型題都需要受力分析,然后根據(jù)力的合成與分解、共點(diǎn)力平衡來(lái)解題,其中對(duì)重力、彈力、摩擦力的考查方式大多以選擇題的形式出現(xiàn),每個(gè)小題中一般包含幾個(gè)概念。對(duì)受力分析考查的命題方式一般是涉及多力平衡問(wèn)題,可以用力的合成與分解求解,也可以根據(jù)平衡條件求解,考查方式一般以選擇題形式出現(xiàn),特別是平衡類連接體問(wèn)題題設(shè)情景可能更加新穎。 第二部分知識(shí)背一背 一、力的概念及三種常見(jiàn)的力 (一)力 力的基本特征:①物質(zhì)性②相互性③矢量性④獨(dú)立性⑤同時(shí)性:物體間的相互作用總是同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)變化,同時(shí)消失. 力可以用一條帶
2、箭頭的線段表示,線段的長(zhǎng)度表示力的大小,箭頭的方向表示力的方向,箭頭(或者箭尾)畫在力的作用點(diǎn)上,線段所在的直線叫做力的作用線 力的示意圖和力的圖示是有區(qū)別的,力的圖示要求嚴(yán)格畫出力的大小和方向,在相同標(biāo)度下線段的長(zhǎng)度表示力的大小,而力的示意圖著重力的方向的畫法,不要求作出力的大小 (二)、重力 (1)重力是非接觸力(2)重力的施力物體是地球(3)物體所受到的重力與物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及是否受到其他力無(wú)關(guān)(4)重力不一定等于地球的吸引力,地球?qū)ξ矬w的吸引力一部分充當(dāng)自轉(zhuǎn)的向心力,一部分為重力(5)重力隨維度的升高而增大(6)重力隨離地面的高度的增加而增大 4.重心: 重心是一個(gè)等效作
3、用點(diǎn),它可以在物體上,也可以不在物體上,比如質(zhì)量分布均與的球殼,其重心在球心,并不在殼體上 (三)、彈力 1.彈力產(chǎn)生的條件:一物體間必須接觸,二接觸處發(fā)生形變(一般指彈性形變) 2.常見(jiàn)理想模型中彈力比較: 類別 輕繩 輕桿 輕彈簧 特征 輕、軟、不可伸長(zhǎng),即繩中各處的張力大小相等 輕,不可伸長(zhǎng),亦不可壓縮 輕,既可被拉伸,也可被壓縮,彈簧中各處彈力均相等 產(chǎn)生力的 方向及特點(diǎn) 只能產(chǎn)生拉力,不能產(chǎn)生壓力,拉力的方向沿繩子收縮的方向 既能產(chǎn)生壓力,又能產(chǎn)生拉力,彈力方向不一定沿桿的方向 既能產(chǎn)生壓力,又能產(chǎn)生拉力,力的方向沿彈簧軸線 大小計(jì)算 運(yùn)用平衡方程
4、或牛頓第二定律求解 運(yùn)用平衡方程或牛頓第二定律求解 除運(yùn)用平衡方程或牛頓第二定律外,還可應(yīng)用胡克定律F=kx求解 變化情況 彈力可以發(fā)生突變 彈力只能漸變 (四)摩擦力 1.兩種摩擦力的比較 摩擦力 定義 產(chǎn)生條件 大小、方向 靜摩擦力 兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)?。ㄈ员3朱o止)的物體間的摩擦力 ①接觸面粗糙 ②接觸處有彈力 ③兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) 大?。? 方向:與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反 滑動(dòng)摩擦力 兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間的摩擦力 ①接觸面粗糙 ②接觸處有彈力 ③兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 大?。? 方向:與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反 2.靜摩擦力
5、 ①其大小、方向都跟產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力密切相關(guān),但跟接觸面相互擠壓力無(wú)直接關(guān)系.因而靜摩擦力具有大小、方向的可變性,變化性強(qiáng)是它的特點(diǎn),其大小只能依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,若為平衡狀態(tài),靜摩擦力將由平衡條件建立方程求解;若為非平衡狀態(tài),可由動(dòng)力學(xué)規(guī)律建立方程求解. ②最大靜摩擦力是物體將要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)這一臨界狀態(tài)時(shí)的摩擦力,它的數(shù)值與成正比,在不變的情況下,滑動(dòng)摩擦力略小于,而靜摩擦力可在間變化. 二、力的合成與分解 1..合力的大小范圍 (1)兩個(gè)力合力大小的范圍 . (2)三個(gè)力或三個(gè)以上的力的合力范圍在一定條件下可以是 2.正交分解法 把一個(gè)力分解為互相垂直的兩個(gè)分力
6、,特別是物體受多個(gè)力作用時(shí),把物體受到的各力都分解到互相垂直的兩個(gè)方向上去,然后分別求每個(gè)方向上力的代數(shù)和,把復(fù)雜的矢量運(yùn)算轉(zhuǎn)化為互相垂直方向上的簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算.其方法如下. (1)正確選擇直角坐標(biāo)系,通過(guò)選擇各力的作用線交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),直角坐標(biāo)系的選擇應(yīng)使盡量多的力在坐標(biāo)軸上. (2)正交分解各力,即分別將各力投影在坐標(biāo)軸上,然后求各力在x軸和y軸上的分力的合力和: (3)合力大小. 合力的方向與x夾軸角為 三、共點(diǎn)力平衡 1.共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件 物體所受合外力為零,即 .若采用正交分解法求解平衡問(wèn)題,則平衡條件應(yīng)為 . 2.求解平衡問(wèn)題的一般步驟 (1)選對(duì)象
7、:根據(jù)題目要求,選取某平衡體(整體或局部)作為研究對(duì)象. (2)畫受力圖:對(duì)研究對(duì)象作受力分析,并按各個(gè)力的方向畫出隔離體受力圖. (3)建坐標(biāo):選取合適的方向建立直角坐標(biāo)系. (4)列方程求解:根據(jù)平衡條件,列出合力為零的相應(yīng)方程,然后求解,對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的討論. 3.平衡物體的動(dòng)態(tài)問(wèn)題 (1)動(dòng)態(tài)平衡:指通過(guò)控制某些物理量使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢變化,在這個(gè)過(guò)程中物體始終處于一系列平衡 狀態(tài)中. (2)動(dòng)態(tài)平衡特征:一般為三力作用,其中一個(gè)力的大小和方向均不變化,一個(gè)力的大小變化而方向不變,另一個(gè)力的大小和方向均變化 . 4平衡物體的臨界問(wèn)題 (1)平衡物體的臨界狀態(tài):物體的平
8、衡狀態(tài)將要變化的狀態(tài). (2)臨界條件:涉及物體臨界狀態(tài)的問(wèn)題,解決時(shí)一定要注意“恰好出現(xiàn)” 或“恰好不出現(xiàn)” 等臨界條件. 5.極值問(wèn)題 平衡物體的極值,一般指在力的變化過(guò)程中的最大值和最小值問(wèn)題 第三部分技能+方法 一、一、受力分析要注意的問(wèn)題 受力分析就是指把指定物體(研究對(duì)象)在特定的物理情景中所受到的所有外力找出來(lái),并畫出受力圖.受力分析時(shí)要注意以下五個(gè)問(wèn)題: (1)研究對(duì)象的受力圖,通常只畫出根據(jù)性質(zhì)命名的力,不要把按效果分解的力或合成的力分析進(jìn)去.受力圖完成后再進(jìn)行力的合成和分解,以免造成混亂. (2)區(qū)分內(nèi)力和外力:對(duì)幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)進(jìn)行受力分析時(shí),這幾個(gè)物體
9、間的作用力為內(nèi)力,不能在受力圖中出現(xiàn);當(dāng)把其中的某一物體單獨(dú)隔離分析時(shí),原來(lái)的內(nèi)力變成外力,要畫在受力圖上. (3)防止“添力”:找出各力的施力物體,若沒(méi)有施力物體,則該力一定不存在. (4)防止“漏力”:嚴(yán)格按照重力、彈力、摩擦力、其他力的步驟進(jìn)行分析是防止“漏力”的有效辦法. (5)受力分析還要密切注意物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),運(yùn)用平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律判定未知力的有無(wú)及方向. 二、正交分解法 正交分解法:將一個(gè)力(矢量)分解成互相垂直的兩個(gè)分力(分矢量),即在直角坐標(biāo)系中將一個(gè)力(矢量)沿著兩軸方向分解,如圖F分解成Fx和Fy,它們之間的關(guān)系為:Fx=F?cos φ Fy=F?si
10、n φ F= tan φ= 正交分解法是研究矢量常見(jiàn)而有用的方法,應(yīng)用時(shí)要明確兩點(diǎn): (1)x軸、y軸的方位可以任意選擇,不會(huì)影響研究的結(jié)果,但若方位選擇得合理,則解題較為方便; (2)正交分解后,F(xiàn)x在y軸上無(wú)作用效果,F(xiàn)y在x軸上無(wú)作用效果,因此Fx和Fy不能再分解. 三、力的圖解法 用矢量三角形定則分析最小力的規(guī)律: (1)當(dāng)已知合力F的大小、方向及一個(gè)分力F1的方向時(shí),另一個(gè)分力F2的最小條件是:兩個(gè)分力垂直,如圖甲.最小的F2=Fsin α. (2)當(dāng)已知合力F的方向及一個(gè)分力F1的大小、方向時(shí),另一個(gè)分力F2最小的條件是:所求分力F2與合力F垂直,如圖乙.最
11、小的F2=F1sin α. (3)當(dāng)已知合力F的大小及一個(gè)分力F1的大小時(shí),另一個(gè)分力F2最小的條件是:已知大小的分力F1與合力F同方向.最小的F2=|F-F1|. 四、彈力問(wèn)題的解決方法 1.彈力是否存在的判斷方法:假設(shè)法、替換法:、狀態(tài)法 2.彈力方向的判斷方法: 彈力方向與物體形變的方向相反,作用在迫使物體發(fā)生形變的那個(gè)物體上,一下舉幾個(gè)典型粒子的彈力方向 3.彈力大小的求法 (1)根據(jù)胡克定律求解 (2)根據(jù)力的平衡和牛頓第二定律求解 五、如何判斷靜摩擦力的方向和有關(guān)摩擦力大小的計(jì)算 1.假設(shè)法: 2.狀態(tài)法: 3.利用牛頓第三定律(即作用力與反作用力的
12、關(guān)系)來(lái)判斷.此法的關(guān)鍵是抓住“力是成對(duì)出現(xiàn)的”,先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向,再根據(jù)“反向”確定另一物體受到的靜摩擦力. 注意:滑動(dòng)摩擦力的方向與物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反.因此,判斷摩擦力方向時(shí)一定明確“相對(duì)”的含義,“相對(duì)”既不是“對(duì)地”,也不是“對(duì)觀察者”.“相對(duì)”的是跟它接觸的物體,所以滑動(dòng)摩擦力的方向可能與物體運(yùn)動(dòng)方向相反,也可能相同,也可能與物體運(yùn)動(dòng)方向成一定的夾角 4.摩擦力大小的計(jì)算 (1).滑動(dòng)摩擦力由公式計(jì)算.最關(guān)鍵的是對(duì)相互擠壓力的分析,它跟研究物體在垂直于接觸面方向的受力密切相關(guān). (3).靜摩擦力 ①其大小、方向都跟產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力密切相
13、關(guān),但跟接觸面相互擠壓力無(wú)直接關(guān)系.因而靜摩擦力具有大小、方向的可變性,變化性強(qiáng)是它的特點(diǎn),其大小只能依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,若為平衡狀態(tài),靜摩擦力將由平衡條件建立方程求解;若為非平衡狀態(tài),可由動(dòng)力學(xué)規(guī)律建立方程求解. ②最大靜摩擦力是物體將要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)這一臨界狀態(tài)時(shí)的摩擦力,它的數(shù)值與成正比,在不變的情況下,滑動(dòng)摩擦力略小于,而靜摩擦力可在間變化. 六、共點(diǎn)力平衡規(guī)律 (一)共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的幾種解法 1.力的合成、分解法:對(duì)于三力平衡,一般根據(jù)“任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大反向”的關(guān)系,借助三角函數(shù)、相似三角形等手段求解;或?qū)⒛骋粋€(gè)力分解到另外兩個(gè)力的反方向上,得到的這兩個(gè)分
14、力必與另外兩個(gè)力等大、反向;對(duì)于多個(gè)力的平衡,利用先分解再合成的正交分解法. 2.相似三角形法:相似三角形法,通常尋找的是一個(gè)矢量三角形與一個(gè)結(jié)構(gòu)(幾何)三角形相似,這一方法僅能處理三力平衡問(wèn)題. 3.正弦定理法:三力平衡時(shí),三個(gè)力可以構(gòu)成一封閉三角形,若由題設(shè)條件尋找到角度關(guān)系,則可用正弦定理列式求解. 4.正交分解法:將各力分別分解到x軸上和y軸上,運(yùn)用兩坐標(biāo)軸上的合力等于零的條件,多用于三個(gè)以上共點(diǎn)力作用下的物體的平衡,值得注意的是,對(duì)x、y軸選擇時(shí),盡可能使落在x、y軸上的力多.被分解的力盡可能是已知力,不宜分解待求力. (三)、平衡物體動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析方法 解動(dòng)態(tài)問(wèn)題的關(guān)鍵是抓
15、住不變量,依據(jù)不變的量來(lái)確定其他量的變化規(guī)律,常用的分析方法有解析法和圖解法. 解析法的基本程序是:對(duì)研究對(duì)象的任一狀態(tài)進(jìn)行受力分析,建立平衡方程,求出應(yīng)變物理量與自變物理量的一般函數(shù)關(guān)系式,然后根據(jù)自變量的變化情況及變化區(qū)間確定應(yīng)變物理量的變化情況. 圖解法的基本程序是:對(duì)研究對(duì)象的狀態(tài)變化過(guò)程中的若干狀態(tài)進(jìn)行受力分析,依據(jù)某一參量的變化(一般為某一角),在同一圖中作出物體在若干狀態(tài)下的平衡力圖(力的平形四邊形或三角形),再由動(dòng)態(tài)的力的平行四邊形或三角形的邊的長(zhǎng)度變化及角度變化確定某些力的大小及方向的變化情況. (四)、物體平衡中的臨界和極值問(wèn)題 1.臨界問(wèn)題 物理系統(tǒng)由于某些原因
16、而發(fā)生突變(從一種物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物理現(xiàn)象,或從一種物理過(guò)程轉(zhuǎn)入到另一物理過(guò)程的狀態(tài))時(shí)所處的狀態(tài),叫臨界狀態(tài).臨界狀態(tài)也可理解為“恰好出現(xiàn)”和“恰好不出現(xiàn)”某種現(xiàn)象的狀態(tài).平衡物體的臨界問(wèn)題的求解方法一般是采用假設(shè)推理法,即先假設(shè)怎樣,然后再根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識(shí)列方程求解.解決這類問(wèn)題關(guān)鍵是要注意“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”. 2.極值問(wèn)題 極值是指平衡問(wèn)題中某些物理量變化時(shí)出現(xiàn)最大值或最小值. 第四部分基礎(chǔ)練+測(cè) 一、單選題 1.一端裝有定滑輪的粗糙斜面體放在地面上,A、B兩物體通過(guò)細(xì)繩連接,并處于靜止?fàn)顟B(tài),不計(jì)繩的質(zhì)量和繩與滑輪間的摩擦,如圖所示.現(xiàn)用水平力F作用于物體B
17、上,緩慢拉開(kāi)一小角度,此過(guò)程中斜面體與物體A仍然靜止.則下列說(shuō)法正確的是 A.在緩慢拉開(kāi)B的過(guò)程中,水平力F不變 B.物體A所受細(xì)繩的拉力一定變大 C.物體A所受斜面體的摩擦力一定變大 D.物體A所受斜面體的作用力的合力一定變大 【答案】 B 【解析】 【分析】 先對(duì)物體B分析,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件求出繩子拉力;再對(duì)木塊A分析,可以得出各個(gè)力的情況。 【詳解】 A.對(duì)木塊B受力分析,如圖所示,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件有:F=mBgtanθ,在緩慢拉開(kāi)B的過(guò)程中,θ變大,故F變大,故A錯(cuò)誤; B.根據(jù)共點(diǎn)力平衡有T=mBgcosθ,在緩慢拉開(kāi)B的過(guò)程中,θ變大,故T變大
18、,B正確; C.物體A受重力、支持力、細(xì)線的拉力,可能沒(méi)有靜摩擦力,也可能有沿斜面向下的靜摩擦力,還有可能受沿斜面向上的靜摩擦力,故拉力T變大后,靜摩擦力可能變小,也可能變大,C錯(cuò)誤; D.支持力不變,故斜面對(duì)物體A的作用力的合力可能增大也可能減小或不變,D錯(cuò)誤。 【點(diǎn)睛】 本題關(guān)鍵分別對(duì)A、B受力分析,然后根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件分析求解。 2.如圖所示,質(zhì)量分別為mA和mB的物體A、B用細(xì)繩連接后跨過(guò)滑輪,A靜止在傾角為45°的斜面上,B懸掛著.已知mA=2mB,不計(jì)滑輪摩擦,現(xiàn)將斜面傾角由45°增大到50°,系統(tǒng)仍保持靜止.下列說(shuō)法中正確的是 A.繩子對(duì)A的拉力將增大 B.物
19、體A對(duì)斜面的壓力將增大 C.物體A受到的靜摩擦力增大 D.物體A受到的靜摩擦力減小 【答案】 C 【解析】 【分析】 先對(duì)物體B受力分析,受重力和支持力,由二力平衡得到拉力等于物體B的重力;再對(duì)物體A受力分析,受重力、支持力、拉力和靜摩擦力,根據(jù)平衡條件列式分析; 【詳解】 設(shè)mA=2mB=2m,對(duì)物體B受力分析,受重力和拉力,由二力平衡得到:T=mg;再對(duì)物體A受力分析,受重力、支持力、拉力和靜摩擦力,如圖,根據(jù)平衡條件得到:f+T-2mgsinθ=0,N-2mgcosθ=0,解得:f=2mgsinθ-T=2mgsinθ-mg,N=2mgcosθ,當(dāng)θ由45°增大到50°
20、時(shí),T不變,f不斷變大,N不斷變小,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤; 故選C。 【點(diǎn)睛】 關(guān)鍵是先對(duì)物體m受力分析,再對(duì)物體2m受力分析,然后根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件列式求解。 3.如圖所示,帶有孔的小球A套在粗糙的傾斜直桿上,與正下方的小球B通過(guò)輕繩連接,處于靜止?fàn)顟B(tài),給小球B施加水平力F使其緩慢上升直到小球A剛要滑動(dòng)。在此過(guò)程中 A.水平力F的大小不變 B.桿對(duì)小球A的支持力不變 C.桿對(duì)小球A的摩擦力先變小后變大 D.輕繩對(duì)小球B的拉力先變大后變小 【答案】 C 【解析】 【詳解】 對(duì)球受力分析,受拉力F、重力和細(xì)線的拉力T,根據(jù)平衡條件,三個(gè)力可以構(gòu)成首尾相連的
21、矢量三角形,如圖所示: 隨著θ的增加,拉力F和細(xì)線張力T均增加,故AD錯(cuò)誤;再對(duì)A、B球整體分析,受重力、拉力F、支持力N和靜摩擦力f,如圖所示: 設(shè)桿與水平方向的夾角為θ,根據(jù)平衡條件,在垂直桿方向,有:N=(M+m)gcosθ+Fsinθ,隨著F的增加,支持力N增加;在平行桿方向,有:Fcosθ+f=(M+m)gsinθ,故:f=(M+m)gsinθ-Fcosθ,隨著F的增加,靜摩擦力逐漸減小,當(dāng)(M+m)gsinθ=Fcosθ時(shí),摩擦力為零,此后靜摩擦力反向增加,故B錯(cuò)誤,C正確。所以C正確,ABD錯(cuò)誤。 4.重為G的兩個(gè)完全相同的小球,與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ。豎直向
22、上的較小的力作用在連接兩球輕繩的中點(diǎn),繩間的夾角α=60O,如圖所示,緩慢增大到兩球剛要運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是() A.地面對(duì)球的支持力變大 B.球剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí),地面對(duì)球沒(méi)有支持力 C.地面對(duì)球的摩擦力變小 D.球剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí),球受到的摩擦力最大 【答案】 D 【解析】 【詳解】 A、以整體為對(duì)象,受到重力mg,地面的支持力N、向上的拉力F,隨著F的增大,根據(jù)平衡可知,N在變小,故A錯(cuò); BCD、地面施加的靜摩擦力等于繩子水平分力,球剛要開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí),繩子的水平分力達(dá)到最大,故摩擦力達(dá)到最大。由于存在摩擦力,所以球與地面之間的彈力不為零,故BC錯(cuò);D對(duì) 故選D
23、 5.如圖所示,六根原長(zhǎng)均為l的輕質(zhì)細(xì)彈簧兩兩相連,在同一平面內(nèi)的六個(gè)大小相等,互成60°的恒定拉力作用下,形成一個(gè)穩(wěn)定的正六邊形,彈簧在彈性限度內(nèi)。已知正六邊形的外接圓的直徑為d,每根彈簧的勁度系數(shù)均為k,則每個(gè)拉力的大小為 A.k(d-l) B.k(d2-l) C.k(d-2l) D.2k(d-l) 【答案】 B 【解析】 【詳解】 由題意可知,每根彈簧的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=d2,根據(jù)胡克定律可得每根彈簧拉力的大小為F彈=k(L-l)=k(d2-l),以輕質(zhì)細(xì)彈簧兩兩相連處為研究對(duì)象,分析受力如圖,根據(jù)平衡條件可得F=F彈=k(d2-l),故B正確,A、C、D錯(cuò)誤;
24、 故選B。 【點(diǎn)睛】 關(guān)鍵是以輕質(zhì)細(xì)彈簧兩兩相連處為研究對(duì)象進(jìn)行分析受力,根據(jù)平衡條件求出拉力。 6.如圖所示,3根輕繩懸掛著兩個(gè)質(zhì)量相同的小球并保持靜止,繩AD與AC垂直.現(xiàn)對(duì)B球施加一個(gè)水平向右的力F,使B緩慢移動(dòng)到圖中虛線位置,此過(guò)程中AD、AC兩繩張力TAC、TAD的變化情況是( ) A.TAC變大,TAD減小 B.TAC變大,TAD不變 C.TAC減小,TAD變大 D.TAC不變,TAD變大 【答案】 C 【解析】 試題分析:B緩慢移動(dòng),A、B可以看做整體,設(shè)AC繩與水平面的夾角為。沒(méi)有施加力F時(shí)對(duì)整體受力分析(如圖所示), 由力的平衡可得:
25、 ① ② 施加力F后對(duì)整體受力分析(如圖所示),建立坐標(biāo)系, 方向:③ 方向:④ 由③④兩式可得:⑤ ⑥ 比較①和⑤、②和⑥可知:,,即TAC減小,TAD變大,故C正確。 考點(diǎn):共點(diǎn)力的平衡。 7.如圖所示,一個(gè)上表面水平的劈形物體M放在固定的光滑斜面上,在其上表面放一個(gè)光滑小球m,讓劈形物體從靜止開(kāi)始釋放,則在小球碰到斜面之前的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小球的運(yùn)動(dòng)軌跡是() A.沿斜面向下的直線 B.豎直向下的直線 C.水平的直線 D.拋物線 【答案】 B 【解析】 【詳解】 據(jù)題意,小球是光滑的,豎直方向上受到重力和M的支持力,當(dāng)劈形物體從靜止開(kāi)始釋放后,
26、M對(duì)小球的支持力減小,小球的合力方向豎直向下,則小球沿豎直向下方向運(yùn)動(dòng),直到碰到斜面前,故其運(yùn)動(dòng)軌跡是豎直向下的直線,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤; 故選B。 【點(diǎn)睛】 關(guān)鍵要正確分析小球的受力情況,抓住水平方向不受力,狀態(tài)不發(fā)生改變。 8.如圖所示,水平細(xì)桿上套一球A,球A與球B間用一輕繩相連,質(zhì)量分別為mA和mB,由于B球受到水平風(fēng)力作用,球A與球B一起向右勻速運(yùn)動(dòng)。已知細(xì)繩與豎直方向的夾角為θ,則下列說(shuō)法中正確的是() A.球A與水平細(xì)桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為mBsinθmA+mB B.球B受到的風(fēng)力F為mBgtanθ C.風(fēng)力增大時(shí),若A、B仍勻速運(yùn)動(dòng),輕質(zhì)繩對(duì)球B的拉力保持不
27、變 D.桿對(duì)球A的支持力隨著風(fēng)力的增加而增加 【答案】 B 【解析】 【分析】 先對(duì)球B受力分析,受重力、風(fēng)力和拉力,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件列式分析;對(duì)A、B兩物體組成的整體受力分析,受重力、支持力、風(fēng)力和水平向左的摩擦力,再再次根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件列式分析各力的變化. 【詳解】 對(duì)球B受力分析,受重力、風(fēng)力和拉力,如圖: 風(fēng)力為F=mBgtanθ,繩對(duì)B球的拉力為T=mBgcosθ,把環(huán)和球當(dāng)作一個(gè)整體,對(duì)其受力分析,受重力mA+mBg、支持力N、風(fēng)力F和向左的摩擦力f,如圖,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件可得:桿對(duì)A環(huán)的支持力大?。篘=mA+mBg、f=F,則A環(huán)與水平細(xì)桿間的動(dòng)摩擦
28、因數(shù)為μ=fN=mBtanθmA+mB,B正確A錯(cuò)誤;當(dāng)風(fēng)力增大時(shí),θ增大,則T增大。C錯(cuò)誤;對(duì)整體分析,豎直方向上桿對(duì)環(huán)A的支持力NA=mA+mBg,不變,D錯(cuò)誤. 【點(diǎn)睛】 本題考查受力分析以及共點(diǎn)力的平衡條件應(yīng)用,要注意明確整體法與隔離法的正確應(yīng)用. ①整體法:以幾個(gè)物體構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行求解.在許多問(wèn)題中用整體法比較方便,但整體法不能求解系統(tǒng)的內(nèi)力. ②隔離法:從系統(tǒng)中選取一部分(其中的一個(gè)物體或兩個(gè)物體組成的整體,少于系統(tǒng)內(nèi)物體的總個(gè)數(shù))進(jìn)行分析.隔離法的原則是選取受力個(gè)數(shù)最少部分的來(lái)分析. ③通常在分析外力對(duì)系統(tǒng)作用時(shí),用整體法;在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體之間的相互作用
29、時(shí),用隔離法.有時(shí)在解答一個(gè)問(wèn)題時(shí)要多次選取研究對(duì)象,需要整體法與隔離法交叉使用 9.2018年9月2號(hào)剛剛結(jié)束的亞運(yùn)會(huì)中,中國(guó)隊(duì)包攬了跳水項(xiàng)目的全部10 金。圖示為跳水運(yùn)動(dòng)員在走板時(shí),從跳板的a端緩慢地走到b端,跳板逐漸向下彎曲,在此過(guò)程中,該運(yùn)動(dòng)員對(duì)跳板的() A.摩擦力不斷增大 B.作用力不斷減小 C.作用力不斷增大 D.壓力不斷增大 【答案】 A 【解析】 【詳解】 A、D項(xiàng):設(shè)跳板與水平面的夾角為θ,由于運(yùn)動(dòng)員從a到b過(guò)程中,跳板逐漸向下彎曲即θ增大,根據(jù)平衡條件可知,摩擦力與重力沿板向下的分力等大反向,壓力大小等于重力垂直板方向的分力,所以摩擦力增大,壓
30、力減小,故A正確,D錯(cuò)誤; B、C項(xiàng):運(yùn)動(dòng)員對(duì)跳板的作用力即壓力與摩擦力的合力,由平衡可知,此合力運(yùn)動(dòng)員的重力等大反向,所以運(yùn)動(dòng)員對(duì)跳板的作用力不變,故B、C錯(cuò)誤。 故應(yīng)選A。 10.在如圖所示裝置中,兩物體質(zhì)量分別為m1、m2,懸點(diǎn)a、b間的距離遠(yuǎn)大于滑輪的直徑,不計(jì)一切摩擦,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài).由圖可知() A.α可能大于βB.m1一定大于m2 C.m1一定小于2m2 D.m1可能大于2m2 【答案】 C 【解析】 【詳解】 繩子通過(guò)定滑輪和動(dòng)滑輪相連,繩子的拉力相等,等于m2的重力,對(duì)與m1連接的滑輪進(jìn)行受力分析,有Tsinα=Tsinβ,所以α=β.在
31、豎直方向上有:Tcosα+Tcosβ=m1g,而T=m2g,則有2m2gcosα=m1g.所以m1一定小于2m2,當(dāng)α=β=60°時(shí),T=m1g=m2g.故C正確,ABD錯(cuò)誤。故選C。 【點(diǎn)睛】 解決本題的關(guān)鍵合適地選擇研究對(duì)象,正確地進(jìn)行受力分析,運(yùn)用共點(diǎn)力平衡,抓住水平方向和豎直方向合力為零進(jìn)行求解. 二、多選題 11.如圖所示,豎直墻壁與光滑水平地面交于B點(diǎn),質(zhì)量為m1的光滑半圓柱體O緊靠豎直墻壁置于水平地面上,可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為m2的均勻小球O用長(zhǎng)度等于AB兩點(diǎn)間距離L的細(xì)線懸掛于豎直墻壁上的A點(diǎn)小球O2靜置于半圓柱體O1上,當(dāng)半圓柱體質(zhì)量不變而半徑不同時(shí),細(xì)線與豎直墻壁的
32、夾角θ就會(huì)跟著發(fā)生改變.已知重力加速度為g,不計(jì)各接觸面間的摩擦,則下列說(shuō)法正確的是 A.當(dāng)θ=60°時(shí),半圓柱體對(duì)地面的壓力m1g+32m2g B.當(dāng)θ=60°時(shí),小球?qū)Π雸A柱體的壓力32m2g C.改變圓柱體的半徑,圓柱體對(duì)整直墻壁的最大壓力為12m2g D.圓柱體的半徑增大時(shí),對(duì)地面的壓力保持不變 【答案】 BC 【解析】 【詳解】 對(duì)球O1受力分析如圖所示,因小球處于平衡狀態(tài),則F合=m2g,T=m2gcosθ,F(xiàn)=m2gsinθ,θ=60°時(shí),F(xiàn)=32m2g,則小球?qū)Π雸A住體的壓力為32m2g,B正確; 對(duì)整體受分析可知,圓體對(duì)地的壓力為m1g+m2gs
33、in2θ,圓柱體半徑變化,則θ變化,壓力也變化,當(dāng)θ=60°時(shí),半圓柱體時(shí)地面的壓力m1g+34m2g,AD錯(cuò);而圓柱體對(duì)豎直墻壁的壓力大小等于T的水平分量:Tx=Tsinθ=m2gsinθ?cosθ=12m2gsin2θ,可見(jiàn)當(dāng)θ=45°時(shí),Tx有最大值為12m2g,C正確;故選BC. 12.如圖所示,用水平向右、大小為F的恒力將一滑塊從傾角為θ的固定斜面底端勻速拉到斜面頂端。已知斜面長(zhǎng)為s,滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g,則下列判斷正確的是 A.恒力F對(duì)滑塊做功為Fssinθ B.恒力F對(duì)滑塊做功為Fscosθ C.滑塊的質(zhì)量為F(cosθ-μsinθ)g(sinθ
34、+μcosθ) D.滑塊的質(zhì)量為F(sinθ+μcosθ)g(cosθ-μsinθ) 【答案】 BC 【解析】 【分析】 根據(jù)做功的定義求恒力做功的大小;滑塊勻速運(yùn)動(dòng),受力平衡,將滑塊受力沿斜面和垂直斜面分解,分別列平衡方程,聯(lián)立求解即可。 【詳解】 AB.根據(jù)力做功等于力與力方向位移的乘積,恒力F對(duì)滑塊做功為W=Fscosθ,故A錯(cuò)誤,B正確; CD.滑塊勻速運(yùn)動(dòng),受力平衡,沿斜面方向:Fscosθ=mgsinθ+Ff 垂直斜面方向:FN=Fsinθ+mgcosθ, Ff=μFN 聯(lián)立解得,m=F(cosθ-μsinθ)g(sinθ+μcosθ),故C正確,D錯(cuò)誤。
35、 故選:BC 13.如圖所示,光滑水平地面上放有截面為14圓周的柱狀物體A,A與墻面之間放一光滑的圓柱形物體B,對(duì)A施加一水平向左的力F,整個(gè)裝置保持靜止.若將A的位置向左移動(dòng)稍許,整個(gè)裝置仍保持平衡,則( ) A.水平外力F增大 B.墻對(duì)B的作用力減小 C.地面對(duì)A的支持力減小 D.B對(duì)A的作用力減小 【答案】 BD 【解析】 【分析】 先對(duì)B球受力分析,受到重力mg、A球?qū)球的支持力N′和墻壁對(duì)B球的支持力N,然后根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件得到A球左移后各個(gè)力的變化情況;最后再對(duì)整體受力分析,根據(jù)平衡條件判斷推力F和地面的支持力的變化情況。 【詳解】 對(duì)B球受
36、力分析,受到重力mg、A球?qū)球的支持力N′和墻壁對(duì)B球的支持力N,如圖所示: 當(dāng)A球向左移動(dòng)后,A球?qū)球的支持力N′的方向不斷變化,根據(jù)平衡條件結(jié)合合成法可以知道A球?qū)球的支持力N′和墻壁對(duì)B球的支持力N都在不斷減小,故B D正確;再對(duì)A和B整體受力分析,受到總重力G、地面支持力FN,推力F和墻壁的彈力N,如圖所示: 根據(jù)平衡條件,有F=N,F(xiàn)N=G,故地面的支持力不變,推力F隨著壁對(duì)B球的支持力N的不斷減小而不斷減小,故A C錯(cuò)誤。所以BD正確,AC錯(cuò)誤。 【點(diǎn)睛】 本題關(guān)鍵是先對(duì)小球B受力分析,根據(jù)平衡條件得到各個(gè)力的變化情況,然后再對(duì)A、B整體受力分析,再次根據(jù)平衡
37、條件列式分析。 14.如圖所示,一根套有輕質(zhì)細(xì)環(huán)的粗糙桿水平放置,一小球用細(xì)線系在細(xì)環(huán)上,小球置于一光滑斜面上,現(xiàn)用力將斜面緩慢右移(從虛線運(yùn)動(dòng)到實(shí)線),此過(guò)程中細(xì)環(huán)始終靜止在原位置,則下列說(shuō)法正確的是( ) A.斜面對(duì)小球的支持力變大 B.桿對(duì)細(xì)環(huán)的摩擦力變小 C.細(xì)線對(duì)細(xì)環(huán)的拉力變大D.桿對(duì)細(xì)環(huán)的支持力變小 【答案】 AD 【解析】 【詳解】 AC:以小球?yàn)檠芯繉?duì)象,受力分析如圖,據(jù)平行四邊形定則作出T與N'的合力,由平衡條件知,T與N'的合力與小球重力等大、反向,由圖知,此過(guò)程中T變小,N'變大,即斜面對(duì)小球的支持力變大,細(xì)線對(duì)小球的拉力變小,細(xì)線對(duì)細(xì)環(huán)的
38、拉力變小。故A項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤。 CD:以小環(huán)和小球整體為研究對(duì)象受力分析,整體受總重力、斜面對(duì)小球斜向上的支持力、桿對(duì)小環(huán)豎直向上的支持力和桿對(duì)小環(huán)向左的摩擦力,據(jù)平衡條件桿對(duì)細(xì)環(huán)的摩擦力等于斜面對(duì)小球斜向上的支持力的水平分量,支持力增大,摩擦力增大;據(jù)平衡條件桿對(duì)小環(huán)豎直向上的支持力等于總重力減去斜面對(duì)小球斜向上的支持力的豎直分量,支持力增大,桿對(duì)小環(huán)豎直向上的支持力減小。故B項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。 【點(diǎn)睛】 三力動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題一般采用圖解法,多力(三力以上) 平衡問(wèn)題一般采用解析法。 15.在車站、機(jī)場(chǎng),常用傳送帶運(yùn)送旅客的貨物。如圖所示,當(dāng)貨物隨傳送帶一起勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),下列關(guān)于貨物
39、受力的說(shuō)法中正確的是( ) A.貨物所受摩擦力方向沿傳送帶向上 B.貨物所受摩擦力方向沿傳送帶向下 C.貨物受到三個(gè)力作用 D.因貨物與傳送帶相對(duì)靜止,所以貨物不受摩擦力。 【答案】 AC 【解析】 【詳解】 A、行李箱所受的摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反,行李箱相對(duì)皮帶有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),所以靜摩擦力方向沿傳送帶向上,故A正確; B、行李箱所受的摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反,行李箱相對(duì)皮帶有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),所以靜摩擦力方向沿傳送帶向上,故B錯(cuò)誤; C、行李箱隨傳送帶一起向上勻速運(yùn)動(dòng),因此共受到三個(gè)力,分別為重力、支持力與靜摩擦力,故C正確; D、因
40、為行李箱與傳送帶之間相對(duì)靜止,但有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),所以行李箱受靜摩擦力的作用,故D錯(cuò)誤; 故選AC. 【點(diǎn)睛】 物體受力分析時(shí),可能有時(shí)需要根據(jù)平衡條件判斷與之接觸的物體對(duì)其有無(wú)支持力或摩擦力的情況,需要根據(jù)平衡平衡條件進(jìn)行判斷. 16.如圖所示,自動(dòng)卸貨車始終靜止在水平地面上,車廂在液壓機(jī)的作用下改變與水平面間的傾角,用以卸下車廂中的貨物.當(dāng)傾角增大到θ時(shí),質(zhì)量為M 的木箱A 與裝在箱內(nèi)的質(zhì)量為m 的物體B 一起以共同的速度v 沿車廂底勻速滑下,則下列說(shuō)法正確的是 A.A、B 間沒(méi)有靜摩擦力 B.A 受到B 的靜摩擦力方向沿車廂底向下 C.A 受到車廂底面的滑動(dòng)摩擦力大小為M
41、gsinθ D.A 與車廂底面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=tanθ 【答案】 BD 【解析】 【詳解】 對(duì)B:沿斜面方向有mgsinθ=f,f方向沿斜面向上,A受到B的靜摩擦力方向沿斜面向下,所以A錯(cuò)誤,B正確;A受到車廂底面的滑動(dòng)摩擦力大小為(M+m)gsinθ,C錯(cuò)誤;根據(jù)(M+m)gsinθ=μ(M+m)sinθ,所以μ=tanθ,D正確;故選BD. 【點(diǎn)睛】 對(duì)連接體問(wèn)題經(jīng)常用到整體法和隔離法,結(jié)合平衡條件分析摩擦力的大小和方向. 17.如圖所示,質(zhì)量均為m的相同工件a、b,橫截面為平行四邊形,靠在一起置于水平面上,它們的側(cè)面與水平面的夾角為θ.己知a、b間相接觸的側(cè)面是光滑
42、的,a、b與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ.在工件b上加一水平推力F時(shí),兩工件一起向左做勻速直線運(yùn)動(dòng),則下列說(shuō)法正確的是( ) A.工件a對(duì)地面的壓力等于工件b對(duì)地面的壓力 B.工件a對(duì)地面的壓力小于工件b對(duì)地面的壓力 C.工件b受到地面的摩擦力為μmg D.水平推力的F大小為2μmg 【答案】 BD 【解析】 【詳解】 以a為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析如圖所示, 由于b對(duì)a產(chǎn)生斜向左上方的彈力T的作用,使得a對(duì)地面的壓力小于mg;根據(jù)牛頓第三定律可知,a對(duì)b產(chǎn)生斜向下的彈力,使得b對(duì)地面的壓力大于mg,所以A錯(cuò)誤、B正確;根據(jù)f=μN(yùn)可知,工件b受到地面的摩擦力小于μmg
43、,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;對(duì)ab的整體,對(duì)地面的壓力等于2mg,由平衡知識(shí)可知F=f=2μmg,選項(xiàng)D正確;故選BD。 【點(diǎn)睛】 本題主要是考查了共點(diǎn)力的平衡問(wèn)題,解答此類問(wèn)題的一般步驟是:確定研究對(duì)象、進(jìn)行受力分析、利用平行四邊形法則進(jìn)行力的合成或者是正交分解法進(jìn)行力的分解,然后在坐標(biāo)軸上建立平衡方程進(jìn)行解答. 18.如圖所示,半圓形框架豎直放置在粗糙的水平地面上,光滑的小球P在水平外力F的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),P與圓心O的連線與水平面的夾角為θ,將力F在豎直面內(nèi)沿順時(shí)針?lè)较蚓徛剞D(zhuǎn)過(guò)90°,框架與小球始終保持靜止?fàn)顟B(tài)。在此過(guò)程中下列說(shuō)法正確的是( ?。? A.框架對(duì)小球的支持力先減小后增大
44、B.拉力F的最小值為mgcosθ C.地面對(duì)框架的摩擦力減小 D.框架對(duì)地面的壓力先增大后減小 【答案】 BC 【解析】 【詳解】 以小球?yàn)檠芯繉?duì)象,分析受力情況,作出受力示意力圖,如圖所示: 根據(jù)幾何關(guān)系可知,用F順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至豎直向上之前,支持力逐漸減小,F(xiàn)先減小后增大,當(dāng)F的方向沿圓的切線方向向上時(shí),F(xiàn)最小,此時(shí):F=mgcosθ.故A錯(cuò)誤,B正確;以框架與小球組成的整體為研究對(duì)象,整體受到重力、地面的支持力、地面的摩擦力以及力F的作用;由圖可知,F(xiàn)在順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中,F(xiàn)沿水平方向的分力逐漸減小,所以地面對(duì)框架的摩擦力始終在減小。故C正確;以框架與小球組成的整體
45、為研究對(duì)象,整體受到重力、地面的支持力、地面的摩擦力以及力F的作用;由圖可知,F(xiàn)在順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中,F(xiàn)沿豎直方向的分力逐漸增大,所以地面對(duì)框架的支持力始終在減小。故D錯(cuò)誤。故選BC。 【點(diǎn)睛】 本題采用隔離法研究動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題,分析受力,作出力圖是關(guān)鍵。求解三個(gè)力的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題,一般是采用圖解法,即先做出兩個(gè)變力的合力(應(yīng)該與不變的那個(gè)力等大反向)然后過(guò)合力的末端畫方向不變的那個(gè)力的平行線,另外一個(gè)變力的末端必落在該平行線上,這樣就能很直觀的判斷兩個(gè)變力是如何變化的了,如果涉及到最小直的問(wèn)題,還可以采用解析法,即采用數(shù)學(xué)求極值的方法求解。 19.如圖所示,用與豎直方向成θ角(θ<45
46、° )的輕繩a和水平輕繩b拉一個(gè)小球,這時(shí)繩b的拉力為T1;現(xiàn)保持小球位置不動(dòng),使繩b在豎直平面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)θ角,繩b的
拉力變?yōu)門2;再轉(zhuǎn)過(guò)θ角,繩b的拉力變?yōu)門3。則()
A.T1=T3>T2 B.T1=T3 47、個(gè)不同位置時(shí),兩個(gè)拉力的變化,如圖,可圖得到,T1=T3>T2。因?yàn)槭估Kb在豎直平面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),故由圖看出,繩a的拉力增大。故選AC。
【點(diǎn)睛】
本題是物體動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題,采用作圖法可直觀反映力的變化,比較力的大小,也可以采用函數(shù)法研究.
20.如圖所示,甲、乙兩位同學(xué)做“拔河”游戲。兩人分別用伸平的手掌托起長(zhǎng)凳的一端,保持凳子水平,然后各自向兩側(cè)拖拉。若凳子下表面各處的粗糙程度相同,兩位同學(xué)手掌粗糙程度也相同,在乙端的凳面上放有四塊磚,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.由于甲端比較輕,甲容易將凳子拉向自己
B.誰(shuí)用的力氣大就可以將凳子拉向自己
C.由于乙端比較重,凳子和手之間產(chǎn) 48、生較大的摩擦力,乙可以將凳子拉向自己
D.拔河過(guò)程中乙的手和凳子之間不會(huì)有相對(duì)滑動(dòng),甲的手可以和凳子間有相對(duì)滑動(dòng),也可以沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)
【答案】 CD
【解析】
【詳解】
由圖知,乙端對(duì)手的壓力較大,所以乙端對(duì)凳子向右的最大靜摩擦力大于甲端對(duì)凳子向左的最大靜摩擦力,因此甲容易相對(duì)長(zhǎng)凳滑動(dòng),即甲容易被從長(zhǎng)凳上拉離,因此長(zhǎng)凳將向右移動(dòng),即乙可以將凳子拉向自己,故C正確。
拔河過(guò)程中,甲、乙向兩側(cè)拖拉的力比較小時(shí),甲的手也可以和凳子間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),故D正確。
故選CD。
【點(diǎn)睛】
本題主要考查了摩擦力在生活中的應(yīng)用,要注意明確影響最大靜摩擦力大小的因素,知道當(dāng)外力大于最大靜摩擦 49、力時(shí),物體之間才有相對(duì)運(yùn)動(dòng),最大靜摩擦力越大,越難發(fā)生相對(duì)移動(dòng).
三、解答題
21.一勁度系數(shù)為k=100N/m的輕彈簧下端固定于傾角為θ=53°的光滑斜面底端,上端連接物塊Q。一輕繩跨過(guò)定滑輪O,一端與物塊Q連接,另一端與套在光滑豎直桿的物塊P連接,定滑輪到豎直桿的距離為d=0.3m。初始時(shí)在外力作用下,物塊P在A點(diǎn)靜止不動(dòng),輕繩與斜面平行,繩子張力大小為50N。已知物塊P質(zhì)量為m1=0.8kg,物塊Q質(zhì)量為m2=5kg,不計(jì)滑輪大小及摩擦,取g=10m/s2。現(xiàn)將物塊P靜止釋放,求:
(1)物塊P位于A時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)量x1;
(2)物塊P上升h=0.4m至與滑輪O等高的B點(diǎn) 50、時(shí)的速度大??;
(3)物塊P上升至B點(diǎn)過(guò)程中,輕繩拉力對(duì)其所做的功。
【答案】(1)0.1m (2)23m/s(3)8J
【解析】
【分析】
(1)根據(jù)題設(shè)條件和平衡條件、胡克定律,列方程求出彈簧的伸長(zhǎng)量;
(2)由于本題的特殊性,P處于A位置時(shí)與P上升到與滑輪等高位置,彈簧的伸長(zhǎng)量與壓縮量恰相等,而此時(shí)由速度的合成和分解可知物塊Q的速度為零,所以由機(jī)械能守恒律可求物塊P的速度;
(3)當(dāng)Q上升到與滑輪等高時(shí),由系統(tǒng)的機(jī)械能守恒和兩個(gè)物體速度關(guān)系求圓環(huán)Q的速度大小。通過(guò)繩子拉力對(duì)Q物體的做功情況,判斷物塊Q機(jī)械能的變化,從而得出何時(shí)機(jī)械能最大。
【詳解】
(1)物體P位 51、于A點(diǎn),假設(shè)彈簧伸長(zhǎng)量為x1,則:T=m2gsinθ+kx1,解得:x1=0.1m
(2)經(jīng)分析,此時(shí)OB垂直豎直桿,OB=0.3m,此時(shí)物塊Q速度為0,下降距離為:
Δx=OP-OB=0.5m-0.3m=0.2m,即彈簧壓縮x2=0.2m-0.1m=0.1m,彈性勢(shì)能不變。
對(duì)物體PQ及彈簧,從A到B根據(jù)能量守恒有:
m2g?Δx?sinθ-m1gh=12m1vB2
代入可得:vB=23m/s
對(duì)物塊P:WT-m1gh=12m1vB2
代入數(shù)據(jù)得:WT=8J
【點(diǎn)睛】
解決本題的關(guān)鍵會(huì)對(duì)速度進(jìn)行分解,以及掌握功能關(guān)系,除重力以外其它力做功等于機(jī)械能的增量,并能靈活運(yùn)用;要注 52、意本題的特殊性,當(dāng)物塊P與桿垂直時(shí),此時(shí)繩伸縮方向速度為零(即Q的速度為零),這也是本題的關(guān)鍵點(diǎn)。
22.如圖所示,質(zhì)量為m1的物體甲通過(guò)三段輕繩懸掛,三段輕繩的結(jié)點(diǎn)為O.輕繩OB水平且B端與放置在水平面上的質(zhì)量為m2的物體乙相連,輕繩OA與豎直方向的夾角θ=37°,物體甲、乙均處于靜止?fàn)顟B(tài).(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,tan 37°=0.75,g取10 m/s2.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)求:
(1)輕繩OA,OB受到的拉力是多大?
(2)物體乙受到的摩擦力是多大?方向如何?
(3)若物體乙的質(zhì)量m2=4 kg,物體乙與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0. 53、3,則欲使物體乙在水平面上不滑動(dòng),物體甲的質(zhì)量m1最大不能超過(guò)多少?
【答案】(1)54m1g,34m1g (2)34m1g ,水平向左(3)1.6kg
【解析】
【詳解】
(1)對(duì)結(jié)點(diǎn)O,作出力圖如圖,由平衡條件有:
cosθ=m1gTA①
tanθ=TBm1g②
解得:TA=54m1g,TB=34m1g
(2)對(duì)于乙物體:摩擦力F=TB=34m1g,方向水平向左
(3)當(dāng)乙物體剛要滑動(dòng)時(shí),靜摩擦力達(dá)到最大值Fmax=μm2g③
TBmax=Fmax④
由②③④得:m1max=TBmaxgtanθ=1.6kg
故本題答案是:(1)54m1g,34m1g(2)34m 54、1g,水平向左(3)1.6kg
【點(diǎn)睛】
本題涉及共點(diǎn)力平衡中極值問(wèn)題,當(dāng)物體剛要滑動(dòng)時(shí),物體間的靜摩擦力達(dá)到最大.
23.如圖所示,OA、OB、OC三段輕繩結(jié)于O點(diǎn),輕繩OA與豎直方向的夾角為37°,下方輕繩OC懸掛質(zhì)量為m1=0.4 kg的沙桶。輕繩OB水平,B端與放置在水平面上的質(zhì)量為m2=1.8 kg的滑塊相連,滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài),已知滑塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.3,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度g取10 m/s2,最大靜摩擦力按滑動(dòng)摩擦力計(jì)算。
(1)求滑塊受到的摩擦力;
(2)若緩慢往沙桶中添加細(xì)沙,要使滑塊靜止不動(dòng),沙桶和沙的總質(zhì)量 55、不能超過(guò)多少;
【答案】(1)3N(2)0.72kg
【解析】
【詳解】
(1)以結(jié)點(diǎn)O為研究對(duì)象,受力分析如圖所示,
由平衡條件可知OB繩的拉力TB=m1gtan37°=4×0.75N=3N;
對(duì)滑塊B根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件可得:f=TB=3N;
所以滑塊受到的摩擦力為3N;
(2)滑塊受到的最大靜摩擦力fm=μm2g=0.3×18N=5.4N,
由fm=TB′=m1′gtan37°,
得m1′=0.72kg;
【點(diǎn)睛】
本題主要是考查了共點(diǎn)力的平衡問(wèn)題,解答此類問(wèn)題的一般步驟是:確定研究對(duì)象、進(jìn)行受力分析、利用平行四邊形法則進(jìn)行力的合成或者是正交分解法進(jìn)行力的分解 56、,然后在坐標(biāo)軸上建立平衡方程進(jìn)行解答.
24.如圖所示,質(zhì)量M=3kg的三角形空心支架放在水平面上與水平面間的的摩擦系數(shù)為μ=0.5,質(zhì)量m=1kg的光滑小環(huán)套在桿AB上,今用跟水平方向成60°角的力F拉著小環(huán),整個(gè)裝置均處于靜止,求:g=10m/s2
(1)求拉力F的大小
(2)三角形支架與水平面間的摩擦力及地面對(duì)三角形支架的支持力。
【答案】(1)2033N;(2)1033N,30N;
【解析】
【分析】
(1)以m為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析并正交分解,根據(jù)平衡條件即可求出拉力F的大?。唬?)以M、m整體為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析并正交分解,根據(jù)平衡條件即可求解三角形支架與水 57、平面間的摩擦力及地面對(duì)三角形支架的支持力。
【詳解】
(1)m處于靜止?fàn)顟B(tài),其合力為零。以m為研究對(duì)象
由平衡條件得:豎直方向Fsin60°-mg=0
解得: F=2033N
(2)M、m整體處于靜止?fàn)顟B(tài),可看做整體,系統(tǒng)所受合力為零。以M、m整體為研究對(duì)象。
由平衡條件得:水平方向:Fcos60°-f=0
解得: f=1033N
豎直方向:N=Mg+mg-Fsin60°=30N
【點(diǎn)睛】
本題要靈活選擇研究對(duì)象,注意應(yīng)用整體法與隔離法,用整體法時(shí)一定要分清內(nèi)力與外力,正確地進(jìn)行受力分析.
25.如圖所示,一本質(zhì)量分布均勻的大字典置于水平桌面上,字典總質(zhì)量M=1.5kg, 58、寬L=16cm,高H=6cm.一張白紙(質(zhì)量和厚度均可忽略不計(jì),頁(yè)面大于字典頁(yè)面)夾在字典最深處,白紙離桌面的高度h=2cm.假設(shè)字典中同一頁(yè)紙上的壓力分布均勻,白紙上、下表面與字典書頁(yè)之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ1,字典與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2,且各接觸面的最大靜摩擦力近似等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度g取10m/s2。
(1)水平向右拉動(dòng)白紙,要使字典能被拖動(dòng),求μ1與μ2滿足的關(guān)系;
(2)若μ1=0.25,μ2=0.4,求將白紙從字典中水平向右抽出拉力至少做的功W。
【答案】(1)(2)0.4J
【解析】試題分析:(1)字典恰好能被拉動(dòng),A4紙對(duì)字典的摩擦力f1>f2即可求得;
59、
(2)根據(jù)f=μmg求得摩擦力,利用W=fx求得拉力做功。
解:(1) 白紙上字典的質(zhì)量為,那么,白紙上下表面受到的正壓力都為,
故白紙受到的最大靜摩擦力;
桌面對(duì)字典的最大靜摩擦力f2=μ2Mg,所以,水平向右拉動(dòng)白紙,要使字典能被拖動(dòng),那么,
f1>f2,;
(2) 若μ1=0.25,μ2=0.4,那么,將白紙從字典中水平向右抽出時(shí)字典保持靜止;
白紙向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程只有拉力和摩擦力做功,故由動(dòng)能定理可知:將白紙從字典中水平向右抽出拉力至少做的功W等于克服摩擦力做的功;
當(dāng)白紙向右運(yùn)動(dòng)x(0<x<0.16m)時(shí),白紙上下表面受到的正壓力都為,故摩擦力
故由f和x呈線性關(guān)系 60、可得:克服摩擦力做的功
故將白紙從字典中水平向右抽出拉力至少做的功W為0.4J.
點(diǎn)晴:解決本題關(guān)鍵理解字典恰好能被拉動(dòng),A4紙對(duì)字典的摩擦力f1>f2,先找出f和x呈線性關(guān)系,再根據(jù)f=μmg求得摩擦力,利用W=fx求得拉力做功。
26.所受重力=12N的砝碼懸掛在繩PA和PB的結(jié)點(diǎn)上。PA偏高豎直方向30°角,PB在水平方向,且連在所受重力為=100N的木塊上,木塊靜止于傾角為45°的斜面上,如圖所示,試求: (結(jié)果均可以保留根式)
(1)水塊與斜面間的摩擦力;
(2)木塊所受斜面的彈力。
【答案】
【解析】本題考查三力平衡、四力平衡等知識(shí)。
對(duì)結(jié)點(diǎn)P受力分析如圖:
61、
由平衡條件得:
對(duì)重物受力分析如圖:
由平衡條件得:、
解得:,方向沿斜面向上
,方向垂直斜面向上。
27.如圖所示,長(zhǎng)l=1m的輕質(zhì)細(xì)繩上端固定,下端連接一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的帶電小球,小球靜止在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,繩與豎直方向的夾角θ=37°.已知小球所帶電荷量q=1.0×10-6C,勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=3.0×103N/C,取重力加速度g=10m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求:
(1)小球所受電場(chǎng)力F的大小;
(2)小球的質(zhì)量m;
(3)將電場(chǎng)撤去,小球回到最低點(diǎn)時(shí)速度v的大?。?
【答案】(1)F=3.0×10-3N (2)m=4.0× 62、10-4kg (3)v=2.0m/s
【解析】
試題分析:根據(jù)電場(chǎng)力的計(jì)算公式求解電場(chǎng)力;畫出小球受力情況示意圖,根據(jù)幾何關(guān)系列方程求解質(zhì)量;根據(jù)機(jī)械能守恒定律求解速度.
(1)根據(jù)電場(chǎng)力的計(jì)算公式可得電場(chǎng)力F=qE=1.0×10-6×3.0×103N=3.0×10-3N;
(2)小球受力情況如圖所示:
根據(jù)幾何關(guān)系可得mg=qEtanθ,所以m=qEgtanθ=3×10-310×tan37°=kg=4×10-4kg;
(3)電場(chǎng)撤去后小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒,則mgl(1-cos37°)=12mv2,解得v=2m/s.
28.如圖所示,兩個(gè)半圓柱A、B緊靠著,其上有一光滑圓 63、柱C,三者半徑均為R,質(zhì)量均為m,與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,最初A、B靜止在水平地面上,現(xiàn)用水平向右的力拉A,使A緩慢移動(dòng),直至C恰好降到地面,整個(gè)過(guò)程中B保持靜止,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度為g,求:
(1)未拉動(dòng)A時(shí),B對(duì)C的作用力大小為多少?
(2)動(dòng)摩擦因數(shù)的最小值為多少?
【答案】(1)F=33mg (2) 33
【解析】
【分析】
根據(jù)A緩慢移動(dòng)并且B保持靜止可知,本題考查共點(diǎn)力的平衡,根據(jù)力的平衡條件條件求解C受到B作用力的大小F,先根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件求解B受到C水平方向最大壓力,然后根據(jù)摩擦力的計(jì)算公式分析求解;
【詳解】
(1)對(duì)C受力分析 64、,如圖所示:
根據(jù)平衡條件有:2Fcos30°=2mg
解得:F=233mg;
(2)C恰好降到地面時(shí),B受C壓力的水平分力最大,依據(jù)受力分析可知
Fxmax=Fsin60°=3mg
此時(shí),B受地面的摩擦力Ff=μ(mg+Fsin30°)=2μmg
根據(jù)題意,B保持靜止,則有Ffmin=Fxmax時(shí)μ有最小值
解得:μmin=32。
【點(diǎn)睛】
本題主要是考查了共點(diǎn)力的平衡,解答此類問(wèn)題的一般步驟是:確定研究對(duì)象、進(jìn)行受力分析、利用平行四邊形法則進(jìn)行力的合成或者是正交分解法進(jìn)行力的分解,然后在坐標(biāo)軸上建立平衡方程進(jìn)行解答。
29.如圖所示,水平桌面上有三個(gè)質(zhì)量分別為1 k 65、g、2 kg、3 kg 的物體a、b、c疊放在一起,a的左端通過(guò)一根輕繩與質(zhì)量為m=3???kg的小球相連,繩與水平方向的夾角為60°,小球靜止在光滑的半圓形器皿中,水平向右的力F=14???N作用在b上,a、b、c三個(gè)物體恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)且a與桌面恰好不打滑,若最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,ab間、bc間最大靜摩擦力足夠大,取g=10 m/s2,求:
(1)繩對(duì)小球的拉力大?。?
(2)b對(duì)c,a對(duì)b以及桌面對(duì)a的摩擦力大??;
(3)撤去力F的瞬間,a、b、c三個(gè)物體的加速度大小。
【答案】(1)10 N (2)0 14 N 4 N (3)0.7 m/s2
【解析】
【詳 66、解】
(1)對(duì)小球受力分析如圖所示:
據(jù)平衡條件得:FNsin60°+FTsin60°=mg
FNcos60°=FTcos60°
聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得:FT=10N
(2)對(duì)c:Ff=0
對(duì)bc:Ff1=F=14N
對(duì)a、b、c:F-Ff2-FT=0
代入數(shù)據(jù)解得:Ff2=4N
(3)對(duì)a、b、c:FT'-Ff2=(ma+mb+mc)a,
對(duì)球:mgsin30°-FT'cos30°=macos30°,
聯(lián)立代入數(shù)值解得:a=27-6323m/s2≈0.7m/s2。
【點(diǎn)睛】
本題主要考查力的分解和平衡力判斷,結(jié)合牛頓第二定律會(huì)使此類題目變得簡(jiǎn)單.要養(yǎng)成分析物體受力的習(xí)慣,并能靈活選擇研究對(duì)象.
30.如圖所示,一質(zhì)量為m的滑塊從高為h的光滑圓弧形槽的頂端A處無(wú)初速度地滑下,槽的底端B與水平傳送帶相接,傳送帶的運(yùn)行速度恒為v0,兩輪軸心間距為L(zhǎng),滑塊滑到傳送帶上后做勻加速運(yùn)動(dòng),滑到傳送帶右端C時(shí),恰好加速到與傳送帶的速度相同,求:
(1)滑塊到達(dá)底端B時(shí)的速度大小vB;
(2)滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ;
(3)此過(guò)程中,由于克服摩擦力做功而產(chǎn)生
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