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1、力 物體的平衡考點高分解題綜合訓練
1 下列對運動的認識不正確的是 ( )
A亞里士多德認為物體的自然狀態(tài)是靜止的,只有當它受到力的作用才會運動
B.伽利略認為力不是維持物體速度的原因
C.牛頓認為力的真正效應(yīng)總是改變物體.的速度,而不僅僅是使之運動
D.伽利略根據(jù)理想實驗推論出,如果沒有摩擦,在水平面上的物體,一旦具有某一個速度,將保持這個速度繼續(xù)運動下去
1.A
2武漢市水果湖建有一座李白放鷹臺,每年春天吸引許多游客前往放風箏,會放風箏的人,可使風箏靜止在空中,如圖1—25所示四幅圖中AB代表風箏截面,OL代表風箏線,風向水平,風箏可能靜止的是 ( )
2、
2.B解析:因風對風箏的作用力的方向垂直AB面,由平衡條件可知B對.
3如圖1—26所示,物體A、B放在物體C上,水平力F作用于A,使A、B、C一起勻速運動,各接觸面間的摩擦力的情況是 ( )
A.A對C有向左的摩擦力 BC對B有向左的摩擦力 C.物體C受到三個摩擦力的作用 D.C對地有向右的摩擦力
3.A解析:以A為研究對象,所受合外力為零,故C對A有向右的摩擦力,A對c有向左的摩擦力,選項A正確.對B,因其所受合外力為零,故B、C間沒有摩擦力,選項B錯誤.選A、B、c整體為研究對象,在F作用下向左勻速運動,所受合外力為零,故知地面對C有向右的摩擦力,C對地面有向左的摩
3、擦力,C受到A、地面給它的兩個摩擦力的作用,選項C、D都錯誤.
4沿水平方向的轉(zhuǎn)動軸0上固定一根輕桿,桿端固定一個金屬小球A,A隨轉(zhuǎn)軸及輕桿在豎直平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動,某一時刻位置如圖1—27所示(BC為過A的豎直方向),此時刻輕桿對金屬小球 A的作用力的可能方向在下面的哪個范圍內(nèi) ( )
A沿AO方向 B在AB及AO的范圍內(nèi) C.沿AB方向 D.在AB及OA延長線間的范圍內(nèi)
4.B解析:由于勻速圓周運動的小球所受合外力指向圓心,且合外力為重力與桿對球彈力的合力產(chǎn)生,故彈力必定在AO與AB所夾的范圍內(nèi).
5 如圖1-28所示,物塊M通過與斜面平行的細繩與小物塊m相連,
4、斜面的傾角a可以改變,討論物塊M對斜面的摩擦力大小,則有 ( )
A.若物塊M保持靜止,則a角越大,摩擦力一定越大
B 若物塊M保持靜止,則a角越大,摩擦力一定越小
C.若物塊M沿斜面下滑,則a角越大,摩擦力一定越大
D.若物塊M沿斜面下滑,則a角越大,摩擦力一定越小
5.D解析:由于題干中不能確定M與m的大小關(guān)系,故靜摩擦力的方向、大小均不能確定,選項AB錯誤,而滑動摩擦力f與正壓力Mgcos a成正比,斜面傾角a越大,壓力越小,滑動摩擦力越小,故選項C錯誤,選項D正確.
6如圖1—29所示,質(zhì)量分別為10 kg的物體A和B過滑輪與物體C相連,平面和斜面間的動
5、摩擦因數(shù)均為0.2,斜面的傾角為37 o,若C剛好能勻速拉動A和B下滑,則物體C的質(zhì)量為(g取10 m/s2) ( )
A.9.6 kg B 80 kg C.36 kg D.76 kg
6.A解析:物體A處于平衡狀態(tài)所以繩的拉力為T1=μmAg=20N,再分析B的受力情況,如圖所示,f=μmBgcosθ=16 N,T1′=20N,所以T2=f+T1′+mBgsinθ=96N,物體C處于平衡狀態(tài),所以,mcg=T2=96 N,mc=9.6 kg.
7小木塊放在傾角為a的斜面上,受到一個水平力F(F≠O)的作用處于靜止,如圖1—30所示.則小木塊受到斜面的支持
6、力和摩擦力的合力的方向及其與豎直向上的方向的夾角β可能是( )
A.合力的方向豎直向上,β=O B合力的方向向右上方,βa
7.CD解析:小木塊靜止在斜面上,受到4個力的作用,豎直向下的重力、水平向右的力F、斜面的支持力和摩擦力,這四個力的合力為零,因為重力與F的合力方向必為向右下方,所以斜面的支持力和摩擦力的合力方向必為向左上方,即0<β<90o,力F較小時βa,故選項CD正確.
8 在傾角為30。的光滑斜面底端固定一個垂直于斜面的擋板,物體A、B用輕彈簧連接并放在斜面上,如圖1-31所示
7、.已知物體A的質(zhì)量mA=2 kg,物體B的質(zhì)量 mB=1kg,彈簧的勁度系數(shù)為k=100 N/m現(xiàn)將物體B從靜止狀態(tài)沿斜面向下壓10 cm后釋放,g取10m/s2,則在B運動的過程中 ( )
A物體A不會離開擋板,A對擋板的最小壓力為5 N
B物體A不會離開擋板,A對擋板的最小壓力為10 N
C.物體A不會離開擋板,物體B振動的振幅為15 cm
D.物體A會離開擋板
8.A解析:物體B靜止時的位置為振動的平衡位置,此時彈簧的彈力為kx0=mBgsin′30 o=5 N,即x0=5 cm將B物體下壓10 cm后,根據(jù)簡諧振動的對稱性可知,物體B運動的最高點距平衡位置為10
8、cm,此時彈簧伸長.5 cm,彈簧的彈力為5 N,則A物體不會離開擋板,擋板對A的彈力最小值為5 N.由以上分析可知選項A正確.
9如圖1—36所示,質(zhì)量m=2 kg的物體放在傾角θ=30 o的斜面上處于靜止.若用F=5 N的力豎直向上提物體,則 ( )
A斜面受到的摩擦力減小了5 N
B斜面受到的摩擦力減小了2.5 N
C.斜面受到的摩擦力與壓力的合力減小了5 N
D.斜面受到的摩擦力與壓力的合力減小了2.5 N′
9.BC解析:受力如圖,由圖知_廠減小,又Fsinθ=2.5 N,故,減小了5 N;斜面受到的摩擦力與壓力的合力方向豎直向下,大小等于mg—F,所以其
9、合力減小了5 N.
10 電梯修理員或牽引ks5u專家常常需要檢測金屬繩中的張力,但不能到繩的自由端去直接測量.某公司制造出一種能測量繩中張力的儀器,工作原理如圖1—33所示,將相距為L的兩根固定支柱A、B(圖中小圓圈表示支柱的橫截面)垂直于金屬繩水平放置,在AB的中點用一可動支柱c向上推動金屬繩,使繩在垂直于AB的方向豎直向上發(fā)生一個偏移量d(d《L),這時儀器測得繩對支柱C豎直向下的作用力為F
(1)試用L、d、F表示這時繩中的張力?。?
(2)如果偏移量d=10 mm,作用力F=400 N,L=250mm,計算繩中張力的大?。?
10.解析:依對稱性將儀器測得的繩對支柱C豎直
10、向下的作用力F按作用效果分解為沿兩繩方向的兩個分力:Tl=T2=T,由力的合成有:F=2Tsinθ
根據(jù)幾何關(guān)系有:解得:,因d《L,故
(2)代人數(shù)據(jù)得:T=2 500 N.
11 有一只小蟲重為G,不慎跌人一個碗中,如圖1-34所示,碗內(nèi)壁為一半徑為R的球殼的一部分,且其深度為D,碗與小蟲腳間的動摩擦因數(shù)為μ,若小蟲可順利爬出碗口而不會滑入碗底,則D的最大值為多少?(用G、R表示D)
11.解析:如圖所示,設(shè)過碗的邊緣的半徑與豎直方向的夾角為φ,小蟲爬到碗的邊緣時所受到的支持力為N,摩擦力為f,則:
又,f=μN,所以有tanθ=φ,由幾何關(guān)系可知:D=R(1=cosφ)
11、,聯(lián)立上述各式解得:
12 某空間區(qū)域存在勻強電場和勻強磁場,勻強電場的電場強度為0.5 N/C,一帶電量為q=+10-3C、質(zhì)量為m=3×10-5kg的油滴從高5 m處落入該區(qū)域后,恰好做勻速直線運動(忽略空氣阻力的作用),求勻強磁場的磁感應(yīng)強度的最小值.(g取10m/s2)
12.0.04 T
解析:帶電油滴進入電場和磁場區(qū)域后做勻速直線運動,所以油滴處于受力平衡狀態(tài),油滴受力如圖所示.由于進入場區(qū)時速度豎直向下,所以磁場力f一定在水平方向上,與重力垂直,所以電場力F在水平方向的分力等于磁場力f,在豎直方向的分力等于重力G.
F=qE=10-3C×0.5 N/C =5
12、×10-4N ①, mg=3×10-4N ②,設(shè)F與豎直方向的夾角為θ,豎直方向上有mg=Fcosθ ③,水平方向上有f=Fsinθ ④,由①②③④式可得f=4×10-4N.設(shè)油滴下落到場區(qū)時的速度為v,當速度與磁場垂直時,粒子所受的磁場力最大.所以當磁場與速度垂直時,磁場的磁感應(yīng)強度最小,設(shè)磁感應(yīng)強度的最小值為B,由f=
13 如圖1—35所示,物體的質(zhì)量為2kg,兩根輕繩AB和AC的一端連接于豎直墻上,∠BAC=θ,另一端系于物體上,在物體上另施加一個方向與水平線也成θ角的拉力F,若要使兩繩都能伸直,求拉力F的大小范圍.(θ=60 o)
13.解析:題中繩都伸直
13、后,作出A的受力圖如圖所示,以水平方向為x軸,以豎直方向為y軸,建立直角坐標系,由平衡條件有:
x軸:①,
y軸:②,
由②式得
③,
①③聯(lián)立得④,
要使兩繩都能繃直,則有:FAB≥O ⑤,
FAC≥O ⑥,
由③⑤式得F有最大值
由④⑥式得F有最小值
綜合得F的取值范圍為
14 如圖2—36所示,水平放置的平行的兩條光滑金屬導軌 PQ和MN處在豎直方向的勻強磁場中,一端和電池、電阻R相連,電池的電動勢E=3.O V、內(nèi)阻r=0.50Ω,電阻R=3.5Ω.金屬棒AB跨接在導軌上,AB的電阻R1=1.0 Q,其余電阻不計.當金屬棒AB以3.0
14、m/s的速度向右勻速運動時,金屬導軌中的電流恰為零.當AB在水平力F作用下向左勻速運動時,水平力做功的功率是2.0W.求水平力F的大小和方向.
14.解析:1.0 N,方向向左解析:金屬棒AB向右運動,切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢等于電池的電動勢時,電路中無電流,則E=BLv1 ①,金屬棒AB向左切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,可以判斷感應(yīng)電動勢的方向和電池的電動勢方向相同,電路中的電流設(shè)為I,有
I(El+E)=I2(r+R+R1) ②,其中IE1等于水平力做功的功率.即IEl=2W,代入②式得I=l.0 A(I=-0.4 A舍),金屬棒AB受水平力F和安培力處于平衡,有 F
15、=F安=BIL ③,由①③式可得 ,方向向左.
考點小資料
共點力作用下平衡條件的三個推論
物體在共點力作用下平衡的條件是合力為零,即∑F=0.由此可得出以下三個推論:
推論一:物體在若干個力作用下平衡。則其中任意一個力必與其他力的合力等值反向.
推論二:物體在若干個力作用下平衡,則這些力的矢線構(gòu)成封閉多邊形.若三個力作用于物體使其平衡。則三力必構(gòu)成封閉三角形.
推論三:若有三個力作用于物體并使其處于平衡狀態(tài)。且這三個力彼此不平行,則這三個力必為共點力.
利用這三個推論可以迅速而簡便的解決許多靜力學
問題.現(xiàn)舉例說明:
例1.如圖l,處于水平面上的物體,在斜向上拉力F
16、1的作用下做勻速直線運動.則物體所受拉力F1與地面磨擦力F2的合力F′的方向一定 ( )
A.斜向右上方 B豎直向上 C.斜向左上方 D.無法確定
解析:物體受重力G、拉力F1、地面支持力FN與地面磨擦力F2的作用,如圖2,設(shè)重力G與地面支持FN的合力為F3,由推論一得知, F3與F′必為等值反向.由于FN、G均沿豎直方向,F(xiàn)3必定豎直向上,因而答案B是正確的.
例2.在光滑的水平桌面上有一根細繩,繩的一端固定于桌面上的0點,現(xiàn)對繩的自由端施加兩個靠近桌面的水平拉力,使繩被拉直且靜止于向東偏南a角的位置,已知F1的大小,其方向為正東,如圖3.求另一力
17、F2的最小值.
解析:繩的自由端A受三個力的作用:拉力F1、F2和細繩對A端的拉力T,此三力的合力為零,由推論二知,這三力必定構(gòu)成封閉三角形.以F1的末端為F2的始端,再以F2的末端為T的始端,則T的末端必與F1的始端重合.在圖4中,由于F1的大小、方向均已知,拉力T的方向沿繩指向0,為使F2取最小值,F(xiàn)2的方向必與丁的方向垂直,可知F2min=FsinA
例3.一個質(zhì)量為m=50kg的均勻圓柱體,置于高為 h的臺階旁,圓柱體半徑r=2h.如圖5,柱體與臺階接觸處是粗糙的.若在圖中A處施以最小力F=2.5×102N使圓柱體剛能開始以P為軸向臺階上滾動,求臺階對圓柱體的作用力多大?
解析:如圖6所示,臺階上的P處粗糙不會產(chǎn)生滑動,以P點為軸.若在A處施加最小的作用力,必須使該力的力臂最長,即力F的方向必定垂直于AP.使柱體繞P點向上滾動.柱體受到三個不平行力的作用:作用于A點的力F、重力mg、臺階P點對柱體的作用力F′.由推論三可知,此三力平衡必共點.據(jù)此可延長重力作用線與力F交于A點,作用力F′的作用線延長也必過A點,即F′的方向垂直于F的方向,所以F′的大小必等于重力在AP方向上的分力.由此可得: