高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用配套教案
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1、 第2章 相互作用 第1節(jié) 重力 彈力 摩擦力 一、力 1.力的概念:物體與物體之間的相互作用. 2.力的作用效果 兩類效果 二、重力 1.產(chǎn)生:由于地球的吸引而使物體受到的力. 2.大?。篏=mg. 3.方向:總是豎直向下. 4.重心:因?yàn)槲矬w各部分都受重力的作用,從效果上看,可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn),這一點(diǎn)叫做物體的重心. ◆特別提醒:(1)重力的方向不一定指向地心. (2)并不是只有重心處才受到重力的作用. 三、彈力 1.彈力 (1)定義:發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀,對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用. (2)產(chǎn)生的條件 ①兩物體
2、相互接觸;②發(fā)生彈性形變. (3)方向:與物體形變方向相反. ◆特別提醒:有彈力作用的兩物體一定相接觸,相接觸的兩物體間不一定有彈力. 2.胡克定律 (1)內(nèi)容:彈簧的彈力的大小F跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成正比. (2)表達(dá)式:F=kx. ①k是彈簧的勁度系數(shù),單位為N/m;k的大小由彈簧自身性質(zhì)決定. ②x是彈簧長(zhǎng)度的變化量,不是彈簧形變以后的長(zhǎng)度. 四、摩擦力 1.產(chǎn)生:相互接觸且發(fā)生形變的粗糙物體間,有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí),在接觸面上所受的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力. 2.產(chǎn)生條件:接觸面粗糙;接觸面間有彈力;物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì). 3.大小:
3、滑動(dòng)摩擦力Ff=μFN,靜摩擦力:0 4、
(4)滑動(dòng)摩擦力的方向一定與物體運(yùn)動(dòng)方向相反.()
(5)滑動(dòng)摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向不相同就相反.()
(6)運(yùn)動(dòng)的物體不可能受到靜摩擦力的作用.()
(7)根據(jù)μ=可知?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)μ與Ff成正比,與FN成反比.()
2.(多選)關(guān)于彈力的方向,下列說法中正確的是( )
A.放在水平桌面上的物體所受彈力的方向是豎直向上的
B.放在斜面上的物體所受斜面的彈力的方向是豎直向上的
C.將物體用繩吊在天花板上,繩所受物體的彈力方向是豎直向上的
D.物體間相互擠壓時(shí),彈力的方向垂直接觸面指向受力物體
解析:選AD.放在水平桌面上的物體所受彈力為支持力,其方向?yàn)榇怪庇谧烂嫦蛏?,?/p>
5、A正確;放在斜面上的物體所受斜面的支持力方向垂直于斜面向上,故B錯(cuò)誤,D正確;繩子對(duì)物體的拉力總是沿繩子收縮的方向,而物體對(duì)繩子的彈力方向指向繩子伸長(zhǎng)的方向,故C錯(cuò)誤.
3.(多選)關(guān)于胡克定律,下列說法正確的是( )
A.由F=kx可知,在彈性限度內(nèi)彈力F的大小與彈簧形變量x成正比
B.由k=可知,勁度系數(shù)k與彈力F成正比,與彈簧的長(zhǎng)度改變量成反比
C.彈簧的勁度系數(shù)k是由彈簧本身的性質(zhì)決定的,與彈力F的大小和彈簧形變量x的大小無關(guān)
D.彈簧的勁度系數(shù)在數(shù)值上等于彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)單位長(zhǎng)度時(shí)彈力的大小
解析:選ACD.在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力與形變量遵守胡克定律F=kx,故A正 6、確;彈簧的勁度系數(shù)是由彈簧本身的性質(zhì)決定的,與彈力F及x無關(guān),故C正確,B錯(cuò)誤;由胡克定律得k=,可理解為彈簧每伸長(zhǎng)(或縮短)單位長(zhǎng)度時(shí)受到的彈力的值與k相等,故D正確.
4.(2017中山模擬)如圖所示,放在粗糙水平面上的物體A上疊放著物體B,A和B之間有一根處于壓縮狀態(tài)的彈簧,A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài),下列說法中正確的是( )
A.B受到向左的摩擦力
B.B對(duì)A的摩擦力向右
C.地面對(duì)A的摩擦力向右
D.地面對(duì)A沒有摩擦力
解析:選D.壓縮的彈簧對(duì)B有向左的彈力,B有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),受到向右的摩擦力,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;A對(duì)B的摩擦力向右,由牛頓第三定律可知,B對(duì)A的摩擦力 7、向左,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;對(duì)整體研究,根據(jù)平衡條件分析可知,地面對(duì)A沒有摩擦力,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.
考點(diǎn)一 彈力的分析和計(jì)算
1.彈力有無的判斷方法
(1)條件法:根據(jù)產(chǎn)生彈力的兩個(gè)條件——接觸和發(fā)生彈性形變直接判斷.
(2)假設(shè)法或撤離法:可以先假設(shè)有彈力存在,然后判斷是否與研究對(duì)象所處狀態(tài)的實(shí)際情況相符合.還可以設(shè)想將與研究對(duì)象接觸的物體“撤離”,看研究對(duì)象能否保持原來的狀態(tài).
2.彈力方向的判斷方法
(1)根據(jù)物體所受彈力方向與施力物體形變的方向相反判斷.
(2)根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件或牛頓第二定律確定彈力的方向.
3.彈力大小的確定方法
(1)彈簧類彈力:由胡克定律知彈力 8、F=kx,其中x為彈簧的形變量,而不是伸長(zhǎng)或壓縮后彈簧的總長(zhǎng)度.
(2)非彈簧類彈力:根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和其他受力情況,利用平衡條件或牛頓第二定律來綜合確定.
1.如圖所示,小車內(nèi)一根輕質(zhì)彈簧沿豎直方向和一條與豎直方向成α角的細(xì)繩拴接一小球.當(dāng)小車和小球相對(duì)靜止,一起在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí),下列說法正確的是( )
A.細(xì)繩一定對(duì)小球有拉力的作用
B.輕彈簧一定對(duì)小球有彈力的作用
C.細(xì)繩不一定對(duì)小球有拉力的作用,但是輕彈簧對(duì)小球一定有彈力
D.細(xì)繩不一定對(duì)小球有拉力的作用,輕彈簧對(duì)小球也不一定有彈力
解析:選D.若小球與小車一起勻速運(yùn)動(dòng),則細(xì)繩對(duì)小球無拉力;若小球與小車有向右的加速 9、度a=gtan α,則輕彈簧對(duì)小球無彈力,D正確.
2.(2016高考江蘇卷)一輕質(zhì)彈簧原長(zhǎng)為8 cm,在4 N的拉力作用下伸長(zhǎng)了2 cm,彈簧未超出彈性限度.則該彈簧的勁度系數(shù)為( )
A.40 m/N B.40 N/m
C.200 m/N D.200 N/m
解析:選D.根據(jù)胡克定律有F=kx,則k== N/m=200 N/m,故D正確.
3.(2017安慶質(zhì)檢)如圖所示,固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿間的夾角為θ,在斜桿的下端固定有質(zhì)量為m的小球,下列關(guān)于桿對(duì)球的作用力F的判斷正確的是( )
A.小車靜止時(shí),F(xiàn)=mgsin θ,方向沿桿向上
B.小車靜止時(shí),F(xiàn)= 10、mgcos θ,方向垂直于桿向上
C.小車以向右的加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí),一定有F=
D.小車以向左的加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí),F(xiàn)=,方向斜向左上方,與豎直方向的夾角θ1滿足tan θ1=
解析:選D.小車靜止時(shí),由物體的平衡條件知此時(shí)桿對(duì)球的作用力方向豎直向上,大小等于球的重力mg,A、B錯(cuò)誤;小車以向右的加速度a運(yùn)動(dòng),設(shè)小球受桿的作用力的方向與豎直方向的夾角為θ1,如圖甲所示.根據(jù)牛頓第二定律,有Fsin θ1=ma,F(xiàn)cos θ1=mg,兩式相除可得tan θ1=,只有當(dāng)球的加速度a=gtan θ時(shí),桿對(duì)球的作用力才沿桿的方向,此時(shí)才有F=,C錯(cuò)誤;小車以加速度a向左加速運(yùn)動(dòng)時(shí),由牛頓第二定律,可知 11、小球所受到的重力mg與桿對(duì)球的作用力的合力大小為ma,方向水平向左,如圖乙所示.所以桿對(duì)球的作用力的大小F=,方向斜向左上方,tan θ1=,D正確.
幾種典型彈力的方向
考點(diǎn)二 靜摩擦力的有無及方向的判斷
1.假設(shè)法:利用假設(shè)法判斷的思維程序如下:
2.狀態(tài)法
根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來確定,思路如下.
3.轉(zhuǎn)換法
利用牛頓第三定律(作用力與反作用力的關(guān)系)來判定.先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的大小和方向,再確定另一物體受到的反作用力——靜摩擦力的大小和方向.
1.如圖,質(zhì)量mA>mB的兩物體A、B疊放在一起,靠著豎直墻面.讓它們由靜止釋放,在沿粗 12、糙墻面下落過程中,物體B的受力示意圖是( )
解析:選A.兩物體A、B疊放在一起,在沿粗糙墻面下落過程中,由于物體與豎直墻面之間沒有壓力,所以沒有摩擦力,二者一起做自由落體運(yùn)動(dòng),A、B之間沒有彈力作用,物體B的受力示意圖是圖A.
2.(2017東北三校二聯(lián))(多選)如圖所示是主動(dòng)輪P通過皮帶帶動(dòng)從動(dòng)輪Q的示意圖,A與B、C與D分別是皮帶上與輪緣上相互接觸的點(diǎn),則下列判斷正確的是( )
A.B點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向與B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相反
B.D點(diǎn)相對(duì)于C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向與C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相反
C.D點(diǎn)所受靜摩擦力方向與D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向相同
D.主動(dòng)輪受到的摩擦力是阻力,從動(dòng)輪受到的摩 13、擦力是動(dòng)力
解析:選BCD.P為主動(dòng)輪,假設(shè)接觸面光滑,B點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向一定與B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相同,A錯(cuò)誤;Q為從動(dòng)輪,D點(diǎn)相對(duì)于C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向與C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相反,Q輪通過靜摩擦力帶動(dòng),因此,D點(diǎn)所受的靜摩擦力方向與D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相同,B、C均正確;主動(dòng)輪靠摩擦帶動(dòng)皮帶,從動(dòng)輪靠摩擦被皮帶帶動(dòng),故D也正確.
3.(多選)如圖所示,傾角為θ的斜面C置于水平地面上,小物塊B置于斜面上,通過細(xì)繩跨過光滑的定滑輪與物體A相連接,連接B的一段細(xì)繩與斜面平行,已知A、B、C都處于靜止?fàn)顟B(tài),則( )
A.B受到C的摩擦力一定不為零
B.C受到地面的摩擦力一定為零
C.C有沿地面向 14、右滑動(dòng)的趨勢(shì),一定受到地面向左的摩擦力
D.將細(xì)繩剪斷,若B依然靜止在斜面上,此時(shí)地面對(duì)C的摩擦力為0
解析:選CD.若繩對(duì)B的拉力恰好與B的重力沿斜面向下的分力平衡,則B與C間的摩擦力為零,A項(xiàng)錯(cuò)誤;將B和C看成一個(gè)整體,則B和C受到細(xì)繩向右上方的拉力作用,故C有向右滑動(dòng)的趨勢(shì),一定受到地面向左的摩擦力,B項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確;將細(xì)繩剪斷,若B依然靜止在斜面上,利用整體法判斷,B、C整體在水平方向不受其他外力作用,處于平衡狀態(tài),則地面對(duì)C的摩擦力為0,D項(xiàng)正確.
考點(diǎn)三 摩擦力的計(jì)算
1.靜摩擦力大小的計(jì)算
(1)物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速運(yùn)動(dòng)),利用力的平衡條件來判斷其大小.
( 15、2)物體有加速度時(shí),若只有靜摩擦力,則Ff=ma.若除靜摩擦力外,物體還受其他力,則F合=ma,先求合力再求靜摩擦力.
2.滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算
滑動(dòng)摩擦力的大小用公式Ff=μFN來計(jì)算,應(yīng)用此公式時(shí)要注意以下幾點(diǎn):
(1)μ為動(dòng)摩擦因數(shù),其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關(guān);FN為兩接觸面間的正壓力,其大小不一定等于物體的重力.
(2)滑動(dòng)摩擦力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度和接觸面的大小均無關(guān).
考向1:靜摩擦力的計(jì)算
[典例1] (2017黃岡模擬) 如圖所示,質(zhì)量分別為m和M的兩物體P和Q疊放在傾角為θ的斜面上,P、Q間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1,Q與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2.當(dāng)它們從靜止 16、開始沿斜面滑下時(shí),兩物體始終保持相對(duì)靜止,則物體P受到的摩擦力大小為( )
A.μ1mgcos θ,方向平行于斜面向上
B.μ1mgcos θ,方向平行于斜面向下
C.μ2mgcos θ,方向平行于斜面向上
D.μ2mgcos θ,方向平行于斜面向下
解析 當(dāng)物體P和Q一起沿斜面加速下滑時(shí),其加速度為a=gsin θ-μ2gcos θ<gsin θ,因?yàn)镻和Q相對(duì)靜止,所以P和Q之間的摩擦力為靜摩擦力,且方向平行于斜面向上,B、D錯(cuò)誤;不能用公式Ff=μFN求解,對(duì)物體P運(yùn)用牛頓第二定律得mgsin θ-F靜=ma,求得F靜=μ2mgcos θ,C正確.
答案 C
判斷 17、摩擦力方向時(shí)應(yīng)注意的兩個(gè)問題
(1)靜摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向沒有必然關(guān)系,可能相同,也可能相反,還可能成一定的夾角.
(2)分析摩擦力方向時(shí),要注意靜摩擦力方向的“可變性”和滑動(dòng)摩擦力的“相對(duì)性”.
考向2:滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算
[典例2] 如圖所示,質(zhì)量為mB=24 kg的木板B放在水平地面上,質(zhì)量為mA=22 kg的木箱A放在木板B上,另一端拴在天花板上,輕繩與水平方向的夾角為θ=37.已知木箱A與木板B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.5.現(xiàn)用水平向右、大小為200 N的力F將木板B從木箱A下面勻速抽出(sin 37≈0.6,cos 37≈0.8,重力加速度g取10 m/s2),則木板 18、B與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2的大小為( )
A.0.3 B.0.4
C.0.5 D.0.6
解析 對(duì)A受力分析如圖甲所示,由題意得
FTcos θ=Ff1①
FN1+FTsin θ=mAg②
Ff1=μ1FN1③
由①②③得:FT=100 N
對(duì)A、B整體受力分析如圖乙所示,由題意得
FTcos θ+Ff2=F④
FN2+FTsin θ=(mA+mB)g⑤
Ff2=μ2FN2⑥
由④⑤⑥得:μ2=0.3,故A選項(xiàng)正確.
答案 A
計(jì)算摩擦力時(shí)的三點(diǎn)注意
(1)首先分清摩擦力的性質(zhì),因?yàn)橹挥谢瑒?dòng)摩擦力才有公式,靜摩擦力通常只能用平衡條件或牛頓 19、運(yùn)動(dòng)定律來求解.
(2)公式Ff=μFN中FN為兩接觸面間的正壓力,與物體的重力沒有必然聯(lián)系,不一定等于物體的重力.
(3)滑動(dòng)摩擦力的大小與物體速度的大小無關(guān),與接觸面積的大小也無關(guān).
1.如圖所示,滑塊A置于水平地面上,滑塊B在一水平力作用下緊靠滑塊A(A、B接觸面豎直),此時(shí)A恰好不滑動(dòng),B剛好不下滑.已知A與B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1,A與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.A與B的質(zhì)量之比為( )
A. B.
C. D.
解析:選B.對(duì)A、B整體受力分析,F(xiàn)=Ff1=μ2(mA+mB)g.對(duì)B受力分析,F(xiàn)f2=μ1F=mBg.聯(lián)立解得=, 20、B正確.
2.(多選)如圖所示,小車的質(zhì)量為m0,人的質(zhì)量為m,人用恒力F拉繩,若人和小車保持相對(duì)靜止,不計(jì)繩和滑輪質(zhì)量及小車與地面間的摩擦,則小車對(duì)人的摩擦力可能是( )
A.0 B.F,方向向右
C.F,方向向左 D.F,方向向右
解析:選ACD.假設(shè)小車對(duì)人的靜摩擦力方向向右,先對(duì)整體分析受力有2F=(m0+m)a,再隔離出人,對(duì)人分析受力有F-Ff=ma,解得Ff=F,若m0>m,則和假設(shè)的情況相同,D正確;若m0=m,則靜摩擦力為零,A正確;若m0 21、在墻上,輕繩與豎直方向的夾角為37,小球的重力為12 N,輕繩的拉力為10 N,水平輕彈簧的拉力為9 N,求輕桿對(duì)小球的作用力.
解析 以小球?yàn)檠芯繉?duì)象,受力如圖所示,小球受四個(gè)力的作用:重力、輕繩的拉力、輕彈簧的拉力、輕桿的作用力,其中輕桿的作用力的方向和大小不能確定,重力與彈簧拉力的合力大小為F==15 N .
設(shè)F與豎直方向夾角為α,sin α==,則α=37
即方向與豎直方向成37角斜向下,這個(gè)力與輕繩的拉力恰好在同一條直線上.根據(jù)物體平衡的條件可知,輕桿對(duì)小球的作用力大小為5 N,方向與豎直方向成37角斜向右上方.
答案 5 N 方向與豎直方向成37角斜向右上方
22、
1.如圖所示,小車內(nèi)有一固定光滑斜面,一個(gè)小球通過細(xì)繩與車頂相連,細(xì)繩始終保持豎直.關(guān)于小球的受力情況,下列說法正確的是( )
A.若小車靜止,則繩對(duì)小球的拉力可能為零
B.若小車靜止,則斜面對(duì)小球的支持力一定為零
C.若小車向右運(yùn)動(dòng),則小球一定受兩個(gè)力的作用
D.若小車向右運(yùn)動(dòng),則小球一定受三個(gè)力的作用
解析:選B.小車向右運(yùn)動(dòng)可能有三種運(yùn)動(dòng)形式:向右勻速運(yùn)動(dòng)、向右加速運(yùn)動(dòng)和向右減速運(yùn)動(dòng).當(dāng)小車向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),小球受力平衡,只受重力和繩子拉力兩個(gè)力的作用.當(dāng)小車向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí),小球需有向右的合力,但由細(xì)繩保持豎直狀態(tài)和斜面形狀可知,該運(yùn)動(dòng)形式不可能有.當(dāng)小車向右減速運(yùn)動(dòng)時(shí), 23、小球需有向左的合力,則一定受重力和斜面的支持力,可能受繩子的拉力,也可能不受繩子的拉力,故B正確.
2.如圖所示,滑輪本身的質(zhì)量可忽略不計(jì),滑輪軸O安在一根輕木桿B上,一根輕繩AC繞過滑輪,A端固定在墻上,且繩保持水平,C端掛一重物,BO與豎直方向的夾角θ=45,系統(tǒng)保持平衡.若保持滑輪的位置不變,改變夾角θ的大小,則滑輪受到木桿作用力大小變化情況是( )
A.只有角θ變小,作用力才變大
B.只有角θ變大,作用力才變大
C.不論角θ變大或變小,作用力都是變大
D.不論角θ變大或變小,作用力都不變
解析:選D.由于兩側(cè)細(xì)繩中拉力不變,若保持滑輪的位置不變,則滑輪受到木桿作用力大 24、小不變,與夾角θ沒有關(guān)系,選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤.
3.(多選)兩個(gè)中間有孔的質(zhì)量為M的小球用一輕彈簧相連,套在一水平光滑橫桿上.兩個(gè)小球下面分別連一輕彈簧.兩輕彈簧下端系在同一質(zhì)量為m的小球上,如圖所示.已知三根輕彈簧的勁度系數(shù)都為k,三根輕彈簧剛好構(gòu)成一等邊三角形.則下列判斷正確的是( )
A.水平橫桿對(duì)質(zhì)量為M的小球的支持力為Mg+mg
B.連接質(zhì)量為m小球的輕彈簧的彈力為
C.連接質(zhì)量為m小球的輕彈簧的伸長(zhǎng)量為mg
D.套在水平光滑橫桿上輕彈簧的形變量為mg
解析:選CD.水平橫桿對(duì)質(zhì)量為M的小球的支持力為Mg+,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;設(shè)下面兩個(gè)彈簧的彈力均為F,則2Fsi 25、n 60=mg,解得F=mg,結(jié)合胡克定律得kx=mg,則x=mg,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;下面的一根彈簧對(duì)M的水平分力為Fcos 60=mg,再結(jié)合胡克定律得kx′=mg,解得x′=mg,選項(xiàng)D正確.
課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練
[基礎(chǔ)鞏固題組]
1.下列說法正確的是( )
A.有力作用在物體上,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變
B.單個(gè)孤立物體有時(shí)也能產(chǎn)生力的作用
C.作用在同一物體上的力,只要大小相同,作用的效果就相同
D.找不到施力物體的力是不存在的
解析:選D.由于力的作用效果有二:其一是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài),其二是使物體發(fā)生形變,A錯(cuò)誤;力是物體對(duì)物體的作用,B錯(cuò)誤;力的作用效果是由大小、方 26、向、作用點(diǎn)共同決定的,C錯(cuò)誤;力是物體與物體之間的相互作用,只要有力就一定會(huì)有施力物體和受力物體,D正確.
2.(多選)下列關(guān)于摩擦力的說法,正確的是( )
A.作用在物體上的滑動(dòng)摩擦力只能使物體減速,不可能使物體加速
B.作用在物體上的靜摩擦力只能使物體加速,不可能使物體減速
C.作用在物體上的滑動(dòng)摩擦力既可能使物體減速,也可能使物體加速
D.作用在物體上的靜摩擦力既可能使物體加速,也可能使物體減速
解析:選CD.滑動(dòng)摩擦力既能提供動(dòng)力,也能提供阻力,如把物體無初速度放在傳送帶上,滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做正功,使物體加速,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,C正確;靜摩擦力既能提供動(dòng)力,也能提供阻力,汽車啟 27、動(dòng)過程中,車廂里的貨物跟隨汽車一起加速,靜摩擦力使貨物加速.汽車剎車時(shí),汽車車廂里的貨物跟汽車一起停下來的過程,靜摩擦力使貨物減速,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,D正確.
3.如圖所示,完全相同、質(zhì)量均為m的A、B兩球,用兩根等長(zhǎng)的細(xì)線懸掛在O點(diǎn),兩球之間夾著一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),彈簧處于水平方向,兩根細(xì)線之間的夾角為θ,則彈簧的長(zhǎng)度被壓縮( )
A. B.
C. D.
解析:選C.以A球?yàn)閷?duì)象,其受力如圖所示,所以F彈=mgtan ,則Δx==tan ,C正確.
4.如圖所示,將兩相同的木塊a、b置于粗糙的水平地面上,中間用一輕彈簧連接,兩側(cè)用細(xì)繩系于墻壁.開始 28、時(shí)a、b均靜止,彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài),兩細(xì)繩均有拉力,a所受摩擦力Ffa≠0,b所受摩擦力Ffb=0,現(xiàn)將右側(cè)細(xì)繩剪斷,則剪斷瞬間( )
A.Ffa大小不變 B.Ffa方向改變
C.Ffb仍然為零 D.Ffb方向向左
解析:選A.右側(cè)細(xì)繩剪斷的瞬間,彈簧彈力來不及發(fā)生變化,故a的受力情況不變,a左側(cè)細(xì)繩的拉力、靜摩擦力的大小方向均不變,A正確,B錯(cuò)誤;而在剪斷細(xì)繩的瞬間,b右側(cè)細(xì)繩的拉力立即消失,靜摩擦力向右,C、D錯(cuò)誤.
5.如圖所示,一質(zhì)量為m的木板置于水平地面上,其上疊放一質(zhì)量為m0的磚塊,用水平力F將木板從磚下抽出,則該過程中木板受到地面的摩擦力為(已知m與地面間的動(dòng)摩擦 29、因數(shù)為μ1,m0與m間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2)( )
A.μ1mg B.μ1(m0+m)g
C.μ2mg D.μ2(m0+m)g
解析:選B.滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算公式F=μFN,題中水平地面所受壓力的大小為(m0+m)g,木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1,所以木板受滑動(dòng)摩擦力大小為μ1(m0+m)g,B正確.
6.如圖所示,一重為10 N的球固定在支桿AB的上端,用一段繩子水平拉球,使桿發(fā)生彎曲,已知繩的拉力為7.5 N,則AB桿對(duì)球的作用力( )
A.大小為7.5 N
B.大小為10 N
C.方向與水平方向成53角斜向右下方
D.方向與水平方向成53角斜向左上方
解析 30、:選D.對(duì)小球進(jìn)行受力分析可得,AB桿對(duì)球的作用力與繩的拉力的合力與小球重力等值反向,AB桿對(duì)球的作用力大小F==12.5 N,A、B錯(cuò)誤;令A(yù)B桿對(duì)小球的作用力與水平方向夾角為α,可得tan α==,α=53,D正確.
7.(多選)如圖所示,物塊M在靜止的傳送帶上以速度v勻速下滑時(shí),傳送帶突然啟動(dòng),方向如圖中箭頭所示,若傳送帶的速度大小也為v,則傳送帶啟動(dòng)后( )
A.M靜止在傳送帶上
B.M可能沿斜面向上運(yùn)動(dòng)
C.M受到的摩擦力不變
D.M下滑的速度不變
解析:選CD.由M勻速下滑可知其處于平衡狀態(tài),受重力、摩擦力和支持力作用,傳送帶啟動(dòng)以后對(duì)M受力沒有影響,自然 31、也不會(huì)影響其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),C、D正確.
[綜合應(yīng)用題組]
8.如右圖所示,把一重為G的物體,用一水平方向的推力F=kt(k為恒量,t為時(shí)間)壓在豎直的足夠高的平整墻上,從t=0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的變化關(guān)系是下圖中的( )
解析:選B.物體在豎直方向上只受重力G和摩擦力Ff的作用.由于Ff從零開始均勻增大,開始一段時(shí)間Ff<G,物體加速下滑;當(dāng)Ff=G時(shí),物體的速度達(dá)到最大值;之后Ff>G,物體向下做減速運(yùn)動(dòng),直至減速為零.
在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,摩擦力為滑動(dòng)摩擦力,其大小為Ff=μFN=μF=μkt,即Ff與t成正比,是一條過原點(diǎn)的傾斜直線.
當(dāng)物體速度減為零后,滑動(dòng)摩擦 32、力突變?yōu)殪o摩擦力,其大小Ff=G,所以物體靜止后的圖線為平行于t軸的線段,正確答案為B.
9.如圖所示,質(zhì)量為m的物體用細(xì)繩拴住放在水平粗糙傳送帶上,物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,當(dāng)傳送帶分別以v1、v2的速度做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)(v1<v2),繩中的拉力分別為F1、F2,物體受到的摩擦力分別為Ff1、Ff2則下列說法正確的是( )
A.Ff1<Ff2 B.物體所受摩擦力方向向右
C.F1=F2 D.Ff1=μmg
解析:選C.物體的受力分析如圖所示,滑動(dòng)摩擦力與繩的拉力的水平分量平衡,因此方向向左,B錯(cuò)誤;設(shè)繩與水平方向成θ角,則Fcos θ-μFN=0,F(xiàn)N+Fsin θ-m 33、g=0,解得F=,F(xiàn)大小與傳送帶速度大小無關(guān),C正確;物體所受摩擦力Ff=Fcos θ恒定不變,A、D錯(cuò)誤.
10.(多選)兩個(gè)勁度系數(shù)分別為k1和k2的輕質(zhì)彈簧a、b串接在一起,a彈簧的一端固定在墻上,如圖所示.開始時(shí)兩彈簧均處于原長(zhǎng)狀態(tài),現(xiàn)用水平力作用在b彈簧的P端向右拉動(dòng)彈簧,已知a彈簧的伸長(zhǎng)量為L(zhǎng),則( )
A.b彈簧的伸長(zhǎng)量也為L(zhǎng)
B.b彈簧的伸長(zhǎng)量為
C.P端向右移動(dòng)的距離為2L
D.P端向右移動(dòng)的距離為L(zhǎng)
解析:選BD.兩個(gè)勁度系數(shù)分別為k1和k2的輕質(zhì)彈簧a、b串接在一起,兩彈簧中的彈力大小相等,k1L=k2x,解得b彈簧的伸長(zhǎng)量為x=,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確 34、;P端向右移動(dòng)的距離為L(zhǎng)+x=L,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確.
11.如圖所示,水平桌面上平放有一堆卡片,每一張卡片的質(zhì)量均為m.用手指以豎直向下的力壓第1張卡片,并以一定速度向右移動(dòng)手指,確保第1張卡片與第2張卡片之間有相對(duì)滑動(dòng).設(shè)最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等,手指與第1張卡片之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1,卡片之間、卡片與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ2,且有μ1>μ2,則下列說法正確的是( )
A.任意兩張卡片之間均可能發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)
B.上一張卡片受到下一張卡片的摩擦力一定向左
C.第1張卡片受到手指的摩擦力向左
D.最下面那張卡片受到水平桌面的摩擦力向右
解析:選B.對(duì)第2張卡片分析,它 35、對(duì)第3張卡片的壓力等于上面兩張卡片的重力及手指的壓力的和,最大靜摩擦力Ffm=μ2(2mg+F),而其受到第1張卡片的滑動(dòng)摩擦力為Ff=μ2(mg+F)<Ffm,則第2張卡片與第3張卡片之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),同理,第3張到第54張卡片也不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),故A錯(cuò)誤;根據(jù)題意,因上一張卡片相對(duì)下一張卡片要向右滑動(dòng)或有向右滑動(dòng)的趨勢(shì),故上一張卡片受到下一張卡片的摩擦力一定向左,B正確;第1張卡片相對(duì)于手指的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向與手指的運(yùn)動(dòng)方向相反,則其受到手指的靜摩擦力與手指的運(yùn)動(dòng)方向相同,即受到手指的摩擦力向右,C錯(cuò)誤;對(duì)53張卡片(除第1張卡片外)研究,其處于靜止?fàn)顟B(tài),水平方向受到第1張卡片的滑動(dòng)摩擦力,方 36、向與手指的運(yùn)動(dòng)方向相同,則根據(jù)平衡條件可知:第54張卡片受到桌面的摩擦力方向與手指的運(yùn)動(dòng)方向相反,即水平向左,D錯(cuò)誤.
12.如圖所示,兩個(gè)小球a、b質(zhì)量均為m,用細(xì)線相連并懸掛于O點(diǎn),現(xiàn)用一輕質(zhì)彈簧給小球a施加一個(gè)拉力F,使整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),且Oa與豎直方向夾角為θ=45,已知彈簧的勁度系數(shù)為k,則彈簧形變量不可能是( )
A. B.
C. D.
解析:選B.對(duì)a球進(jìn)行受力分析,利用圖解法可判斷:當(dāng)彈簧上的拉力F與細(xì)線上的拉力垂直時(shí),拉力F最小,為Fmin=2mgcos θ=mg,再根據(jù)胡克定律得:最小形變量Δx=,則形變量小于是不可能的,所以應(yīng)該選B.
13.如 37、圖甲所示,粗糙的水平地面上有一斜劈,斜劈上一物塊正沿斜面以速度v0勻速下滑,斜劈保持靜止,地面對(duì)斜劈的摩擦力為Ff1;如圖乙所示,若對(duì)該物塊施加一平行于斜面向下的推力F1,使其加速下滑,則地面對(duì)斜劈的摩擦力為Ff2;如圖丙所示,若對(duì)該物塊施加一平行于斜面向上的推力F2,使其減速下滑,則地面對(duì)斜劈的摩擦力為Ff3.下列關(guān)于Ff1、Ff2、Ff3的大小關(guān)系正確的是( )
A.Ff1>0 B.Ff2>Ff3
C.Ff2<Ff3 D.Ff2=Ff3
解析:選D.圖甲中斜劈和物塊都處于平衡狀態(tài),對(duì)整體,只有豎直方向的重力和支持力,地面對(duì)斜劈的摩擦力Ff1=0,若有摩擦力,則系統(tǒng)不能平衡, 38、故A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)圖甲的情景可知,在圖乙、丙中,物塊受到斜面作用的都是滑動(dòng)摩擦力和支持力,合力與物塊重力平衡即豎直向上,因此物塊對(duì)斜面的作用力(摩擦力和壓力的合力)總是豎直向下的,且與物塊的重力等大,所以斜劈只受到了豎直方向的重力、地面支持力和物塊的作用力,與圖甲的受力情況相同,因此有Ff1=Ff2=Ff3=0,B、C錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確.
14.(多選)某同學(xué)用傳感器來探究摩擦力,他將力傳感器接入數(shù)據(jù)采集器,再連接到計(jì)算機(jī)上;將一質(zhì)量m=3.75 kg的木塊置于水平桌面上,用細(xì)繩將木塊和傳感器連接起來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后沿水平方向緩慢地拉動(dòng)傳感器,使木塊運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后停止拉動(dòng).獲得的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上顯 39、示出如圖所示的圖象.下列有關(guān)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)說法,其中正確的是( )
A.0~6 s內(nèi)木塊一直受到靜摩擦力的作用
B.最大靜摩擦力比滑動(dòng)摩擦力大
C.木塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)約為0.08
D.木塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)約為0.11
解析:選BC.在0~2 s內(nèi),物體不受外力,此時(shí)沒有摩擦力,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由圖象可知,用力沿水平方向拉木塊,拉力從0開始逐漸增大;剛開始木塊處于靜止?fàn)顟B(tài),木塊受拉力和桌面對(duì)木塊的靜摩擦力,當(dāng)拉力達(dá)到4 N時(shí),木塊與桌面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),由圖可知木塊與桌面間的最大靜摩擦力Ffm為4 N;當(dāng)拉力大于4 N時(shí),發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),木塊與桌面間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力;由圖可 40、知木塊與桌面間的滑動(dòng)摩擦力Ff為3 N,故選項(xiàng)B正確;根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式得μ===0.08,選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤.
第2節(jié) 力的合成與分解
一、力的合成
1.合力與分力
(1)定義:如果一個(gè)力產(chǎn)生的效果跟幾個(gè)力共同作用的效果相同,這一個(gè)力就叫那幾個(gè)力的合力,那幾個(gè)力就叫這個(gè)力的分力.
(2)關(guān)系:合力和分力是一種等效替代關(guān)系.
2.共點(diǎn)力:作用在物體的同一點(diǎn),或作用線的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)的力.
3.力的合成:求幾個(gè)力的合力的過程.
4.力的運(yùn)算法則
(1)三角形定則:把兩個(gè)矢量首尾相連從而求出合矢量的方法.(如圖甲所示)
(2)平行四邊形定則:求互成角度的兩個(gè)力的合力,可 41、以用表示這兩個(gè)力的線段為鄰邊作平行四邊形,這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線就表示合力的大小和方向.(如圖乙所示)
二、力的分解
1.概念:求一個(gè)力的分力的過程.
2.遵循的原則:平行四邊形定則或三角形定則.
3.分解的方法
(1)按力產(chǎn)生的效果進(jìn)行分解.
(2)正交分解.
[自我診斷]
1.判斷正誤
(1)兩個(gè)力的合力一定大于任一個(gè)分力.()
(2)合力及其分力可以同時(shí)作用在物體上.()
(3)合力與分力是等效替代的關(guān)系.(√)
(4)在進(jìn)行力的合成與分解時(shí),都要應(yīng)用平行四邊形定則或三角形定則.(√)
(5)按效果分解是力分解的一種方法.(√)
(6)互成角度的兩個(gè)力的合力與 42、分力間一定構(gòu)成封閉的三角形.(√)
(7)既有大小又有方向的物理量一定是矢量.()
2.(多選)作用在同一點(diǎn)上的兩個(gè)力,大小分別是5 N和4 N,則它們的合力大小可能是( )
A.0 B.5 N
C.3 N D.10 N
解析:選BC.根據(jù)|F1-F2|≤F≤F1+F2得,合力的大小范圍為1 N≤F≤9 N,B、C正確.
3.(2017江蘇南京一模)減速帶是交叉路口常見的一種交通設(shè)施,車輛駛過減速帶時(shí)要減速,以保障行人的安全.當(dāng)汽車前輪剛爬上減速帶時(shí),減速帶對(duì)車輪的彈力為F,下圖中彈力F畫法正確且分解合理的是( )
解析:選B.減速帶對(duì)車輪的彈力方向垂直車輪和減速 43、帶的接觸面,指向受力物體,故A、C錯(cuò)誤;按照力的作用效果分解,將F分解為水平方向和豎直方向,水平方向的分力產(chǎn)生的效果減慢汽車的速度,豎直方向上分力產(chǎn)生向上運(yùn)動(dòng)的作用效果,故B正確,D錯(cuò)誤.
4.(多選)已知力F的一個(gè)分力F1跟F成30角,大小未知,另一個(gè)分力F2的大小為F,方向未知,則F1的大小可能是( )
A. B.
C. D.F
解析:選AC.如圖所示,因F2=F>Fsin 30,故F1的大小有兩種可能情況,由ΔF==F,即F1的大小分別為Fcos 30-ΔF和Fcos 30+ΔF,即F1的大小分別為F和F,A、C正確.
考點(diǎn)一 共點(diǎn)力的合成
1.共點(diǎn)力合成的方法 44、
(1)作圖法:根據(jù)力的三要素,利用力的圖示法畫規(guī)范圖示求解.
(2)計(jì)算法:根據(jù)平行四邊形定則作出示意圖,然后利用解三角形的方法求出合力,是解題的常用方法.
(3)重要結(jié)論
①二個(gè)分力一定時(shí),夾角θ越大,合力越?。?
②合力一定,二等大分力的夾角越大,二分力越大.
③合力可以大于分力,等于分力,也可以小于分力.
2.合力的大小范圍
(1)兩個(gè)共點(diǎn)力的合成
|F1-F2|≤F合≤F1+F2,即兩個(gè)力大小不變時(shí),其合力隨夾角的增大而減小,當(dāng)兩力反向時(shí),合力最小,為|F1-F2|;當(dāng)兩力同向時(shí),合力最大,為F1+F2.
(2)三個(gè)共點(diǎn)力的合成
①最大值:三個(gè)力共線且同向時(shí),其合 45、力最大,為F1+F2+F3;
②最小值:任取兩個(gè)力,求出其合力的范圍,如果第三個(gè)力在這個(gè)范圍之內(nèi),則三個(gè)力的合力的最小值為零,如果第三個(gè)力不在這個(gè)范圍內(nèi),則合力的最小值為最大的一個(gè)力的大小減去另外兩個(gè)較小的力的大小之和.
1.三個(gè)共點(diǎn)力大小分別是F1、F2、F3,關(guān)于它們的合力F的大小,下列說法中正確的是( )
A.F大小的取值范圍一定是0≤F≤F1+F2+F3
B.F至少比F1、F2、F3中的某一個(gè)大
C.若F1∶F2∶F3=3∶6∶8,只要適當(dāng)調(diào)整它們之間的夾角,一定能使合力為零
D.若F1∶F2∶F3=3∶6∶2,只要適當(dāng)調(diào)整它們之間的夾角,一定能使合力為零
解析:選 46、C.合力不一定大于分力,B錯(cuò);三個(gè)共點(diǎn)力的合力的最小值能否為零,取決于任何一個(gè)力是否都在其余兩個(gè)力的合力范圍內(nèi),由于三個(gè)力大小未知,所以三個(gè)力的合力的最小值不一定為零,A錯(cuò);當(dāng)三個(gè)力的大小分別為3a、6a、8a,其中任何一個(gè)力都在其余兩個(gè)力的合力范圍內(nèi),故C正確;當(dāng)三個(gè)力的大小分別為3a、6a、2a時(shí),不滿足上述情況,故D錯(cuò).
2.一物體受到三個(gè)共面共點(diǎn)力F1、F2、F3的作用,三力的矢量關(guān)系如圖所示(小方格邊長(zhǎng)相等),則下列說法正確的是( )
A.三力的合力有最大值為F1+F2+F3,方向不確定
B.三力的合力有唯一值3F3,方向與F3同向
C.三力的合力有唯一值2F3,方向與 47、F3同向
D.由題給條件無法求出合力大小
解析:選B.方法一:以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,對(duì)角線必沿F3方向,其大小F12=2F3,再與F3求合力,故F=3F3,與F3同向,所以只有B正確.
方法二:分解F1、F2,豎直方向抵消,水平方向合成后相當(dāng)于2F3,所以合力為3F3.
考點(diǎn)二 力的分解
1.按力的效果分解
(1)根據(jù)力的實(shí)際作用效果兩個(gè)實(shí)際分力的方向;
(2)再根據(jù)兩個(gè)實(shí)際分力方向平行四邊形;
(3)最后由三角形知識(shí)兩分力的大小.
2.正交分解法
(1)定義:將已知力按互相垂直的兩個(gè)方向進(jìn)行分解的方法.
(2)建立坐標(biāo)軸的原則:一般選共點(diǎn)力的作用點(diǎn)為原點(diǎn),在靜 48、力學(xué)中,以少分解力和容易分解力為原則(即盡量多的
力在坐標(biāo)軸上);在動(dòng)力學(xué)中,以加速度方向和垂直加速度方向?yàn)樽鴺?biāo)軸建立坐標(biāo)系.
(3)方法:物體受到多個(gè)力作用F1、F2、F3…,求合力F時(shí),可把各力沿相互垂直的x軸、y軸分解.
x軸上的合力:Fx=Fx1+Fx2+Fx3+…
y軸上的合力:Fy=Fy1+Fy2+Fy3+…
合力大?。篎=
合力方向:與x軸夾角為θ,則tan θ=.
[典例1] (2017浙江杭州模擬)如圖所示,電燈的重力G=10 N,AO繩與頂板間的夾角為45,BO繩水平,試求AO繩和BO繩拉力的大???
解析 法一:力的作用效果分解法
結(jié)點(diǎn)O為研究對(duì)象 49、,懸掛燈的拉力產(chǎn)生了兩個(gè)效果,一是沿AO向下的使AO張緊的分力F1,二是沿BO向左的使BO繩張緊的分力F2,畫出平行四邊形如圖甲所示,因此,由幾何關(guān)系得
F1==10 N
F2==10 N
法二:正交分解法
結(jié)點(diǎn)O與燈看作一個(gè)整體,其受到三個(gè)力作用FA、FB、G,如圖乙所示.
由水平方向和豎直方向,列方程得
FAsin 45=G,F(xiàn)Acos 45=FB
解得FA=10 N,F(xiàn)B=10 N
答案 10 N 10 N
正交分解法的適用原則
正交分解法是分析力或其他矢量問題的常用方法,往往適用于下列情況:
(1)物體受到三個(gè)以上的力的情況.
(2)物體受到三個(gè)力的 50、作用,其中有兩個(gè)力互相垂直的情況.
(3)只分析物體某一方向的運(yùn)動(dòng)情況時(shí),需要把不沿該方向的力正交分解,然后分析該方向上的受力情況.
1.(多選)將物體所受重力按力的效果進(jìn)行分解,下列圖中正確的是( )
解析:選ABD.A項(xiàng)中物體重力分解為垂直于斜面使物體壓緊斜面的分力G1和沿斜面向下使物體向下滑的分力G2;B項(xiàng)中物體的重力分解為沿兩條細(xì)繩使細(xì)繩張緊的分力G1和G2,A、B項(xiàng)圖畫得正確.C項(xiàng)中物體的重力應(yīng)分解為垂直于兩接觸面使物體壓緊兩接觸面的分力G1和G2,故C項(xiàng)圖畫錯(cuò).D項(xiàng)中物體的重力分解為水平向左使球壓緊墻的分力G1和沿繩向下使繩張緊的分力G2,故D項(xiàng)圖畫得正確.
51、2.(多選)如圖所示,質(zhì)量為M的斜面體A放在粗糙水平面上,用輕繩拴住質(zhì)量為m的小球B置于斜面上,整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),已知斜面傾角及輕繩與豎直方向夾角均為θ=30.不計(jì)小球與斜面間的摩擦,則( )
A.輕繩對(duì)小球的作用力大小為mg
B.斜面對(duì)小球的作用力大小為mg
C.斜面體對(duì)水平面的壓力大小為(M+m)g
D.斜面體與水平面間的摩擦力大小為mg
解析:選AD.以B為研究對(duì)象,受力如圖甲所示,
由幾何關(guān)系知θ=β=30.根據(jù)受力平衡可得
FT=FN=mg
以斜面體為研究對(duì)象,其受力如圖乙所示
由受力平衡得FN1=Mg+FN′ cos θ=Mg+mg
Ff=FN′ si 52、n θ=mg
故B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤,A、D選項(xiàng)正確.
3.(2017江西撫州臨川一中質(zhì)檢)如圖所示,開口向下的“
┍┑”形框架兩側(cè)豎直桿光滑固定,上面水平橫桿中點(diǎn)固定一定滑輪,兩側(cè)桿上套著的兩滑塊用輕繩繞過定滑輪相連,并處于靜止?fàn)顟B(tài),此時(shí)連接滑塊A的繩與水平方向夾角為θ,連接滑塊B的繩與水平方向的夾角為2θ,則A、B兩滑塊的質(zhì)量之比為( )
A.1∶2cos θ
B.2cos θ∶1
C.2sin θ∶1
D.1∶2sin θ
解析:選A.設(shè)繩的拉力為F,對(duì)兩個(gè)滑塊分別受力分析,如圖所示,根據(jù)力的平衡條件可知:mAg=Fsin θ,mBg=Fsin 2θ,因此==, 53、A項(xiàng)正確.
考點(diǎn)三 力的合成與分解方法在實(shí)際問題中的應(yīng)用
1.某壓榨機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,其中B為固定鉸鏈,若在A鉸鏈處作用一垂直于墻壁的力F,則由于力F的作用,使滑塊C壓緊物體D,設(shè)C與D光滑接觸,桿的重力及滑塊C的重力不計(jì),圖中a=0.5 m,b=0.05 m,則物體D所受壓力的大小與力F的比值為( )
A.4 B.5
C.10 D.1
解析:選B.按力F的作用效果沿AC、AB桿方向分解為圖甲所示的F1、F2,則F1=F2=,由幾何知識(shí)得tan θ==10,再按F1的作用效果將F1沿水平向左和豎直向下分解為圖乙所示的F3、F4,則F4=F1 sin θ,聯(lián)立得 54、F4=5F,即物體D所受壓力的大小與力F的比值為5,B對(duì).
2.電梯修理員或牽引專家常常需要監(jiān)測(cè)金屬繩中的張力,但不能到繩的自由端去直接測(cè)量.某公司制造出一種能測(cè)量繩中張力的儀器,工作原理如圖所示,將相距為L(zhǎng)的兩根固定支柱A、B(圖中的小圓圈表示支柱的橫截面)垂直于金屬繩水平放置,在A、B的中點(diǎn)用一可動(dòng)支柱C向上推動(dòng)金屬繩,使繩在垂直于A、B的方向豎直向上發(fā)生一個(gè)偏移量d(d?L),這時(shí)儀器測(cè)得金屬繩對(duì)支柱C豎直向下的作用力為F.
(1)試用L、d、F表示這時(shí)金屬繩中的張力FT;
(2)如果偏移量d=10 mm,作用力F=400 N,L=250 mm,計(jì)算金屬繩中張力的大?。?
55、解析:(1)設(shè)C′點(diǎn)受兩邊金屬繩的張力分別為FT1和FT2,BC與BC′的夾角為θ,如圖所示.依對(duì)稱性有:
FT1=FT2=FT
由力的合成有:F=2FTsin θ
根據(jù)幾何關(guān)系有sin θ=
聯(lián)立上述二式解得FT=
因d?L,故FT=.
(2)將d=10 mm,F(xiàn)=400 N,L=250 mm
代入FT=
解得FT=2.5103N,即金屬繩中的張力為2.5103 N.
答案:(1) (2)2.5103 N
把力按實(shí)際效果分解的一般思路
考點(diǎn)四 繩上的“死結(jié)”和“活結(jié)”模型
1.“死結(jié)”模型的4個(gè)特點(diǎn)
(1)“死結(jié)”可理解為把繩子分成兩段;
(2)“死 56、結(jié)”是不可以沿繩子移動(dòng)的結(jié);
(3)“死結(jié)”兩側(cè)的繩因結(jié)而變成了兩根獨(dú)立的繩;
(4)“死結(jié)”分開的兩段繩子上的彈力不一定相等.
2.“活結(jié)”模型的4個(gè)特點(diǎn)
(1)“活結(jié)”可理解為把繩子分成兩段;
(2)“活結(jié)”是可以沿繩子移動(dòng)的結(jié)點(diǎn);
(3)“活結(jié)”一般是由繩跨過滑輪或者繩上掛一光滑掛鉤而形成的.繩子雖然因“活結(jié)”而彎曲,但實(shí)際上是同一根繩;
(4)“活結(jié)”分開的兩段繩子上彈力的大小一定相等,兩段繩子合力的方向一定沿這兩段繩子夾角的平分線.
[典例2] 如圖甲所示,細(xì)繩AD跨過固定的水平輕桿BC右端的定滑輪掛住一個(gè)質(zhì)量為M1的物體,∠ACB=30;圖乙中輕桿HG一端用鉸鏈固定 57、在豎直墻上,另一端G通過細(xì)繩EG拉住,EG與水平方向也成30,輕桿的G點(diǎn)用細(xì)繩GF拉住一個(gè)質(zhì)量為M2的物體,求:
(1)細(xì)繩AC段的張力FTAC與細(xì)繩EG的張力FTEG之比;
(2)輕桿BC對(duì)C端的支持力;
(3)輕桿HG對(duì)G端的支持力.
解析 題圖甲和乙中的兩個(gè)物體M1、M2都處于平衡狀態(tài),根據(jù)平衡條件,首先判斷與物體相連的細(xì)繩,其拉力大小等于物體的重力;分別取C點(diǎn)和G點(diǎn)為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析如圖a和b所示,根據(jù)平衡規(guī)律可求解.
(1)圖a中細(xì)繩AD跨過定滑輪拉住質(zhì)量為M1的物體,物體處于平衡狀態(tài),細(xì)繩AC段的拉力FTAC=FTCD=M1g
圖b中由FTEGsin 30 58、=M2g,得FTEG=2M2g
所以=
(2)圖a中,三個(gè)力之間的夾角都為120,根據(jù)平衡規(guī)律有
FNC=FTAC=M1g
方向與水平方向成30,指向右上方.
(3)圖b中,根據(jù)平衡方程有
FTEGsin 30=M2g,F(xiàn)TEGcos 30=FNG
所以FNG=M2gcot 30=M2g
方向水平向右.
答案 (1) (2)M1g 方向與水平方向成30指向右上方 (3)M2g 方向水平向右
1.(2017陜西寶雞質(zhì)檢)如圖所示,某同學(xué)通過滑輪組將一重物吊起,該同學(xué)對(duì)繩的豎直拉力為F1,對(duì)地面的壓力為F2,不計(jì)滑輪與繩的重力及摩擦,則在重物緩慢上升的過程中,下列說法正確的 59、是( )
A.F1逐漸變小
B.F1逐漸變大
C.F2先變小后變大
D.F2先變大后變小
解析:選B.由題圖可知,滑輪兩邊繩的拉力均為F1,設(shè)動(dòng)滑輪兩邊繩的夾角為θ,對(duì)動(dòng)滑輪有2F1cos =mg,當(dāng)重物上升時(shí),變大,cos 變小,F(xiàn)1變大;對(duì)該同學(xué),有F2′+F1=Mg,而F1變大,Mg不變,則F2′變小,即對(duì)地面的壓力F2變?。C上可知,B正確.
2.(多選)如圖所示,A物體被繞過小滑輪P的細(xì)線所懸掛,B物體放在粗糙的水平桌面上;小滑輪P被一根細(xì)線系于天花板上的O點(diǎn);O′是三根線的結(jié)點(diǎn),bO′水平拉著B物體,cO′沿豎直方向拉著彈簧;彈簧、細(xì)線、小滑輪的重力和 60、細(xì)線與滑輪間的摩擦力均可忽略,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài).若懸掛小滑輪的細(xì)線OP上的張力是20 N,取g=10 m/s2,則下列說法中正確的是( )
A.彈簧的彈力為10 N
B.A物體的質(zhì)量為2 kg
C.桌面對(duì)B物體的摩擦力為10 N
D.OP與豎直方向的夾角為60
解析:選ABC.分別以物體A、B和結(jié)點(diǎn)O′及小滑輪為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,對(duì)物體A有 mAg=FO′a,對(duì)小滑輪有2FO′acos 30=FOP,聯(lián)立解得mA=2 kg,F(xiàn)O′a=20 N,選項(xiàng)B正確;同一根細(xì)線上的張力相同,故OP的延長(zhǎng)線為細(xì)線張角的角平分線,由此可知OP與豎直方向的夾角為30,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;對(duì)結(jié)點(diǎn)O′ 61、,有FO′asin 30=F彈,F(xiàn)O′acos 30=FO′b,對(duì)物體B有Ff=FO′b,聯(lián)立解得彈簧彈力F彈=10 N,B物體所受的摩擦力Ff=10 N,選項(xiàng)A、C正確.
課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練
[基礎(chǔ)鞏固題組]
1.物體受共點(diǎn)力F1、F2、F3作用而做勻速直線運(yùn)動(dòng),若F1、F2、F3三個(gè)力不共線,則這三個(gè)力可能選取的數(shù)值為( )
A.15 N、5 N、6 N B.3 N、6 N、4 N
C.1 N、2 N、10 N D.1 N、6 N、7 N
解析:選B.物體在F1、F2、F3作用下而做勻速直線運(yùn)動(dòng),則三個(gè)力的合力必定為零,只有B選項(xiàng)中的三個(gè)力的合力可以為零且三個(gè)力不共線,B正確 62、.
2.如圖所示,一名騎獨(dú)輪車的雜技演員在空中鋼索上表演.已知獨(dú)輪車和演員的總質(zhì)量為60 kg,兩側(cè)鋼索的夾角為150,鋼索所能承受的最大拉力為2 000 N,g取10 m/s2.當(dāng)獨(dú)輪車和演員在圖示位置靜止不動(dòng)時(shí),鋼索對(duì)獨(dú)輪車的作用力大小為( )
A.600 N B.1 200 N
C.2 000 N D.4 000 N
解析:選A.獨(dú)輪車和演員處于平衡狀態(tài),所以鋼索對(duì)獨(dú)輪車的作用力大小為600 N,A正確.
3.如圖所示,重力為G的小球用輕繩懸于O點(diǎn),用力F拉住小球,使輕繩保持偏離豎直方向60角且不變,當(dāng)F與豎直方向的夾角為θ時(shí)F最小,則θ、F的值分別為( )
63、A.0,G B.30,G
C.60,G D.90,G
解析:選B.小球重力不變,位置不變,則繩OA拉力的方向不變,故當(dāng)拉力F與繩OA垂直時(shí),力F最小,故θ=30,F(xiàn)=Gcos θ=G,B正確.
4.如圖所示,光滑斜面的傾角為30,輕繩通過兩個(gè)滑輪與A相連,輕繩的另一端固定于天花板上,不計(jì)輕繩與滑輪的摩擦.物塊A的質(zhì)量為m,不計(jì)滑輪的質(zhì)量,掛上物塊B后,當(dāng)動(dòng)滑輪兩邊輕繩的夾角為90時(shí),A、B恰能保持靜止,則物塊B的質(zhì)量為( )
A. m B. m
C.m D.2 m
解析:選A.先以A為研究對(duì)象,由A物塊受力及平衡條件可得繩中張力FT=mgsin 30.再以動(dòng)滑輪為研究 64、對(duì)象,分析其受力并由平衡條件有mBg=FT,解得mB=m,A正確.
5.如圖所示,起重機(jī)將重為G的重物勻速吊起,此時(shí)四條鋼索與豎直方向的夾角均為60,則每根鋼索中彈力大小為( )
A. B.
C. D.
解析:選D.設(shè)鋼索中張力大小為F,由對(duì)稱性可知,四條鋼索中彈力大小相同,由平衡條件可得:4Fcos 60=G,得F=.D正確.
6.圖甲為雜技表演的安全網(wǎng)示意圖,網(wǎng)繩的結(jié)構(gòu)為正方格形,O、a、b、c、d…等為網(wǎng)繩的結(jié)點(diǎn).安全網(wǎng)水平張緊后,若質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員從高處落下,并恰好落在O點(diǎn)上.該處下凹至最低點(diǎn)時(shí),網(wǎng)繩dOe、bOg均成120向上的張角,如圖乙所示,此時(shí)O點(diǎn)受到的向下 65、的沖擊力大小為F,則這時(shí)O點(diǎn)周圍每根網(wǎng)繩承受的力的大小為( )
A.F B.
C.F+mg D.
解析:選B.O點(diǎn)周圍共有4根繩子,設(shè)每根繩子的力為F′,則4根繩子的合力大小為2F′,所以F=2F′,所以F′=,故B正確.
7.如圖所示,相隔一定距離的兩個(gè)相同的圓柱體A、B固定在等高的水平線上,一細(xì)繩套在兩圓柱體上,細(xì)繩下端懸掛一重物.繩和圓柱體之間無摩擦,當(dāng)重物一定時(shí),繩越長(zhǎng)( )
A.繩對(duì)圓柱體A的作用力越小,作用力與豎直方向的夾角越小
B.繩對(duì)圓柱體A的作用力越小,作用力與豎直方向的夾角越大
C.繩對(duì)圓柱體A的作用力越大,作用力與豎直方向的夾角越小
D.繩 66、對(duì)圓柱體A的作用力越大,作用力與豎直方向的夾角越大
解析:選A.題中裝置關(guān)于A、B連線的中垂線對(duì)稱,因此三段繩中的張力相等.對(duì)物體,兩段繩的張力的合力等于物體的重力,若繩越長(zhǎng),則兩段繩間的夾角越小,則張力越?。畬?duì)A圓柱體,兩段繩的張力的合力即對(duì)圓柱體的作用力,繩越長(zhǎng),兩繩的夾角越大,則合力越小,合力方向與豎直方向的夾角越小,選項(xiàng)A正確.
[綜合應(yīng)用題組]
8.(多選)一個(gè)大人拉著載有兩個(gè)小孩的小車(其拉桿可自由轉(zhuǎn)動(dòng))沿水平地面勻速前進(jìn),則對(duì)小孩和車下列說法正確的是( )
A.拉力的水平分力等于小孩和車所受的合力
B.拉力與摩擦力的合力大小等于車和小孩重力大小
C.拉力與摩擦力的合力方向豎直向上
D.小孩和車所受的合力為零
解析:選CD.小孩和車整體受重力、支持力、拉力和摩擦力,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件,拉力的水平分力等于小孩和車所受的摩擦力,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;小孩和車整體受重力、支持力、拉力和摩擦力,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件,拉力、摩擦力
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