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小题必练3: 受力分析 共点力的平衡

更新时间:2024-01-02 文章作者: 信息来源: 阅读次数:
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(1)整体法与隔离法的应用,物体的受力分析;(2)共点力的平衡条件及分析;(3)动态平衡问题分析、正交分解法应用。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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例1.(2020∙全国III卷∙17)如图,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处;绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°,则β等于(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.45°      B.55°     C.60°     D.70°X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】BX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】甲物体是拴牢在O点,且甲、乙两物体的质量相等,则甲、乙绳的拉力大小相等,O点处于平衡状态,则左侧绳子拉力的方向在甲、乙绳子的角平分线上,如图所示,根据几何关系有180°=2β+α,解得β=55°。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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【点睛】本题考查共点力平衡的应用,掌握力的平行四边形定则的内容,利用几何关系列式即可求解。体现了核心素养中科学推理、科学论证要素。X6x物理好资源网(原物理ok网)
例2.(2020∙山东卷∙8)如图所示,一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上,质量分别为m和2m的物块A、B,通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接,A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时,物块A、B刚好要滑动,则μ的值为(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.13     B.14     C.      D.16X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】CX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】当木板与水平面的夹角为45°时,两物块刚好滑动,对A物块受力分析如图,A、B之间的滑动摩擦力f1=μmgcos 45°,根据平衡条件可知T=mgsin 45°+f1;对B物块受力分析如图沿斜面方向,B与斜面之间的滑动摩擦力f2=μ•3mgcos 45°,根据平衡条件可知2mgsin 45°=T+f1+f2,解得 。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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【点睛】本题考查了多个物体的平衡问题,解题的关键是对选取的对象进行正确的受力分析,不多力,不少力,同时注意摩擦力中正压力的求解。体现了模型建构、科学推理等核心素养。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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1.水平地面上叠放着A、B两物体,如图所示,现在B上施加一个水平恒定拉力F,在力作用下A、B两物块静止,某时刻撤去力F后,二者仍静止.下列说法正确的是(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.撤去F之前A受2个力作用X6x物理好资源网(原物理ok网)
B.撤去F之前B受到6个力作用X6x物理好资源网(原物理ok网)
C.撤去F前后,A的受力个数由3个变为2个X6x物理好资源网(原物理ok网)
D.A、B间的动摩擦因数一定等于B与地面间的动摩擦因数X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】AX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】撤去F之前,物体A受重力和B对A的支持力,共2个力的作用;B受到重力、A对B的压力,地面对B的支持力、拉力和地面对B的摩擦力共5个力的作用;撤去F之后,物体A受重力和B对A的支持力,共2个力的作用;B受到重力、A对B的压力,地面对B的支持力共3个力的作用。故A正确,BC错误;A、B间没有摩擦力作用,B与地面间是静摩擦力,所以无关判断A、B间的动摩擦因数与B与地面间的动摩擦因数之间的关系,故D错误。X6x物理好资源网(原物理ok网)
2.动画片《猫和老鼠》中有这样的片段:可爱的老鼠“杰瑞”跳上滑雪板,在雪地上滑雪前行,此来逃避调皮猫“汤姆”的追赶。假设在某段倾斜的雪坡上,“杰瑞”不使用雪杖时恰能匀速沿雪坡向下滑行,不考虑空气阻力,“杰瑞”在此雪坡上向下滑行的过程中,下列说法正确的是(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.匀速滑行时,倾斜雪坡对滑雪板支持力的方向竖直向上X6x物理好资源网(原物理ok网)
B.匀速滑行时,滑雪板对“杰瑞”作用力的方向垂直于板面向上X6x物理好资源网(原物理ok网)
C.若“杰瑞”抛掉两个雪杖,它仍能沿雪坡匀速下滑X6x物理好资源网(原物理ok网)
D.若“杰瑞”抛掉两个雪杖,它将沿雪坡加速下滑X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】CX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】匀速滑行时,倾斜雪坡对滑雪板支持力的方向垂直斜坡向上,选项A错误;匀速滑行时,滑雪板对“杰瑞”作用力的与重力等大反向,即方向竖直向上,选项B错误;因匀速下滑时mgsin θ=μmgcos θ,即sin θ=μcos θ,与质量无关,则若“杰瑞”抛掉两个雪杖,它仍能沿雪坡匀速下滑,选项C正确,D错误。X6x物理好资源网(原物理ok网)
3.如图所示,质量为m的小球置于倾角为30°的光滑斜面上,劲度系数为k的轻弹簧一端系在小球上,另一端固定在P点,小球静止时,弹簧与竖直方向的夹角为30°,则弹簧的伸长量为(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.mgk               B.3mg2kX6x物理好资源网(原物理ok网)
C.3mg3k             D.3mgkX6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】CX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】对小球受力分析可知小球受力平衡,由题意可知弹簧弹力与竖直方向夹角为30°,竖直方向上弹簧弹力与斜面支持力的合力与重力平衡,根据几何关系可知2kxcos 30°=mg,解得x=3mg3k,故C项正确。X6x物理好资源网(原物理ok网)
4.(多选)如图所示,轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点,悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件,当衣架静止时,下列说法正确的是(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.绳的右端上移到b′,绳子拉力不变X6x物理好资源网(原物理ok网)
B. 将杆N向右移一些,绳子拉力变大X6x物理好资源网(原物理ok网)
C. 绳的两端高度差越小,绳子拉力越小X6x物理好资源网(原物理ok网)
D. 若换挂质量更大的衣服,则衣架悬挂点右移X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】ABX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】受力分析如图所示,若将绳的右端上移到b′点,左端绳子与竖直方向夹角θ不变,由于衣服及挂钩的重力mg不变,又2Tcos θ=mg,则T=mg2cosθ,所以绳子拉力不变,故A项正确;若将杆向右移一些,则绳子与竖直方向夹角θ增大,由T=mg2cosθ知绳子拉力增大,故B项正确;绳的两端高度差无论如何变化,绳子与竖直方向的夹角θ都不变,由T=mg2cosθ知,绳子拉力始终不变,故C项错误;若换挂质量更大的衣服,只是衣服的重力增大,绳子与竖直方向的夹角θ不变,则衣架悬挂点不变,故D项错误。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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5.如图所示,有一质量不计的杆AO,长为R,可绕A自由转动。用绳在O点悬挂一个重为G的物体,另一根绳一端系在O点,另一端系在圆弧形墙壁上的C点。当点C由图示位置逐渐向上沿圆弧CB移动过程中(保持OA与地面夹角θ不变),OC绳所受拉力的大小变化情况是(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.逐渐减小X6x物理好资源网(原物理ok网)
B.逐渐增大X6x物理好资源网(原物理ok网)
C.先减小后增大X6x物理好资源网(原物理ok网)
D.先增大后减小X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】CX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】对G分析,G受力平衡,则拉力等于重力,故竖直绳的拉力不变;再对O点分析,O受绳子的拉力、OA的支持力及OC的拉力而处于平衡;受力分析如图所示;将F和OC绳上的拉力合成,其合力与G大小相等,方向相反,则在OC上移的过程中,平行四边形的对角线保持不变,平行四边形发生图中所示变化,则由图可知OC的拉力先减小后增大,图中D点时力最小;故选C项。X6x物理好资源网(原物理ok网)
6.A、B、C三个物体通过细线和光滑的滑轮相连,处于静止状态,如图所示,C是一箱砂子,砂子和箱的重力都等于G,动滑轮的质量不计,打开箱子下端开口,使砂子均匀流出,经过时间t0流完,则下图中哪个图线表示在这个过程中桌面对物体B的摩擦力f随时间的变化关系(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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【答案】BX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】选择A、B整体作为研究对象,由于这个整体开始处于静止状态,所以后来应该一直处于静止状态,整体共受到5个力的作用,即重力G=GA+GB,支持力N、静摩擦力f、两根绳子的拉力F1和F2,其中F1=F2=GC2,根据力的平衡得f=F1+F2=GC,所以当砂子均匀流出时,B项正确。X6x物理好资源网(原物理ok网)
7.在水平地面上固定一个上表面光滑的斜面体,在它上面放有质量为m的木块,用一根平行于斜面的细线连接一个轻环,并将轻环套在一根两端固定、粗糙的水平直杆上,整个系统处于静止状态,如图所示,则杆对环的摩擦力大小为(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.mgsin θ             B.mgcos θX6x物理好资源网(原物理ok网)
C.mgtan θ             D.mgsin θcos θX6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】DX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】设细线的弹力为F,对斜面上的物块由共点力平衡条件有F-mgsin θ=0,对轻环由共点力平衡条件有Fcos θ-f=0,解得杆对环的摩擦力大小为f=mgsin θcos θ。X6x物理好资源网(原物理ok网)
8.如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O是球心,碗的内表面光滑,一根轻质杆的两端固定有两个小球,质量分别是m1、m2,当它们静止时,m1、m2与球心的连线跟水平面分别成60°、30°,则碗对两小球m1、m2的弹力大小之比是(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.1∶2                B.3∶1X6x物理好资源网(原物理ok网)
C.1∶3               D.3∶2X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】BX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】m1、m2组成的系统处于平衡状态,对m1、m2整体受力分析如图所示,N1、N2分别为碗对m1和m2的弹力,水平方向上合力为零,N1sin 30°=N2sin 60°,则 N1∶N2=3∶1,B项正确。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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9.如图所示,在细绳AC和水平拉力共同作用下竖直轻杆AB处于平衡状态。若AC加长,使C点左移,AB仍保持平衡状态。细绳AC上的拉力T和杆AB受到的压力N与原先相比,下列说法正确的是(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.T和N都增大X6x物理好资源网(原物理ok网)
B.T和N都减小X6x物理好资源网(原物理ok网)
C.T增大,N减小X6x物理好资源网(原物理ok网)
D.T减小,N增大X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】BX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】若AC加长,由于悬挂的重物质量不变,水平拉力不变,分析结点A处受力情况,细绳AC上拉力T 在水平方向分力大小等于悬挂的重物重力,在竖直方向分力等于AB受到的压力,若AC加长,使C点左移,AB仍保持平衡状态,显然T和N都减小,故B项正确。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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10.如图所示,高层住宅外安装空调主机时,电机通过缆绳牵引主机沿竖直方向匀速上升。为避免主机与阳台、窗户碰撞,通常会用一根拉绳拽着主机,地面上拽拉绳的人通过移动位置,使拉绳与竖直方向的夹角β保持不变,则在提升主机过程中,下列结论正确的是(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.缆绳拉力F1和拉绳拉力F2都增大X6x物理好资源网(原物理ok网)
B.缆绳拉力F1和拉绳拉力F2都不变X6x物理好资源网(原物理ok网)
C.缆绳与竖直方向的夹角α可能大于角βX6x物理好资源网(原物理ok网)
D.缆绳拉力F1的功率保持不变X6x物理好资源网(原物理ok网)
【答案】AX6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】对物体受力分析如图,物体匀速运动,故合力为零,在竖直方向:F1cos α-mg-F2cos β=0,在水平方向:F1sin α-F2sin β=0,在上升过程中,α增大,而β不变,联立可以判断缆绳拉力F1和拉绳拉力F2都增大,故A项正确,B项错误;因F1大于F2,故缆绳与竖直方向的夹角α小于角β,故C项错误;缆绳拉力的功率P=F1vcos α,由于F1cos α=mg+F2cos β增大,v不变,故P增大,故D项错误。X6x物理好资源网(原物理ok网)
11.如图所示,半圆形框架竖直放置在粗糙的水平地面上,光滑的小球P在水平外力F的作用下处于静止状态,P与圆心O的连线与水平面的夹角为θ,将力F在竖直面内沿顺时针方向缓慢地转过90°,框架与小球始终保持静止状态。在此过程下列说法正确的是(  )X6x物理好资源网(原物理ok网)
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A.框架对小球的支持力一直减小X6x物理好资源网(原物理ok网)
B.拉力F的最小值为mgsinθX6x物理好资源网(原物理ok网)
C.地面对框架的摩擦力先减小后增加X6x物理好资源网(原物理ok网)
D.框架对地面的压力一直增大X6x物理好资源网(原物理ok网)
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【解析】用图解法求解,力F顺时针转过90°的过程中,F先减小后增大,最小值为mgcos θ,B项错误; 框架对小球的支持力N一直减小,A项正确;以框架为研究对象,由平衡条件得地面对框架的摩擦力大小等于Ncos θ,随N减小,Ncos θ减小,C项错误;框架对地面的压力等于mg+Nsin θ,随N的减小而减小,D项错误。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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12.如图所示,光滑固定斜面上有一个质量为10 kg的小球被轻绳拴住悬挂在天花板上,已知绳子与竖直方向的夹角为45°,斜面倾角为30°,整个装置处于静止状态,g取10 m/s2。求:(2取1.414)X6x物理好资源网(原物理ok网)
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(1)绳中拉力的大小和斜面对小球支持力的大小;X6x物理好资源网(原物理ok网)
(2)若另外用一个外力拉小球,能够把小球拉离斜面,求最小拉力的大小。X6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】(1)如图,沿水平方向和竖直方向建立直角坐标系,对小球受力分析,把不在坐标轴上的力沿轴分解。则:X6x物理好资源网(原物理ok网)
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水平方向上:FTsin 45°-FNsin 30°=0X6x物理好资源网(原物理ok网)
竖直方向上:FTcos 45°+FNcos 30°-mg=0X6x物理好资源网(原物理ok网)
由以上两式得FN≈73.2 N,FT≈51.8 N。X6x物理好资源网(原物理ok网)
(2)外力方向与绳子垂直时,拉力最小:Fmin=mgsin 45°X6x物理好资源网(原物理ok网)
代入数据,解得:Fmin≈70.7 N。X6x物理好资源网(原物理ok网)
13.如图所示,质量M=23 kg的木块A套在水平杆上,并用轻绳将木块A与质量m=3 kg的小球相连。今用与水平方向成α=30°角的力F=103 N,拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中M、m相对位置保持不变,取g=10 m/s2。求:X6x物理好资源网(原物理ok网)
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(1)运动过程中轻绳与水平方向的夹角θ;X6x物理好资源网(原物理ok网)
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ。X6x物理好资源网(原物理ok网)
【解析】(1)设轻绳对小球的拉力为FT,小球受力如图甲所示,由平衡条件可得:X6x物理好资源网(原物理ok网)
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Fcos 30°-FTcos θ=0X6x物理好资源网(原物理ok网)
Fsin 30°+FTsin θ-mg=0X6x物理好资源网(原物理ok网)
解得:FT=103 N,θ=30°。X6x物理好资源网(原物理ok网)
(2)以木块和小球组成的整体为研究对象,受力分析如图乙所示,由平衡条件得:X6x物理好资源网(原物理ok网)
Fcos 30°-Ff=0X6x物理好资源网(原物理ok网)
FN+Fsin 30°-(M+m)g=0X6x物理好资源网(原物理ok网)
又Ff=μFNX6x物理好资源网(原物理ok网)
解得:μ=35。X6x物理好资源网(原物理ok网)
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