课时3.5
共点力的平衡
一、单选题。本大题共7小题,每小题只有一个选项符合题意。
1.如图所示,一只半径为R的半球形碗倒扣在水平桌面上,处于静止状态.一质量为m的蚂蚁(未画出)在离桌面高度为R时恰能停在碗上,则蚂蚁受到的最大静摩擦力大小为( )
A.0.6mg
B.0.8mg
C.0.4mg
D.0.75mg
2.如图所示,一个半球形的碗固定在桌面上,碗口水平。O点为其球心,碗的内表面及碗口光滑。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m1和m2的小球。当它们处于平衡状态时,质量为m1的小球与0点的连线跟水平方向的夹角为α=90°。质量为m2的小球位于水平地面上,设此时竖直的细线对m2的拉力大小为T,质量为m2的小球对地面压力大小为FN,则
A.
B.
C.FN=(m2-m1)g
D.FN=m2g
3.如图所示,在水平放置的木棒上的、两点,系着一根不可伸长的柔软轻绳,绳上套有一光滑小金属环。现将木棒绕其左端逆时针缓慢转动一个小角度,则关于轻绳对、两点的拉力、的变化情况,下列判断正确的是( )
A.和都变大
B.变大,变小
C.和都变小
D.变小,变大
4.如图所示,一只可视为质点的蚂蚁在半球形碗内缓慢的从底部经过b点爬到a点。则下列说法正确的是( )
A.在a点碗对蚂蚁的支持力大于在b点的支持力
B.在a点碗对蚂蚁的摩擦力大于在b点的摩擦力
C.在a点碗对蚂蚁的作用力大于在b点的作用力
D.在a点蚂蚁受到的合力大于在b点受到的合力
5.如图所示,有一轻圆环和插栓,在甲、乙、丙三个力作用下平衡时,圆环紧压着插栓。不计圆环与插栓间的摩擦,若只调整两个力的大小,欲移动圆环使插栓位于圆环中心,下列说法中正确的是( )
A.增大甲、乙两力,且甲力增大较多
B.增大乙、丙两力,且乙力增大较多
C.增大乙、丙两力,且丙力增大较多
D.增大甲、丙两力,且甲力增大较多
6.如图所示的是一个力学平衡系统,该系统由三条轻质细绳将质量均为m的两个小球连接悬挂组成,小球直径相比轻绳长度可以忽略,轻绳1与竖直方向的夹角为30°,轻绳2与竖直方向的夹角大于45°,轻绳3水平.当此系统处于静止状态时,轻绳1、2、3的拉力分别为F1、F2、F3,比较三力的大小,下列结论正确的是( )
A.F1B.F2C.F1>F2
D.F17.如图所示,斜面小车M静止在光滑水平面上,一边紧贴墙壁.若再在斜面上加一物体m,且M、m相对静止,此时小车受力个数为(
)
A.3
B.4
C.5
D.6
二、多选题。本大题共3小题,每小题所给四个选项中有多个正确选项。
8.如图所示,两根等长的轻绳将日光灯悬挂在天花板上,两绳与竖直方向的夹角都为45°,日光灯保持水平,所受重力为G。则( )
A.两绳对日光灯拉力的合力大小等于G
B.两绳的拉力和重力不是共点力
C.两绳的拉力大小均为G
D.两绳的拉力大小均为
9.图所示,木板P下端通过光滑铰链固定于水平地面上的O点,物体A、B叠放在木板上且处于静止状态,此时物体B的上表面水平.现使木板P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置,物体A、B仍保持静止,与原位置的情况相比( )
A.A对B的作用力减小
B.B对A的支持力减小
C.木板对B的支持力增大
D.木板对B的摩擦力增大
10.如图所示,在恒力F作用下,a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动,则关于它们受力情况的说法正确的是( )
A.a一定受到4个力
B.b可能受到4个力
C.a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力
D.a与b之间一定有摩擦力
三、解答题。本大题共6小题,解答过程必修有必要的文字说明,公式和解题过程。
11.现代人经常低头玩手机,这会使颈椎长期受压,可能引发颈椎病。人低头时,可粗略认为头受到重力、肌肉拉力和颈椎支持力,如图所示。某同学头重G,若低头看手机时头颈弯曲与竖直方向成60°,此时肌肉对头的拉力Fm约为头重的4倍,由此估算颈椎受到的压力为多大。(颈椎受到的压力大小等于颈椎对头的支持力大小FG,可用余弦定理求解)
12.如图所示,杂技演员在钢丝上缓慢行走,当走到中间点时钢丝与水平方向的夹角为15°。若演员质量为65kg,钢丝所受拉力为多大?(取sin15°=0.259,重力加速度g=10m/s2,不计钢丝质量)
13.如图所示,在长度为l的细绳中间悬挂一质量为m的重物,然后沿刻度尺逐渐分开双手。通过刻度尺读出细绳刚断时双手的距离为d,由此计算细绳能承受的最大力,并说出计算依据。(动手做此实验时,请注意安全)
14.如图所示,质量为30
kg的小孩坐在10
kg的雪橇上,大人用与水平方向成37°角斜向上的大小为100
N的拉力拉雪橇,使雪橇沿水平地面做匀速运动,(g=10
N/kg,sin
37°=0.6,cos
37°=0.8)求:
(1)雪橇对地面的压力大小;
(2)雪橇与水平地面间的动摩擦因数的大小。
15.如图所示,质量的木块A套在水平杆上,并用轻绳将木块A与质量的小球相连。今用与水平方向成角的力,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,取重力加速度大小,求:
(1)运动过程中轻绳与水平方向的夹角θ;
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ。
16.如图所示,质量M=2kg的木块套在水平固定杆上,并用轻绳与质量m=1kg的小球相连,今用跟水平方向成60°角的力拉着小球并带动木块一起向右匀速运动,运动中M、m的相对位置保持不变,g=10m/s2.在运动过程中,求:
(1)轻绳与水平方向的夹角θ;
(2)木块M与水平杆间的动摩擦因数μ.
参考答案
1.A
【解析】蚂蚁受重力、支持力和最大静摩擦力,受力分析如图所示:
根据平衡条件有Fm=mgsinθ,而,所以Fm=μmgcosθ=0.6mg,故A正确,BCD错误.
2.D
【解析】两小球受力分析如图:
先对小球m1受力分析,受重力和支持力,假设细线对小球m1有拉力作用,则小球m1受力不可能平衡,故拉力T为零;
再对小球m2受力分析,由于拉力T为零,受重力和支持力,支持力与重力平衡
FN=
m2g
故D正确,ABC错误。
故选D。
3.【答案】C
【解析】以金属环为研究对象,受到两边绳子的拉力和重力,由于同一条绳子拉力相等,设为,根据对称性可知每边绳子与竖直方向的夹角相等,根据平衡条件可得
解得
将木棒绕其左端逆时针缓慢转动一个小角度,根据几何关系可知变小,则绳子拉力减小,故轻绳对、两点的拉力、均减小。
故选C。
4.B
【解析】AB.蚂蚁缓慢上爬,可以认为蚂蚁处于平衡状态,则合力始终为零,受力分析如下图所示
根据共点力平衡有
因为a点的比b点的大,所以在a点碗对蚂蚁的摩擦力大于在b点的摩擦力,在a点碗对蚂蚁的支持力小于在b点的支持力,故B正确,
A错误;
C.在a点和b点,碗对蚂蚁的作用力大小都等于蚂蚁的重力,所以在a点碗对蚂蚁的作用力等于在b点的作用力,故C错误;
D.在a点蚂蚁受到的合力与b点受到的合力均为零,故D错误。
故选B。
5.D
【解析】由题意可知,圆环将竖直向上运动,因此同时增加甲、丙两力,则会出现向乙反向运动,若要使插栓位于圆环中心,圆环必须偏向左,则甲力增加较多,这样才能使插栓位于中心
故选D。
6.C
【解析】对两球整体受力分析,根据平衡条件可知;,则F1>F3,故A错误;对下方小球受力分析,因F2是直角三角形的斜边,而mg和F3是直角边,由轻绳2与竖直方向的夹角θ>45°,可知F2>F3,故B错误;对上方小球分析,水平方向:F1sin
30°=F2sin
θ,因θ>45°,则F1>F2,故C正确,D错误.所以C正确,ABD错误.
7.B
【解析】M、m相对静止,对整体分析知,整体受总重力和地面给的支持力,处于静止状态;对物体m受力分析,则m受到重力、支持力和静摩擦力;最后对M受力分析,受重力、m对它的垂直向下的压力和沿斜面向下的静摩擦力,同时地面对M有向上的支持力,因墙壁对小车不会有力的作用;则M共受到4个力.故B项正确,ACD三项错误.
8.AC
【解析】B.对日光灯受力分析如图,两绳拉力的作用线与重力作用线的延长线交于一点,这三个力是共点力。故B错误;
A.由于日光灯在两绳拉力和重力作用下处于静止状态,所以两绳的拉力的合力与重力G等大反向。故A正确;
CD.由于两个拉力的夹角成直角,且都与竖直方向成45°角,则由力的平行四边形定则可知
G=,F1=F2
解得
F1=F2=G
故C正确;D错误。
故选AC。
9.BC
【解析】设木板与水平地面的夹角为α.以A为研究对象,A原来只受到重力和支持力而处于平衡状态,所以B对A的作用力与A的重力大小相等,方向相反;当将P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置,B的上表面不再水平,A受力情况如图1:
A受到重力和B对A的支持力、摩擦力三个力的作用,其中B对A的支持力、摩擦力的合力仍然与A的重力大小相等,方向相反,则B对A的作用力保持不变.根据牛顿第三定律可知,A对B的作用力也不变,故A错误;当将P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置时,设B的上表面与水平方向之间的夹角是β,由于支持力与摩擦力相互垂直,则N1=GAcos
β,所以A受到的支持力一定减小了,故B正确;以AB整体为研究对象,分析受力情况如图2,总重力GAB、木板的支持力N2和摩擦力f2,N2=GABcos
α,f2=GABsin
α,α减小,N2增大,f2减小,故C正确,D错误.所以BC正确,AD错误.
10.AD
【解析】C.将a、b看成整体,其受力示意图如图甲所示,说明a与墙壁之间没有弹力和摩擦力作用,故C错误;
BD.对物体b进行受力分析,如图乙所示,a与b之间一定有摩擦力,b一定受到3个力作用,故B错误,D正确;
A.由以上分析可知物体a受力如图丙所示,a一定受到4个力,故A正确。
故选AD。
11.4.4G
【解析】令肌肉对头的拉力Fm与竖直方向成,以头为研究对象,根据平衡条件可得
又有
Fm=4G
联立可得
12.1255N
【解析】两端钢丝拉力相等,且两段钢丝绳竖直方向的作用力与杂技演员的重力大小相等,可知
解得
则钢丝受到的拉力为1255N。
13.
【解析】设细线的长度为L,受力分析如图
两个力的合力不变始终等于mg,且夹角在逐渐变大,故两个力逐渐变大,当绳子端点的距离为d时,绳子断裂,两侧绳子的拉力达到最大,则由这两侧的力在竖直方向的分量之和等于重力mg得
根据几何关系
解得
14.(1)340
N;(2)0.24
【解析】(1)如图所示,对小孩和雪橇整体受力分析得:
竖直方向
Fsinθ+FN=mg
解得
FN=mg-Fsinθ=340
N
雪橇对地面压力
FN′=FN=340
N
(2)水平方向
Fcosθ-Ff=0
Ff=μFN
由上式解得
μ≈0.24
15.(1);(2)
【解析】(1)设轻绳对小球的拉力为,对小球受力分析,由平衡条件可得
联立上式解得
,
(2)以木块和小球组成的整体为研究对象,由平衡条件得
又
联立解得
16.(1)
30°
(2)
【解析】(1)m处于静止状态,其合力为零.以m为研究对象,由平衡条件得:
水平方向:Fcos60°-Tcosθ=0??????????①
竖直方向:Fsin60°-Tsinθ-mg=0?????②
由①②解得:θ=30°
(2)以M、m整体为研究对象,由平衡条件得:
水平方向:Fcos60°-μFN=0????????③
竖直方向:Fsin60°+FN-mg-Mg=0???④
由③④得:μ=