共点力的平衡
一、单选题
一个质量为的铁球用一根轻质细绳悬挂在光滑的竖直墙面上,已知细绳与墙壁间的夹角为,若细绳的拉力为,墙对球的支持力为下列说法中正确的是
A.
B.
C. 若增加悬绳的长度,拉力将会增大
D. 若增加悬绳的长度,支持力将会减小
如图所示,质量分别为、的、两个楔形物体叠放在一起,靠在竖直墙壁上,在水平力的作用下,、保持静止不动,则以下说法正确的是
A. 对的摩擦力方向沿斜面向下
B. 受到墙壁的摩擦力方向可能向上,也可能向下
C. 力增大时,对的压力增大
D. 力增大时,对的摩擦力增大
如图所示,斜面上的物块保持静止状态,下列结论正确的是
A. 物块所受的重力与弹力的合力方向垂直斜面向上
B. 斜面给物块的弹力与摩擦力的合力方向竖直向上
C. 物块所受重力、弹力、摩擦力的合力方向沿斜面向下
D. 物块所受重力、弹力、摩擦力中任两个力的合力必与第三个力大小相等、方向相同
如图所示,两质量均为的小球、固定在轻杆两端,用等长的细线悬挂在点,整个系统静止时,细线和轻杆构成正三角形。用力缓慢拉动小球,保持两细线张紧,最终使连接球的细线竖直。重力加速度大小为。则连接球的细线竖直时,力的最小值是
A. B. C. D.
如图将两个质量均为的小球,用细线相连悬挂于点,用力拉小球,使整个装置处于静止状态,且悬线与竖直方向的夹角为,则的最小值为
A.
B.
C.
D.
质量为的四只完全相同的排球叠成两层放在水平地面上,底层三只排球刚好接触成三角形,上层一只排球放在底层三只排球的正中间上方,系统保持静止.不考虑球的转动和球与球间的摩擦,若最大静摩擦等于滑动摩擦,则
A. 底层每个排球对地面的压力均为
B. 底层每个排球对上层排球的支持力大小为
C. 底层排球受到水平地面的摩擦力均为
D. 水平地面与球间的摩擦因数至少为
如图所示,质量为的物体用细线悬挂处于静止状态。细线与天花板之间的夹角为,细线水平,若三根细线能承受的最大拉力均为,重力加速度取,不计所有细线的重力,,。下列说法正确的是
A. 细线上的拉力大小
B. 细线上的拉力大小
C. 要使三根细线均不断裂,则细线下端所能悬挂重物的最大质量为
D. 若保持点位置不动,沿顺时针方向缓慢转动端,则绳上拉力的最小值为
如图所示,两个质量为、横截面半径为的半圆柱体、放置在粗糙水平地面上,、的圆心、之间的距离为,在、上放置一个质量为、横截面半径也为的光滑圆柱体圆心为,,,始终处于静止状态.则
A. 对地面的压力大小为
B. 地面对的作用力的方向由指向
C. 若减小,、之间的弹力减小
D. 若减小,地面对的摩擦力增大
如图所示,在倾角为的粗糙斜面上静止放置质量分别为和的、两物体,斜面与两物体间的摩擦因数均为,用一条不可伸长的细绳通过轻滑轮将两物体相连,现对滑轮施加竖直向上缓慢增大的拉力,直到物块或将要发生滑动。已知绳与竖直方向的夹角均为,用分别表示斜面对两物体的摩擦力,在此过程中,关于两个摩擦力大小的变化情况描述正确的是
A. 先减小后增大,一直减小 B. 一直减小,一直减小
C. 先减小后增大,不变 D. 一直减小,不变
如图所示,一根轻绳跨过定滑轮,连接着质量分别为和的两个物体,滑轮左侧的绳和斜面平行,两物体都保持静止不动.已知斜面倾角为,质量为的物体和静止斜面间的动摩擦因数为,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计绳与定滑轮之间的摩擦,则与的比值范围是
A. B. C. D.
二、多选题
如图所示,上表面光滑的半圆柱体放在水平地面上,一小物块从靠近半圆柱体顶点的点,在外力作用下沿圆弧缓慢下滑到点,此过程中始终沿圆弧的切线方向且半圆柱体保持静止状态。下列说法中正确的是
A. 半圆柱体对小物块的支持力变大
B. 外力变大
C. 地面对半圆柱体的支持力先变大后变小
D. 地面对半圆柱体的摩擦力先变大后变小
如图所示,倾角为的斜面体置于水平地面上,滑块置于光滑斜面上,通过细绳跨过定滑轮与物体连接,连接的一段细绳与斜面平行,连接的一段细绳竖直,下端连接在竖直固定在地面的轻弹簧上,整个系统保持静止.已知物块、、的质量分別为、、,重力加速度为,不计滑轮的质量和摩擦.下列说法中正确的是
A. 地面对的摩擦力为零
B. 剪断轻绳的瞬间,对地面的压力为
C. 剪断轻绳的瞬间,的加速度大小为
D. 弹簧弹力大小为
如下图所示,斜面体始终处于静止状态,当物体沿斜面下滑时有
A. 匀速下滑时,对地面压力等于
B. 加速下滑时,对地面压力小于
C. 减速下滑时,对地面压力大于
D. 对地面压力始终等于
如图,固定在水平地面上的双斜面体,左、右斜面倾角分别为、,质量相等的物块通过一轻弹簧和轻质细绳相连,细绳跨过光滑的定滑轮,整个系统处于静止状态。现对施加始终与右侧轻绳垂直的拉力,使缓慢移动至右绳水平,仍保持静止不动,弹簧始终在弹性限度内。下列说法正确的是
A. 拉力先变大后变小 B. 弹簧长度先增加后减小
C. 所受摩擦力方向先向下后向上 D. 斜面对的作用力先变小后变大
三、计算题
如图所示,一条不可伸缩的细绳一端连着一个套在水平棒上的轻质圆环,另一端绕过轻质动滑轮和定滑轮悬挂着一个质量为的小物块,动滑轮下端连着一个质量为的重物。绳与水平棒的夹角为,不计绳与滑轮间的摩擦。
若绳与水平棒的夹角,轻质小圆环在水平棒上静止不动,求小物块的质量;
若圆环可以在棒上滑动,环与棒间的动摩擦因数,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求圆环刚要开始滑动时小物块的质量。
一个底面粗糙、质量为的劈放在粗糙水平面上,劈的斜面光滑且与水平面成角。现用一端固定的轻绳系一质量为的小球,小球放在斜面上,小球静止时轻绳与竖直方向的夹角也为,如图所示。
当劈静止时,求绳子的拉力大小
当劈静止时,求地面对劈的摩擦力大小
若地面对劈的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为使整个系统静止,动摩擦因数最小值多大
用轻绳和吊起一重的重物,两绳与竖直方向的夹角如图所示,请计算轻绳和所受的拉力各等于多少
如图所示,两个半圆柱、紧靠着静置于水平地面上,其上有一光滑圆柱,三者半径均为。的质量为,、的质量都为,与地面间的动摩擦因数均为。现用水平向右的力拉,使缓慢移动,直至恰好降到地面。整个过程中保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为。求:
未拉时,对地面的压力的大小;
未拉时,受到作用力的大小;
动摩擦因数的最小值。
答案和解析
1.【答案】
【解答】
、小球的受力如图所示
根据平衡条件可知,绳子对圆球的拉力大小,,所以AB错误;
C、若增加悬绳的长度,则变小,由可知拉力将会减小,C错误;
D、若增加悬绳的长度,则变小,由可知支持力将会减小,D正确;
故选D。
2.【答案】
【解答】
设的倾角为,则:
隔离物体,对研究有:
若,根据平衡条件得:对的摩擦力方向沿斜面向下,则有:,当增大,对的摩擦力增大;
若,根据平衡条件得:对的摩擦力没有摩擦力;
若,根据平衡条件得:对的摩擦力方向沿斜面向上,则有:,当增大,对的摩擦力减小,故AD错误;
B.将、看作一个整体,整体在竖直方向上受到重力和摩擦力,所以墙对的摩擦力方向只能向上,故B错误;
C.物体受重力、推力、的支持力和静摩擦力,根据平衡条件,压力等于推力的垂直接触面分力和重力的垂直接触面分力的合力,当增大、仍静止时,对的支持力增大,则对的压力也增大,故C正确。
故选C。
3.【答案】
【解答】
A、物体处于平衡状态;受重力、支持力及摩擦力的合力为零;因物体有向下运动的趋势,故摩擦力方向沿斜面向上,故物块所受的重力与弹力的合力方向沿斜面向下;故A错误;
B、斜面给物块的弹力与摩擦力的合力与重力大小相等,方向相反;故方向竖直向上;故B正确;
C、物块所受重力、弹力、摩擦力的合力为零;故C错误;
D、由于物体处于平衡状态;故物块所受重力、弹力、摩擦力中任两个力的合力必与第三个力大小相等、方向相反;故D错误;
故选:。
4.【答案】
【解答】
图中,先对小球受力分析,受重力、绳子的拉力,杆对其无弹力,否则不平衡;
再对球受力分析,受拉力、重力和绳子的拉力,如图所示;
根据平衡条件,有:
可知绳子的拉力方向确定,重力大小方向确定,根据共点力平衡的条件可知,当力的方向与拉力垂直时,力最小,根据几何知识可知,力的最小值为
故选B。
5.【答案】
【解答】
以两个小球组成的整体为研究对象,分析受力,作出在三个方向时整体的受力图,根据平衡条件得知:与的合力与重力总是大小相等、方向相反,由力的合成图可知,当与绳子垂直时,有最小值,即图中位置,的最小值为:
.
故选:.
6.【答案】
【解析】解:、根据整体法,下面每个球对地面的压力为,,;故A错误;
、上层排球受到重力、下层排球对上层排球的三个支持力,由于三个支持力的方向不是竖直向上,所以三个支持力在竖直方向的分量之和等于重力;
根据正四面体几何关系可求,与的夹角的余弦值,正弦值;
则有:
联立解得: ,
则有:,所以水平面的摩擦因数至少为,故BC错误,D正确;
7.【答案】
【解答】
以结点为研究对象,受到大小等于重力的竖直向下绳的拉力、细线的拉力和细线的拉力,
根据平衡条件结合几何关系可得:
;,故AB错误;
C.若三根细线能承受的最大拉力均为,要使三根细线均不断裂,根据力的大小关系可得,只要不拉断,其它两根细线拉不断,故有:,解得:,故C正确;
D.若保持点位置不动,沿顺时针方向缓慢转动端,根据矢量三角形法知当与垂直时,细线的拉力最小,
根据几何关系结合平衡条件可得:,即绳上拉力的最小值为,故D错误。
故选C。
8.【答案】
【解答】
A.以三个物体组成的整体为研究对象,水平方向,、分别受到水平向右和向左的摩擦力作用,竖直方向,受到总重力和地面对和支持力,两个支持力大小相等,则在竖直方向上,由平衡条件得知,地面对的支持力为,由牛顿第三定律得知对地面的压力大小也为,故A错误;
B.地面对有支持力和摩擦力两个力作用,地面对的作用力是它们的合力;受到重力、地面的支持力、摩擦力、球的压力,如图所示根据平衡条件知,地面的支持力和摩擦力的合力与力和压力的合力等值、反向,球对的压力方向由指向,则力和压力的合力一定不由指向,故地面对的作用力不由指向,故B错误;
C.以为研究对象,分析受力情况,如图,由平衡条件有:
,得,越小,越小,则得对间的弹力越小,故C正确;
D.以为研究对象,根据平衡条件得知:地面对的摩擦力,而对的压力,则越小,越小,越小,而、受到的摩擦力是等大、反向的,故若减小,地面对的摩擦力减小,故D错误。
故选C。
9.【答案】
【解答】
对受力分析,将要滑动时最大静摩擦力为重力的分力:,解得:
对受力分析,当拉力逐渐增大时,摩擦力逐渐减小直到为,此时绳的拉力:,,先滑动。
故当绳的拉力从到过程中,的静摩擦力不变,一直为不变,的摩擦力向上的一直减小,故ABC错误,D正确。
故选D。
10.【答案】
【解答】
依题意,对物体受力分析,根据平衡条件,绳子的拉力:
若较小,物块有沿着斜面向下滑的趋势,此时物块受力分析如图所示:
由力的平衡条件得:
联立可解得得:
若较大,物块有沿着斜面向上滑动的趋势,此时物块受力分析如图所示:
由力的平衡条件得:
联立可解得得:
则与的比值范围是:,故A正确,BCD错误。
故选A。
11.【答案】
物块缓慢下滑即平衡,始终沿圆弧的切线方向即始终垂直于圆柱面支持力的方向,因此总有
下滑过程中增大,因此增大, 减小,故A错误,B正确;
对半圆柱体分析,地面对半圆柱体的摩擦力
地面对半圆柱体的支持力
从接近到变化的过程中,摩擦力先增大后减小,支持力一直减小;故D正确,C错误。
故选BD.
12.【答案】
【解答】
A.对斜面体受力分析可知,斜面体受到的压力,斜向右下,地面的支持力,以及自身重力,因此地面必须要有摩擦力才能使斜面体受力平衡,故A错误;
B.剪断轻绳的瞬间,绳子拉力消失,物体有沿斜面向下的加速度,对地面的压力为,故B错误;
C.剪断轻绳的瞬间,对分析可知加速度度为:,故C正确;
D.对,整体受力分析,利用平衡条件可得:,解得弹簧弹力大小为,故D正确;
故选CD。
13.【答案】
【解答】
A.物体与斜面均处于平衡状态,可将物体与斜面体视为一个整体,斜面体与斜面上的物体都处于平衡状态,所受合力都为零,则斜面体对地面的压力等于物体与斜面体的总重力。故A正确;
B.小物体加速下滑时,仍然将物体与斜面体视为一个整体,设小物体的加速度为,则在竖直方向上:,整理得:,故B正确;
C.同理,小物体减速下滑时,,故C正确;
D.根据以上分析可知,D错误。
故选ABC。
14.【答案】
【解答】
设细绳与竖直方向的夹角为,对进行受力分析,受重力、绳的拉力、拉力三个力的作用,合外力为,由平衡条件有:,得绳的拉力;
随着增大,拉力增大,绳的拉力减小,由题意可知弹簧的弹力等于绳的拉力,故弹簧弹力减小,故AB错误;
C.以为对象,受重力、支持力、弹簧的拉力、摩擦力四个力的作用,四个力的合力为,由平衡条件有:沿斜面方向:;
又有:,由前面的分析可知,开始时绳的拉力等于,故一开始摩擦力方向是沿斜面向下的,随绳的拉力减小,故弹簧的弹力减小,可知摩擦力先减小,后反向增大,故C正确;
D.由平衡条件可知,斜面对的作用力与的重力、弹簧的弹力两者的合力等大反向,由平形四边形法则可知,的重力、弹簧的弹力两者的合力先减小后增大,故D正确。
故选CD。
15.【答案】解:由物体平衡得
;
轻质圆环刚要滑动时,小重物的质量为,绳与水平棒的夹角为.
。
16.【答案】解:以小球为研究对象,受力分析如图所示,对和进行正交分解。
由平衡条件有 ,
得:
以劈和小球整体为研究对象,受力情况如图所示。
由平衡条件可得
为使整个系统静止,必须满足:
且有:
联立解得:
答:当劈静止时,绳子的拉力大小为。
当劈静止时,地面对劈的摩擦力大小为。
若地面对劈的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为使整个系统静止,动摩擦因数最小值为。
17.【答案】解:点受到、绳的拉力和竖直绳的拉力,竖直绳的拉力等于物体的重力,等于,根据平行四边形定则可得,轻绳的拉力;轻绳上拉力为。
答:轻绳和所受的拉力各等于和。
18.【答案】解:将、、看成一整体,对地面的压力
对受力分析,如图所示
根据平衡条件,有,解得
恰好降到地面时,受压力的水平分力最大,如图所示
,
受地面的最大静摩擦力
根据题意,保持静止,则有,
解得
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