3.4 力的合成和分解
一、单选题
1.如图所示,将足球用网兜挂在光滑的墙壁上,设绳对球的拉力为F1,墙壁对球的支持力为F2,当细绳长度变短时
A.F1、F2均不变
B.F1、F2均增大
C.F1减小,F2增大
D.F1、F2均减小
2.如图所示,物块a、b质量分别为2m、m,水平地面和竖直墙面均光滑,在水平推力F作用下,两物块均处于静止状态,则( )
A.物块b受四个力作用
B.物块b受到的摩擦力大小等于2mg
C.物块b对地面的压力大小等于mg
D.物块a受到物块b的作用力水平向右
3.物体受到与水平方向成30°角的拉力F的作用,在水平面上向左做匀速直线运动,如图所示.则物体受到的拉力F与地面对物体的摩擦力的合力的方向是
A.向上偏左 B.向上偏右 C.竖直向上 D.竖直向下
4.水平横梁的一端A插在墙壁内,另一端装有滑轮B,轻绳的一端固定于墙壁上C点,另一端跨过滑轮后悬挂一质量为5kg的重物,∠CBA=30°,如图所示,则滑轮受到绳子的作用力大小为(g=10m/s2)
A.50N B.50N C.100N D.100N
5.如图所示,一个物体由绕过定滑轮的轻绳拉着,分别用图中所示的三种情况拉住物体静止不动。在这三种情况下,若绳的张力大小分别为,定滑轮对轴心的作用力大小分别为,摩擦、质量均不计,则( )
A. B.
C. D.
6.如图所示,有四块相同的坚固石块垒成弧形的石拱,其中第3、4块固定在地面上,每块石块的两个面间所夹的圆心角为37°.假定石块间的摩擦力可以忽略不计,则第1、2块石块间的作用力和第1、3块石块间的作用力的大小之比为( )
A. B. C. D.
7.如图所示,一光滑斜面固定在地面上,重力为的物体在一水平推力的作用下处于静止状态.若斜面的倾角为,则()
A.
B.
C.物体对斜面的压力
D.物体对斜面的压力
8.有两个大小恒定的力,作用在一点上,当两力同向时,合力为A,反向时合力为B,当两力相互垂直时,其合力大小为( )
A. B. C. D.
9.如图所示,某个物体在F1、F2、F3、F4四个力的作用下处于静止状态,若F4的方向沿逆时针转过60°而保持其大小不变,其余三个力的大小和方向均不变,则此时物体所受到的合力大小为( )
A. B. C.F4 D.F4
10.如图,由物体A和B组成的系统处于静止状态,A、B的质量分别为mA和mB, 且mA>mB,滑轮的质量和一切摩擦不计。使绳的悬点由P点向右移动一小段距离到Q点,系统再次达到静止状态。则悬点移动前后图中绳与水平方向的夹角θ将( )
A.变大 B.变小 C.不变 D.可能变大,也可能变小
11.舰载机保持牵引力F大小不变在匀速航行的航母上降落时受到阻拦而静止,此时阻拦索夹角θ=120°,空气阻力和甲板阻力不计,则阻拦索承受的张力大小为( )
A. B.F C.F D.2F
12.如图所示,在铁圈的顶部挂有两根完全相同的橡皮条OA和OB,QA和OB在圆心O点相连接,并在结点O上吊一重10N的物体。若将A、B分别移到对称的两点、处,欲使结点仍在圆心O处,且,这时在结点上应改挂的一个物体重
A.1.25N B.2.5N C.5.0N D.10.0N
二、多选题
13.如图是某同学为颈椎病人设计的一个牵引装置的示意图,一根绳绕过两个定滑轮和动滑轮后各挂着一个相同的重物,与动滑轮相连的帆布带拉着病人的颈椎(图中是用手指代替颈椎做实验),整个装置在同一竖直平面内.如果要增大手指所受的拉力,可采取的方法是( )
A.只增加绳的长度 B.只增加重物的重量
C.只将手指向下移动 D.只将手指向上移动
三、填空题
14.一热气球的质量为0.3t,受到的空气浮力为3300N,它受到的合力为____N;如图所示,若热气球同时又受到水平气流的水平冲力400N,则其受到的合力为______N,方向______.
15.从正六边形ABCDEF的一个顶点A向其余五个顶点作用着五个力F1、F2、F3、F4、F5(图1-55),已知F1=f,且各个力的大小跟对应的边长成正比,这五个力的合力大小为______,方向______.
四、解答题
16.如下图所示,一名骑独轮车的杂技演员在空中钢索上表演,如果钢索所承受的最大拉力是2000 N,演员和独轮车的总质量为80kg,两侧的钢索最大成150°夹角,钢索能安全使用吗?(cos 75°=0.259,g取10 N/kg)
17.城市中的路灯、无轨电车的供电线路等,常用三角形的栓接结构悬挂,如图所示的是这种三角形结构的一种简化模型.图中硬杆OA可绕A点且垂直于纸面的轴进行转动,不计钢索OB和硬杆OA的重力,角AOB等于30°,如果钢索OB最大承受拉力为2.0×104N,求:
(1)O点悬挂物的最大重力;
(2)杆OA对O点的最大支持力.
18.杨浦大桥是继南浦大桥之后又一座跨越黄浦江的我国自行设计建造的双塔双索面迭合梁斜拉桥,如图所示.挺拔高耸的208米主塔似一把利剑直刺穹苍,塔的两侧32对钢索连接主梁,呈扇面展开,如巨型琴弦,正弹奏着巨龙腾飞的奏鸣曲.假设斜拉桥中某对钢索与竖直方向的夹角都是30°,每根钢索中的拉力都是3×104N,那么它们对塔柱形成的合力有多大?方向如何?
试卷第1页,共3页
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参考答案
1.B
【详解】
分析足球的受力情况:重力G、悬线的拉力F1和墙的支持力F2,作出受力示意图:
由平衡条件得:F1、F2的合力F与G大小相等、方向相反,即有 F=G.由平衡条件得:F2=Ftanα=Gtanα, ;当悬线变短时,α增大,cosα减小,sinα增大,则得F2增大,F1增大,B正确。
故选B.
2.B
【详解】
A.物块b受到:重力、a的弹力和静摩擦力、地面的支持力、推力F,共受五个力,故A错误.
B.以a为研究对象,由平衡条件知,b对a的摩擦力大小等于a的重力,为2mg,由牛顿第三定律知a对b的摩擦力大小也等于2mg,故B正确.
C.以整体为研究对象,则知地面对b的支持力等于3mg,则物块b对地面的压力大小等于3mg,故C错误.
D.物块a受到物块b两个力作用:水平向右的压力和竖直向上的静摩擦力,它们的合力斜向右上方,则物块a受到物块b的作用力斜向右上方,故D错误.
3.C
【详解】
因物体向左匀速直线运动,物体所受的合外力必定为零,因此,力F在水平方向向左的分力Fcos30°与地面对物体的摩擦力的合力必定为零,故拉力F与摩擦力的合力为Fsinθ,方向竖直向上.
另解:物体受四个共点力而处于平衡状态,则其中两个力的合力一定与另外两个力的合力等大反向.重力、支持力都在竖直方向,故其合力一定也在竖直方向.
A.向上偏左,与结论不相符,选项A错误;
B.向上偏右,与结论不相符,选项B错误;
C.竖直向上,与结论相符,选项C正确;
D.竖直向下,与结论不相符,选项D错误;
故选C.
4.A
【详解】
由题意可得,对绳B点受力分析:
滑轮受到绳子的作用力应为图中两段绳中拉力F1和F2的合力F,因同一根绳张力处处相等,都等于物体的重量,即:
。
用平行四边形定则作图,由于拉力F1和F2的夹角为120°,则由几何知识得:
F=50N,
所以滑轮受绳的作用力为50N。方向与水平方向成30°角斜向下,
A.综上分析滑轮受到绳子的作用力大小为50N,A正确;
B.综上分析滑轮受到绳子的作用力大小为50N,B错误;
C.综上分析滑轮受到绳子的作用力大小为50N,C错误;
D.综上分析滑轮受到绳子的作用力大小为50N,D错误;
故选A。
5.A
【详解】
物体静止时,绳的张力大小等于物体重力的大小,所以有:
已知两个分力的大小,其合力与两分力的夹角之间满足关系式:
越大,越小,定滑轮对轴心的作用力等于两段绳的拉力的合力,随两段绳间夹角逐渐增大,两段绳的拉力的合力逐渐减小,所以有:
A.与分析相符,故A正确;
B.与分析不符,故B错误;
C.与分析不符,故C错误;
D.与分析不符,故D错误;
故选A。
6.C
【详解】
据题意,由于4物块都处于静止状态,则每一物块的合力都为0 ,对物块1受力分析,如上图所示,
据力的合成法,则有:
故两者之比为:
A.,与结论不相符,选项A错误;
B.,与结论不相符,选项B错误;
C.,与结论相符,选项C正确;
D.,与结论不相符,选项D错误;
故选C.
考点:本题考查物体的平衡条件.
7.D
【详解】
以物体为研究对象,对物体进行受力分析:重力、推力F和斜面的支持力,作出力图如图,根据平衡条件得
,
解得,
由牛顿第三定律得:.
点晴:对物体进行受力分析:重力、推力F和斜面的支持力,作出力图,根据平衡条件求出F和斜面的支持力,再得到物体对斜面的压力.
8.B
【详解】
设两个力大小分别有、 且>,两力同向时有
两力反向时
联立解得
当两力相互垂直时,设合力大小为,由勾股定理可得
9.C
【解析】
【详解】
原来物体静止,F1、F2、F3和F4四个共点力的合力为零,则F1、F2、F3三个力的合力F′与F4大小相等,方向相反.将F4的方向沿逆时针转过60°时,F4与F′的夹角为120°,则合力大小等于F4.故C正确,ABD错误.
10.C
【详解】
试题分析:若滑轮的质量和摩擦不计,则通过滑轮的绳子拉力大小相等。即通过滑轮的绳子拉力大小都相等且等于物体B的重力,再对A受力分析由竖直方向上的合力为零即可求出绳与水平面夹角不变。
先对B受力分析可知,绳子拉力大小等于物体B的重力,即;由于滑轮质量不计且光滑,所以滑轮两端绳子的拉力相等,对动滑轮受力分析如图所示,由在竖直方向合力为零可得,即,所以,所以悬点移动前后绳与水平面夹角不变,C正确。
11.B
【详解】
试题分析:如图所示,根据平行四边形定则,每根阻拦索承受的张力大小等于载机牵引力F的大小.如图所示,故B正确
考点:共点力合成
12.C
【详解】
悬挂10N物体的时候,橡皮筋长度是半径长度,说明每一条橡皮筋的拉力是,当移动到处的时候,橡皮筋长度没变,所以拉力大小没变,都是,可是因为夹角是,所以合力是,竖直向上.所以应该放一个的物体保持平衡.
A. 1.25N ,与分析不符,故A错误;
B. 2.5N,与分析不符,故B错误;
C. 5.0N,与分析相符,故C正确;
D. 10.0N,与分析不符,故D错误。
13.BC
【详解】
A.对动滑轮受力分析,受重力、两个对称的拉力,拉力等于悬挂物体的重量mg,如图
三个力的合力为零,两个拉力的大小恒定,夹角越大,合力越小,夹角越小,合力越大;增加细线长度时,由于两个细线拉力也不变,动滑轮位置不变,故三个力大小方向都不变,故A错误;
B.只增加重物的重力,两个绳拉力变大,动滑轮位置不变,则两拉力夹角不变,故合力变大,故手指所受的拉力增大,故B正确;
C.只将手指向下移动,两个绳拉力大小不变,夹角变小,故两拉力合力变大,故手指所受的拉力增大,故C正确;
D.只将手指向上移动,两个绳拉力大小不变,夹角变大,故两拉力合力变小,故手指所受的拉力减小,故D错误。
故选BC。
14.300 500 与竖直向上成53°
【详解】
热气球受到重力和空气浮力合力为:
方向竖直向上。
若热气球同时又受到水平气流的水平冲力400N,根据平行四边形可知:
方向与竖直方向成53°
15.6f 与F3同向
【详解】
先将F1与F4合成,大小等于,将F2与F5合成,大小也等于,故五个力的合力为3,所以
思路分析:根据菱形的几何特点可知F1与F4、F2与F5的合力均等于F3
试题点评:本题考查了力的合成,要注意观察规律,寻找便捷的合成途径
16.能
【详解】
对钢索上与车轮接触的点受力分析,如图所示.
其中为两侧钢索对O点的拉力,且,FN为O点受到的独轮车的压力,和合力的大小与大小相等,在数值上等于人和车的重力G
由几何关系得
所以:
即,钢索能安全使用.
点睛:本题关键是正确的进行受力分析,根据平衡条件列方程求解,要注意钢索对独轮车的作用力大小是钢索对车各种力的合力.
17.(1)1.0×104N (2)1.7×104N
【详解】
(1)(2)设钢索OB承受拉力为F1,杆OA对O点的支持力为 F2,对O点进行受力分析,受力分析如图
根据平行四边形定则有
F1sin30°= F3=G
即
G=F1sin30°
F2=F1cos30°
当F1取最大拉力2.0×104N时,O点悬挂物的最大重力G=1.0×104N.
杆OA对O点的最大支持力
F2=1.73×104N.
18.5.2×104N,方向竖直向下
【详解】
把两根钢索的拉力看成沿钢索方向的两个分力,以它们为邻边画出一个平行四边形,其对角线就表示它们的合力。由对称性可知,合力方向一定沿塔柱竖直向下,根据这个平行四边形是一个菱形的特点,如图所示
连接AB,交OC于D,则AB与OC互相垂直平分,即AB垂直OC,且AD=DB、OD=,考虑直角三角形AOD,其角∠AOD=30°,而OD=,则有
F=2F1cos30°=2×3×104×N≈5.2×104N
方向沿塔柱竖直向下。答案第1页,共2页
答案第1页,共2页