2018高中物理第二章力平衡条件下的受力分析练习（提高篇）教科版必修1

平衡条件下的受力分析(提高篇)
选择题：
如图所示，位于斜面上的物块M在沿斜面向上的力F作用下，处于静止状态，则斜面作用于物块的静摩擦力的( )
A．方向可能沿斜面向上 B．方向可能沿斜面向下
C．大小可能等于零 D．大小可能等于F
2. 如图所示，用一根长1m的轻质细绳将一幅质量为1kg的画框对称悬挂在墙壁上．已知绳能承受的最大张力为10N．为使绳不断裂，画框上两个挂钉的间距最大为(g取10m/s2)( )
A．m B．m C．m D．m
3. 如图(甲)所示，质量为m的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上．已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为μ，斜面的倾角为30°，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为( )
A．mg和mg B．mg和mg
C．mg和mg D．mg和mg
4. 物块静止在固定的斜面上，分别按图所示的方向对物块施加大小相等的力F，A中F垂直于斜面向上，B中，垂直于斜面向下，C中F竖直向上，D中F竖直向下，施力后物块仍然静止，则物块所受的静摩擦力增大的是( )
5. 如图(甲)所示，质量为m的物体悬挂在轻质支架上，斜梁OB与竖直方向的夹角为θ设横梁OA和斜梁OB作用于O点的弹力分别为F1和F2，以下结果正确的是( )
A． B． C． D．
6. 如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的，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O点的连线与水平线夹角α＝60°．两个球的质量比为( )
A． B． C． D．
7. 如图所示，表面粗糙的固定斜面顶端装有一滑轮，两物块P、Q用跨过滑轮的轻绳连接(不计滑轮的质量和摩擦)，P悬于空中，Q放在斜面上，均处于静止状态，当用水平向左的恒力推Q时，P、Q仍静止不动，则( )
A．Q受到的摩擦力一定变小
B．Q受到的摩擦力一定变大
C．轻绳上的拉力一定变小
D．轻绳上的拉力一定不变
二、计算题：
1. 跨过光滑定滑轮的轻绳，两端各拴一个物体，如图所示．物体A和B重均为20N，水平拉力F＝12N．若物体A和B均处于静止状态，试分析物体A和B的受力情况，画出受力的示意图，并计算各力的大小．
2. 如图所示，在一个V形槽中有一个重为G＝100 N的粗细均匀的圆柱体，槽两侧底角均为α＝60°．圆柱体与槽之间的动摩擦因数μ＝0.2．要使圆柱体沿水平轴线方向匀速运动，沿水平轴线方向的水平推力F应为多大?
3．用细绳AC和BC吊起一重物，两绳与竖直方向的夹角如图所示，AC绳能承受的最大拉力为150N，BC绳能承受的最大拉力为100 N，为使绳子不断开，所吊重物的质量不得超过多少?(g取10N/kg)
4．如图所示，楔形物体倾角为θ＝30°，放在水平地面上，轻质硬杆下端带有滑轮，上端顶有重1000 N的物体，硬杆只能沿滑槽上下滑动．不计一切摩擦，则当作用于楔形物体上的水平推力为多大时，才能将重物顶起?
5．如图所示，在水平面上放一个质量为m2的物体B，物体A的质量为m1，AB间用劲度系数为k的轻质弹簧相连，原来处于静止状态．现对物体A施加一竖直向上的拉力，使A以加速度a向上做匀加速直线运动，问A至少运动多长时间才能将B拉离地面?

【答案与解析】
选择题：
1.ABCD
解析:在斜面方向上，M所受重力沿斜面向下的分力为G sinθ、静摩擦力f、沿斜面向上的推力F三个力作用而平衡，取沿斜面向上为正方向，由平衡条件得F-Gsinθ+f＝0，所以可求得f＝Gsinθ-F．
当Gsinθ＞F时，f＞0． 当Gsinθ＜F时，f＜0．
当Gsinθ＝F时，f＝0． 当Gsinθ＝2F时，f＝F．
2. A
解析:当两个挂钉间距最大时绳的张力达到最大值10N．设此时绳与竖直方向的夹角为θ，将重力分解，由平行四边形定则可得，则有＝60°，
再由几何关系可得挂钉间距最大为m，选项A对．
3. A
解析:据重力G产生两个效果：沿斜面向下有运动趋势效果和挤压斜面的效果，分别对应两分力F1和F2．且有静摩擦力，支持力FN＝F2． 又由力的分解图知，，即，．
4. D
解析：施加力F之前，物体重力沿斜面向下的分量等于物体受到的斜面的静摩擦力，选项A、B对物体施加的是垂直于斜面的力，所以平行于斜面的力没有改变，静摩擦力也不变，A、B项错误；选项C、D对物体施加竖直方向的力而物体没动，可以把力等效到重力里，选项C静摩擦力减小，选项D静摩擦力增大，C项错误，D项正确，
5. D
解析:力mg产生两个效果，分别沿OA方向和OB方向压梁OA、OB，则分解为图(乙)所示的两个分力和，依题意，，，，．
6. A
解析：效果分解如图所示，由几何关系有，又，故．
7. D
解析:解法一(直接判断法)：由于两物块一直处于静止状态，所以轻绳上的拉力大小总与P物块的重力大小相等，因此选项D正确；因为Q和P两物块的质量、斜面的倾角未确定，所以Q物块所受静摩擦力方向无法确定．又由于水平向左的恒力大小未知，所以Q物块相对斜面的运动趋势也无法确定，因此不能判定Q物块所受摩擦力的大小变化情况．
解法二(假设法)：假设开始时Q的重力沿斜面方向的分量与P的重力大小相等，则Q不受摩擦力，因此选项A错误；假设开始时Q所受摩擦力的方向沿斜面向上，则选项B错误；同理，选项C错误，因此只有选项D正确．
二、计算题：
1.答案见解析
解析：根据各种力的概念和物体处于平衡状态，全面分析物体的受力情况，针对静摩擦力是被动力的特点，判断物体A所受静摩擦力的方向．
物体受力情况如图所示．物体A和B均处于静止状态，它们所受合力均为零，物体B受重力GB和拉力，GB＝F′＝20N．物体A受重力GA＝20N，水平拉力F＝12N，绳子拉力F′＝20N，水平面支持力FN＝CA-F′sin30°＝10N，F′水平分力为F′cos30°＝17N．由于方向向左的F′水平分力比方向向右的水平拉力F大5N，所以物体A还受到5N的静摩擦力作用，其方向应该向右，即图中的F″为向右的静摩擦力．
2．40N
解析：把圆柱体的重力沿垂直两侧槽面分解，得压力，匀速推动时的推力．代入数值得F＝40N．
3．
解析：设重物质量为m，将重物所受的重力G分解为图示的两个分力：，．
又由数学关系知，
若F1＝150 N，则．
则重物质量不得超过．
4．
解析：水平推力F有两个效果，垂直于斜面向上支持滑轮和垂直于水平面向下压地面，由图可知，斜面对杆的支持力大小为，方向垂直于斜面向上．要使轻杆顶起重物。则应使，即，．
5．
解析：原来静止时，A受重力和弹簧向上的弹力，该弹簧的压缩量为，由二力平衡知：，得．B恰好被拉起时，所用时间最短，此时地面对B刚好没有支持力，弹簧被拉伸且对B物体有向上的大小等于B的重力的弹力．设此时弹簧的伸长量为，由可得．A运动的位移，由，得．