2020-2021学年新教材人教版必修第一册 3.5 共点力的平衡 作业

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名称 2020-2021学年新教材人教版必修第一册 3.5 共点力的平衡 作业
格式 doc
文件大小 1010.5KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2020-09-15 06:08:36

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文档简介

第5节 共点力的平衡

必备知识基础练 进阶训练第一层
知识点一 共点力
1.关于共点力,下列说法中不正确的是(  )
A.作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,这两个力是共点力
B.作用在一个物体上的两个力,如果是一对相互平衡的力,则这两个力是共点力
C.作用在一个物体上的几个力,如果它们的作用点在同一点上,则这几个力是共点力
D.作用在一个物体上的几个力,如果它们力的作用线汇交于同一点,则这几个力是共点力
知识点二 平衡状态
2.一个物体受到三个共点力的作用,如果三个力的大小为如下各组情况,那么有可能使物体处于平衡状态的是(  )
A.1 N 4 N 7 N B.2 N 6 N 9 N
C.2 N 5 N 8 N D.6 N 8 N 6 N
3.
如图所示,有一只重为G的蜻蜓在空中沿虚线方向匀速直线飞行,在此过程中,蜻蜓受到空气对它作用力的方向是(  )
A.a方向
B.b方向
C.c方向
D.d方向
4.一个质量为3 kg的物体被放置在倾角为α=30°的固定、光滑斜面上,在如图所示的甲、乙、丙三种情况下,物体处于平衡状态的是(取g=10 m/s2)(  )
A.仅甲图 B.仅丙图
C.仅乙图 D.甲、乙、丙图
知识点三 共点力平衡的条件
5.(多选)物体受到几个共点力的作用,下列说法正确的是(  )
A.物体速度在某一时刻等于零,物体一定处于平衡状态
B.物体相对另一物体保持静止状态,物体一定处于平衡状态
C.物体处于平衡状态,物体受到的合外力一定为零
D.物体受到的合外力为零,物体就一定处于平衡状态
6.在下列选项中,能表示物体处于平衡状态的是(  )
知识点四 共点力平衡条件的应用
7.用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来,如图所示.对小球a持续施加一个水平向左的恒力,并对小球b持续施加一个水平向右的同样大小的恒力,最后达到平衡状态.下列选项中表示平衡状态的图可能是(  )
8.如图所示为战士用头将四块砖顶在竖直墙上苦练头功的照片,假设每块砖的质量均为m,砖与墙面、砖与砖、砖与头间的动摩擦因数均为μ,每块砖均处于静止状态,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,下列说法正确的是(  )
A.墙壁对砖的摩擦力大小为2μmg
B.砖对墙壁的摩擦力方向竖直向下
C.当战士顶砖的力增大时,墙壁对砖的摩擦力也增大
D.保持其他条件不变,要让砖均保持静止,μ越大,战士顶砖需要的力越大

关键能力综合练 进阶训练第二层
一、单项选择题
1.用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件,为使工件保持固定,将其置于两光滑斜面之间,如图所示.两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上,倾角分别为30°和60°.重力加速度为g.当卡车沿平直公路匀速行驶时,圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2,则(  )
A.F1=mg,F2=mg B.F1=mg,F2=mg
C.F1=mg,F2=mg D.F1=mg,F2=mg
2.如图所示,用与竖直方向成θ角(0<45°)的倾斜轻绳a和水平轻绳b共同固定一个小球,这时轻绳b的拉力为F1,现保持小球在原位置不动,使轻绳b在原竖直平面内逆时针转过θ角固定,轻绳b的拉力为F2,再逆时针转过θ角固定,轻绳b的拉力为F3,则(  )
A.F1=F3>F2 B.F1<F2<F3
C.F1=F3<F2 D.轻绳a的拉力增大
3.如图所示,一个物体受到1 N、2 N、3 N、4 N四个力作用而处于平衡.现保持1 N、3 N、4 N三个力的方向和大小不变,而将2 N的力绕O点旋转60°,此时作用在物体上的合力大小为(  )
A.2 N B.2 N
C.13 N D.3 N
4.(探究题)如图所示,一个质量为m的小物体静止在固定的、半径为R的半圆形槽内,距内槽最低点高为处,则它受到的摩擦力大小为(  )
A.mg B.mg
C.1-mg D.mg
5.(易错题)如图甲是一座石拱桥,图乙是简化图,用四块相同的坚固石块垒成圆弧形的石拱,其中第3、4块石块固定在地基上,1、2块石块间的接触面是竖直的,每块石块的两个侧面间所夹的圆心角为30°.假定每块石块的质量为m,两石块间的摩擦力忽略不计,重力加速度为g,则第2、4石块间的作用力大小为(  )
A.mg B.mg
C.mg D.2mg
6.小娟、小明两人共提一桶水匀速前行,如图所示,已知两人手臂上的拉力大小相等且为F,两人手臂间的夹角为θ,水和水桶的总重力为G,则下列说法中正确的是(  )
A.当θ为120°时T= B.不管θ为何值,F=
C.当θ=0°时,F= D.θ越大时F越小
二、多项选择题
7.如图所示,在水平推力F的作用下,质量为m的楔形物块静止在倾角为θ的光滑固定斜面上,重力加速度为g,则楔形物块受到的斜面支持力大小为(  )
A.Fsin θ B.
C.mgcos θ D.
8.
如图所示,两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上.关于斜面体A和B的受力情况,下列说法正确的是(  )
A.A一定受到四个力作用
B.B可能受到四个力作用
C.B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
9.如图所示,质量为m、顶角为α的直角劈和质量为M的正方体放在两竖直墙和一水平面间,处于静止状态.若不计一切摩擦,则(  )
A.水平面对正方体的弹力大小为(M+m)g
B.墙面对正方体的弹力大小为
C.正方体对直角劈的弹力大小为mg cos α
D.直角劈对墙面的弹力大小为mg sin α
三、非选择题
10.
如图所示,一名杂技演员在空中钢索上表演,如果钢索所能承受的最大拉力是2 000 N,演员和平衡棒的总质量为80 kg,演员两侧的钢索最大成150°夹角,钢索能安全使用吗?(cos 75°=0.259,g取10 N/kg)
11.如图所示,一质量为m的物块在固定斜面上受平行斜面向上的拉力F的作用而匀速向上运动,斜面的倾角为30°,物块与斜面间的动摩擦因数μ=,则拉力F的大小为多少?

学科素养升级练 进阶训练第三层
1.(生活情境)
如图所示,是给墙壁粉刷涂料用的“涂料滚”示意图.使用时,用撑竿推着粘有涂料的“涂料滚”沿墙壁上下缓缓滚动,把涂料均匀地粉刷到墙上.撑竿的重力和墙壁的摩擦均不计,且撑竿足够长,粉刷工人站在离墙壁一定距离处缓缓上推“涂料滚”,设该过程中撑竿对“涂料滚”的推力为F1,“涂料滚”对墙壁的压力为F2,则(  )
A.F1增大,F2减小 B.F1增大,F2增大
C.F1减小,F2减小 D.F1减小,F2增大
2.如图所示,建筑工人用恒力F推着运料车在水平地面上匀速前进,恒力F与水平方向夹角为θ=30°,运料车和材料的总重为G,下列说法正确的是(  )
A.建筑工人受摩擦力方向水平向左
B.运料车受摩擦力方向水平向右
C.运料车受摩擦力大小为F
D.运料车与地面的动摩擦因数为
3.
如图所示,在一细绳C点系一重物P,细绳两端A、B分别固定在墙上,使AC保持水平,BC与水平方向成30°角,已知细绳最多只能承受200 N的拉力,那么C点悬挂重物的重力最多为多少?这时细绳的哪一段即将拉断?(g取10 m/s2)
第5节 共点力的平衡
必备知识基础练
1.解析:根据共点力的概念,几个力如果都作用在物体的同一点,或者它们的作用线相交于同一个点,这几个力叫作共点力,故C、D正确.一对相互平衡的力一定作用在同一条直线上,它们一定是共点力,故B正确.对于A选项中所描述的两个力,它们有可能一上一下,互相平行但不共点,故A错误.
答案:A
2.解析:能否使物体处于平衡状态,要看三个力的合力是否可能为零,方法是两个较小力加起来是否大于或等于最大的那个力,如果是,物体就可能处于平衡状态,故D正确.
答案:D
3.解析:蜻蜓做匀速直线运动,蜻蜓受重力和空气的作用力而平衡,故空气对蜻蜓的作用力方向竖直向上,即沿a方向,故选A.
答案:A
4.解析:物体在光滑斜面上受重力、支持力和沿斜面向上的拉力,斜面光滑,故物体不受摩擦力;将重力沿平行于斜面和垂直于斜面的方向进行分解,支持力一定与重力垂直于斜面的分力相等;要使物体处于静止状态,拉力应等于重力沿斜面向下的分力,即F=mg sin α=3×10× N=15 N,故只有乙图中物体处于平衡状态,故选C.
答案:C
5.解析:物体速度在某一时刻等于零,但加速度不确定,所以不一定处于平衡状态,故A选项错误;物体相对另一物体保持静止状态,但相对地面其加速度不确定,所以物体不一定处于平衡状态,故B选项错误;根据平衡知识可知CD选项正确.
答案:CD
6.解析:根据a-t图像和v-t图像可知A、B选项中物体的加速度都不为零,根据F合-t图像可知D选项中物体的合力不等于零,根据x-t图像可知C选项中物体做匀速直线运动,故选C.
答案:C
7.解析:
将两球和两球之间的细线看成一个整体,对整体受力分析如图所示,整体达到平衡状态.根据平衡条件可知整体受到a球上方的细线的拉力F线的大小等于a、b的重力大小之和,方向沿竖直方向,故此细线必定沿竖直方向,故A正确.
答案:A
8.解析:对四块砖整体受力分析,可知2f=4mg,可知墙壁对砖的摩擦力大小为f=2mg,选项A错误;墙对砖的摩擦力方向竖直向上,则砖对墙壁的摩擦力方向竖直向下,选项B正确;由上述分析可知,当战士顶砖的力增大时,墙壁对砖的摩擦力不变,选项C错误;保持其他条件不变,要让砖均保持静止,则需要最大静摩擦力大于等于砖的重力,设战士顶砖的力为F,即需满足2μF≥4mg,μ越大,战士顶砖需要的力越小,选项D错误.
答案:B
关键能力综合练
1.解析:
本题考查受力分析、力的合成与分解等相关知识点,意在考查考生的理解能力和推理能力.考查的核心素养是科学思维.分析可知工件受力平衡,对工件受到的重力按照压紧斜面Ⅰ和Ⅱ的效果进行分解如图所示,结合几何关系可知工件对斜面Ⅰ的压力大小为F1=mgcos 30°=mg、对斜面Ⅱ的压力大小为F2=mgsin 30°=mg,选项D正确,A、B、C均错误.
答案:D
2.解析:
轻绳b处在三个不同位置时,小球均处于平衡状态;对小球受力分析并根据平衡条件可知,它受到的三个力可以构成矢量三角形,如右图所示,根据几何关系可知,F2垂直于轻绳a对小球的拉力T,所以F1 =F3>F2,而轻绳a的拉力T逐渐减小,故A选项正确.
答案:A
3.解析:根据“一个物体受到1 N、2 N、3 N、4 N四个力作用而处于平衡”可知,本题考查力的平衡条件,根据平行四边形定则,运用多力平衡的推论求解剩下的力的合力.由题意可知四力的合力为零,则可知1 N、3 N、4 N三个力的合力为2 N,与2 N的力大小相等方向相反;则2 N的力绕O点旋转60°,其他三力的合力不变,那么现在变为2 N的两个力,其夹角成120°,因此这两个力的合力大小为2 N,故A正确,B、C、D错误.
答案:A
4.解析:对物体受力分析如图,由平衡条件可得:
mgsin θ=Ff,FN=mgcos θ,
sin θ==,
Ff=mg.
答案:B
5.解析:对第2块石块进行受力分析,如图所示.
由几何关系知F42==2mg,故D正确,A、B、C错误.
答案:D
6.解析:分析水桶的受力情况,分析平衡条件,求解小娟、小明的手臂受到的拉力大小与重力的关系.由于两人手臂均与竖直方向成θ角,根据对称性可知,两人对水桶的拉力大小相等,据此列式,即可求解.
设小娟、小明的手臂对水桶的拉力大小为F,由题小娟、小明的手臂夹角成θ角,根据对称性可知,两人对水桶的拉力大小相等,则根据平衡条件得2Fcos=G,解得F=,当θ=0°时,cos 值最大,此时F=;当θ为120°时,F=G;当θ越大时,F越大.故C正确,ABD错误.
答案:C
7.解析:以楔形物块为研究对象,分析其受力如下图所示,根据平衡条件解得FN==.
答案:BD
8.解析:对A、B整体受力分析,如图甲所示,整体受到向下的重力和向上的推力F,由平衡条件可知B与墙壁之间不可能有弹力,因此也不可能有摩擦力,故C错;对B受力分析,如图乙所示,其受到重力、A对B的弹力及摩擦力而处于平衡状态,故B受到三个力作用,B错;对A受力分析,如图丙所示,A受到重力、推力、B对A的弹力和摩擦力四个力作用,A、D对.
答案:AD
9.解析:把两个物体看成一个整体,分析受力,水平方向有两个弹力,竖直方向有重力和支持力,在竖直方向上由二力平衡可得,水平面对正方体的弹力大小为(M+m)g,选项A正确;以直角劈为研究对象,其受竖直向下的重力mg,右面墙的弹力F2,方向水平向左,正方体对直角劈的支持力F,方向过两物体的接触点垂直于直角劈的斜面,即与水平方向的夹角为α,由力的合成和二力平衡可知,F2与F的合力与重力等大反向,故F=,F2=Fcos α=,所以选项C错误;由牛顿第三定律知直角劈对墙面的弹力大小为,所以选项D错误;再以整体为研究对象得墙面对正方体的弹力大小与F2相等,即,所以选项B正确.
答案:AB
10.解析:
对钢索上与人接触的点受力分析,如图所示.其中FT1、FT2为两侧钢索对O点的拉力,且FT1=FT2,FN为O点受到的人的压力,FT1和FT2合力FT的大小与FN大小相等,FN在数值上等于人和平衡棒的重力G.由几何关系得2FT1cos 75°=G,所以FT1== N≈1 544 N,即FT1<2 000 N,钢索能安全使用.
答案:钢索能安全使用
11.解析:对物块受力分析如图所示,沿斜面向上为x轴
正方向,垂直斜面向上为y轴正方向建立直角坐标系,将重力沿x轴及y轴分解,因物块处于平衡状态,由共点力的平衡条件可知:
平行于斜面方向:F-mgsin θ-Ff=0
垂直于斜面方向:FN-mgcos θ=0,其中Ff=μFN
由以上三式解得:
F=mgsin θ+μmgcos θ=mg+×=mg.
答案:mg
学科素养升级练
1.解析:
“涂料滚”受三个力的作用,重力mg、墙壁对“涂料滚”水平向左的弹力F2′、撑竿对“涂料滚”的推力F1,重力的大小方向确定,墙壁对“涂料滚”的弹力方向确定,粉刷工人站在离墙壁某一距离处缓缓上推“涂料滚”,“涂料滚”受力始终平衡,这三个力构成矢量三角形,使撑竿与墙壁间的夹角越来越小.则矢量图变化如图所示,由图可知,撑竿与墙壁间的夹角越来越小,F1、F2′均减小,F2和F2′等大反向,因此F1、F2均减小.
答案:C
2.解析:以人为研究对象,分析人的受力情况,如图甲所示,
由平衡条件得,人受到的摩擦力方向水平向右,故A错误;分析运料车和材料的受力情况,作出受力图,如图乙,由平衡条件得,运料车受到地面的摩擦力水平向左,大小为Ff车=Fcos 30°=F,竖直方向:FN车=G+Fsin 30°=G+0.5F,则运料车与地面的动摩擦因数为μ==,选项C正确,选项B、D错误.
答案:C
方法总结:本题的关键是正确地对物体进行受力分析,受力分析时要按重力、弹力、摩擦力的顺序,不要漏掉一些力.物体合外力为零时,在两个相互垂直的方向上合力为零.
3.解析:方法一 力的合成法
C点受三个力作用处于平衡状态,如图所示,
可得出F1与F2的合力F合方向竖直向上,大小等于F,由几何关系可得
F合=F1·sin 30°=F=mPg
F2=F1·cos 30°
当F1达到最大值200 N时,mPg=100 N,F2≈173 N,在此条件下,BC段绳子即将断裂,AC段绳的拉力F2还未达到最大值.故C点悬挂重物的重力最多为100 N,这时BC段绳子即将拉断.
方法二 正交分解法
如图所示,
将拉力F1分解,根据受力平衡可得:F1·sin 30°=F=mPg,F2=F1·cos 30°.后面的分析过程同方法一.
答案:100 N BC段细绳即将拉断