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一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题至少一个答案正确,选不全得3分)
1.(2013·安庆模拟)如图所示,在超市内倾角为θ的电梯斜面上有一车西瓜随电梯匀速向上运动,在箱子的中央有一只质量为m的西瓜,则在该西瓜随箱子一起匀速前进的过程中,周围其他西瓜对它的作用力的方向为 ( )
A.沿斜面向上 B.沿斜面向下
C.竖直向上 D.垂直斜面向上
2.如图所示,重50N的物体A放在倾角为37°的粗糙斜面上,有一根原长为10cm,劲度系数为800N/m的弹簧,其一端固定在斜面顶端,另一端连接物体A后,弹簧长度为14cm,现用一测力计沿斜面向下拉物体,若物体与斜面间的最大静摩擦力为20N,当弹簧的长度仍为14 cm时,测力计的读数不可能
为 ( )
A.10 N B.20 N
C.40 N D.0 N
3.如图所示,质量为m的人用绳子通过定滑轮把一个物体沿光滑的斜面向上拉,若不计滑轮的摩擦和绳子的质量,则人向右缓慢移动的过程中 ( )
A.绳子的拉力不变
B.人受到的支持力不变
C.人受到地面的摩擦力增大
D.人对绳子的拉力增大
4.如图所示,质量为m的物体在与斜面平行向上的拉力F作用下,沿着水平地面上质量为M的粗糙斜面匀速上滑,在此过程中斜面保持静止,则地面对斜面( )
A.无摩擦力
B.支持力等于(m+M)g
C.支持力为(M+m)g-Fsinθ
D.有水平向左的摩擦力,大小为Fcosθ
5.(2013·厦门模拟)如图所示,竖直放置的轻弹簧的一端固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P与斜放的固定挡板MN接触且处于静止状态,弹簧处于竖直方向,则斜面体P此刻受到外力的个数可能为 ( )
A.2个 B.3个
C.4个 D.5个
6.如图所示,将一劲度系数为k的轻弹簧一端固定在内壁光滑的半球形容器底部O′处(O为球心),弹簧另一端与质量为m的小球相连,小球静止于P点,已知容器半径为R,与水平面间的动摩擦因数为μ,OP与水平方向的夹角为θ=30°,下列说法正确的是 ( )
A.容器相对于水平面有向左的运动趋势
B.容器对小球的作用力竖直向上
C.轻弹簧对小球的作用力大小为mg
D.弹簧原长为R+
7.(2013·桂林模拟)如图所示,两个质量都为m的小球A、B用轻杆连接后斜靠在墙上处于平衡状态,已知墙面光滑,水平面粗糙,现将A球向上移动一小段距离,两球再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态与原来的平衡状态相比较,地面对B的支持力FN和摩擦力Ff的大小变化情况是 ( )
A.FN不变,Ff增大
B.FN不变,Ff减小
C.FN增大,Ff增大
D.FN增大,Ff减小
8.(2013·潍坊模拟)如图所示,三根长度均为l的轻绳分别连接于C、D两点,A、B两端被悬挂在水平天花板上,相距2l。现在C点悬挂一个质量为m的重物,为使CD绳保持水平,在D点可施加力的最小值为( )
A.mg B.mg
C.mg D.mg
9.(2013·广州模拟)如图所示,在特制的弹簧秤下挂一吊篮A,吊篮内挂一重物B,一人站在吊篮中,当此人用100N的竖直向下的力拉重物时,下列说法中正确的是 ( )
A.弹簧秤示数不变
B.人对底板的压力减小100N
C.A的合力增大100N
D.A的合力不变
10.(能力挑战题)如图所示,质量为m的物体置于倾角为θ的固定斜面上。物体与斜面之间的动摩擦因数为μ,先用平行于斜面的推力F1作用于物体上,使其能沿斜面匀速上滑,若改用水平推力F2作用于物体上,也能使物体沿斜面匀速上滑,则两次的推力之比为 ( )
A.cosθ+μsinθ B.cosθ-μsinθ
C.1+μtanθ D.1-μtanθ
二、计算题(本大题共2小题,共30分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
11.(15分)光滑匀质圆球的直径为d=40cm,质量为M=20kg,悬线长L=30cm,正方形物块A的厚度b=10cm,质量为m=2kg,物块A与墙之间的动摩擦因数μ=0.2。现将物块A轻放于球和墙之间后放手,取g=10m/s2。求:
(1)墙对A的摩擦力为多大?
(2)如果在物块A上施加一个与墙平行的外力F,使A在未脱离圆球前贴着墙沿水平方向做加速度a=5m/s2的匀加速直线运动,那么这个外力F的大小和方向如何?
12.(2013·中山模拟)(15分)质量为mB=
14kg的木板B放在水平地面上,质量为mA=10kg的木箱A放在木板B上,一根轻绳一端拴在木箱上,另一端拴在地面的木桩上,绳绷紧时与水平面的夹角为θ=37°,已知木箱A与木板B之间的动摩擦因数μ1=0.5,木板B与地面之间的动摩擦因数μ2=0.4,重力加速度g取10m/s2,现用水平力F将木板B从木箱A下面匀速抽出,试求:(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)绳上张力FT的大小;
(2)拉力F的大小。
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答案解析
1.【解析】选C。该西瓜受到重力和周围西瓜对它的作用力,由平衡条件可知,周围西瓜对它的作用力的合力与重力大小相等,方向相反。故C正确,A、B、D错误。
2.【解题指南】解答本题时可按以下思路分析:
(1)物体A所受的静摩擦力方向可能沿斜面向上或向下。
(2)根据平衡条件列方程,求出拉力的范围。
【解析】选C。A在斜面上处于静止状态时合外力为零,A在斜面上受五个力的作用,分别为重力、支持力、弹簧弹力、摩擦力、拉力F,当摩擦力的方向沿斜面向上时,F+mgsin37°≤+k(l-l0),F≤22N,当摩擦力沿斜面向下时,F最小值为零,即拉力的取值范围为0≤F≤22N,故选C。
3.【解析】选A、C。人向右缓慢移动过程中,人和斜面上的物体都处于平衡状态,对斜面上的物体进行受力分析可知绳子拉力不变,A正确、D错误;人向右缓慢移动,绳子与水平方向的夹角变小,对人进行受力分析可知,人受到的支持力变大,摩擦力变大,B错误、C正确。
【变式备选】(2013·南昌模拟)如图所示,木板B放在粗糙的水平面上,木块A放在B的上面,A的右端通过一不可伸长的轻绳固定在竖直墙上。用水平恒力F向左拉物体B,使其以速度v做匀速运动,此时绳水平且拉力大小为FT,下面说法正确的是 ( )
A.绳上拉力FT与水平恒力F大小相等
B.木块A受到的是静摩擦力,大小等于FT
C.木板B受到一个静摩擦力,一个滑动摩擦力,合力大小等于F
D.若木板B以2v匀速运动,则拉力仍为F
【解析】选D。木块A静止,则绳上拉力FT与A、B间滑动摩擦力相等;木板B匀速运动,则恒力F与A、B间摩擦力、B与地面间摩擦力之和相等,A、B错误;A与B之间摩擦力、B与地面间都有相对滑动,都是滑动摩擦力,而滑动摩擦力大小与相对运动速度无关,故C错误,D正确。
4.【解析】选C、D。由于m沿着斜面匀速上滑,可把m和斜面看作整体。整体受力如图所示,根据平衡条件得,
FN=(M+m)g-Fsinθ,Ff=Fcosθ,选项A、B错误,C、D正确。
5.【解析】选A、C。以斜面体P为研究对象,很显然斜面体P受到重力和弹簧弹力F1的作用,二力共线。若F1=mg,二力使P处于平衡,即P仅受两个力的作用,如图甲。
若F1>mg,挡板MN必对斜面体施加垂直斜面的力F2,F2产生水平向左的分量,欲使斜面体P处于平衡状态,MN必对斜面体施加平行接触面斜向下的摩擦力F3,如图乙,A、C正确,B、D错误。
6.【解析】选D。由于容器和小球组成的系统处于平衡状态,容器相对于水平面没有向左运动的趋势,A项错;容器对小球的作用力是弹力,指向球心O,B项错;对小球受力分析,如图所示,由θ=30°得小球受到容器的支持力和弹簧对小球的弹力大小均为mg,C项错;图中弹簧长度为R,压缩量为,故原长为R+,D项正确。
7.【解析】选B。以两球整体为研究对象,受力分析如图甲所示,由平衡条件知FN=2mg,Ff=,以球A为研究对象,受力分析如图乙所示,由平衡条件知=
mgtanθ,A球向上移动后,θ变小,故变小,只有B项正确。
8.【解析】选C。如图所示,对C点进行受力分析,由平衡条件可知,绳CD对C点的拉力FCD=mgtan30°,对D点进行受力分析,绳CD对D点的拉力F2=FCD=
mgtan30°,F1方向一定,则当F3垂直于绳BD时,F3最小,由几何关系可知,F3=
FCDsin60°=mg,故C正确。
9.【解析】选A、B、D。以吊篮A、重物B和人整体为研究对象,因其整体重力
不变,所以弹簧秤示数不变,故A正确;以人为研究对象,据牛顿第三定律可知人同时受到重物对人向上的100N的拉力作用,故B正确;人拉重物前后,吊篮A始终处于平衡状态,所受合力为零,C错误、D正确。
10.【解析】选B。用力F1推物体沿斜面匀速上滑时,有F1=mgsinθ+μmgcosθ;用力F2推物体沿斜面匀速上滑时,有F2cosθ=mgsinθ+μ(mgcosθ+F2sinθ),由上式解得:F2=,则有=cosθ-μsinθ,故选项B正确。
11.【解析】(1)球与物块A的受力 对球有:tanθ= (2分)
FN=Mgtanθ=150N (2分)
对物块A有:
Ff=μFN=30N>mg (3分)
所以A物块处于静止状态,
静摩擦力Ff1=mg=20N。 (2分)
(2)A沿水平方向运动,面对着墙看,作出A物块在竖直平面内的受力图如图所示,
有:Fsinα=mg (2分)
Fcosα-μFN=ma (2分)
解得:F=20N, (1分)
tanα= (1分)
答案：(1)20N (2)20N,与水平方向成α角,且tanα=
12.【解析】(1)隔离木箱A,对A进行受力分析,如图甲所示,由平衡条件得
Ff=FTcosθ (2分)
FTsinθ+mAg=FN1, (2分)
又Ff=μ1FN1, (2分)
联立解得FT==100N。 (2分)
(2)木板B受力如图乙所示,对木板B,由平衡条件得
F=μ1FN1+μ2FN2 (3分)
mBg+FN1=FN2 (2分)
联立解得F=200N (2分)
答案：(1)100N (2)200 N
【总结提升】平衡问题的分析技巧
对于平衡类问题,应当首先分清是静态平衡还是动态平衡问题。
(1)对于静态平衡问题,应当先分析物体的受力情况,根据平衡条件列出平衡方程,解方程对结果进行讨论。
(2)对于动态平衡问题,应先分析物体的受力情况,结合具体情况采用相应的方法。
①如果物体所受的力较少,可以采用合成的方法。
②如果物体受到三个力的作用而处于动态平衡,若其中的一个力大小、方向均不变,另外两个力的方向都发生变化,可以用力三角形与几何三角形相似的方法求解。
③如果物体受到三个力的作用,其中一个力的大小、方向均不变,并且还有另一个力的方向不变,此时可用图解法分析,即可以通过画出多个平行四边形或三角形来分析力的变化,该法可以将动态问题静态化,抽象问题形象化,从而使问题易于分析求解。
④如果物体受到多个力的作用,可以用正交分解的方法列方程求解。
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