内容正文:
hh
课时作业7 受力分析 共点力的平衡
-
1.(2023·河北邯郸期末)如图
所示,有P、N两块质量相同的
物块,在物块P上施加一沿水
平方向的外力F,使它们叠放
在竖直面上且处于静止状态,
下列说法正确的是 ( )
A.物块P一定受到4个力的作用
B.物块P一定受到3个力的作用
C.物块N一定受到4个力的作用
D.物块N可能受到6个力的作用
2.(2023·浙江1月选考)如图所示,
轻质网兜兜住重力为G 的足球,用
轻绳挂于光滑竖直墙壁上的A 点,
轻绳的拉力为FT,墙壁对足球的支
持力为FN,则 ( )
A.FT<FN B.FT=FN
C.FT>G D.FT=G
3.现代人经常低头玩手机,这会使颈
椎长期受压,可能引发颈椎病。某
同学低头看手机时,可粗略认为头
受到重力G、肌肉的拉力F 和颈椎
的支持力N,如图所示。若头颈弯
曲与竖直方向成30°,此时肌肉对
头的拉力F 约等于头的重力,由此估算颈椎受
到的压力大小约为 ( )
A.2G B.3G
C.G D.32G
4.(2022·广东卷)如图是可用
来制作豆腐的石磨。木柄AB
静止时,连接AB 的轻绳处于
绷紧状态。O 点是三根轻绳
的结点,F、F1 和F2 分别表示
三根绳的拉力大小,F1=F2
且∠AOB=60°。下列关系式
正确的是 ( )
A.F=F1 B.F=2F1
C.F=3F1 D.F= 3F1
5.(多选)如图所示,一个质量
m=0.4
kg的小球穿在水平
直杆上处于静止状态。现对小球施加一个大
小为5
N的拉力F,F 与杆的夹角为53°,小球
与杆之间的动摩擦因数μ=0.5,g 取10
m/s2,
则 ( )
A.小球受到2个力
B.小球受到3个力
C.若F=10
N,则小球受到4个力
D.若F=10
N,则小球受到3个力
6.(多选)(2023·广东汕
头模拟)如图所示,氢气
球的质量 m=0.1
kg,
无风时在轻绳的牵引下
静止在空中,此时轻绳的拉力为8
N。当有水
平风吹来时,气球受到大小为6
N的水平风力
作用,轻绳倾斜一定角度后气球仍静止在空
中,g=10
m/s2,下列说法正确的是 ( )
A.气球所受浮力大小为9
N
B.有风时,气球所受合力方向竖直向下
C.有风时,气球所受合力大小为 37
N
D.有风时,轻绳的拉力大小为10
N
7.(2024·九省联考贵州
卷)如图,一小型卡车行
驶在平直公路上,车上
装有三个完全相同、质量均为m 的光滑圆柱形
匀质物体,A、B水平固定,C自由摆放在A、B
之上。当卡车以某一恒定的加速度刹车时,C
对A的压力恰好为零,已知重力加速度大小为
g,则C对B的压力大小为 ( )
A.
3
3mg B.
23
3 mg
C.3mg D.2mg
-400-
第二章 相互作用 3
8.(多选)如图所示,两个质量分
布均匀的球体P、Q静止在倾角
为30°的固定斜面与固定挡板
之间。挡板与斜面垂直。P、Q
的质量分别为m、2m,半径分别为r、2r,重力
加速度大小为g,不计一切摩擦。下列说法正
确的是 ( )
A.P受到四个力的作用
B.挡板对P的支持力为3mg
C.P所受弹力的合力大于mg
D.Q受到P的支持力大于mg
4
9.如图所示,有一倾角θ=30°
的斜面体B,质量为 M,质
量为m 的物体A静止在B
上。现用水平力F 推物体A,在F 由0逐渐增
大至 3
2mg
再逐渐减为0的过程中,A和B始
终保持静止。对此过程,下列说法正确的是
( )
A.地面对B的支持力大于(M+m)g
B.A对B的压力的最小值为
3
2mg
,最大值为
33
4 mg
C.A所受摩擦力的最小值为0,最大值为
mg
4
D.A所受摩擦力的最小值为
1
2mg
,最大值为
3
4mg
10.(2024·山东枣庄检测)如图
所示,质量M=23
kg的木
块A套在水平杆上,并用轻
绳将 木 块 A 与 质 量 m =
3
kg的小球相连。今用与水平方向成α=
30°角的力F=103
N,拉着球带动木块一起
向右匀速运动,运动中木块A和小球的相对
位置保持不变,g 取10
m/s2。求:
(1)运动过程中轻绳的拉力大小及轻绳与水
平方向的夹角θ;
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ。
11.一 个 底 面 粗 糙、质 量 为
M=3m 的劈放在粗糙水
平面上,劈的斜面光滑且
与水平面成30°角。现用
一端固定的轻绳系一质量为m 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30°,如图所示。
(1)当劈静止时,求绳子的拉力大小;
(2)当劈静止时,求地面对劈的摩擦力大小;
(3)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μ 的最
小值为多大?
-401-
hh
7.C 物体被匀速提升,所以绳索的拉力
T 与物体重力mg 平衡,A、B错误;定
滑轮受到两根绳索的拉力T 和杆的支
持力F,三力平衡,设两绳索之间的夹
角为2θ,则2mgcos
θ=F,由于0<θ<
π
2
,则F<2mg,C正确,D错误。
8.A 对处于平衡的 A和B的整体受力
分析如图甲,对B球受力分析如图乙。
由整体法可得F=FN墙 ,对B球由合成
法可得FN墙=Gtan
θ,其中 A为等腰
直角三角形,由几何关系可知θ=45°,
联立各式可得F=G,A正确,B、C、D
错误。
9.C 细绳端点B 在最初位置时,根据平
衡条件可得T1=mgtan
θ=
3
4mg
,设
细绳AO 长度为L,据几何关系可知两
竖直墙面间的距离为d=L+Lsin
θ=
1.6L,细绳端 点 B 移 到 位 置D 点 时,
细绳AO 与竖直墙面间的夹角为α,由
几何知识得sin
α=
1
2d
L =0.8
,此时有
2T2cos
α=mg,得 T2=
5
6mg
,C正
确,A、B、D错误。
10.B 受力分析如图所示,
甲 图 中,FN1=Fcos
θ,Ff1=mg+
Fsin
θ≤Ffm,乙 图 中,FN2=Fcos
θ,
所以墙面 受 到 的 压 力 不 变,A 错 误;
若Fsin
θ=mg,则Ff2=0,若Fsin
θ>
mg,则Ff2 方向向下,Ff2=Fsin
θ-
mg,若 Fsin
θ<mg,则 Ff2 方 向 向
上,Ff2=mg-Fsin
θ,所以斜面体受
到的摩 擦 力 一 定 变 小,B正 确,C错
误;因为墙面受到的压力没有变,所以
Ffm 不变,甲图中,Ff1=mg+Fsin
θ≤
Ffm,推 不 动 斜 面 体,乙 图 中,Ff2=
Fsin
θ-mg,肯定比 Ffm 小,所 以 斜
面体肯定不沿墙面向上滑动,D错误。
11.(1)10
N (2)10
N (30-103)
N
解析:(1)对小球 A进行受力分析可
知,小球 A受重力、轻绳 AC 的拉 力
和轻绳OA 的拉力,根据平衡条件得
FAC=mAgtan
30°,FOA=
mAg
cos
30°
,解
得FAC=10
N。(2)轻 绳 OA 和OB
为定滑轮 两 边 的 细 绳,拉 力 相 等,即
FOA=FOB,物体B受重力、轻 绳 OB
的拉 力、地 面 的 摩 擦 力 Ff 和 支 持 力
FN,则有Ff=FOBsin
30°,FOBcos
30°+
FN=mBg,解 得 Ff=10
N,FN =
(30-103)
N。
12.(1)64.8
N (2)76.4
N
解析:对 结 点 受 力 分 析 如 图 甲 所 示,
由 平 衡 条 件 可 得 FAcos
37°=G1,
FAsin
37°=FB,可解得FB=6
N,对
木块受力分析,如图乙所示,
由平 衡 条 件 可 得 Ff=G2sin
37°+
F'Bcos
37°,FN+F'Bsin
37°=G2cos
37°,
又F'B=FB,可 求 得 Ff=64.8
N,
FN=76.4
N。
课时作业7 受力分析
共点力的平衡
1.A 如果P、N之间没有摩擦力,则物
块P不能平衡,所以 N对P有向左下
的压力 和 沿 着 接 触 面 向 左 上 的 摩 擦
力,此外P还受到重力和外力F,所以
物块P一 定 受 到4个 力 的 作 用,A正
确,B错误;整体分析可知,墙 对 N有
向上的摩 擦 力,大 小 等 于 两 者 的 重 力
之和。对物块N受力分析,受到重力、
墙对N的支持力、墙对 N的摩擦力、P
对N的支持力、P对N的摩擦力,所以
物块 N一定受到5个力的作用,C、D
错误。
2.C 对网兜和足球受力分析,设轻绳与
竖直 墙 面 的 夹 角 为θ,由 平 衡 条 件 得
FT=
G
cos
θ=
FN
sin
θ
,FN=Gtan
θ,可 知
FT>G,FT>FN,故选C。
3.B 根据平行四边形定则,合成重力G
和肌肉拉力F,由平衡条件知,合力与
颈椎支持力 N 平衡,根据几何关系得
N=2Gcos
30°= 3G,由 牛 顿 第 三 定
律知,颈椎受到的压力大小约为 3G,
B正确。
4.D 以 O 点 为 研 究 对 象,
受力分 析 如 图,由 平 衡 条
件可得F1sin
θ=F2sin
β,
F1cos
θ+F2cos
β=F,
F1=F2,θ+β=60°,联立
可得 F= 3F1,D正 确,
A、B、C错误。
5.AC 如 图 所 示,
在沿 杆 和 垂 直 杆
方向 上 建 立 直 角
坐标系,F 在y 轴
上 的 分 力 Fy =
Fsin
53°=4
N,F
与重 力 在y 轴 上
的合力刚好为0,所以杆与小球只接触
不挤压,无弹力和摩擦力,只受重力和
拉力F 作用,A正确,B错误;当 F=
10
N时,Fy=8
N,它与重力沿杆方向
的合力为4
N,垂直于杆向上,此时杆
对小球的弹力垂直于杆向下,且F 在
水平方向 上 有 分 力,因 此 杆 对 小 球 还
有摩擦力,小球一共受到4个力,C正
确,D错误。
6.AD 无 风 时,对 气 球 受 力 分 析 得
F浮=mg+FT=9
N,A正确;有风时,
气球保持静止,故合力为0,B、C错误;
有风时,设绳与竖直方向的夹角为θ,
对气 球 受 力 分 析 得 F风 =F'Tsin
θ,
F浮=mg+F'Tcos
θ,联 立 解 得 F'T=
10
N,D正确。
7.B 卡车以某一恒定的加速度刹车时,
其加速度水平向左,则C所 受 的 合 力
水平向左,而C对A的压力恰好为零,
则C只受重力和B对C的支持力,由
竖直方向 平 衡 有 NBCsin
60°=mg,解
得B对C的支持力为 NBC=
23
3 mg
,
由牛顿第三定律可知C对B的压力大
小为
23
3 mg
。故选B。
8.AD P受 到 重 力、斜
面 的 支 持 力、挡 板 的
支持力和 Q的压力四
个力 作 用,A正 确;两
球整体受力平衡,故挡
板对P的支持力大小
为FN1=3mgsin
30°=
3
2mg
,B错误;P所受
三个弹力的合力与重力mg 平衡,则P
所受弹力的合力大小为 mg,C错 误;
Q受 力 如 图 所 示,有 F =2mg,故
FN2>Fsin
30°=mg,D正确。
9.B 因为 A、B始 终 保 持 静 止,对 A、B
整体受力 分 析 可 知,地 面 对B的 支 持
力一 直 等 于 (M +m)g,A 错 误。当
F=0 时,A 对 B 的 压 力 最 小,为
mgcos
30°=
3
2mg
;当F=
3
2mg
时,
A对 B的 压 力 最 大,为 mgcos
30°+
Fsin
30°=
33
4 mg
,B 正 确。 当
Fcos
30°=mgsin
30°,即 F=
3
3mg
时,A所 受 摩 擦 力 为0,当 F<
3
3mg
时,A所 受 摩 擦 力 沿 斜 面 向 上,Ff=
mgsin
30°-Fcos
30°,当 F=0时,A
所受 摩 擦 力 最 大,大 小 为 1
2mg
,当
F>
3
3mg
时,A所受摩擦力沿斜面向
下,F'f=Fcos
30°-mgsin
30°,当F=
3
2mg
时,A所受摩擦力大小为
1
4mg
,
综上可知,A所 受 摩 擦 力 的 最 小 值 为
0,最大值为
1
2mg
,C、D错误。
10.(1)103
N 30° (2)
3
5
解析:(1)设轻绳对小球的拉力为FT,
小球受力如图甲所示,由平衡条件可
得Fcos
30°-FTcos
θ=0,Fsin
30°+
FTsin
θ-mg=0,解得FT=103
N,
θ=30°。
(2)以木块和小球组成的整体为研究对
象,受力分析如图乙所示,由平衡条件
得Fcos
30°-Ff=0,FN+Fsin
30°-
(M +m)g=0,又 Ff=μFN,解 得
μ=
3
5
。
11.(1)
3
3mg
(2)
3
6mg
(3)
3
21
解析:(1)以 小 球 为 研
究对 象,受 力 分 析 如
图 甲 所 示,对 FT 和
mg 进 行 正 交 分 解。
由平衡条件可得
FTcos
30°=mgsin
30°,
解得FT=
3
3mg
。
-630-
参
考
答
案
(2)以劈和小球整体
为研究对象,受力情
况如图乙所示,由平
衡 条 件 可 得 Ff =
FTcos
60°=
3
6mg
。
(3)为使整个系统静
止,必须满足Ffmax=μF'N≥FTcos
60°,
且有F'N+FTsin
60°=(M+m)g,联
立解得μ≥
3
21
,故μ 的最小值为
3
21
。
专题强化练2 共点力的
动态平衡问题
1.B 对O 点受力分
析如 图,由 平 衡 条
件 得 F1 =
G
tan
θ
,
F2=
G
sin
θ
,保持连
接点O 的位置不变,斜梁长度增加时θ
变大,所以F1、F2 均减小。
2.B 以a、b为整体,整体
受重力2mg、细线的拉力
FT 及拉力F 三个力而平
衡,如图所示,在三力 构
成的矢量三角形中,当力
F 垂直于细线拉力FT 时
有最小值,且最小值F=
2mgsin
θ=mg,B正确。
3.C 对扫雷具进行受
力分析,其受到重力、
浮力、拉 力 和 水 平 方
向水 的 阻 力,共4个
力作用,如图所示,A
错误;根据平衡条件,
竖 直 方 向 有 F浮 +
FTcos
θ=mg,水 平
方向 有 F阻 =FTsin
θ,解 得 FT =
mg-F浮
cos
θ
,B错误;扫雷具受 海 水 水 平
方向的 阻 力 等 于 绳 子 拉 力 的 水 平 分
力,即小于绳子的拉力,而绳子的拉力
不一定大于mg,C正确,D错误。
4.B 当BP 板沿水平方向时,BP 板受
到的压力等于圆柱体的重力,AP 板受
到的压力为0。当 BP 板 逆 时 针 缓 慢
地转向竖 直 位 置 的 过 程 中,圆 柱 体 受
重力、AP 板的弹力F1 和BP 板的弹
力F2,将F1 与F2 合成为F=mg,如
图所示;圆柱体一直处于平衡状态,三
个力中的任意两个力的合力与第三个
力等值、反向、共线,故F1 和F2 的合
力F 一定与重力等值、反向、共线。从
图中可以看出,F1 越来越大,F2 先变
小,后变大,到竖直位置时,F2>mg,B
正确,A、C、D错误。
5.BD 在 缓 慢 移 动 过 程 中,
小球在重力G、斜面对其的
支持力 FN 和 细 线 上 的 张
力FT 三 力 的 作 用 下 保 持
动态平衡,故三个力可以构
成一个封闭的矢量三角形如
图所示。因G 的大小和方
向始终不 变,FN 的 方 向 不
变,大小可变,FT 的大小、方向都在变,
因此可以作出一系列矢量三角形,由图
可知,FN 逐渐增大,FT 只能变化到与
FN 垂直,故FT 是逐渐变小的,因弹簧弹
力与FT 是一对平衡力,则弹簧弹力逐渐
减小,B、D正确,A、C错误。
6.C 小球受到重力、墙面的弹力F'1、木
板的弹力 F'2,受力分析如 图 所 示,F'1
的方向不变,受到木板的弹力F'2 方向
斜向左 下 转 到 斜 向 左 上 方 的 过 程 中,
两个力的合力与重力等大、反向,根据
平行四边形定则,由图可得F'1 逐渐变
小,F'2 逐 渐 变 小,根 据 牛 顿 第 三 定 律
知,F1、F2 均一直减小,C正确,A、B、
D错误。
7.A 小 球 受 重 力、轻 绳 的
拉力和支持力,由于三力
平衡,三个力可以构成矢
量三 角 形,如 图 所 示,根
据平衡条件,该力的矢量
三 角 形 与 几 何 三 角 形
POC 相 似,则 有
G
PO =
F1
L=
F2
R
,解得F1=
L
POG
,
F2=
R
POG
,当 P 点下移时,PO 减小,
L、R 不 变,故 F1 增 大,F2 增 大,A
正确。
8.AD 设两细线间的
夹角 为θ,测 力 计 B
的拉 力 与 竖 直 方 向
的夹角为α,对小球
受力分析,受重力和
两测力计的拉力,三
力组成矢量三角形,且FA、FB 夹角不
变,可用辅助圆法。由于θ 不变,α 由
90°变到0°,根据数学知识,FA 逐渐减
小,当α=0°时,FA=0,FB 先变大后变
小,A、D正确,B、C错误。
9.D 以A、B为整体受力分析如图1所
示,竖直 方 向 上 受 重 力 及 地 面 的 支 持
力,两物体受到的重力不变,所以地面
对A的支持力不变,由牛顿第三定律
知A对地面的压力不变,A错误;对圆
球B受力分析,作出平行四边形,如图
2所示,A向右移动少许,A对B的弹
力减小,墙对B的压力减小,由牛顿第
三定律可 知B对 墙 的 压 力 变 小,B、C
错误;分析A、B整体,水平方向上墙对
B的压力和 地 面 对 A的 摩 擦 力 等 大、
反向,墙对B的压力减小,则地面对 A
的摩擦力减小,D正确。
10.A 对滑轮受力分析如图甲所示,由
于跨过滑轮的绳子拉力一定相等,即
F1=F2,由几何关系知绳子拉力方向
与竖直 方 向 夹 角 相 等,设 为θ,可 知
F1=F2=
mg
2cos
θ①
,如 图 乙 所 示,设
绳 长 为 L,由 几 何 关 系 得
d1
sin
θ+
d2
sin
θ=L
,即sin
θ=
d1+d2
L =
d
L ②
,
其中d 为两端点间的水平距离,由B
点向C 点移动过程中,d 先变大后不
变,因此θ先变大后不变,由①式可知
绳中拉力先变大后不变,故A正确。
11.D 施加拉力F 前,以小环O 为研究
对象,受到轻绳2的拉力等于物块P
的重力 mg,竖 直 方 向 根 据 受 力 平 衡
可得2T1cos
30°=mg,解得轻绳1的
张力大小为 T1=
3
3mg
,故 A正确;
物块P在缓慢移动过程中,以小环O
为研究对象,由于小环O 两侧轻绳1
的张力大小总是相等,则小环O 两侧
轻绳1的张力的合力沿∠MON 平分
线,根据受力平衡可知,轻绳2的延长
线始终平分∠MON,故B正确;物块
P在缓慢移动过程中,轻绳2与竖直
方向的夹角θ逐渐增大,以物块P为研
究对象,根据受力平衡可得T2cos
θ=
mg,则 T2=
mg
cos
θ
,可 知 轻 绳2的 张
力越来越大,故C正确;物块P在缓
慢移动过程中,由于 M、N 之间的轻
绳1长度不变,根据数学知识可知,小
环O 的运动轨迹为椭圆,M、N 为椭
圆的两 个 焦 点;当 轻 绳2的 方 向 与
MN 连线垂直时,小环O 刚好位于椭
圆的短轴顶点上,根据椭圆知识可知此
时∠MON 最大,则此过程∠MON=α
逐渐增大,以小环O 为研究对象,根
据受力平衡可得2T'1cos
α
2=T2
,可
得T'1=
T2
2cos
α
2
,可 知 此 过 程 轻 绳1
的张力一直增大,故D错误。
12.CD 初始时刻对小球受力分析如图,
此时弹簧的长度为l1=
l2
4+l
2 =
5
2l
,此 时 弹 簧 的 弹 力 为 Fk=k×
5
2-1 l,此 时 水 平 方 向 有 N =
Fkcos
θ=
2
5
Fk,竖直方向有
1
5
Fk+
F=mg;当 弹 簧 处 于 原 长 时,如 图
所示,
-631-