内容正文:
课时提升训练(5) 重力 弹力和摩擦力
考点一 重力、弹力的分析和计算
1.(2025·重点中学开学联考)如图所示是汽车特技表演中的镜头,汽车只有两个轮子着地并在水平地面上匀速前进,下列关于这个现象的说法正确的是( )
A.研究汽车车轮转动的时候,可以将汽车看成质点
B.地面发生弹性形变,对汽车施加了支持力
C.地面对汽车的支持力大小大于汽车的重力
D.因车身倾斜,地面对汽车的支持力方向平行轮胎平面斜向上
答案:B
2.(多选)如图为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线,根据图线可以确定( )
A.弹簧的原长为10 cm
B.弹簧的劲度系数为200 N/m
C.弹簧伸长15 cm时,弹力大小为10 N
D.弹簧伸长15 cm时,弹力大小为30 N
答案:ABD
考点二 摩擦力的分析和计算
3.(2025·温州测试)如图所示,一名同学将杯子竖直握在手里静止不动,下列说法正确的是( )
A.增大手的压力,手对杯子的摩擦力增大
B.手对杯子的弹力是由于杯子的形变引起的
C.手对杯子的摩擦力方向竖直向下
D.手对杯子的摩擦力大小与杯子的重力大小相等
答案:D
4.如图所示,质量为m的物体放在水平放置的钢板C上,与钢板间的动摩擦因数为μ。由于受到相对于地面静止的光滑导槽A、B的控制,物体只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度v1向右匀速运动,同时用力F拉动物体(方向沿导槽方向)使物体以速度v2沿导槽匀速运动,则拉力F的大小为( )
A.mg B.μmg
C.μmg D.μmg
D 解析:根据题意,物体相对钢板具有向左的速度分量v1和侧向的速度分量v2,故相对钢板的合速度v的方向如图所示,滑动摩擦力的方向与v的方向相反。根据平衡条件可得F=Ffcos θ=μmg·,D正确。
考点三 摩擦力的突变问题
5.某同学利用如图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器,传感器用轻绳与物块相连,物块放置在粗糙的长木板上。用力水平向左拉木板,传感器记录的F-t图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.实验中必须让木板保持匀速运动
B.图乙中的曲线就是摩擦力随时间的变化曲线
C.最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7
D.只用图乙中的数据可得出物块与木板间的动摩擦因数
C 解析:为了能研究摩擦力随时间的变化曲线,物块要一直处于静止状态,则向左的摩擦力一直与轻绳向右的拉力平衡,题图乙是轻绳向右的拉力随时间的变化曲线,故题图乙也可以反映摩擦力随时间变化的曲线,由题图乙可知轻绳向右的拉力先增大后减小,最后趋于不变,故物块先受静摩擦力作用后受滑动摩擦力作用,所以不需要让木板保持匀速运动,A、B错误;由题图乙可知,最大静摩擦力约为10 N,滑动摩擦力约为7 N,故最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7,C正确;根据Ff=μFN、FN=mg可知,由于不知道物块的重力,故无法计算物块与木板间的动摩擦因数,D错误。
6.(多选)如图所示,用水平力F拉着一个物体在水平地面上做匀速直线运动,从t=0时刻起水平力F的大小随时间均匀减小,到t1时刻,F减小为零。物体所受的摩擦力Ff随时间t变化的关系图像可能是( )
AD 解析:由题意可知,开始物体做匀速运动,从t=0时刻,拉力F开始均匀减小,t1时刻拉力减小为零,出现的摩擦力有两种可能,一种是当拉力为零时,物体仍在滑动,则受到的一直是滑动摩擦力,即大小一直不变,A正确;另一种是当拉力为零前,物体已静止,则物体先受到滑动摩擦力,后受到静摩擦力,滑动摩擦力大小不变,而静摩擦力的大小与拉力相等,停止前,物体做减速运动,拉力小于滑动摩擦力,因此停止时拉力大小小于滑动摩擦力大小,D正确,B、C错误。
7.(2025·杭州测试)如图所示,用筷子夹起一个重为G的小球静止在空中,球心与两根筷子在同一竖直面内,且筷子根部(较粗且紧靠的一端)与球心连线在竖直方向,筷子张角为θ。若已知每根筷子对小球的压力大小为N,则每根筷子对小球的摩擦力大小为( )
A. B.
C. D.
答案:D
8.(多选)(2024·绍兴测试)自动卸货车始终静止在水平地面上。车厢在液压机的作用下改变与水平面间的倾角,用来卸下车厢中的货物。当倾角增大到θ时,质量为M的木箱A与装在箱内的质量为m的物体B一起以共同的速度v沿车厢底匀速下滑,则下列说法正确的是( )
A.A受到的静摩擦力方向沿底面向上
B.A受到的摩擦力大小为Mg sin θ,方向沿底面向上
C.A受到车厢底面的滑动摩擦力大小为Mg sin θ
D.A与车厢底面间的动摩擦因数μ=tan θ
BD 解析:A受到车厢底面的摩擦力是滑动摩擦力,方向沿底面向上,受到B的摩擦力是静摩擦力,方向沿底面向下,A错误;B受到的摩擦力f=mg sin θ,由牛顿第三定律可知,A受到B沿底面向下的摩擦力f′=f=mg sin θ,将A、B作为整体,整体做匀速运动,受力平衡,所以A受到车厢底面的滑动摩擦力大小为(M+m)g sin θ,A受到的摩擦力大小为Mg sin θ,方向沿底面向上,B正确,C错误;对于A、B整体,根据受力平衡(M+m)g sin θ=μ(M+m)g cos θ,解得μ=tan θ,D正确。
9.一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm的两点上,弹性绳的原长也为80 cm。将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100 cm;再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳始终处于弹性限度内)( )
A.86 cm B.92 cm
C.98 cm D.104 cm
B 解析:设弹性绳的劲度系数为k,挂钩码后,弹性绳两端点移动前,绳的伸长量ΔL=100 cm-80 cm=20 cm,两段绳的弹力大小为F=kΔL,对钩码受力分析,如图甲所示。由题意可知sin α=,则cos α=。根据共点力的平衡条件可得,钩码的重力G=2kΔL cos α。将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点时,受力如图乙所示,设弹性绳伸长量为ΔL′,弹力大小为F′=kΔL′,钩码的重力为G=2kΔL′,联立解得ΔL′=ΔL=12 cm。弹性绳的总长度变为L0+ΔL′=92 cm,B正确,A、C、D错误。
10.如图所示,质量为M=24 kg的木板放在水平地面上,质量为m=22 kg的木箱放在木板上。一根轻绳一端拴在木箱上,另一端拴在天花板上,轻绳与水平方向的夹角α=37°。若用大小为200 N的水平力F可将木板匀速抽出,已知木箱与木板之间的动摩擦因数μ1=0.5,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度g取10 m/s2,则木板与地面之间的动摩擦因数μ2为( )
A.0.3 B.0.4
C.0.5 D.0.6
A 解析:对木箱受力分析如图甲所示,由题意得FTcos α=f1,FN1+FTsin α=mg,f1=μ1FN1,联立可得FT=100 N;对整体受力分析如图乙所示,由题意得FTcos α+f2=F,FN2+FTsin α=(m+M)g,f2=μ2FN2,联立并代入数据得μ2=0.3,A正确。
11.木块A、B的质量分别为5 kg和6 kg,它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25。夹在A、B之间的轻质弹簧被压缩了2 cm,弹簧的劲度系数为400 N/m,初始时两木块在水平地面上静止不动。现用与水平方向成60°的拉力F=6 N作用在木块B上,如图所示。最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取10 m/s2,则在力F作用后( )
A.木块A所受摩擦力的方向向左
B.木块A所受摩擦力大小是12.5 N
C.木块B所受摩擦力大小是11 N
D.木块B所受摩擦力大小是15 N
C 解析:A和水平面之间的最大静摩擦力的大小f1=μmAg=0.25×5×10 N=12.5 N,根据胡克定律可知,弹簧弹力大小为F1=kx=400×2×10-2 N=8 N,当把与水平方向成60°的拉力F=6 N作用在木块B上时,木块B受到重力、地面的支持力、弹簧对B向右的弹力、斜向上的拉力以及地面的摩擦力,受力分析如图所示,竖直方向:FN=mBg-F sin 60°=6×10 N-6× N≈54.8 N,水平方向:fB=F1+F cos 60°=8 N+6× N=11 N。此时B和水平面之间的最大静摩擦力的大小为f2=μFN=0.25×54.8 N=13.7 N>fB,所以木块B仍然保持静止,受到的摩擦力为静摩擦力,大小等于11 N,C正确,D错误;木块A受到重力、地面的支持力、弹簧向左的弹力,若要平衡,则木块A受到地面对A向右的静摩擦力,大小等于弹簧的弹力,为8 N,A、B错误。
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