资源描述
一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。多选题已在题号后标出,选不全得4分)
1.（2021·雅安模拟）关于物体处于平衡状态的条件，下列说法中正确的是( )
A.物体的速度为零
B.物体的速度大小不变
C.物体的速度方向不变
D.物体所受合力为零
2.(2021·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,在箱子的中心有一只质量为m的西瓜,则在该西瓜随箱子一起匀速前进的过程中,四周其他西瓜对它的作用力的方向为( )
A.沿斜面对上 B.沿斜面对下
C.竖直向上 D.垂直斜面对上
3.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对下拉物体,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,测力计的读数不行能为( )
A.10 N B.20 N C.40 N D.0 N
4.(多选)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.(多选)(2021·眉山模拟)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
7.(2021·冀州模拟)超市中小张沿水平方向推着质量为m的购物车乘匀速上升的自动扶梯上楼,如图所示。假设小张、购物车、自动扶梯间保持相对静止,自动扶梯的倾角为30°,小张的质量为M,小张与扶梯间的动摩擦因数为μ,小车与扶梯间的摩擦忽视不计。则( )
A.小张对扶梯的压力大小为Mgcos30°,方向垂直于斜面对下
B.小张对扶梯的摩擦力大小为(M+m)gsin30°,方向沿斜面对下
C.扶梯对小张的摩擦力大小为μ(M+m)gcos30°,方向沿斜面对上
D.小张对车的推力和车对小张的推力大小必相等,这是由于人和车均处于平衡状态
8.(2021·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.(多选)(2021·乐山模拟)如图所示,在特制的弹簧测力计下挂一吊篮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.弹簧测力计示数不变
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.(力气挑战题)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)如图所示,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)假如在物块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.(2021·广元模拟)(15分)如图所示,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T的大小;
(2)拉力F的大小。
答案解析
1.【解析】选D。物体处于平衡状态的条件是所受合力为零，速度为零的物体不愿定处于平衡状态，故A、B、C均错，D对。
2.【解析】选C。该西瓜受到重力和四周西瓜对它的作用力,由平衡条件可知,四周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。
3.【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对上或向下。
(2)依据平衡条件列方程,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对上时,F+mgsin37°≤+k(l-l0),F≤22N,当摩擦力沿斜面对下时,F最小值为零,即拉力的取值范围为0≤F≤22N,故选C。
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,
依据平衡条件得,N=(M+m)g -Fsinθ,f=Fcosθ,
选项A、B错误,C、D正确。
5.【解析】选A、C。以斜面体P为争辩对象,很明显斜面体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产生水平向左的重量,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。对购物车进行受力分析,购物车受到人的推力F=mgtan30°,对人进行受力分析,人受到的摩擦力Ff=Mgsin30°+Fcos30°=(M+m)gsin30°,沿斜面对上,人受到的弹力FN=Mgcos30°-Fsin30°=Mgcos30°-mgsin30°tan30°,
A、C错,B对;小张对车的推力和车对小张的推力是一对作用力与反作用力,大小相等,方向相反,D错。
【变式备选】(2021·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的右端通过一不行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。
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方向确定,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和人整体为争辩对象,因其整体重力不变,所以弹簧测力计示数不变,故A正确;以人为争辩对象,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的受力图分别如图所示
对球有:tanθ= (2分)
N=Mgtanθ=150N (2分)
对物块A有:
f=μN=30N>mg (3分)
所以A物块处于静止状态,
静摩擦力f1=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-μN=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
f=Tcosθ (2分)
Tsinθ+mAg=N1, (2分)
又f=μ1N1, (2分)
联立解得
T==100 N。 (2分)
(2)木板B受力如图乙所示,对木板B,由平衡条件得
F=μ1N1+μ2N2 (3分)
mBg+N1=N2 (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状况,依据平衡条件列出平衡方程,解方程对结果进行争辩。
(2)对于动态平衡问题,应先分析物体的受力状况,结合具体状况接受相应的方法。
①假如物体所受的力较少,可以接受合成的方法。
②假如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像的方法求解。
③假如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假如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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