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各种性质的力和物体的平衡

1．力是物体间的相互作用，力是矢量，力的合成和分解。
例题1．(06广东模拟)如图1-2所示是山区村民用斧头劈柴的剖面图，图中BC边为斧头背，AB、AC边是斧头的刃面。要使斧头容易劈开木柴，则（ ）
A．BC边短一些，AB边也短一些
B．BC边长一些，AB边短一些
C．BC边短一些，AB边长一些
D．BC边长一些，AB边也长一些

2．形变和弹力、胡克定律
例题2.(05全国卷Ⅲ)如图1-4所示，在倾角为θ的光滑斜面上有两个用轻质弹簧相连接的物块A、B 。它们的质量分别为mA、mB，弹簧的劲度系数为k , C为一固定挡板。系统处于静止状态。现开始用一恒力F沿斜面方向拉物块A 使之向上运动，求从开始到物块B 刚要离开C时物块A 的位移d。(重力加速度为g)。
3．静摩擦 最大静摩擦 滑动摩擦 滑动摩擦定律
例题3．(06全国卷Ⅱ)如图1-5所示，位于水平桌面上的物块P，由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连，从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的。已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是μ，两物块的质量都是m，滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计，若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动，则F的大小为（ ）
A．4μmg B．3μmg C．2μmg D．μmg
4. 滑动摩擦定律和多物体参与平衡问题
例题4.（08全国卷II）如图1-7所示, 一固定斜面上两个质量相同的小物块A和B紧挨着匀速下滑, A与B的接触面光滑. 已知A与斜面之间的动摩擦因数是B与斜面之间动摩擦因数的2倍, 斜面倾角为α. B与斜面之间的动摩擦因数是
A. B. C. D.
5．共点力作用下物体的平衡
例题5．(07广东)如图1-7所示，在倾角为θ的固定光滑斜面上，质量为m的物体受外力F1和F2的作用，F1方向水平向右，F2方向竖直向上。若物体静止在斜面上，则下列关系正确的是( )
A．F1sinθ＋F2cosθ＝mg sinθ，F2≤mg
B．F1cosθ＋F2sinθ＝mg sinθ，F2≤mg
C．F1sinθ－F2cosθ＝mg sinθ，F2≤mg
D．F1cosθ－F2sinθ＝mg sinθ，F2≤mg

6.平衡问题中的临界问题
例题6.在机械设计中常用到下面的力学原理，如图1-9所示，只要使连杆AB与滑块m所在平面间的夹角θ大于某个值，那么，无论连杆AB对滑块施加多大的作用力，都不可能使之滑动，且连杆AB对滑块施加的作用力越大，滑块就越稳定，工程力学上称这为“自锁”现象。为使滑块能“自锁”θ应满足什么条件？（设滑块与所在平面间的动摩擦因数为）
四、热点分析
例题1． (07北京模拟)木块A、B分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25；夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2cm,弹簧的劲度系数为400N/m，系统置于水平地面上静止不动。现用F=1 N的水平拉力作用在木块B上.如图1-9所示.力F作用后（ ）
A．木块A所受摩擦力大小是12.5 N
B．木块A所受摩擦力大小是11.5 N
C．木块B所受摩擦力大小是9 N
D．木块B所受摩擦力大小是7 N

例题2.（08江苏）一质量为M的探空气球在匀速下降，若气球所受浮力F始终保持不变，气球在运动过程中所受阻力仅与速率有关，重力加速度为g.现欲使该气球以同样速率匀速上升，则需从气球篮中减少的质量为
A．2(M) B. M C. 2M D.0
例题3．如图1-10所示，A、B是带有等量的同种电荷的两小球，它们的质量都是m，它们的悬线长度是L，悬线上端都固定在同一点O，B球悬线竖直且被固定，A球在力的作用下，偏离B球χ的地方静止平衡，此时A受到绳的拉力为F，现在保持其他条件不变，用改变A球质量的方法，使A球在距B为χ处平衡，则A球受到的绳的拉力为原来的
A．T B．2T C．4T D．8T

五、能力突破
例1．如图1-12所示，质量为m的工件置于水平放置的钢板C上，二者间的动摩擦因数为μ，由于光滑导槽A、B的控制，工件只能沿水平导槽运动，现在使钢板以速度v1向右运动，同时用力F拉动工件(F方向与导槽平行)使其以速度v2沿导
槽运动，则F的大小为（ ）
A.等于μmg B.大于μmg
C.小于μmg D.不能确定
例题2．（08海南）如图所示，质量为M的楔形物块静置在水平地面上，其斜面的倾角为θ．斜面上有一质量为m的小物块，小物块与斜面之间存在摩擦．用恒力F沿斜面向上拉小物块，使之匀速上滑．在小物块运动的过程中，楔形物块始终保持静止．地面对楔形物块的支持力为( )
A．（M＋m）g B．（M＋m）g－F
C．（M＋m）g＋Fsinθ D．（M＋m）g－Fsinθ
例题3.如图1-16所示，在方向竖直向下的匀强磁场中，有两根竖直放置的平行金属导轨ABCD。导轨上放有质量为m的金属棒MN，棒与导轨间的动摩擦因数为μ。现从t=0时刻起，给棒通以图示方向的电流，且电流强度与时间成正比，即I=kt，其中k为恒量。若金属棒与导轨始终垂直，则在下图所示的表示棒所受的摩擦力随时间变化的四幅图中，正确的是（ ）

例题4．如图1-17所示，重G的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。若挡板逆时针缓慢转到水平位置，在该过程中，斜面和挡板对小球的弹力的大小F1、F2各如何变化？
例题5．（2007年江苏）如图19所示，带电量分别为4q和－q的小球A、B固定在水平放置的光滑绝缘细杆上，相距为d，若杆上套一带电小环C，带电体A、B和C均可视为点电荷。
（1）求小环C的平衡位置；
（2）若小环C带电量为q，将小环拉离平衡位置一小位移x（|x|<<d）后静止释放，试判断小环C能否回到平衡位置。（回答“能”或“不能”即可）
（3）若小环C带电量为－q，将小环拉离平衡位置一小位移x（|x|<<d）后静止释放，试证明小环C将作简揩运动。
（提示：当a<<1时，则）
例题6.科学探究活动通常包括以下环节：提出问题，作出假设，制订计划设计实验，进行实验收集证据，分析论证，评估交流等。一位同学学习了滑动摩擦力后，怀疑滑动摩擦力可能与接触面积有关,于是他准备用实验探究这个问题。
(1)这位同学认为：滑动摩擦力的大小与接触面积成正比，这属于科学探究活动中的__________环节。
(2)为完成本实验，需要自己制作木块，他应制作的木块是下列选项中的_______
A．各面粗糙程度相同的正方体木块
B．各面粗糙程度不相同的正方体木块
C．各面粗糙程度相同，长宽高各不相等的长方体木块
D．各面粗糙程度不相同,长宽高各不相等的长方体木块
(3)为了测量木块与木板之间的滑动摩擦力，他设计了两种方案，如图1-20甲和乙所示，甲是将长木板固定在水平面上，用弹簧测力计水平拉动木板上的木块；乙是用弹簧测力计水平拉住木块，他水平拉动木块下的木板，你认为更利于操作的方案是______________。理由是____________________。
专题专练：（时间120分钟 满分150分）
一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的或不答的得0分。）
1. 如图1-21所示长木板L的一端固定在铰链上，木块放在木板上，开始木板成水平位置．当木板向下转动，θ角逐渐增大的过程中，摩擦力 的大小随θ角变化最有可能的是图1-22中 （ ）

图1-23
θ
m

M
F

N
2.如图1-23所示，轻绳的一端系在质量为物体上，另一端系在一个轻质圆环上，圆环套子在粗糙水平杆MN上，现用水平力F拉绳上一点，使物体处于图中实线位置，然后改变F的大小使其缓慢下降到图中虚线位置，圆环仍在原来的位置不动，则在这一过程中，水平拉力F、环与杆的摩擦力Ff和环对杆的压力FN的变化情况是：（ ）
A．F逐渐增大，Ff保持不变, FN逐渐增大
B．F逐渐增大，Ff逐渐增大, FN保持不变
C．F逐渐减小，Ff逐渐增大, FN逐渐减小
D．F逐渐减小，Ff逐渐减小, FN保持不变
3. 如图1-23所示，悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细
线下端有一个带电量不变的小球A，在两次实验中，
均缓慢移动另一带同种电荷的小球B，当B到达悬
点O的正下方并与A在同一水平线上，A处于受力
平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为，若两次实验
中B的电量分别为q1和q2，分别为30°和45°，
则q2/q1为（ ）
A．2
B．3
C．2
D．3

4．完全相同的直角三角形滑块A、B如图1-25所示叠放，设A、B接触的斜面光滑，A与桌面的动摩擦因数为，现在B上施加一水平推力F，恰好使A、B保持相对静止且一起匀速运动，则A对桌面的动摩擦因数跟斜面倾角的关系为 （ ）
A.
B.
C.
D. 与无关
5．如图1-26所示，绳子AO的最大承受力为150N，绳子BO的最大承受力为100N，绳子OC强度足够大.要使绳子不断，悬挂重物的重力最多为（ ）
A．100N B.150N C. D.200N

6．如图1-27所示，用两根细线把A、B两小球悬挂在天花板上的同一点O，并用第三根细线连接A、B两小球，然后用某个力F作用在小球A上，使三根细线均处于直线状态，且OB细线恰好沿竖直方向，两小球均处于静止状态。则该力可能为图中的（　 ）
A．F1 B．F2　 C．F3 D．F4
7．如图1-28所示，一辆汽车沿水平面向右运动，通过定滑轮将重物A缓慢吊起，在吊起重物的过程中，关于绳子的拉力FT、汽车对地面的压力FN和汽车受到的摩擦力Ff的说法中正确的是（ ）
A．FT不变，FN不变，Ff逐渐增大
B．FT不变，FN逐渐增大，Ff逐渐增大
C．FT逐渐增大，FN不变，Ff逐渐增大
D．FT逐渐减小，FN逐渐增大，Ff逐渐增大
8. 图1-29中为一“滤速器”装置示意图。a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO'运动，由O'射出。不计重力作用。可能达到上述目的的办法是
A．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里
B．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里
C．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外
D．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外

9．对如图1-30所示的皮带传动装置，下列说法中正确的是( )
A．A轮带动B轮沿逆时针方向旋转
B．B轮带动A轮沿逆时针方向旋转
C．C轮带动D轮沿顺时针方向旋转
D．D轮带动C轮沿顺时针方向旋转
10．(08成都模拟)如图所示,一根轻弹簧上端固定在O点，下端拴一个钢球P，球处于静止状态。现对球施加一个方向向右的外力F，使球缓慢偏移，在移动中的每个时刻，都可以认为钢球处于平衡状态。若外力F的方向始终水平，移动中弹簧与竖直方向的夹角θ＜90。且弹簧的伸长量不超过其弹性限度，则图中给出的弹簧伸长量x与cosθ的函数关系图像2中，最接近的是（ ）

二、填空和实验题(本题共 小题，共32分，把正确的答案填在下面的横线上，或按要求答题。）
11. 如图6所示，在两块相同的竖直木板之间，夹有质量均为ｍ的４块相同的砖，用两大小均为Ｆ的水平力压紧木板，使砖静止，则第２与第１块砖间的摩擦力为 。
12．如图1-32所示，质量为m，带点量为-q的微粒以速度v与水平成450进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。如微粒在电场、磁场、重力场作用下做匀速直线运动，则电场强度E= ，磁感应强度B= 。

13．在“探究力的等效和替代的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套（如图1-33）。实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项：
Ａ．两根细绳必须等长。
Ｂ．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上。
Ｃ．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行。
D．同一次实验中，O点位置允许变动。
E．实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤的拉力的大小和方向，把橡皮条的节点拉到O点。
F．实验中，把橡皮条的节点拉到O点时，两弹簧秤之间的夹角应取900不变，以便于算出合力的大小
其中正确的是________。（填入相应的字母）
14．为了测量两张纸之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验：如图1-34所示，在木块A和木板B上贴上待测的纸，B木板水平固定，砂桶通过细线与木块A相连，调节砂桶中砂的多少，使A匀速向左运动。测出砂桶和砂的总质量m，以及贴纸木块A的质量M，则两纸间的动摩擦因数μ=m/M。
（1）该同学为什么要把纸贴在木块A和木板B上，而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力？

（2）在实际操作中，发现要保证木块A做匀速运动较困难，请你对这个实验作一改进来克服这一困难。
①你设计的改进方案是：
；
②根据你的方案做实验，结果动摩擦因数μ的表达式是： ；
③ 根据你的方案要添加的器材有 。
三、计算题（解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
15．如图1-35所示，一根轻绳上端固定在O点，下端拴一个重为G的钢球A，球处于静止状态.现对球施加一个方向向右的外力F，使球缓慢偏移，在移动中的每一刻，都可以认为球处于平衡状态.如果外力F方向始终
水平，最大值为2G，试分析：
(1)轻绳张力T的大小取值范围.
(2)在图1-36中画出轻绳张力(T)与cosθ的关系图象.
16．如图1-37所示，在竖直平面内固定有两条平行的金属导轨ab、cd，导轨处在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度B=0.80T，与导轨相连的电源电动势E=3.0V，内阻r=0.5Ω，水平放置的导体棒MN的电阻R=1.5Ω，两端始终与导轨接触良好，且能沿导轨无摩擦滑动,电路中其他电阻不计。当单刀双掷开关S与1接通时，导体棒刚好保持静止状态，求：
（1）磁场的方向；
（2）当开关S与2接通后，导体棒MN在运动过程中，单位时间（1s）内扫过的最大面积。设导轨足够长。

17．如图1-39所示，一台轧钢机的两个滚子,直径各为d=50cm,以相反方向旋转,滚子间距离为a=0.5cm,如果滚子和热钢间的动摩擦因数为0.1,试求进入滚子前钢板的最大厚度。