2020-2021学年新教材高中物理 第三章 相互作用——力 5 共点力的平衡分级训练（含解析）新人教版必修第一册.docx

1、5 共点力的平衡【基础巩固】1.如图所示,重力为G的小球固定在一轻质细钢丝下端,钢丝能绕悬挂点O在竖直平面内转动.整个装置能自动随着风的转向而转动(即风对小球的作用力总是在图示平面内).无风时钢丝自然下垂,若某段时间内在恒定水平风力F的作用下,钢丝偏离竖直方向的角=30,此时钢丝上的拉力为FT.关于重力G、风力F和拉力FT的大小关系,下列说法正确的是()A.G最小B.F最小C.FT最小D.G最大答案:B2.在修建高速公路的路基时,允许的边坡倾角最大值叫作“自然休止角”,如果边坡倾角超过自然休止角会导致路基不稳定.关于与土壤颗粒之间的动摩擦因数的关系,下列说法正确的是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力

2、)()A.tan B.tan C.tan =D.与无关答案:C3.如图所示,电灯悬于两壁之间,保持O点及绳OB的位置不变,而将绳端A点向上移动(绳OA长度可调),则()A.绳OA所受的拉力逐渐增大B.绳OA所受的拉力逐渐减小C.绳OA所受的拉力先增大后减小D.绳OA所受的拉力先减小后增大答案:D4.如图所示,一质量为m的沙袋用不可伸长的轻绳悬挂在支架上,一队员用垂直于绳的力将沙袋缓慢拉起,使绳与竖直方向的夹角为=30,且绳绷紧,重力加速度为g,则该队员对沙袋施加的作用力大小为()A.12mg B.32mg C.33mg D.3mg答案:A5.(多选)如图所示,建筑工人通过由一个动滑轮和一个定滑

3、轮组成的滑轮组将一重物缓慢吊起,在此过程中,不计滑轮与绳的重力及摩擦,则()A.绳子的拉力逐渐变大B.绳子的拉力先变大后变小C.人对地面的压力逐渐变小D.人对地面的压力逐渐变大答案:AC6.物体A在水平力F=400 N的作用下,沿倾角=53的斜面匀速下滑,如图所示.物体A受的重力G=400 N,求斜面对物体A的支持力的大小和A与斜面间的动摩擦因数.sin 53=0.8,cos 53=0.6.解析:对A进行受力分析,A受到重力、水平力F、支持力、摩擦力,共四个力作用,如图所示,Ff=FN.根据正交分解可得在沿斜面方向上:Gsin 53=Fcos 53+Ff,在垂直斜面方向上:FN=Gcos 53

4、+Fsin 53,联立可得FN=560 N,=17.答案:560 N17【拓展提高】7.如图所示,加装“保护器”的飞机在空中发生事故失去动力时,上方的降落伞就会自动弹出.已知一根伞绳能承重2 940 N,伞展开后伞绳与竖直方向的夹角为30,飞机的质量约为30 t.忽略其他因素,仅考虑当飞机处于平衡状态时,降落伞的伞绳至少所需的根数最接近于(图中只画出了2根伞绳)()A.120 B.90 C.60 D.30解析:设至少需要n根伞绳,每根伞绳的拉力F等于2 940 N,飞机受力平衡,将每根绳子的拉力沿着水平和竖直方向正交分解,如图所示.则根据平衡条件,有nFcos 30=G,解得n118,则降落伞

5、的伞绳至少所需的根数最接近120根,选项A正确.答案:A8.如图所示,跳水运动员在走板时,从跳板的a端缓慢走到b端,跳板逐渐向下弯曲,在此过程中,该运动员对跳板的()A.压力不断增大B.摩擦力不断增大C.作用力不断增大D.作用力不断减小解析:本题是动态平衡问题,要选择好研究对象,分析受力情况,明确各力与夹角间的关系,再根据夹角的变化确定各力的变化.以运动员为研究对象,由平衡条件知,跳板对运动员的支持力FN=mgcos ,摩擦力Ff=mgsin ,是跳板与水平方向的夹角.随着的增大,FN减小,Ff增大.由牛顿第三定律知,运动员对跳板的压力减小,摩擦力增大,选项A错误,选项B正确.跳板对运动员的作

6、用力是支持力和摩擦力的合力,与重力等大反向,则跳板对运动员的作用力保持不变,所以运动员对跳板的作用力保持不变,故选项C、D均错误.答案:B9.如图所示,一个内表面粗糙的半圆形轨道固定于水平面上,O点为轨道最低点.一个可视为质点的滑块从图示位置P点缓慢滑下,如果滑块经过PO间的每一位置时都处于平衡状态,则滑块在从P点运动到O点过程中()A.轨道对滑块的弹力逐渐增大B.轨道对滑块的弹力逐渐减小C.轨道对滑块的摩擦力逐渐增大D.滑块与轨道间的动摩擦因数处处相同解析:设物体所在的位置圆弧切线与水平方向的夹角为,以物体为研究对象进行受力分析如图所示.重力垂直于切面向下的分力大小等于支持力,即FN=mgc

7、os ,越来越小,支持力越来越大,根据牛顿第三定律可知压力越来越大,故选项A正确,选项B错误.轨道对滑块的摩擦力大小为Ff=mgsin ,越来越小,则摩擦力越来越小;根据Ff=FN可知=FfFN=tan ,越来越小,动摩擦因数越来越小,故选项C、D错误.答案:A【挑战创新】10.如图所示,质量为m1的物体通过3段轻绳悬挂,3段轻绳的结点为O,轻绳OB水平且B端与站在水平面上的质量为m2的人相连,轻绳OA与竖直方向的夹角=37,物体及人均处于静止状态.已知sin 37=0.6,cos 37=0.8,g取10 m/s2.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.(1)轻绳OA、OB的拉力分别是多大?(2)人受

8、到的摩擦力是多大?方向如何?(3)若人的质量m2=60 kg,人与水平面之间的动摩擦因数为=0.3,则欲使人在水平面上不滑动,物体的质量m1最大不能超过多少?解析:(1)以结点O为研究对象,受力分析如图甲所示.将FOA沿水平方向和竖直方向分解,由平衡条件得FOB=FOAsin ,FOAcos =FOC,又FOC=m1g,联立得FOA=m1gcos=54m1g,FOB=m1gtan =34m1g. 甲 乙(2)人水平方向受到OB绳的拉力和水平面的静摩擦力,如图乙所示.由平衡条件得Ff=FOB,所以Ff=34m1g,方向水平向左.(3)当物体的质量增大到人刚要滑动时,其质量达到最大,此时人受到的静摩擦力达到最大值.此时Ffm=m2g,即m2g=34m1mg,解得m1m=43m2=24 kg,即物体的质量m1最大不能超过24 kg.答案:(1)54m1g34m1g(2)34m1g方向水平向左(3)24 kg