力学的动态平衡问题

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【解答】BD 由于物体a 、b 均保持静止,各绳间角度保持不变,对a 受力分析得,绳的拉力T

=m a g ,所以物体a 受到绳的拉力保持不变.由滑轮性质,滑轮两侧绳的拉力相等,所以连接a 和b 绳的张力大小、方向均保持不变,C 选项错误;a 、b 受到绳的拉力大小、方向均不变,所以OO′的张力不变,A 选项错误;对b 进行受力分析,如图所示.由平衡条件得:Tcos β+f =Fcos α,Fsin α+F N +Tsin β=m b g.其中T 和m b g 始终不变,当F 大小在一定范围内变化时,支持力在一定范围内变化,B 选项正确;摩擦力也在一定范围内发生变化,D 选项正确.

3.(2017·河北冀州2月模拟)如图所示,质量为m(可以看成质点)的小球P ,用两根轻绳OP 和O′P 在P 点拴结后再分别系于竖直墙上相距0.4 m 的O 、O′两点上,绳OP 长0.5 m ,绳O′P 长0.3 m ,今在小球上施加一方向与水平成θ=37°角的拉力F ,将小球缓慢拉起.绳O′P 刚拉直时,OP 绳拉力为T 1,绳OP 刚松弛时,O′P 绳拉力为T 2,则T 1∶T 2为(sin 37°=0.6;cos 37°=0.8)( )

A .3∶4

B .4∶3

C .3∶5

D .4∶5

【解答】C 绳O′P 刚拉直时,由几何关系可知此时OP 绳与竖直方向夹角为37°,小球受力如图甲,则T 1=

4

5mg.绳OP 刚松驰时,小球受力如图乙,则T 2=4

3

mg.则T 1∶T 2=3∶5,C 项正确.

1. (多选)(2017·全国卷Ⅰ)如图,柔软轻绳ON 的一端O 固定,其中间某点M 拴一重物,用手拉住绳的另一端N.初始时,OM 竖直且MN 被拉直,OM 与MN 之间的夹角为α(α>π

2).现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α

不变.在OM 由竖直被拉到水平的过程中( )

A .MN 上的张力逐渐增大

B .MN 上的张力先增大后减小

C .OM 上的张力逐渐增大

D .OM 上的张力先增大后减小

【解答】AD 设重物的质量为m ,绳OM 中的张力为T OM ,绳MN 中的张力为T MN .开始时,T O M =mg ,T MN =0.由于缓慢拉起,则重物一直处于平衡状态,两绳张力的合力与重物的重力mg 等大、反向.

如图所示,已知角α不变,在绳MN 缓慢拉起的过程中,角β逐渐增大,则角(α-β)逐渐减小,但角θ不变,在三角形中,利用正弦定理得:

T OM

α-β

=mg sin θ

, (α-β)由钝角变为锐角,则T

OM 先增大后减小,选项

D 正确; 同理知

T MN sin β=mg sin θ ,在β由0变为π

2

的过程中,T MN 一直增大,选项A 正确.

2.(多选)(2016·全国卷Ⅰ)如图所示,一光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于O 点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块a ,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b.外力F 向右上方拉b ,整个系统处于静止状态.若F 方向不变,大小在一定范围内变化,物块b 仍始终保持静止,则( )

A .绳OO′的张力也在一定范围内变化

B .物块b 所受到的支持力也在一定范围内变化

C .连接a 和b 的绳的张力也在一定范围内变化

D .物块b 与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化

4.质量为m 的物体用轻绳AB 悬挂于天花板上.用水平向左的力F 缓慢拉动绳的中点O ,如图所示.用T 表示绳OA 段拉力的大小,在O 点向左移动的过程中( )

A .F 逐渐变大,T 逐渐变大

B .F 逐渐变大,T 逐渐变小

C .F 逐渐变小,T 逐渐变大

D .F 逐渐变小,T 逐渐变小

【解答】A 对O 点受力分析如图所示,F 与T 的变化情况如图,由图可知在O 点向左移动的过程中,F 逐渐变大,T 逐渐变大,故选项A 正确.

6.质量为M 的木楔倾角为θ,在水平面上保持静止,质量为m 的木块刚好可以在木楔上表面上匀速下滑.现在用与木楔上表面成α角的力F 拉着木块匀速上滑,如图所示,求:

(1)当α=θ时,拉力F 有最小值,求此最小值; (2)拉力F 最小时,木楔对水平面的摩擦力的大小.

【解答】 (1)木块刚好可以沿木楔上表面匀速下滑,mgsin θ=μmgcos θ,则μ=tan θ,用力F 拉着木块匀速上滑,受力分析如图甲所示,Fcos α=mgsin θ+F f ,F N +Fsin α=mgcos θ,F f =μF N .

联立以上各式解得,F =

mgsin 2θ

θ-α

.

当α=θ时,F 有最小值,F min =mgsin 2θ.

(2)对木块和木楔整体受力分析如图乙所示,由平衡条件得,F f ′=Fcos(θ+α),当拉力F 最小时,F f ′=F min ·cos 2θ=1

2

mgsin 4θ

.

5.(多选) (2017·山东临沂市三模)某老师用图示装置探究库仑力与电荷量的关系.A 、B 是可视为点电荷的两带电小球,用绝缘细线将A 悬挂,实验中在改变电荷量时,移动B 并保持A 、B 连线与细线垂直.用Q 和q 表示A 、B 的电荷量,d 表示A 、B 间的距离,θ(θ不是很小)表示细线与竖直方向的夹角,x 表示A 偏离O 点的水平距离,实验中( )

A .d 应保持不变

B .B 的位置在同一圆弧上

C .x 与电荷量乘积Qq 成正比

D .tan θ与A 、B 间库仑力成正比

【解答】ABC 因实验要探究库仑力与电荷量的关系,故两电荷间距d 应保持不变,选项A 正确;因要保持A 、B 连线与细线垂直且AB 距离总保持d 不变,故B 的位置在同一圆弧上,选项B 正确;对A 球由平衡知识可知F 库=mgsin θ,即k qQ d 2=mg x

L

,可知x 与电荷量乘积Qq 成正比,选项C 正确,D 错误.