高中物理相互作用(受力分析)相关八大题型整理及专项练习(带答案)
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高中物理相互作用(受力分析)相关八大题型整理及专项练习(带答案)相互作用(受力分析)专项练相互作用八种题型:1.摩擦力判断;2.力的合成;3.力的分解;4.常见力的分解;5.正交分解法的步骤;6.受力分析;7.共点力静态平衡;8.动态平衡。
一、摩擦力的判断:1.如图所示,轻绳跨过两定滑轮,两端分别与A、C两物体相连,物体A、B、C间及C与地面间的动摩擦因数均为μ=0.1,A、B、C的质量分别为 mA =1 kg,mB =2 kg,mC =3 kg,轻绳与滑轮间的摩擦忽略不计,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
若要用力将C拉动,则作用在 C2 上水平向左的拉力至少为 8 N。
(重力加速度 g=10 m/s)2.如图甲、乙所示,图乙中斜面体固定不动,物体 P、Q 在力 F 作用下一起以相同速度沿 F 方向匀速运动,关于物体 P 所受的摩擦力,下列说法正确的是:A。
图甲、乙中物体 P 均受摩擦力,且方向均与 F 相同;B。
图甲、乙中物体 P 均受摩擦力,且方向均与 F 相反;C。
图甲、乙中物体 P 均不受摩擦力;D。
图甲中物体 P 不受摩擦力,图乙中物体 P 受摩擦力,方向与 F 相同。
答案:D。
3.如图,人重 600 N,木块 A 重 400 N,人与 A、A 与地面间的动摩擦因数均为 0.2.现用水平力拉绳,使他与木块一起向右做匀速直线运动,滑轮摩擦不计,求:1)人对绳的拉力;2)人脚对 A 的摩擦力。
参考答案:(1)100 N,水平向右;(2)100 N,水平向右。
巩固题:1.(2016·海南卷)如图,在水平桌面上放置一斜面体 P,两长方体物块 a 和 b 叠放在 P 的斜面上,整个系统处于静止状态。
若将 a 和 b、b 与 P、P 与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2 和 f3 表示,则:A。
f1=0,f2≠,f3≠0;B。
f1≠,f2=0,f3=0;C。
f1≠,f2≠,f3=0;D。
f1≠,f2≠,f3≠。
答案:C。
对整体受力分析可知,整体相对地面没有相对运动趋势,故 f3=0;再将 a 和 b 看成一个整体,a、b 整体有相对斜面向下运动的趋势,故 b 与 P 之间有摩擦力,即f2≠;再对 a 受力分析可知,a 相对于 b 有向下运动的趋势,a 和 b之间存在摩擦力作用,即f1≠。
因此,选项 C 正确。
解析】根据力的平衡条件,两臂受到的压力大小相等,即为1.0×105N/2=5.0×104N,所以A正确;千斤顶对汽车的支持力大小也为1.0×105N,所以B错误;若继续摇动把手,两臂受到的压力将增大,因为力的合成原理,两臂间的夹角减小,力的合力增大,所以C错误;若继续摇动把手,将汽车顶起,两臂受到的压力将增大,所以D错误。
正确答案为A。
改写:根据力的平衡条件,两臂受到的压力大小相等,为1.0×105N/2=5.0×104N,故选A。
千斤顶对汽车的支持力大小也为1.0×105N,故选B错误。
继续摇动把手,两臂受到的压力将增大,因为力的合成原理,两臂间的夹角减小,力的合力增大,故选C错误。
继续摇动把手,将汽车顶起,两臂受到的压力将增大,故选D错误。
3.在同一平面内,有四个力F1、F2、F3、F4,它们共点,大小分别为19 N、40 N、30 N、15 N,方向如图所示。
求它们的合力大小和方向。
(其中sin37°=0.6,cos37°=0.8)参考答案:合力大小为38.2 N,方向与F1夹角为45°斜向上。
4.如图所示,有两个物体a、b,它们在竖直向上的恒力F作用下,一起沿着粗糙竖直墙面匀速向上运动。
关于它们受力情况的说法正确的是:A。
a一定受到四个力的作用。
B。
b可能受到四个力的作用。
C。
a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力的作用。
D。
a与b之间一定有摩擦力的作用。
参考答案:选项A和B错误,因为两个物体只受到竖直向下的重力和竖直向上的恒力F的作用,所以a和b都只受到两个力的作用。
选项C错误,因为a与墙壁之间没有弹力和摩擦力的作用。
选项D正确,因为a与b之间一定有摩擦力的作用。
5.共点力作用下物体的平衡问题的常用处理方法。
如图所示,一个小球质量为m=4.8 kg,悬挂在细线上,该同学(含小磁铁)质量为M=50 kg,在隐藏的小磁铁位于小球左上方某一位置C(图中θ=37°)时,金属小球偏离竖直方向的夹角为37°。
已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g=10 m/s²。
求:(1)悬挂小球的细线的拉力大小;(2)该同学受到地面的支持力和摩擦力大小。
参考答案:(1)悬挂小球的细线的拉力大小为30 N;(2)该同学受到地面的支持力大小为524 N,摩擦力大小为18 N。
6.动态平衡。
如图所示,一个截面为半圆的柱状体A,与轻质竖直挡板之间放一光滑圆球B,整个装置处于静止状态。
现对挡板施加一水平向右的力F,使挡板缓慢向右移动,B缓慢上移而A仍保持静止。
设地面对A的摩擦力为F1,B对A的作用力为F2,地面对A的支持力为F3.在此过程中(不计挡板与地面的摩擦),以下哪个说法是正确的?A。
F1缓慢减小,F3保持不变。
B。
F1缓慢增大,F3缓慢增大。
C。
F2缓慢增大,F3缓慢增大。
D。
F2缓慢减小,F3保持不变。
参考答案:选项A和B错误,因为挡板向右移动时,摩擦力F1会增大而不是减小,支持力F3也会增大而不是保持不变。
选项C错误,因为B对A的作用力F2不会随着挡板的移动而增大。
选项D正确,因为B对A的作用力F2会随着挡板的移动而减小,但地面对A的支持力F3不会改变。
7.一个截面为半圆的柱状物体A与竖直墙之间放置一光滑圆球B,整个装置处于静止状态。
现对B加一竖直向下的力F,作用线通过球心。
设B对墙的作用力为F1,B对A的作用力为F2,地面对A的摩擦力为F3,地面对A的支持力为F4.若F缓慢增大而整个装置仍保持静止,截面如图所示,则在此过程中,F1缓慢增大,F4保持不变;F2缓慢增大,F3缓慢增大。
因为整个装置保持静止,所以受力平衡,F1与F4不变,F2与F3缓慢增大。
8.如图,光滑的四分之一圆弧轨道A、B固定在竖直平面内,A端与水平面相切,穿在轨道上的小球在拉力F的作用下,缓慢地由A向B运动,F始终沿轨道的切线方向,轨道对球的弹力为N。
在运动过程中,F缓慢增大,N缓慢减小。
因为小球缓慢运动,所以两个方向均受力平衡,根据正交分解,半径方向的弹力N随着小球运动逐渐变小,切线方向的拉力F随着小球运动逐渐增大。
因此,F缓慢增大,N缓慢减小。
巩固题:1.如图,一粗糙斜面固定在地面上,斜面顶端装有一光滑定滑轮。
一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块N,另一端与斜面上的物块M相连,系统处于静止状态。
现用水平向左的拉力缓慢拉动N,直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。
已知M始终保持静止,则在此过程中,水平拉力的大小可能保持不变,M所受细绳的拉力大小一定一直增加,M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加。
根据受力分析可知,N受到竖直向下的重力及水平方向的拉力F,变化的绳子拉力T。
在向左拉动的时候,绳子拉力T和水平拉力F都不断增大,因此水平拉力的大小可能保持不变,M所受细绳的拉力大小一定一直增加。
对于M的受力,开始时可能是T=mgsinθ-f,当T不断增大的时候,摩擦力f减少;当T>mgsinθ时,随着T的增大,摩擦力f将增大,所以沿斜面的摩擦力f可能先减小后增大。
因此,选BD。
2.物块沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动,轻绳与斜面平行。
已知动摩擦因数为2,重力加速度取10m/s²,轻绳最大承受张力为1500N。
求物块的最大质量。
解答:根据平衡条件,在斜面方向上有:F = mgsin30° + μmgcos30°。
当拉力最大时,质量最大,解得m = 150kg,因此选A。
3.用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件,将其置于两光滑斜面之间,如图所示。
两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上,倾角分别为30°和60°。
重力加速度为g。
当卡车沿平直公路匀速行驶时,圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2,则()解答:将重力分解,根据几何关系可得F1 = mgcos30° =F2 = mgsin30° = mg,因此选D。
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,F和T的变化情况为()解答:作出结点O的受力分析矢量图,可知XXX的变化情况如图所示,因此选A。
5.如图,用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点,制成一简易秋千。
某次维修时将两轻绳剪去一小段,但仍保持等长且悬挂点不变。
木板静止时,F1表示木板所受合力的大小,F2表示单根轻绳对木板拉力的大小,则维修后()解答:维修后,F1不变,但F2变小,因为两根轻绳都被剪去了一小段,因此选B。
6.一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上,下端系一质量为m的物体。
若物体向下拉伸绳的长度为l,当物体向下拉伸绳的长度为2l时,弹性绳中存储的弹性势能为W,则当物体向下拉伸绳的长度为3l时,弹性绳中存储的弹性势能为()解答:根据弹性势能公式,可得W1 = (1/2)k(l-2l)²,W2 = (1/2)k(l-3l)²,化简得W2 = 4W1,因此选D。
1.一根弹性绳原长为80cm,两点间距离也为80cm。
在弹性绳中点挂上一钩码,使其平衡时总长度为100cm。
将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,弹性绳的总长度变为多少?(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)答案:C.98cm2.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XXX被拉直,OM与MN之间的夹角为α(α>π)。
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,MN上的张力会发生什么变化?答案:D.OM上的张力先增大后减小3.如图,一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。
若保持F的大小不变,而方向与水平面成60°角,物块也恰好做匀速直线运动。
物块与桌面间的动摩擦因数为多少?答案:C.$\frac{3}{2}$4.如图,一光滑的轻滑轮用细绳OO'悬挂于O点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。
外力F向右上方拉b,整个系统处于静止状态。
若F方向不变,大小在一定范围内变化,物块b仍始终保持静止,则以下哪些量也在一定范围内变化?答案:B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化;D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化5.如图所示,一圆形轨道固定在竖直平面内,CD为过圆心O的竖直线,在轨道的B处有一个光滑的轻质小环,OC与OB的夹角为30°;在轨道的A处有一质量为m的带光滑孔的小球,OA与OD的夹角为90°,一根轻细线的一端系着小球,另一端穿过小环用手拉住恰能让小环及小球静止,已知重力加速度为g,则小环受的弹力F的大小是多少?答案:B.$\frac{mg}{2}$11.在建筑工地上使用简易拔桩机时,当建筑工人在长绳的E点施加一竖直向下的拉力F时,绳CE部分被水平拉直,CA部分被竖直拉直,绳DE、BC与竖直方向的夹角分别为α、β。