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2019-2020年高中物理 5.3 力的平衡 5.4 平衡條件的應(yīng)用同步精練 魯科版必修1 基礎(chǔ)鞏固 1．人站在自動(dòng)扶梯的水平踏板上，隨扶梯斜向上勻速運(yùn)動(dòng)，如圖5－3、4－9所示，以下說法正確的是 (　　) 圖5－3、4－9 A．人受到重力和支持力的作用 B．人受到重力、支持力和摩擦力的作用 C．人受到的合外力不為零 D．人受到的合外力方向與速度方向相同 解析：因人隨扶梯勻速運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，合外力一定為零，C、D項(xiàng)錯(cuò)；人所受的重力與支持力相等，合力為零，不可能有摩擦力，若有摩擦力，F(xiàn)合一定不等于零，這與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不符，故A對(duì)，B錯(cuò)． 答案：A 圖5－3、4－10 2．如圖5－3、4－10所示，一木塊放在水平桌面上，在水平方向上共受三個(gè)力F1、F2和摩擦力的作用，處于靜止?fàn)顟B(tài)．其中F1＝10 N，F(xiàn)2＝2 N．若撤去力F1則木塊在水平方向受到的合外力為 (　　) A．10 N，向左 B．6 N，向右 C．2 N，向左 D．0 解析：由于木塊原來處于靜止?fàn)顟B(tài)，則所受摩擦力為靜摩擦力．選向右為正方向，由力的平衡知，F(xiàn)1－F2－f＝0，此時(shí)靜摩擦力為8 N，方向向左．說明最大靜摩擦力大于等于8 N．撤去F1后，木塊在水平方向受到向左的大小為2 N的力，有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，由于F2小于最大靜摩擦力，所以所受摩擦力仍為靜摩擦力．此時(shí)－F2＋f′＝0，即合力為零．D正確． 答案：D 3．下面關(guān)于共點(diǎn)力的平衡與平衡條件的說法正確的是 (　　) A．如果物體的運(yùn)動(dòng)速度為零，則必處于平衡狀態(tài) B．如果物體的運(yùn)動(dòng)速度大小不變，則必處于平衡狀態(tài) C．如果物體處于平衡狀態(tài)，則物體沿任意方向的合力都必為零 D．如果物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài)，則任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等、方向相反 解析：物體速度為零時(shí)不一定處于平衡狀態(tài)，如豎直上拋的物體到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度為零，此時(shí)物體由于自身重力而使得所受合力不為零，故A錯(cuò)；物體速度大小不變，但方向可能改變，即物體不一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故物體不一定處于平衡狀態(tài)，所以B錯(cuò)．物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，滿足F合＝0的條件，又因F合＝，要F合＝0，必須要Fx、Fy同時(shí)為零，故物體沿任意方向的合力都必為零；如果物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài)，要滿足F合＝0條件，則任意兩個(gè)力的合力必與第三個(gè)力大小相等、方向相反，所以選項(xiàng)C、D對(duì)． 答案：CD 圖5－3、4－11 4.有一個(gè)直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB豎直向下，表面光滑．AO上套有小環(huán)P，OB上套有小環(huán)Q，兩環(huán)質(zhì)量均為m，兩環(huán)間由一根質(zhì)量可忽略、不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩相連，并在某一位置平衡(如圖5－3、4－11所示)．現(xiàn)將P環(huán)向左移一小段距離，兩環(huán)再次達(dá)到平衡，那么將移動(dòng)后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)比較，AO桿對(duì)P環(huán)的支持力N和細(xì)繩上的拉力T的變化情況是 (　　) A．N不變，T變大 B．N不變，T變小 C．N變大，T變大 D．N變大，T變小 解析：把PQ看成一個(gè)整體，在豎直方向始終有N＝2mg，所以移動(dòng)前后，N不變，隔離分析Q，設(shè)繩與豎直桿間的夾角為α，則有：Tcosα＝mg，當(dāng)P環(huán)向左移一小段距離后，α變小，cosα變大．∴T變小 答案：B 5．下列幾組共點(diǎn)力分別作用于同一物體上，其中，不可能使物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)的是 (　　) A．1 N、2 N、3 N B．1 N、3 N、5 N C．2 N、3 N、4 N D．3 N、3 N、3 N 答案：B 圖5－3、4－12 6．如圖5－3、4－12所示，一箱蘋果沿著傾角為θ的斜面，以速度v勻速下滑．在箱子的中央有一個(gè)質(zhì)量為m的蘋果，它受到周圍蘋果對(duì)它的作用力的方向 (　　) A．沿斜面向上 B．沿斜面向下 C．豎直向上 D．垂直斜面向上 解析：箱子沿斜面勻速下滑，處于平衡狀態(tài)，此時(shí)箱子中央質(zhì)量為m的蘋果所受合外力為零，質(zhì)量為m的蘋果所受重力豎直向下，故周圍蘋果對(duì)它作用力的方向豎直向上，C正確，A、B、D錯(cuò)誤． 答案：C 知能提升 7．一質(zhì)量為M的探空氣球在勻速下降，如圖5－3、4－13所示，若氣球所受浮力F始終保持不變，氣球在運(yùn)動(dòng)過程中所受阻力僅與速率有關(guān)，重力加速度為g.現(xiàn)欲使該氣球以同樣速率勻速上升，則需從氣球吊籃中減少的質(zhì)量為 (　　) 圖5－3、4－13 A．2(M－) B．M－ C．2M－ D．0 解析：由題意可得，氣球勻速升降所受空氣阻力等大，設(shè)為f，另設(shè)減少的質(zhì)量為m.則勻速下降時(shí)：Mg＝F＋f ① 勻速上升時(shí)：(M－m)g＋f＝F ② ①＋②解得m＝2(M－)，故選項(xiàng)A正確． 答案：A 圖5－3、4－14 8．如圖5－3、4－14所示，是給墻壁粉刷涂料用的“涂料滾”的示意圖．使用時(shí)，用撐桿推著粘有涂料的涂料滾沿墻壁上下緩緩滾動(dòng)，把涂料均勻地粉刷到墻壁上．撐桿的重力和墻壁的摩擦力均不計(jì)，而且撐桿足夠長(zhǎng)，粉刷工人站在離墻壁一定距離處緩緩上推涂料滾，該過程中撐桿對(duì)涂料滾的推力為F，涂料滾對(duì)墻壁的壓力為N，下列說法正確的是 (　　) A．F、N都增大 B．F、N都減小 C．F增大，N減小 D．F減小，N增大 答案：B 圖5－3、4－15 9．如圖5－3、4－15所示，質(zhì)量為m的物體在恒力F作用下沿天花板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體與天花板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，則物體受到的摩擦力的大小為 (　　) A．Fsinθ B．Fcosθ C．μ(Fsinθ－mg) D．μ(mg－Fsinθ) 解析：先對(duì)物體進(jìn)行受力分析，如圖所示，然后對(duì)力F進(jìn)行正交分解． 水平方向分力：F1＝Fcosθ 豎直方向分力：F2＝Fsinθ 由力的平衡條件可得：F1＝f，F(xiàn)2＝mg＋N 又由滑動(dòng)摩擦力公式知：f＝μN(yùn) 由以上各式可得f＝Fcosθ＝μ(Fsinθ－mg) 故正確選項(xiàng)為B、C. 答案：BC 圖5－3、4－16 10．如圖5－3、4－16所示，能承受最大拉力為10 N的細(xì)線OA與豎直方向成45角，能承受最大拉力為5 N的細(xì)線OB水平，細(xì)線OC能承受足夠大的拉力．為使OA、OB均不被拉斷，OC下端所懸掛物體的最大重力是多少？ 解析：取點(diǎn)O為研究對(duì)象，受力如圖所示，設(shè)OA上的拉力先達(dá)到最大值，即F1＝10 N，由平衡條件F2＝F1sin45＝10 N＝7.07 N＞5 N，所以在物重逐漸增大時(shí)，細(xì)線OB先被拉斷． 設(shè)OB線上的拉力剛好達(dá)到最大值F2′＝5 N，處于被拉斷的臨界狀態(tài)，由平衡條件F1′sin45＝F2′，F(xiàn)1′cos45＝F3＝Gmax，解得Gmax＝F2′＝5 N. 答案：5 N 11．已知一質(zhì)量m＝1 kg的物體在傾角α＝37的斜面上恰能勻速下滑，當(dāng)對(duì)該物體施加一個(gè)沿斜面向上的推力F時(shí)，物體恰能勻速上滑．(取g＝10 m/s2.sin37＝0.6，cos37＝0.8) (1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ是多大？ (2)求推力F的大小． 答案：(1)0.75　(2)12 N 圖5－3、4－17 12．在科學(xué)研究中，可以用風(fēng)力儀直接測(cè)量風(fēng)力的大小，其原理如圖5－3、4－17所示．儀器中有一根輕質(zhì)金屬絲，懸掛著一個(gè)金屬球．無(wú)風(fēng)時(shí)，金屬絲豎直下垂；當(dāng)受到沿水平方向吹來的風(fēng)時(shí)，金屬絲偏離豎直方向一個(gè)角度．風(fēng)力越大，偏角越大．通過傳感器，就可以根據(jù)偏角的大小指示出風(fēng)力大?。敲?，風(fēng)力大小F跟小球質(zhì)量m、偏角θ之間有什么關(guān)系呢？ 解析：以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，有風(fēng)時(shí)，它受到三個(gè)力作用：重力mg，豎直向下；風(fēng)力F，水平向左；金屬絲拉力T，沿金屬絲傾斜向上，如圖所示．當(dāng)風(fēng)力一定時(shí)，小球能保持在一定的偏角θ的位置上．以小球?yàn)樵c(diǎn)，取水平方向?yàn)閤軸，豎直方向?yàn)閥軸，由三個(gè)力的合力等于零的條件，就可以列出方程，求出用小球質(zhì)量m和偏角θ表示風(fēng)力F大小的關(guān)系式． 由水平方向上的合力Fx合和豎直方向上的合力Fy合分別等于零，即Fx合＝Tsinθ－F＝0，F(xiàn)y合＝Tcosθ－mg＝0. 有Tsinθ＝F，Tcosθ＝mg，兩式相比，得F＝mgtanθ. 由所得結(jié)果可見，當(dāng)小球質(zhì)量m一定時(shí)，風(fēng)力F只跟偏角θ有關(guān)．因此，根據(jù)偏角θ的大小就可以指示出風(fēng)力的大?。? 答案：見解析