高中物理粤教版 (2019)必修 第一册第六节 共点力的平衡条件及其应用当堂检测题
展开A级 合格达标
1.如图所示,物体A在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上,关于A受力的个数,下列说法中正确的是( )
A.A一定受两个力作用
B.A一定受四个力作用
C.A可能受三个力作用
D.A受两个力或者四个力作用
解析:若拉力F大小等于物体的重力,则物体与斜面没有相互作用力,所以物体就只受到两个力作用;若拉力F小于物体的重力,则斜面对物体产生支持力和静摩擦力,故物体应受到四个力作用.
答案:D
2.如图所示,一重为10 N的球固定在支杆AB的上端,今用一段绳子水平拉球,使杆发生弯曲,已知绳的拉力为7.5 N,则AB杆对球的作用力( )
A.大小为7.5 N
B.大小为10 N
C.方向与水平方向成53°角斜向右下方
D.方向与水平方向成53°角斜向左上方
解析:对小球进行受力分析可得,AB杆对球的作用力F和绳的拉力的合力与小球的重力等大、反向,可得F方向斜向左上方,设AB杆对小球的作用力与水平方向夹角为α,可得tan α=eq \f(G,F拉)=eq \f(4,3),α=53°,F=eq \f(G,sin 53°)=12.5 N.
答案:D
3.如图所示是一名登山运动员攀登陡峭山壁的情形,如果认为峭壁的平面是竖直的平面,壁面是光滑的,腿与峭壁面是垂直的,轻绳与壁面的夹角为30°,运动员的质量为80 kg.则轻绳对运动员的拉力大小为(g取10 m/s2)( )
A.eq \f(800\r(3),3) N B.800 N
C.eq \f(1 600\r(3),3) N D.1 600 N
解析:对运动员受力分析可知,轻绳对运动员的拉力T=eq \f(mg,cs 30°)=eq \f(1 600\r(3),3) N.
答案:C
4.重力为G的体操运动员在进行自由体操比赛时,有如图所示的比赛动作,当运动员竖直倒立保持静止状态时,两手臂对称支撑,夹角为θ,则( )
A.当θ=60°时,运动员单手对地面的正压力大小为eq \f(G,2)
B.当θ=120°时,运动员单手对地面的正压力大小为G
C.当θ不同时,运动员受到的合力不同
D.当θ不同时,运动员与地面之间的相互作用力不相等
解析:运动员竖直倒立在地面上保持静止状态时,地面对两手的支持力竖直向上,人的受力如图所示,由平衡关系可知,2FN=G,即FN=eq \f(G,2),FN与θ角无关,所以选项A正确,B错误.不管角度如何,运动员受到的合力都为零,即地面对运动员的支持力与重力大小相等、方向相反,选项C、D错误.
答案:A
5.如图所示,轻绳OA一端固定在天花板上,另一端系一光滑的圆环,一根系着物体的轻绳穿过圆环后,另一端固定在墙上B点,且OB处于水平.现将A点缓慢沿天花板水平向右移动,且OB段的轻绳始终保持水平,则OA、OB段轻绳所受的拉力的大小TA、TB的变化情况是( )
A.TA增大,TB不变 B.TA、TB均不变
C.TA不变,TB增大 D.TA、TB均减小
解析:因为圆环光滑,则OC、OB段轻绳所受的拉力的大小TC、TB始终相等,且等于物体的重力.又OB段轻绳始终保持水平,OC段轻绳始终保持竖直,则A点缓慢右移,圆环也随之右移,角θ不变,由平衡条件可知OA段绳上所受的拉力不变.
答案:B
6.在粗糙水平地面上与墙平行放着一个截面为半圆的柱状物体A,A与竖直墙面间放一光滑圆球B,整个装置处于静止状态,截面如图所示.现对B施加一竖直向下的力F,F的作用线通过球心,设墙对B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.若F缓慢增大而整个装置仍保持静止,在此过程中( )
A.F1保持不变,F3缓慢增大
B.F1缓慢增大,F3保持不变
C.F2缓慢增大,F3缓慢增大
D.F2缓慢增大,F3保持不变
解析:球B受力情况如图所示,墙对球B的作用力及A对球B的作用力的合力与F及重力的合力大小相等,方向相反,故当F增大时,B对A的压力增大,即F2增大,同理可知,墙对B的作用力F1增大;对整体分析,整体竖直方向受重力、支持力及压力F,水平方向受墙的作用力F1和地面对A的摩擦力F3而处于平衡,由平衡条件得,当F增大时,地面对A的摩擦力F3增大,故选项C正确.
答案:C
7.如图所示,轻绳通过轻质动滑轮悬挂一个质量为m的P物体,一端与竖直墙壁上的A点相连,另一端与质量也为m的Q物体连接,Q放在倾角为30°的斜面上.若A点缓慢向上移动少许,Q始终保持静止,下列说法正确的是( )
A.绳的拉力大小一直变大
B.绳的拉力大小不变
C.物体Q所受的摩擦力先变小后变大
D.物体P所受的合力逐渐变大
解析:对动滑轮受力分析,如图所示,绳中的拉力大小T=eq \f(G,2sin α),因Q静止,悬挂物体P的总绳长(AO+BO)不变,所以sin α=eq \r(1-cs2 α)= eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(CD,AC)))\s\up12(2))=eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(CD,AO+OC)))\s\up12(2)),由于OB=OC,故α不变,则绳中的拉力T也不变,B正确,A错误;A点缓慢移动的过程中物体P处于平衡状态,所受合力为零,选项D错误;绳子的拉力不变,物体Q受力情况不变,摩擦力大小不变,选项C错误.
答案:B
B级 等级提升
8.如图所示,甲、乙两个小球的质量均为m,两球间用细线连接,甲球用细线悬挂在天花板上.现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球,平衡时细线都被拉紧.则平衡时两球的可能位置是下列选项中的( )
A B C D
解析:用整体法分析,把两个小球看作一个整体,此整体受到的外力为竖直向下的重力2mg、水平向左的力F(甲受到的)、水平向右的力F(乙受到的)和细线1的拉力,两水平力相互平衡,故细线1的拉力一定与重力2mg等大反向,即细线1一定竖直;再用隔离法,分析乙球受力的情况,乙球受到向下的重力mg、水平向右的拉力F、细线2的拉力F2.要使得乙球受力平衡,细线2必须向右倾斜.故A正确.
答案:A
9.如图所示,两个相同的小物块P、Q静止在斜面上,P与Q之间的弹簧A处于伸长状态,Q与挡板间的弹簧B处于压缩状态,则以下判断正确的是( )
A.撤去弹簧A,物块P将下滑,物块Q将静止
B.撤去弹簧A,弹簧B的弹力将变小
C.撤去弹簧B,两个物块均保持静止
D.撤去弹簧B,弹簧A的弹力将变小
解析:由于物块Q受弹簧A、B的弹力及重力沿斜面的分力方向都沿斜面向下,仍能保持静止,则不论撤去弹簧A,还是弹簧B,两物块一定都能保持静止,由于物块静止,弹簧形变不改变,弹力不变.所以选项A、B、D错误,C正确.
答案:C
10.如图甲所示,在粗糙水平面上静止放置一个截面为三角形的斜劈,其质量为M.两个质量分别为m1和m2的小物块恰好能沿两侧面匀速下滑.若现在对两物块同时各施加一个平行于斜劈侧面的恒力F1和F2,且F1>F2,如图乙所示.则在两个小物块沿斜面下滑的过程中,下列说法正确的是( )
甲 乙
A.斜劈可能向左运动
B.斜劈受到地面向右的摩擦力作用
C.斜劈对地面的压力大小等于(M+m1+m2)g
D.斜劈对地面的压力大小等于(M+m1+m2)g+
F1sin α+F2sin β
解析:在未施加力之前,三个物体都处于平衡状态,故可把三个物体作为整体受力分析,受重力和支持力,故支持力为(M+m1+m2)g,没有摩擦力;施加力之后,两个物体对斜劈的压力和摩擦力不变,故斜劈受力情况不变,故斜劈仍保持静止,斜劈对地面的压力大小等于(M+m1+m2)g,与地面间没有摩擦力,故选项C正确.
答案:C
11.如图所示,a、b两细绳一端系着质量为m的小球,另一端系在竖直放置的圆环上,小球位于圆环的中心,开始时绳a水平,绳b倾斜.现将圆环在竖直平面内顺时针缓慢地向右滚动至绳b水平,在此过程中( )
A.a上的张力逐渐增大,b上的张力逐渐增大
B.a上的张力逐渐减小,b上的张力逐渐减小
C.a上的张力逐渐减小,b上的张力逐渐增大
D.a上的张力逐渐增大,b上的张力逐渐减小
解析:对小球进行受力分析,如图所示.在缓慢转动的过程中,小球始终处于平衡状态,由正弦定理得eq \f(mg,sin γ)=eq \f(Fa,sin α)=eq \f(Fb,sin β),γ角不变,α角增大,sin α逐渐增大,可得Fa逐渐增大,β角减小,sin β逐渐减小,可得,Fb逐渐减小.
答案:D
12.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T1,绳OP刚松弛时,O′P绳拉力为T2,则T1∶T2为(sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)( )
A.3∶4 B.4∶3
C.3∶5 D.4∶5
解析: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T1=eq \f(4,5)mg,绳OP刚松弛时,小球受力如图乙,则T2=eq \f(4,3)mg.则T1∶T2=3∶5,C正确.
甲 乙
答案:C
13.(多选)如图所示,光滑轻滑轮通过支架固定在天花板上,一足够长的细绳跨过滑轮,一端悬挂小球b,另一端与套在水平细杆上的小球a连接.小球a在水平拉力F作用下从图示虚线位置开始缓慢向右移动.已知小球a和小球b的质量分别是m和2m,重力加速度大小为g,小球a与细杆间的动摩擦因数为eq \f(\r(3),3).则下列说法正确的是( )
A.当细绳与细杆的夹角为60°时,拉力F的大小为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2-\f(\r(3),3)))mg
B.支架对轻滑轮的作用力大小逐渐增大
C.拉力F的大小一直增大
D.拉力F的大小先减小后增大
解析:由于小球a缓慢向右移动,所以小球a与小球b均处于平衡状态.设细绳与细杆的夹角为θ,当θ=30°时,细绳的拉力在竖直方向的分力等于小球a的重力,细杆对小球a的弹力为零;当θ>30°时,细绳的拉力在竖直方向的分力大于小球a的重力,所以细杆对小球a的弹力方向竖直向下;当θ<30°时,细绳的拉力在竖直方向的分力小于小球a的重力,细杆对小球a的弹力方向竖直向上.当θ=60°时,对小球a受力分析如图所示,有F=f+Tcs θ,Tsinθ=mg+FN,f=μFN,对小球b有T=2mg,解得F=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2-\f(\r(3),3)))mg,故A正确;随着小球a向右移动,两段绳子的夹角越来越大,由于绳子的张力大小始终不变,所以轻滑轮所受细绳的合力将减小,则支架对轻滑轮的作用力也减小,故B错误;当细杆对小球a的弹力方向竖直向下时,即θ>30°时,拉力F=μ(2mg·sin θ-mg)+2mgcs θ=2mgeq \r(1+μ2)sin(θ+φ)-μmgeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(其中tanφ=\f(1,μ)=\r(3),φ=60°)),θ+φ>eq \f(π,2),此时随着θ减小,F增大;当细杆对小球a的弹力方向竖直向上时,即θ<30°,拉力F=μ(mg-2mgsin θ)+2mgcs θ=μmg+2mgeq \r(1+μ2)sin(φ-θ),0<φ-θ<eq \f(π,2),此时随着θ减小,F也增大,故C正确,D错误.
答案:AC
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