1力与物体平衡.docx
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1力与物体平衡
课时作业1 力与物体的平衡
时间：
45分钟
一、单项选择题
1.如图所示，物块a、b质量分别为2m、m，水平地面和竖直墙面均光滑，在水平推力F作用下，两物块均处于静止状态，则（ ）
A．物块b受四个力作用
B．物块b受到的摩擦力大小等于2mg
C．物块b对地面的压力大小等于mg
D．物块a受到物块b的作用力水平向右
解析：
物块b受重力、地面的支持力、物块a的水平弹力、物块a的竖直向下的摩擦力及外力F作用而静止，A错；物块a受重力、墙壁的弹力、物块b的水平弹力和竖直向上的摩擦力作用而静止，所以物块a受到物块b的作用力是斜向右上方的，D错；物块b对物块a的摩擦力大小为2mg，所以物块b受到的摩擦力大小等于2mg，B对；由整体法可知物块b对地面的压力大小等于3mg，C错．
答案：
B
2．（2014·山东卷）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各剪去一小段，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（ ）
A．F1不变，F2变大B．F1不变，F2变小
C．F1变大，F2变大D．F1变小，F2变小
解析：
木板静止时受力情况如图所示，设轻绳与竖直木桩的夹角为θ，由平衡条件知，合力F1＝0，故F1不变，F2＝
，剪短轻绳后，θ增大，cosθ减小，F2增大，故A正确．
答案：
A
3．（2015·河南名校模拟）如图所示，斜面小车M静止在光滑水平面上，一边紧贴墙壁．若再在斜面上加一物体m，且小车M、物体m相对静止，此时小车受力个数为（ ）
A．3B．4
C．5D．6
解析：
对小车和物体整体，它们必受到重力和地面的支持力，因小车、物体相对静止，由平衡条件知墙面对小车必无作用力，以小车为研究对象，它受重力Mg，地面的支持力FN1，物体对它的压力FN2和静摩擦力Ff，B对．
答案：
B
4．（2015·上海四区二模）如图所示，作用于坐标原点O的三个力平衡，已知三个力均位于xOy平面内，其中力F1的大小不变，方向沿y轴负方向；力F2的大小未知，方向与x轴正方向的夹角为θ，则下列关于力F3的判断正确的是（ ）
A．力F3只能在第二象限
B．力F3与F2的夹角越小，则F2与F3的合力越小
C．力F3的最小值为F1cosθ
D．力F3可能在第三象限的任意区域
解析：
因三力平衡，所以三个力中任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线，力F3只能在F1与F2之间的某个方向的反向延长线上，可能在第二象限，也可能在第三象限内F2的反向延长线上方，A、D错；由于三力平衡，F2与F3的合力大小始终等于F1的大小，B错；利用力的合成可知当F1、F2的合力F与F2垂直时合力F最小，等于F1cosθ，由F3＝－F可知，C对．
答案：
C
5．（2015·武昌区5月适应性考试）“嫦娥三号”着陆器在月球表面软着陆后，着陆器的机械手臂带着“玉兔号”月球车缓慢地下降到月球表面，下落过程中机械手臂与“玉兔号”月球车保持相对静止．如图所示，由位置1到位置3，着陆器对“玉兔号”月球车的支持力FN和摩擦力Ff大小变化情况是（ ）
A．FN变小，Ff变小
B．FN变小，Ff变大
C．FN变大，Ff变小
D．FN变大，Ff变大
解析：
开始时“玉兔号”月球车受重力和支持力，下降过程还受到沿接触面向上的静摩擦力；静摩擦力等于重力沿接触面向下的分力，即Ff＝mgsinθ，随角度的增大，摩擦力增大，支持力FN＝mgcosθ，随角度的增大，支持力逐渐减小，故B对．
答案：
B
二、多项选择题
6.如图所示，水平地面粗糙，A、B两同学站在地上水平推墙．甲图中A向前推B，B向前推墙；乙图中A、B同时向前推墙．每人用力的大小都为F，方向水平，则下列说法中正确的是（ ）
A．甲图方式中墙受到的推力为2F
B．乙图方式中墙受到的推力为2F
C．甲图方式中两位同学受到地面的摩擦力大小都为F
D．乙图方式中两位同学受到地面的摩擦力大小都为F
解析：
对于题图甲所示的情况，先以墙壁为研究对象，此时墙壁受到的推力只有B对它的推力F，如图a所示．选项A错误．对于图乙所示的情况，墙壁在水平方向所受的人的作用力如图b所示（俯视图），此时墙壁所受到的推力为F合＝2F.根据力的平衡可知A、B两人受到的静摩擦力均为f＝F.选项B、D正确．
然后再以B为研究对象，B受到A的推力F和墙壁的反作用力F1′，由于F＝F1′，所以此时B在水平方向不受摩擦力的作用，B同学在水平方向的受力情况如图c所示，再以A为研究对象，根据牛顿第三定律可知由于A对B的作用力为F，所以B对A的反作用力F2′＝F，根据力的平衡可知A所受地面的摩擦力为F，A同学在水平方向的受力情况如图d所示．选项C错．
答案：
BD
7．如图所示，质量相同分布均匀的两个圆柱体a、b靠在一起，表面光滑，重力均为G，其中b的下一半刚好固定在水平面MN的下方，上边露出另一半，a静止在平面上．现过a的轴心施以水平作用力F，可缓慢地将a拉离水平面且一直滑到b的顶端，对该过程进行分析，应有（ ）
A．拉力F先增大后减小，最大值是G
B．开始时拉力F最大为
G，以后逐渐减小为0
C．a、b间弹力由0逐渐增大，最大为G
D．a、b间的弹力开始时最大为2G，而后逐渐减小到G
解析：
对圆柱体a受力分析可知，a受重力、b的弹力和拉力F三个力的作用，拉力F方向不变，始终沿水平方向，重力大小、方向均不变，b的弹力始终沿两轴心的连线，画出力的矢量三角形分析易得b的弹力N＝
，拉力F＝
，由于θ逐渐增大，所以b的弹力和拉力F均逐渐减小，开始时的最大值分别为2G和
G，而后逐渐减小，至θ＝90°时，最小值分别为G和0.故选项B、D正确．
答案：
BD
8．如图所示，一条细线一端与地板上的物体B相连，另一端绕过质量不计的定滑轮与小球A相连，定滑轮用另一条细线悬挂在天花板上的O′点，细线与竖直方向所成角度为α，则（ ）
A．如果将物体B在地板上向右移动一点，α角将增大
B．无论物体B在地板上左移还是右移，只要距离足够小，α角将不变
C．增大小球A的质量，α角一定减小
D．悬挂定滑轮的细线的弹力不可能等于小球A的重力
解析：
O、A之间的细线一定沿竖直方向，如果物体B在地板上向右移动一点，O、B间的细线将向右偏转，OA与OB间的夹角将增大．OA与OB两段细线上的弹力都等于小球A的重力，其合力与悬挂定滑轮的细线的弹力大小相等、方向相反，悬挂定滑轮的细线的弹力方向（即OO′的方向）与∠AOB的角平分线在一条直线上，显然物体B在地板上向右移动时α角将增大，选项A正确，B错误；增大小球A的质量，只要物体B的位置不变，则α角也不变，选项C错误；因物体B无论在地板上移动多远，∠AOB都不可能达到120°，故悬挂定滑轮的细线的弹力不可能等于小球A的重力，选项D正确．
答案：
AD
三、计算题
9．（2015·新课标全国卷Ⅰ）如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘．金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量．
解析：
依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下．
开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长为Δl1＝0.5cm.由胡克定律和力的平衡条件得
2kΔl1＝mg①
式中，m为金属棒的质量，k是弹簧的劲度系数，g是重力加速度的大小．
开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为
F＝IBL②
式中，I是回路电流，L是金属棒的长度．两弹簧各自再伸长了Δl2＝0.3cm，由胡克定律和力的平衡条件得
2k（Δl1＋Δl2）＝mg＋F③
由欧姆定律有
E＝IR④
式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻．
联立①②③④式，并代入题给数据得m＝0.01kg.
答案：
竖直向下 0.01kg
10．（2015·泰州模拟）如图所示，ace和bdf是间距为L的两根足够长平行导轨，导轨平面与水平面的夹角为θ.整个装置处在磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，ab之间连有阻值为R的电阻．若将一质量为m的金属棒置于ef端，今用大小为F、方向沿斜面向上的恒力把金属棒从ef位置由静止推至距ef端s处的cd位置（此时金属棒已经做匀速运动），现撤去恒力F，金属棒最后又回到ef端（此时金属棒也已经做匀速运动）．若不计导轨和金属棒的电阻，且金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ.求：
（1）金属棒上滑过程中的最大速度；
（2）金属棒下滑过程的末速度．
解析：
（1）设当金属棒上滑到匀速时速度最大为v1，此时受力平衡，则：
F－μmgcosθ－mgsinθ－BI1L＝0
I1＝
解得v1＝
.
（2）设金属棒下滑过程的末速度为v2，此时受力平衡，则：
BI2L＋μmgcosθ－mgsinθ＝0
I2＝
解得v2＝
.
答案：
（1）
（2）
11．如图所示，物体A的质量为2kg，两轻绳AB和AC（LAB＝2LAC）的一端连接在竖直墙上，另一端系在物体A上．现在物体A上施加一个与水平方向成60°角的拉力F，要使两绳都能伸直，试求拉力F大小的取值范围．（g取10m/s2）
解析：
当AC绳上的张力FAC＝0时，拉力F有最小值Fmin，此时物体A的受力情况如图甲所示，根据平衡条件可得2Fminsin60°＝mg，解得Fmin＝
N.
当AB绳上的张力FAB＝0时，拉力F有最大值Fmax，此时物体A的受力情况如图乙所示，根据平衡条件可得
Fmaxsin60°＝mg，解得Fmax＝
N
故F的取值范围为
N≤F≤
N.
答案：
N≤F≤
N
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