教科版物理必修一作业：第4章第1节共点力作用下物体的平衡

第四章物体的平衡第1节共点力作用下物体的平衡1．物体在共点力的作用下，保持________或做____________，我们就说这个物体处于平衡状态．共点力作用下物体的平衡条件是____________．其数学表达式为F合＝______或F x合＝其中F x合为物体在x轴方向上所受的合外力，F y合为物体在y轴方向上所受F y合＝的合外力．2．共点力作用下物体的平衡条件(F合＝0)的应用步骤(1)选定____________，依据题意应该用整体法还是隔离法更有利于解决问题，应视具体问题而定．(2)对研究对象进行准确的__________，找出哪些物体对要研究的物体有力的作用．(3)画出________________，并将某些力进行合成或分解，作出平行四边形．(4)根据平衡条件：____________，列出平衡方程进行求解．3．下列情况下，物体处于平衡状态的有()A．自由下落B．沿斜面匀速下滑C．物体被竖直向上抛出到达最高点时D．处于超重状态的物体4．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是()A．物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态B．物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态C．物体所受合力为零，就一定处于平衡状态D．物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态5．一物体放在粗糙的水平面上，质量m＝5 kg，物体与水平面间的动摩擦因数为μ＝0.3，当用水平力F作用在物体上时，物体恰好做匀速直线运动，则力F应为多少？【概念规律练】知识点一共点力作用下物体的平衡1．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是()A．物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态B．一物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态C．物体所受合力为零，就一定处于平衡状态D．物体做匀加速直线运动时，物体处于平衡状态2．如图1所示，物块在力F作用下向右沿水平方向匀速运动，则物块所受的摩擦力f 与拉力F的合力方向应该是()图1A．水平向右B．竖直向上C．向右偏上D．向左偏上知识点二作用力、反作用力和平衡力的区别3．下列选项中关于作用力、反作用力和一对平衡力的认识，正确的是()A．一对平衡力的合力为零，作用效果相互抵消，一对作用力与反作用力的合力也为零，作用效果也相互抵消B．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，且性质相同，平衡力的性质却不一定相同C．作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失，且一对平衡力也是如此D．先有作用力，接着才有反作用力，一对平衡力却是同时作用在同一个物体上4. 如图2所示，水平力F把一个物体紧压在竖直的墙壁上静止不动，下列说法中正确的是()图2A ．作用力F 跟墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力B ．作用力F 与物体对墙壁的压力是一对平衡力C ．物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力D ．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力知识点三 利用平衡条件求解物体受力5．某物体处于平衡状态时受到四个力的作用，保持其中三个力大小和方向均不变，将另一个力F 保持其大小不变，方向转过90°角，则欲使物体仍保持静止状态，必须再加上一个大小为多大的力才行( )A ．F B.2F C ．2F D ．3F6．物体受到三个共点力F 1＝7 N 、F 2＝9 N 及未知力F 作用而平衡，试讨论F 的取值范围；若物体受到四个共点力F 1＝7 N 、F 2＝9 N 、F 3＝3 N 及未知力F 4作用而平衡，则F 4的取值范围如何呢？【方法技巧练】利用正交分解法分析平衡问题7. 如图3所示，重力为500 N 的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200 N 的物体，当绳与水平面成60°角时，物体静止．不计滑轮与绳的摩擦．求地面对人的支持力和摩擦力．图38．如图4所示，用绳AC 和BC 吊起一重物，绳与竖直方向夹角分别为30°和60°，AC 绳能承受的最大的拉力为150 N ，而BC 绳能承受的最大的拉力为100 N ，求物体最大重力不能超过多少？图41．下列物体中处于平衡状态的是( )A ．静止在粗糙斜面上的物体B ．沿光滑斜面下滑的物体C ．在平直路面上匀速行驶的汽车D ．做自由落体运动的物体在刚开始下落的一瞬间2．物体静止放置在粗糙斜面上，斜面对物体的作用力的方向是( )A ．垂直斜面向上B ．可能沿斜面向下C ．竖直向上D ．无法判断3．下列关于物体的平衡状态的说法，正确的是( )A ．只有在静止和匀速直线运动状态，物体才处于平衡状态B ．做竖直上抛运动的物体，上升到最高点时速度为零，此瞬间物体处于平衡状态C ．若一个物体相对另一个物体静止，则此物体处于平衡状态D ．若一个物体所受合外力为零，则此物体处于静止状态4．下列各组的三个共点力不能使物体处于平衡状态的是( )A ．F 1＝5 N ，F 2＝5 N ，F 3＝1 NB ．F 1＝1 N ，F 2＝3 N ，F 3＝1 NC ．F 1＝2 N ，F 2＝4 N ，F 3＝6 ND ．F 1＝6 N ，F 2＝10 N ，F 3＝8 N5. 建筑工人用如图5所示的定滑轮装置运送建筑材料．质量为70.0 kg 的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0 kg 的建筑材料以0.500 m/s 2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(g 取10 m/s 2)( )图5A ．510 NB ．490 NC ．890 ND ．910 N6. 如图6所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m 的照相机．三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成30°角，则每根支架中承受的压力大小为( )图6A.13mgB.23mgC.36mg D.239mg 7. 图7中，a 、b 、c 为三物块，M 、N 为两轻质弹簧，R 为跨过光滑定滑轮的轻绳，把它们按如图所示方式连接，并处于平衡状态( )图7A ．有可能N 处于拉伸状态而M 处于压缩状态B ．有可能N 处于压缩状态而M 处于拉伸状态C ．有可能N 处于不伸不缩状态而M 处于拉伸状态D ．有可能N 处于拉伸状态而M 处于不伸不缩状态8. 如图8所示，质量为m 的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上．已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为μ，斜面的倾角为30°，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为( )图8A.32mg 和12mgB.12mg 和32mg C.12mg 和12μmg D. 32mg 和32μmg 9．如图9所示，一物块置于水平地面上，当用与水平方向成60°角的力F 1拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成30°角的力F 2推物块时，物块仍做匀速直线运动．若F 1和F 2的大小相等，则物块与地面之间的动摩擦因数为( )图9A.3－1 B ．2－ 3C.32－12 D ．1－3210. 如图10所示，质量为m 的物体悬挂在轻质支架上，斜梁OB 与竖直方向的夹角为θ.设水平横梁OA 和斜梁OB 作用于O 点的弹力分别为F 1和F 2，以下结果正确的是( )图10A ．F 1＝mg sin θB ．F 1＝mg sin θC ．F 2＝mg cos θD ．F 2＝mg1面匀速滑行，如图11甲所示则木块与木板之间的动摩擦因数为多少？若将木板垫成倾角为α＝37°斜面(如图乙所示)，要使木块仍能沿斜面匀速向上滑行，则沿平行于斜面向上的拉力F 2应多大？(已知cos 37°＝0.8，sin 37°＝0.6，g ＝10 N/kg)图11 第四章 物体的平衡第1节 共点力作用下物体的平衡答案课前预习练1．静止 匀速直线运动 合力为零 0 0 02．(1)研究对象 (2)受力分析 (3)受力示意图(4)F 合＝03．B [物体没有处于平衡状态一定是物体不处于静止或匀速直线运动状态，或者说物体受到的合力不为零，因此自由下落的物体不是处于平衡状态；沿斜面匀速下滑的物体，显然处于平衡状态；而竖直向上抛出到达最高点时的物体，尽管物体的瞬时速度为零，但它不处于静止状态，受到的合力不是零，因此也不处于平衡状态；处于超重状态的物体，因为具有向上的加速度或向上的分加速度，合力不是零，也不是处于平衡状态．]4．C5．15 N解析 F ＝μmg ＝0.3×5×10 N ＝15 N.课堂探究练1．C2．B [对物块进行受力分析如右图所示，除F 与f 外，它还受竖直向下的重力G 及竖直向上的支持力N ，物块匀速运动，处于平衡状态，合力为零．由于重力G 和支持力N 在竖直方向上，将重力和支持力等效成一个竖直向下的力，四力平衡转化为三力平衡，则根据三力平衡的原理，F 与f 的合力必须和重力与支持力的合力等大反向，所以沿竖直方向向上．故B 正确．]点评 (1)三力平衡的特点：任意两个力的合力必和第三个力等大反向．(2)n 个力共点平衡最终可以等效成二力平衡．3．B [作用力与反作用力是作用在两个不同物体上，作用效果不能抵消，A 错；作用力与反作用力具有同时性、同性质的特点，而平衡力不一定具备这些特点，B 对，C 、D 错．]点评 (1)作用力和反作用力一定作用在两个不同物体上，不能抵消，而平衡力一定作用在同一物体上，合力一定为零．(2)作用力和反作用力一定是同种性质的力，而平衡力不一定是同种性质的力．(3)作用力和反作用力总是同时产生，同时消失，而一对平衡力则不一定．4．CD [作用力F 跟墙壁对物体的压力作用在同一物体上，大小相等，方向相反，在一条直线上，是一对平衡力，因此选项A 错误；作用力F 作用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不能成为平衡力(且由于不是两个物体间的相互作用力，因此也不是作用力与反作用力)，选项B 错误；在竖直方向上物体受重力，方向竖直向下，还受墙壁对物体的静摩擦力，方向竖直向上，由于物体处于平衡状态，因此这两个力是一对平衡力，选项C 正确；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是两个物体间的相互作用力，因此是一对作用力与反作用力，选项D 正确. ]5．B6．2 N ≤F ≤16 N 0 N ≤F 4≤19 N解析 物体受到F 1、F 2、F 三个共点力作用处于平衡状态，因此三力的合力为零，即F 与F 1、F 2的合力等大、反向；而F 1、F 2的合力大小范围是2 N ≤F 合≤16 N ，因此F 的取值范围是2 N ≤F ≤16 N ；同理，若物体受到四个共点力F 1、F 2、F 3及F 4作用而平衡，则F 4与F 1、F 2、F 3三力的合力等大反向．因F 1、F 2的合力范围是2 N ≤F 12≤16 N ，当F 12取3 N 且方向与F 3反向时，F 1、F 2、F 3三力的合力最小，为0 N ；当F 1、F 2、F 3三力在同一方向时，其合力最大，最大值为19 N ．因此F 4的取值范围是0 N ≤F 4≤19 N.7．100(5－3) N 100 N解析 人和重物静止，所受合力皆为零，对物体受力分析得到，绳的拉力F ′等于物重200 N ；人受四个力作用，将绳的拉力分解，即可求解且人受绳的拉力F 大小与F ′相同，则F ＝F ′＝200 N.如右图所示，以人为研究对象，将绳的拉力分解得水平分力F x ＝F cos 60°＝200×12N ＝100 N 竖直分力F y ＝F sin 60°＝200×32N ＝100 3 N 在x 轴上，f 与F x 二力平衡，所以静摩擦力f ＝F x ＝100 N ，在y 轴上，三力平衡得，地面对人的支持力N ＝G －F y ＝(500－1003) N ＝100(5－3) N.方法总结 正交分解法不仅可以应用于力的分解，也可应用于其他任何矢量的分解，我们选取坐标系时，可以是任意的，不过选择合适的坐标系可以使问题简化，通常坐标系的先取有两个原则：(1)使尽量多的矢量落在坐标轴上，(2)尽量使未知量落在坐标轴上．8．173.2 N解析 以重物为研究对象，重物受力如右图所示，重物静止，加速度为零．由平衡条件得T AC sin 30°－T BC sin 60°＝0①T AC cos 30°＋T BC cos 60°－G ＝0②由式①可知T AC ＝3T BC当T BC ＝100 N 时，T AC ＝173 N ，AC 将断．而当T AC ＝150 N 时，T BC ＝86.6 N<100 N将T AC ＝150 N ，T BC ＝86.6 N 代入式②解得G ＝173.2 N所以重物的最大重力不能超过173.2 N.课后巩固练1．AC 2.C 3.A 4.B5．B [对建筑材料进行受力分析．根据牛顿第二定律有F －mg ＝ma ，得绳子的拉力大小等于F ＝210 N ．然后再对人受力分析由平衡知识得Mg ＝F ＋N ，得N ＝490 N ，根据牛顿第二定律可知人对地面的压力为490 N ，B 对．]6．D [题中每根支架对照相机的作用力F 沿每根支架向上，这三个力的合力等于照相机的重力，所以有3F cos 30°＝mg ，得F ＝mg 3cos 30°＝239mg ，故D 正确．] 7．AD8．A [等边三棱柱静止在斜面上，处于平衡状态，故所受合力为零，由受力分析可知其受重力、弹力和静摩擦力，画出受力分析图可知斜面对三棱柱的支持力N ＝mg cos 30°＝32mg ，摩擦力F 1＝mg sin 30°＝12mg ，A 正确．] 9．B [当用F 1拉物块时，由平衡条件可知：F 1cos 60°＝μ(mg －F 1sin 60°)；当用F 2推物块时，又有F 2cos 30°＝μ(mg ＋F 2sin 30°)，又F 1＝F 2，求得μ＝cos 30°－cos 60°sin 30°＋sin 60°＝2－3，B 正确．]10．D [由题可知，对悬挂的物体由力的平衡条件可知绳子的拉力等于其重力，则绳子拉O 点的力也等于重力．求OA 和OB 的弹力，选择的研究对象为作用点O ，受力分析如图，由平衡条件可知，F 1和F 2的合力与T 等大反向，则由平等四边形定则和几何关系可得：F 1＝mg tanθ，F 2＝mg cos θ，则D 正确．] 11．(1)0.2 (2)15.2 N。