教科版物理一第四章物体的平衡6应用相似三角形法解决动态平衡问题(练习)

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教科版物理一第四章物体的平衡6应用相似三

角形法解决动态平衡问题(练习)

1. 如下图,有一质量不计的杆AO ,长为R ,可绕A 自由转动。用绳在O 点悬挂一个重为G 的物体,另一根绳一端系在O 点,另一端系在以O 点为圆心的圆弧形墙壁上的C 点。当点C 由图示位置逐渐向上沿圆弧C B 移动过程中〔保持OA 与地面夹角θ不变〕,OC 绳所受拉力的大小变化情况是〔 〕

A. 逐渐减小

B. 逐渐增大

C. 先减小后增大

D. 先增大后减小 2. 如下图,不计重力的轻杆OP 能以O 为轴在竖直平面内自由转动,P 端挂一重物,另用一根轻绳通过滑轮系住P 端,当OP 和竖直方向的夹角a 缓慢增大时〔π<

A. 恒定不变

B. 逐渐增大

C. 逐渐减小

D. 先增大后减小

3. 两个大小相同的小球带有同种电荷〔可看作点电荷〕,质量分别为m1和m2,带电量分别是q1和q2,用两等长的绝缘线悬挂后,因静电力而使两悬线张开,分别与竖直方向成夹角1α和2α,如下图,假设21αα=,那么以下结论正确的选项是〔 〕

A. q1一定等于q2

B. 一定满足2

211m q m q = C. m1一定等于m2 D. 必定同时满足q1=q2,m1=m2 4. 某欧式建筑物屋顶为半球形,一警卫人员为执行特殊任务,必须冒险在半球形屋顶上向上缓慢爬行〔见以下图〕,他在向上爬的过程中〔 〕

A. 屋顶对他的支持力变大

B. 屋顶对他的支持力变小

C. 屋顶对他的摩擦力变大

D. 屋顶对他的摩擦力不变

5. 如下图,固定的半球面右侧是光滑的,左侧是粗糙的,O 点为球心,A 、B 为两个完全相同的小物块〔可视为质点〕,小物块A 静止在球面

的左侧,受到的摩擦力大小为F1,对球面的压力大小为N1;小物块B在水平力F2作用下静止在球面的右侧,对球面的压力大小为N2,两小物块与球心连线和竖直方向的夹角均为θ,那么〔〕

A. F1:F2=cosθ:1

B. F1:F2=sinθ:1

C. N1:N2=cos2θ:1

D. N1:N2=sin2θ:1

6. 半圆柱体P放在粗糙的水平面上,有一挡板MN,其延长线总是过半圆柱体的轴心O,但挡板与半圆柱体不接触,在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q,整个装置处于静止状态,以下图是这个装置的截面图,假设用外力使MN绕O点缓慢地逆时针转动,在Q到达最高位置前,发现P始终保持静止,在此过程中,以下说法中正确的选项是〔

A. MN对Q的弹力大小保持不变

B. MN对Q的弹力先增大后减小

C. P、Q间的弹力先增大后减小

D. P所受水平面的作用力一直增大

7. 如下图,上表面光滑的半圆柱体放在水平面上,小物块从靠近半圆柱体顶点O的A点,在外力F作用下沿圆弧缓慢下滑到B点,此过程中F始终沿圆弧的切线方向且半圆柱体保持静止状态。以下说法中正确的选项是〔〕

A. 半圆柱体对小物块的支持力变大

B. 外力F先变小后变大

C. 地面对半圆柱体的摩擦力先变大后变小

D. 地面对半圆柱体的支持力变大

8. 如以下图所示,竖直绝缘墙壁上的Q处有一固定的质点A,在Q的正上方的P点用细线悬挂一质点B,A、B两点因为带电而相互排斥,致使悬线与竖直方向成 角,由于漏电使A、B两质点的电量逐渐减小,在电荷漏空之前悬线对悬点P的拉力T大小〔〕

A. T变小

B. T变大

C.T 不变

D. T 无法确定

1. C 解析:据题意,当细绳OC 的C 端向B 点移动的过程中,系统处于平衡状态,对点O 受力分析,受到悬挂物的拉力,该拉力为:T G =,受到杆的支持力N 和细绳OC 的拉力TC ,由力的三角形定那么,即如上图所示中可以看出,随着C 点上移,代表细绳OC 的拉力TC 的对应边的长度先减小后增加,那么该拉力的大小也是先减小后增加,应选项C 正确。

2. A 解析:在OP 杆和竖直方向夹角a 缓慢增大时〔π<

下的拉力恒定〔大小、方向均不变〕,绳、杆作用力大小均变,绳PQ 的拉力T 总沿绳PQ 收缩的方向,杆OP 支持力方向总是沿杆而指向杆恢复形变的方向〔方向变化有依据〕,作出处于某一可能位置时对应的力三角形图,如图2所示,那么表示这两个力的有向线段组成的三角形与几何线段组成的三角形相似,根据相似三角形知识即可求得,由图可知,POQ ∆~PNM ∆得,OP

F PQ T OQ

G N ==,式中G 、OQ 、OP 均不变,故N F 不变,正确答案为A 。

3. C 解析:题中电荷电量可能不同,也可能相同,但各自所受的电场力大小却相同,方向相反。由于它们与竖直线所成的角度相等,且两球同处一水平线上,所以根据共点力平衡条件可确定,它们的质量一定相等,故ABD 错误,C 正确。

4. A 解析:以人为研究对象,分析受力可知,人受到重力、摩擦力、屋顶的支持力,其中屋顶支持力和摩擦力的方向都在变化,所以可以采用相似三角形的方法把物理问题转化为数学问题求解,如以下图所示:

G 、R 不变,h 增大,水平x 减小,故可知屋顶对A 正确。

5. AC 解析:分别对A 、B 两个相同的小物块受力分析,如下图,A 受到重力,沿球面斜向上的摩擦力F1,垂直于球的斜向上的支持力,它的大小等于它对球面的压力N1,故F1=mgsin θ;N1=mgcos θ;B 受到重力,作用力F2及球面对它的支持力,其大小等于它对球面的压力N2,故

F2=mgtan θ,N2=cos mg θ,所以F1:F2=sin cos tan 1θθθ=,故A 正确,B 错误;N1:N2=cos θ:1cos θ= cos2θ:1,C 正确,D 错误。 6. D 解析:对Q ,受重力mg 、MN 的弹力N1和P 的弹力N2作

用,其受力示意图如以下图所示,根据共点力平衡条件可知,三力必构成首尾相接的封闭三角形,且力矢量三角形与图中ΔOAB 相似,在MN 绕O 点缓慢地逆时针转动的过程中α角增大,因此OB 增大、AB 减小,所以N2增大、N1减小,应选项A 、B 、C 错误;对P ,受重力Mg 、Q 的弹力N2′和桌面的作用力F 作用,如以下图所示,在MN 绕O 点缓慢地逆时针转动的过程中β角增大,N2′=N2增大,根据余弦定理可知F 增大,应选项D 正确。

7. C 解析:以小物块为研究对象进行受力分析,如以下图所示: 故有:cos sin N mg F mg θθ==、,由于θ角越来越大,所以可得知,支持力N 逐渐变小,拉力F 逐渐变大,所以A 、B 错误;以半圆柱体为研究对象进行受力分析,如下图:

故有:sin cos N f Mg N N θθ'=+=、 联立解得1sin cos sin 22f mg mg θθθ==,1cos 22N Mg mg θ+⎛⎫'=+

⎪⎝⎭

,由于θ角越来越大,所以可知,静摩擦力先变大后变小,支持力先变小后变大,故C 正确、D 错误。

8. C 解析:有漏电现象,AB F 减小,那么漏电瞬间质点B 的静止状态被打破,必定向下运动。对小球漏电前和漏电过程中进行受力分析有如图1所示,由于漏电过程缓慢进行,那么任意时刻均可视为平衡状态。三力作用构成动态的力的三角形,而对应的实物质点A 、B 及绳墙和P 点构成动态的几何三角形,且不同位置时有如图2阴影三角形的相似情况,那么有如下相似比例:

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