3.如图所示.把一个球放在两块光滑夹板和中间.关于该球的受力.下列说法中正确的是 A.球受到两个支持力和一个重力的作用 B.球受到两个压力和一个重力的作用 C.球受到一个支持力.一个下滑力和一个重力的作用 D.球受到两个支持力.两个压力.两个下滑力和一个重力的作用 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

第Ⅰ卷(选择题 共31分)

一、单项选择题.本题共5小题,每小题3分,共计15分.每小题只有一个选项符合题意.

1. 关于科学家和他们的贡献,下列说法中正确的是[来源:Www..com]

A.安培首先发现了电流的磁效应

B.伽利略认为自由落体运动是速度随位移均匀变化的运动

C.牛顿发现了万有引力定律,并计算出太阳与地球间引力的大小

D.法拉第提出了电场的观点,说明处于电场中电荷所受到的力是电场给予的

2.如图为一种主动式光控报警器原理图,图中R1R2为光敏电阻,R3R4为定值电阻.当射向光敏电阻R1R2的任何一束光线被遮挡时,都会引起警铃发声,则图中虚线框内的电路是

A.与门                  B.或门               C.或非门                  D.与非门

 


3.如图所示的交流电路中,理想变压器原线圈输入电压为U1,输入功率为P1,输出功率为P2,各交流电表均为理想电表.当滑动变阻器R的滑动头向下移动时

A.灯L变亮                                    B.各个电表读数均变大

C.因为U1不变,所以P1不变                              D.P1变大,且始终有P1= P2

4.竖直平面内光滑圆轨道外侧,一小球以某一水平速度v0A点出发沿圆轨道运动,至B点时脱离轨道,最终落在水平面上的C点,不计空气阻力.下列说法中不正确的是

A.在B点时,小球对圆轨道的压力为零

B.BC过程,小球做匀变速运动

C.在A点时,小球对圆轨道压力大于其重力

D.AB过程,小球水平方向的加速度先增加后减小

5.如图所示,水平面上放置质量为M的三角形斜劈,斜劈顶端安装光滑的定滑轮,细绳跨过定滑轮分别连接质量为m1m2的物块.m1在斜面上运动,三角形斜劈保持静止状态.下列说法中正确的是

A.若m2向下运动,则斜劈受到水平面向左摩擦力

B.若m1沿斜面向下加速运动,则斜劈受到水平面向右的摩擦力

C.若m1沿斜面向下运动,则斜劈受到水平面的支持力大于(m1+ m2+Mg

D.若m2向上运动,则轻绳的拉力一定大于m2g

二、多项选择题.本题共4小题,每小题4分,共计16分.每小题有多个选项符合题意.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不答的得0分.

6.木星是太阳系中最大的行星,它有众多卫星.观察测出:木星绕太阳作圆周运动的半径为r1 周期为T1;木星的某一卫星绕木星作圆周运动的半径为r2 周期为T2.已知万有引力常量为G,则根据题中给定条件

A.能求出木星的质量

B.能求出木星与卫星间的万有引力

C.能求出太阳与木星间的万有引力

D.可以断定

7.如图所示,xOy坐标平面在竖直面内,x轴沿水平方向,y轴正方向竖直向上,在图示空间内有垂直于xOy平面的水平匀强磁场.一带电小球从O点由静止释放,运动轨迹如图中曲线.关于带电小球的运动,下列说法中正确的是

A.OAB轨迹为半圆

B.小球运动至最低点A时速度最大,且沿水平方向

C.小球在整个运动过程中机械能守恒

D.小球在A点时受到的洛伦兹力与重力大小相等

8.如图所示,质量为M、长为L的木板置于光滑的水平面上,一质量为m的滑块放置在木板左端,滑块与木板间滑动摩擦力大小为f,用水平的恒定拉力F作用于滑块.当滑块运动到木板右端时,木板在地面上移动的距离为s,滑块速度为v1,木板速度为v2,下列结论中正确的是

A.上述过程中,F做功大小为            

B.其他条件不变的情况下,F越大,滑块到达右端所用时间越长

C.其他条件不变的情况下,M越大,s越小

D.其他条件不变的情况下,f越大,滑块与木板间产生的热量越多

9.如图所示,两个固定的相同细环相距一定的距离,同轴放置,O1O2分别为两环的圆心,两环分别带有均匀分布的等量异种电荷.一带正电的粒子从很远处沿轴线飞来并穿过两环.则在带电粒子运动过程中

A.在O1点粒子加速度方向向左

B.从O1O2过程粒子电势能一直增加

C.轴线上O1点右侧存在一点,粒子在该点动能最小

D.轴线上O1点右侧、O2点左侧都存在场强为零的点,它们关于O1O2连线中点对称

 


第Ⅱ卷(非选择题 共89分)

三、简答题:本题分必做题(第lO、11题)和选做题(第12题)两部分,共计42分.请将解答填写在答题卡相应的位置.

必做题

10.测定木块与长木板之间的动摩擦因数时,采用如图所示的装置,图中长木板水平固定.

(1)实验过程中,电火花计时器应接在  ▲  (选填“直流”或“交流”)电源上.调整定滑轮高度,使  ▲ 

(2)已知重力加速度为g,测得木块的质量为M,砝码盘和砝码的总质量为m,木块的加速度为a,则木块与长木板间动摩擦因数μ=  ▲ 

(3)如图为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6为计数点,相邻两计数点间还有4个打点未画出.从纸带上测出x1=3.20cm,x2=4.52cm,x5=8.42cm,x6=9.70cm.则木块加速度大小a=  ▲  m/s2(保留两位有效数字).

 


11.为了测量某电池的电动势 E(约为3V)和内阻 r,可供选择的器材如下:

A.电流表G1(2mA  100Ω)             B.电流表G2(1mA  内阻未知)

C.电阻箱R1(0~999.9Ω)                      D.电阻箱R2(0~9999Ω)

E.滑动变阻器R3(0~10Ω  1A)         F.滑动变阻器R4(0~1000Ω  10mA)

G.定值电阻R0(800Ω  0.1A)               H.待测电池

I.导线、电键若干

(1)采用如图甲所示的电路,测定电流表G2的内阻,得到电流表G1的示数I1、电流表G2的示数I2如下表所示:

I1(mA)

0.40

0.81

1.20

1.59

2.00

I2(mA)

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

 


根据测量数据,请在图乙坐标中描点作出I1I2图线.由图得到电流表G2的内阻等于

  ▲  Ω.

(2)在现有器材的条件下,测量该电池电动势和内阻,采用如图丙所示的电路,图中滑动变阻器①应该选用给定的器材中  ▲  ,电阻箱②选  ▲  (均填写器材代号).

(3)根据图丙所示电路,请在丁图中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接.

 


12.选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑.如都作答,则按A、B两小题评分.)

A.(选修模块3-3)(12分)

(1)下列说法中正确的是  ▲ 

A.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,液体表面存在张力

B.扩散运动就是布朗运动

C.蔗糖受潮后会粘在一起,没有确定的几何形状,它是非晶体

D.对任何一类与热现象有关的宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述

(2)将1ml的纯油酸加到500ml的酒精中,待均匀溶解后,用滴管取1ml油酸酒精溶液,让其自然滴出,共200滴.现在让其中一滴落到盛水的浅盘内,待油膜充分展开后,测得油膜的面积为200cm2,则估算油酸分子的大小是  ▲  m(保留一位有效数字).

(3)如图所示,一直立的汽缸用一质量为m的活塞封闭一定量的理想气体,活塞横截面积为S,汽缸内壁光滑且缸壁是导热的,开始活塞被固定,打开固定螺栓K,活塞下落,经过足够长时间后,活塞停在B点,已知AB=h,大气压强为p0,重力加速度为g

①求活塞停在B点时缸内封闭气体的压强;

②设周围环境温度保持不变,求整个过程中通过缸壁传递的热量Q(一定量理想气体的内能仅由温度决定).

B.(选修模块3-4)(12分)

(1)下列说法中正确的是  ▲ 

A.照相机、摄影机镜头表面涂有增透膜,利用了光的干涉原理

B.光照射遮挡物形成的影轮廓模糊,是光的衍射现象

C.太阳光是偏振光

D.为了有效地发射电磁波,应该采用长波发射

(2)甲、乙两人站在地面上时身高都是L0, 甲、乙分别乘坐速度为0.6c和0.8cc为光速)的飞船同向运动,如图所示.此时乙观察到甲的身高L  ▲  L0;若甲向乙挥手,动作时间为t0,乙观察到甲动作时间为t1,则t1  ▲  t0(均选填“>”、“ =” 或“<”).

(3)x=0的质点在t=0时刻开始振动,产生的波沿x轴正方向传播,t1=0.14s时刻波的图象如图所示,质点A刚好开始振动.

①求波在介质中的传播速度;

②求x=4m的质点在0.14s内运动的路程.

   C.(选修模块3-5)(12分)

(1)下列说法中正确的是  ▲ 

A.康普顿效应进一步证实了光的波动特性

B.为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的

C.经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征

D.天然放射性元素衰变的快慢与化学、物理状态有关

(2)是不稳定的,能自发的发生衰变.

①完成衰变反应方程    ▲ 

衰变为,经过  ▲  α衰变,  ▲  β衰变.

(3)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子.科学研究表明其核反应过程是:α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核,复核发生衰变放出质子,变成氧核.设α粒子质量为m1,初速度为v0,氮核质量为m2,质子质量为m0, 氧核的质量为m3,不考虑相对论效应.

α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间,复核的速度为多大?

②求此过程中释放的核能.

四、计算题:本题共3小题,共计47分.解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位.

13.如图所示,一质量为m的氢气球用细绳拴在地面上,地面上空风速水平且恒为v0,球静止时绳与水平方向夹角为α.某时刻绳突然断裂,氢气球飞走.已知氢气球在空气中运动时所受到的阻力f正比于其相对空气的速度v,可以表示为f=kvk为已知的常数).则

(1)氢气球受到的浮力为多大?

(2)绳断裂瞬间,氢气球加速度为多大?

(3)一段时间后氢气球在空中做匀速直线运动,其水平方向上的速度与风速v0相等,求此时气球速度大小(设空气密度不发生变化,重力加速度为g).

 


14.如图所示,光滑绝缘水平面上放置一均匀导体制成的正方形线框abcd,线框质量为m,电阻为R,边长为L.有一方向竖直向下的有界磁场,磁场的磁感应强度为B,磁场区宽度大于L,左边界与ab边平行.线框在水平向右的拉力作用下垂直于边界线穿过磁场区.

(1)若线框以速度v匀速穿过磁场区,求线框在离开磁场时ab两点间的电势差;

(2)若线框从静止开始以恒定的加速度a运动,经过t1时间ab边开始进入磁场,求cd边将要进入磁场时刻回路的电功率;

(3)若线框以初速度v0进入磁场,且拉力的功率恒为P0.经过时间Tcd边进入磁场,此过程中回路产生的电热为Q.后来ab边刚穿出磁场时,线框速度也为v0,求线框穿过磁场所用的时间t

      

15.如图所示,有界匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,MN为其左边界,磁场中放置一半径为R的圆柱形金属圆筒,圆心OMN的距离OO1=2R,圆筒轴线与磁场平行.圆筒用导线通过一个电阻r0接地,最初金属圆筒不带电.现有范围足够大的平行电子束以速度v0从很远处沿垂直于左边界MN向右射入磁场区,已知电子质量为m,电量为e

(1)若电子初速度满足,则在最初圆筒上没有带电时,能够打到圆筒上的电子对应MN边界上O1两侧的范围是多大?

(2)当圆筒上电量达到相对稳定时,测量得到通过电阻r0的电流恒为I,忽略运动电子间的相互作用,求此时金属圆筒的电势φ和电子到达圆筒时速度v(取无穷远处或大地电势为零).

(3)在(2)的情况下,求金属圆筒的发热功率.

 


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第一部分  力&物体的平衡

第一讲 力的处理

一、矢量的运算

1、加法

表达: +  =  

名词:为“和矢量”。

法则:平行四边形法则。如图1所示。

和矢量大小:c =  ,其中α为的夹角。

和矢量方向:之间,和夹角β= arcsin

2、减法

表达: =  

名词:为“被减数矢量”,为“减数矢量”,为“差矢量”。

法则:三角形法则。如图2所示。将被减数矢量和减数矢量的起始端平移到一点,然后连接两时量末端,指向被减数时量的时量,即是差矢量。

差矢量大小:a =  ,其中θ为的夹角。

差矢量的方向可以用正弦定理求得。

一条直线上的矢量运算是平行四边形和三角形法则的特例。

例题:已知质点做匀速率圆周运动,半径为R ,周期为T ,求它在T内和在T内的平均加速度大小。

解说:如图3所示,A到B点对应T的过程,A到C点对应T的过程。这三点的速度矢量分别设为

根据加速度的定义 得:

由于有两处涉及矢量减法,设两个差矢量   ,根据三角形法则,它们在图3中的大小、方向已绘出(的“三角形”已被拉伸成一条直线)。

本题只关心各矢量的大小,显然:

 =  =  =  ,且: =   = 2

所以: =  =   =  =  

(学生活动)观察与思考:这两个加速度是否相等,匀速率圆周运动是不是匀变速运动?

答:否;不是。

3、乘法

矢量的乘法有两种:叉乘和点乘,和代数的乘法有着质的不同。

⑴ 叉乘

表达:× = 

名词:称“矢量的叉积”,它是一个新的矢量。

叉积的大小:c = absinα,其中α为的夹角。意义:的大小对应由作成的平行四边形的面积。

叉积的方向:垂直确定的平面,并由右手螺旋定则确定方向,如图4所示。

显然,××,但有:×= -×

⑵ 点乘

表达:· = c

名词:c称“矢量的点积”,它不再是一个矢量,而是一个标量。

点积的大小:c = abcosα,其中α为的夹角。

二、共点力的合成

1、平行四边形法则与矢量表达式

2、一般平行四边形的合力与分力的求法

余弦定理(或分割成RtΔ)解合力的大小

正弦定理解方向

三、力的分解

1、按效果分解

2、按需要——正交分解

第二讲 物体的平衡

一、共点力平衡

1、特征:质心无加速度。

2、条件:Σ = 0 ,或  = 0 , = 0

例题:如图5所示,长为L 、粗细不均匀的横杆被两根轻绳水平悬挂,绳子与水平方向的夹角在图上已标示,求横杆的重心位置。

解说:直接用三力共点的知识解题,几何关系比较简单。

答案:距棒的左端L/4处。

(学生活动)思考:放在斜面上的均质长方体,按实际情况分析受力,斜面的支持力会通过长方体的重心吗?

解:将各处的支持力归纳成一个N ,则长方体受三个力(G 、f 、N)必共点,由此推知,N不可能通过长方体的重心。正确受力情形如图6所示(通常的受力图是将受力物体看成一个点,这时,N就过重心了)。

答:不会。

二、转动平衡

1、特征:物体无转动加速度。

2、条件:Σ= 0 ,或ΣM+ =ΣM- 

如果物体静止,肯定会同时满足两种平衡,因此用两种思路均可解题。

3、非共点力的合成

大小和方向:遵从一条直线矢量合成法则。

作用点:先假定一个等效作用点,然后让所有的平行力对这个作用点的和力矩为零。

第三讲 习题课

1、如图7所示,在固定的、倾角为α斜面上,有一块可以转动的夹板(β不定),夹板和斜面夹着一个质量为m的光滑均质球体,试求:β取何值时,夹板对球的弹力最小。

解说:法一,平行四边形动态处理。

对球体进行受力分析,然后对平行四边形中的矢量G和N1进行平移,使它们构成一个三角形,如图8的左图和中图所示。

由于G的大小和方向均不变,而N1的方向不可变,当β增大导致N2的方向改变时,N2的变化和N1的方向变化如图8的右图所示。

显然,随着β增大,N1单调减小,而N2的大小先减小后增大,当N2垂直N1时,N2取极小值,且N2min = Gsinα。

法二,函数法。

看图8的中间图,对这个三角形用正弦定理,有:

 =  ,即:N2 =  ,β在0到180°之间取值,N2的极值讨论是很容易的。

答案:当β= 90°时,甲板的弹力最小。

2、把一个重为G的物体用一个水平推力F压在竖直的足够高的墙壁上,F随时间t的变化规律如图9所示,则在t = 0开始物体所受的摩擦力f的变化图线是图10中的哪一个?

解说:静力学旨在解决静态问题和准静态过程的问题,但本题是一个例外。物体在竖直方向的运动先加速后减速,平衡方程不再适用。如何避开牛顿第二定律,是本题授课时的难点。

静力学的知识,本题在于区分两种摩擦的不同判据。

水平方向合力为零,得:支持力N持续增大。

物体在运动时,滑动摩擦力f = μN ,必持续增大。但物体在静止后静摩擦力f′≡ G ,与N没有关系。

对运动过程加以分析,物体必有加速和减速两个过程。据物理常识,加速时,f < G ,而在减速时f > G 。

答案:B 。

3、如图11所示,一个重量为G的小球套在竖直放置的、半径为R的光滑大环上,另一轻质弹簧的劲度系数为k ,自由长度为L(L<2R),一端固定在大圆环的顶点A ,另一端与小球相连。环静止平衡时位于大环上的B点。试求弹簧与竖直方向的夹角θ。

解说:平行四边形的三个矢量总是可以平移到一个三角形中去讨论,解三角形的典型思路有三种:①分割成直角三角形(或本来就是直角三角形);②利用正、余弦定理;③利用力学矢量三角形和某空间位置三角形相似。本题旨在贯彻第三种思路。

分析小球受力→矢量平移,如图12所示,其中F表示弹簧弹力,N表示大环的支持力。

(学生活动)思考:支持力N可不可以沿图12中的反方向?(正交分解看水平方向平衡——不可以。)

容易判断,图中的灰色矢量三角形和空间位置三角形ΔAOB是相似的,所以:

                                   ⑴

由胡克定律:F = k(- R)                ⑵

几何关系:= 2Rcosθ                     ⑶

解以上三式即可。

答案:arccos 。

(学生活动)思考:若将弹簧换成劲度系数k′较大的弹簧,其它条件不变,则弹簧弹力怎么变?环的支持力怎么变?

答:变小;不变。

(学生活动)反馈练习:光滑半球固定在水平面上,球心O的正上方有一定滑轮,一根轻绳跨过滑轮将一小球从图13所示的A位置开始缓慢拉至B位置。试判断:在此过程中,绳子的拉力T和球面支持力N怎样变化?

解:和上题完全相同。

答:T变小,N不变。

4、如图14所示,一个半径为R的非均质圆球,其重心不在球心O点,先将它置于水平地面上,平衡时球面上的A点和地面接触;再将它置于倾角为30°的粗糙斜面上,平衡时球面上的B点与斜面接触,已知A到B的圆心角也为30°。试求球体的重心C到球心O的距离。

解说:练习三力共点的应用。

根据在平面上的平衡,可知重心C在OA连线上。根据在斜面上的平衡,支持力、重力和静摩擦力共点,可以画出重心的具体位置。几何计算比较简单。

答案:R 。

(学生活动)反馈练习:静摩擦足够,将长为a 、厚为b的砖块码在倾角为θ的斜面上,最多能码多少块?

解:三力共点知识应用。

答: 。

4、两根等长的细线,一端拴在同一悬点O上,另一端各系一个小球,两球的质量分别为m1和m2 ,已知两球间存在大小相等、方向相反的斥力而使两线张开一定角度,分别为45和30°,如图15所示。则m1 : m2??为多少?

解说:本题考查正弦定理、或力矩平衡解静力学问题。

对两球进行受力分析,并进行矢量平移,如图16所示。

首先注意,图16中的灰色三角形是等腰三角形,两底角相等,设为α。

而且,两球相互作用的斥力方向相反,大小相等,可用同一字母表示,设为F 。

对左边的矢量三角形用正弦定理,有:

 =          ①

同理,对右边的矢量三角形,有: =                                ②

解①②两式即可。

答案:1 : 。

(学生活动)思考:解本题是否还有其它的方法?

答:有——将模型看成用轻杆连成的两小球,而将O点看成转轴,两球的重力对O的力矩必然是平衡的。这种方法更直接、简便。

应用:若原题中绳长不等,而是l1 :l2 = 3 :2 ,其它条件不变,m1与m2的比值又将是多少?

解:此时用共点力平衡更加复杂(多一个正弦定理方程),而用力矩平衡则几乎和“思考”完全相同。

答:2 :3 。

5、如图17所示,一个半径为R的均质金属球上固定着一根长为L的轻质细杆,细杆的左端用铰链与墙壁相连,球下边垫上一块木板后,细杆恰好水平,而木板下面是光滑的水平面。由于金属球和木板之间有摩擦(已知摩擦因素为μ),所以要将木板从球下面向右抽出时,至少需要大小为F的水平拉力。试问:现要将木板继续向左插进一些,至少需要多大的水平推力?

解说:这是一个典型的力矩平衡的例题。

以球和杆为对象,研究其对转轴O的转动平衡,设木板拉出时给球体的摩擦力为f ,支持力为N ,重力为G ,力矩平衡方程为:

f R + N(R + L)= G(R + L)           

球和板已相对滑动,故:f = μN        ②

解①②可得:f = 

再看木板的平衡,F = f 。

同理,木板插进去时,球体和木板之间的摩擦f′=  = F′。

答案: 

第四讲 摩擦角及其它

一、摩擦角

1、全反力:接触面给物体的摩擦力与支持力的合力称全反力,一般用R表示,亦称接触反力。

2、摩擦角:全反力与支持力的最大夹角称摩擦角,一般用φm表示。

此时,要么物体已经滑动,必有:φm = arctgμ(μ为动摩擦因素),称动摩擦力角;要么物体达到最大运动趋势,必有:φms = arctgμs(μs为静摩擦因素),称静摩擦角。通常处理为φm = φms 

3、引入全反力和摩擦角的意义:使分析处理物体受力时更方便、更简捷。

二、隔离法与整体法

1、隔离法:当物体对象有两个或两个以上时,有必要各个击破,逐个讲每个个体隔离开来分析处理,称隔离法。

在处理各隔离方程之间的联系时,应注意相互作用力的大小和方向关系。

2、整体法:当各个体均处于平衡状态时,我们可以不顾个体的差异而讲多个对象看成一个整体进行分析处理,称整体法。

应用整体法时应注意“系统”、“内力”和“外力”的涵义。

三、应用

1、物体放在水平面上,用与水平方向成30°的力拉物体时,物体匀速前进。若此力大小不变,改为沿水平方向拉物体,物体仍能匀速前进,求物体与水平面之间的动摩擦因素μ。

解说:这是一个能显示摩擦角解题优越性的题目。可以通过不同解法的比较让学生留下深刻印象。

法一,正交分解。(学生分析受力→列方程→得结果。)

法二,用摩擦角解题。

引进全反力R ,对物体两个平衡状态进行受力分析,再进行矢量平移,得到图18中的左图和中间图(注意:重力G是不变的,而全反力R的方向不变、F的大小不变),φm指摩擦角。

再将两图重叠成图18的右图。由于灰色的三角形是一个顶角为30°的等腰三角形,其顶角的角平分线必垂直底边……故有:φm = 15°。

最后,μ= tgφm 

答案:0.268 。

(学生活动)思考:如果F的大小是可以选择的,那么能维持物体匀速前进的最小F值是多少?

解:见图18,右图中虚线的长度即Fmin ,所以,Fmin = Gsinφm 

答:Gsin15°(其中G为物体的重量)。

2、如图19所示,质量m = 5kg的物体置于一粗糙斜面上,并用一平行斜面的、大小F = 30N的推力推物体,使物体能够沿斜面向上匀速运动,而斜面体始终静止。已知斜面的质量M = 10kg ,倾角为30°,重力加速度g = 10m/s2 ,求地面对斜面体的摩擦力大小。

解说:

本题旨在显示整体法的解题的优越性。

法一,隔离法。简要介绍……

法二,整体法。注意,滑块和斜面随有相对运动,但从平衡的角度看,它们是完全等价的,可以看成一个整体。

做整体的受力分析时,内力不加考虑。受力分析比较简单,列水平方向平衡方程很容易解地面摩擦力。

答案:26.0N 。

(学生活动)地面给斜面体的支持力是多少?

解:略。

答:135N 。

应用:如图20所示,一上表面粗糙的斜面体上放在光滑的水平地面上,斜面的倾角为θ。另一质量为m的滑块恰好能沿斜面匀速下滑。若用一推力F作用在滑块上,使之能沿斜面匀速上滑,且要求斜面体静止不动,就必须施加一个大小为P = 4mgsinθcosθ的水平推力作用于斜面体。使满足题意的这个F的大小和方向。

解说:这是一道难度较大的静力学题,可以动用一切可能的工具解题。

法一:隔离法。

由第一个物理情景易得,斜面于滑块的摩擦因素μ= tgθ

对第二个物理情景,分别隔离滑块和斜面体分析受力,并将F沿斜面、垂直斜面分解成Fx和Fy ,滑块与斜面之间的两对相互作用力只用两个字母表示(N表示正压力和弹力,f表示摩擦力),如图21所示。

对滑块,我们可以考查沿斜面方向和垂直斜面方向的平衡——

Fx = f + mgsinθ

Fy + mgcosθ= N

且 f = μN = Ntgθ

综合以上三式得到:

Fx = Fytgθ+ 2mgsinθ               ①

对斜面体,只看水平方向平衡就行了——

P = fcosθ+ Nsinθ

即:4mgsinθcosθ=μNcosθ+ Nsinθ

代入μ值,化简得:Fy = mgcosθ      ②

②代入①可得:Fx = 3mgsinθ

最后由F =解F的大小,由tgα= 解F的方向(设α为F和斜面的夹角)。

答案:大小为F = mg,方向和斜面夹角α= arctg()指向斜面内部。

法二:引入摩擦角和整体法观念。

仍然沿用“法一”中关于F的方向设置(见图21中的α角)。

先看整体的水平方向平衡,有:Fcos(θ- α) = P                                   ⑴

再隔离滑块,分析受力时引进全反力R和摩擦角φ,由于简化后只有三个力(R、mg和F),可以将矢量平移后构成一个三角形,如图22所示。

在图22右边的矢量三角形中,有: =      ⑵

注意:φ= arctgμ= arctg(tgθ) = θ                                              ⑶

解⑴⑵⑶式可得F和α的值。

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