热点强化练2　力与物体的平衡

(时间：20分钟)

1.如图1所示的四个图中，AB、BC均为轻质杆，各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链连接，且系统均处于静止状态。现用等长的轻绳来代替轻杆，若要求继续保持平衡(　　)

图1

A.图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丙

B.图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、丙、丁

C.图中的BC杆可以用轻绳代替的有乙、丙、丁

D.图中的BC杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丁

答案　B

2.如图2所示，六根原长均为l的轻质细弹簧两两相连，在同一平面内六个大小相等、互成60°的恒定拉力F作用下，形成一个稳定的正六边形。已知正六边形外接圆的半径为R，每根弹簧的劲度系数均为k，弹簧在弹性限度内，则F的大小为(　　)

图2

A.(R－l)  B.k(R－l)

C.k(R－2l)  D.2k(R－l)

答案　B

解析　正六边形外接圆的半径为R，则弹簧的长度为R，弹簧的伸长量为Δx＝R－l。由胡克定律可知，每根弹簧的弹力为F弹＝kΔx＝k(R－l)。两相邻弹簧夹角为120°，两相邻弹簧弹力的合力为F合＝F弹＝k(R－l)。弹簧静止，处于平衡状态，由平衡条件可知，F的大小为F＝F合＝k(R－l)，故B正确，A、C、D错误。

3.如图3所示，两根轻弹簧a、b的上端固定在竖直墙壁上，下端连接在小球上。当小球静止时，弹簧a、b与竖直方向的夹角分别为53°和37°。已知a、b的劲度系数分别为k1、k2，sin 53°＝0.8，则a、b两弹簧的伸长量之比为(　　)

图3

A.  　　 B.

C.  　　 D.

答案　B

解析　作出小球的受力分析图如图所示，根据平衡条件有F＝mg，弹簧a的弹力F1＝Fcos 53°＝mg，弹簧b的弹力F2＝Fsin 53°＝mg，根据胡克定律有x＝，则a、b两弹簧的伸长量之比为＝＝，选项B正确。

4.如图4所示，斜面固定在地面上，倾角为θ＝37°(sin 37° ＝0.6，cos 37°＝0.8)。质量为1 kg 的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长，该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8)，则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图像是下图中的(取初速度v0的方向为正方向，g＝10 m/s2)(　　)

图4

答案　B

解析　滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用，由Ff＝μFN和FN＝mgcos θ联立得Ff＝6.4 N，方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后，由于重力的分力mgsin θ＜μmgcos θ，滑块不动，滑块受的摩擦力为静摩擦力，由平衡条件得Ff′＝mgsin θ，代入可得Ff′＝6 N，方向沿斜面向上，故选项B正确。

5.(2020·山东泰安市一轮检测)如图5所示，小球C置于B物体的光滑半球形凹槽内，B放在长木板A上，整个装置处于静止状态。现缓慢减小木板的倾角θ。在这个过程中，下列说法正确的是(　　)

图5

A.B对A的摩擦力逐渐变大

B.B对A的作用力逐渐变小

C.B对A的压力不变

D.C对B的压力不变

答案　D

解析　对BC整体，受力情况为：重力mg、长木板A的支持力FN和摩擦力Ff，由平衡条件得知FN＝mgcos θ，Ff＝mgsin θ，缓慢减小长木板的倾角θ，FN增大，Ff减小，由牛顿第三定律知B对A到的摩擦力逐渐减小，B对A的压力增大；根据平衡条件可知A对B的作用力与B和C的重力大小相等，方向相反，所以A对B的作用力不变，根据牛顿第三定律知B对A的作用力不变，故A、B、C错误；由于半球形凹槽光滑，小球C只受两个力：重力和支持力，由平衡条件可知，支持力与重力大小相等，保持不变，则C对B的压力也保持不变，故D正确。

6.(2020·山东威海市模拟考试)20世纪末，由于生态环境的破坏，我国北方地区3、4月份沙尘暴天气明显增多。近年来，我国加大了环境治理，践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念，沙尘天气明显减少。现把沙尘上扬后的情况简化为沙尘颗粒悬浮在空中不动。已知风对沙尘的作用力表达式为F＝αρAv2，其中α为常数，ρ为空气密度，A为沙尘颗粒的截面积，v为风速。设沙尘颗粒为球形，密度为ρ0，半径为r，风速的方向竖直向上，重力加速度为g，则v的表达式为(　　)

A.  B.

C.  D.

答案　B

解析　沙尘悬浮时受力平衡，根据平衡条件有mg＝F

其中m＝ρ0V＝ρ0×πr3，由题意知F＝αρAv2，A＝πr2，联立解得v＝，选项B正确。

7.(2020·山东聊城市第二次等级考试模拟)如图6所示，两根轻绳一端系于结点O，另一端分别系于固定竖直放置的圆环上的A、B两点，O为圆心，O点下面悬挂一物体M，绳OA水平，拉力大小为F1，绳OB与绳OA成α＝120°，拉力大小为F2。将两绳同时缓慢顺时针转过60°，并保持两绳之间的夹角α始终不变，且物体始终保持静止状态。则在旋转过程中，下列说法正确的是(　　)

图6

A.F1逐渐增大  B.F1先增大后减小

C.F2先增大后减小  D.F2先减小后增大

答案　A

解析　对结点O受力分析，并合成三角形如图所示，根据图示可知顺时针转动前(实线)到转动后(虚线)过程中，F1一直增大，F2一直减小，A正确，B、C、D错误。

8.[2020·天津市等级考模拟(二)]如图7所示，两个可视为质点的小球A、B通过固定在O点的光滑滑轮用轻绳相连，小球A置于光滑半圆柱上，小球B用水平轻绳拉着，水平轻绳另一端系于竖直板上，两球均处于静止状态。已知O点在半圆柱横截面圆心O1的正上方，OA与竖直方向成30°角、其长度与半圆柱横截面的半径相等，OB与竖直方向成60°角，则(　　)

图7

A.轻绳对球A的拉力与球A所受弹力的合力大小相等

B.轻绳对球A的拉力与半圆柱对球A的弹力大小不相等

C.轻绳AOB对球A的拉力与对球B的拉力大小之比为∶

D.球A与球B的质量之比为2∶1

答案　D

解析　设轻绳中拉力为FT，球A受力如图所示，球A所受弹力为绳对A的拉力和半圆柱对球A的支持力的合力，与重力等大反向，大于FT，故A错误；受力分析可得FTsin 30°＝FNsin 30°，FTcos 30°＋FNcos 30°＝mAg，解得FT＝FN＝mAg，故B错误；轻绳对A的拉力与对球B的拉力大小都等于FT，故C错误；对球B：FTcos 60°＝mBg，FT＝2mBg，解得＝，故D正确。