高中 | 受力分析 题目答案及解析

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必修1

第三章 相互作用

3.5 力的分解

受力分析

小口径的水泥管如图甲所示,通常用于排水、灌溉和防护。运输到目的地时可用简易装置卸货。如图乙所示,两根直木棍$AB$$CD$相互平行,两端分别靠在车和地面上固定不动。一个半径$R=5\;\rm cm$、质量$m=20\;\rm kg$的水泥管从木棍的上部恰好能匀速滑下,已知两木棍间距$d=8\;\rm cm$,与水平面的夹角$\alpha=37^\circ$。($\sin37^\circ=0.6$$\cos37^\circ=0.8$$g$$10\;\rm m/s^{2}$$(\qquad)$

["

每根直木棍对水泥圆筒的弹力为$80\\;\\rm N$

","

每根直木棍与水泥桶间的动摩擦因数为$0.75$

","

将水泥圆筒沿直木棍匀速向上拉动,所需甲乙最小拉力为$192\\;\\rm N$

","

将水泥圆筒沿直木棍匀速向上拉动,可施加沿斜面向上$320\\;\\rm N$的力

"]
[["C"]]

$\rm AB$.从右侧视角分析,在沿斜坡方向有$f_{合}=mg\sin \alpha$

垂直与斜坡方向有$F_{弹合}=mg\cos \alpha$

解得$f_{合}=120\;\rm N$$F_{弹合}=160\;\rm N$

$BD→AC$视角分析,受力示意图如图所示

图中$\theta$角满足$\sin\theta=\dfrac{\dfrac{d}{2}}{R}=\dfrac{4}{5}$

所以$\theta=53^\circ$

$2N\cos\theta=mg\cos\alpha$

解得$N=\dfrac{400}{3}\text{N}$

所以动摩擦因数为$\mu=\dfrac{\dfrac{1}{2}f_{合}}{N}=0.45$

$\rm AB$错误;

$\rm C$.从右侧视角受力分析,如图所示

因木棍提供的支持力合成为$2N\cos\theta$,摩擦力合成为

$2f=2\mu N$

故两个力的合力方向固定,图中$\beta$角满足$\tan\beta=\dfrac{2f}{2N\cos\theta}=\dfrac{\mu}{\cos\theta}=\dfrac{3}{4}$

$\beta=37^\circ$

现问题变为“物体受重力、木棍提供的力和拉力三力平衡,拉力最小值为多少”,根据力学平衡的矢量三角形得$F_{\min}=mg\sin(\alpha+\beta)$

解得$F_{\min}=192\;\rm N$$\rm C$正确;

$\rm D$.将水泥圆筒沿直木棍匀速向上拉动,若拉力沿斜面向上,则$F=mg\sin\alpha+f_{合}=240\;\rm N$$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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