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高中 | 受力分析题目答案及解析如下,仅供参考!
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$AB$和$CD$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$\alpha=37^\circ$。($\sin37^\circ=0.6$,$\cos37^\circ=0.8$,$g$取$10\;\rm m/s^{2}$)$(\qquad)$
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
"]$\rm AB$.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$f_{合}=120\;\rm N$,$F_{弹合}=160\;\rm N$
从$BD→AC$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$\theta=53^\circ$
由$2N\cos\theta=mg\cos\alpha$
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$\tan\beta=\dfrac{2f}{2N\cos\theta}=\dfrac{\mu}{\cos\theta}=\dfrac{3}{4}$
故$\beta=37^\circ$
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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