
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


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文檔簡(jiǎn)介
選擇題(共12小題)
1.如圖所示是單臂斜拉橋的示意圖。均勻橋板aO所受重力為G,三根平行鋼索與橋面均
成30°角,而系點(diǎn)間距ab=bc=ad=dO.若每根鋼索受力相同,則鋼索上受力大小為
【分析】以O(shè)為支點(diǎn),分析除O點(diǎn)橋板的受力情況,確定出力臂,根據(jù)力矩平衡條件求
解拉力大小。可抓住對(duì)稱性,采用等效的方法:除正中間外的鋼索外,其余兩根鋼索拉
力的力矩之和等于正中間鋼索的力矩的2倍。
【解答】解:設(shè)鋼板的重心與O的距離為L(zhǎng),
以O(shè)為支點(diǎn),除O點(diǎn)外橋板受到重力G和三根鋼索的拉力,
由于每根鋼索所受拉力大小相等,等距離分布,根據(jù)對(duì)稱性可知,除正中間外的鋼索外,
其余兩根鋼索拉力的力矩之和等于正中間鋼索的力矩的2倍。
則由力矩條件得:GL=3FLsin30°,故每根鋼索上受力大?。篎=故D正確,ABC
錯(cuò)誤。
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】本題關(guān)鍵要分析鋼索分布特點(diǎn),運(yùn)用等效的方法分析兩側(cè)六根鋼索力矩與正中
間鋼索力矩的關(guān)系,即可求解。
2.粗細(xì)不均勻的電線桿,在O點(diǎn)支起正好平衡,如圖所示。若在O點(diǎn)沿虛線將其鋸斷,
則()
A.兩段一樣重B.細(xì)段重C.粗段重D.不能確定
【分析】由圖可知,電線桿被支起,處于平衡狀態(tài),先確定兩邊力臂的大小關(guān)系,然后
根據(jù)杠桿的平衡條件得出兩邊的重力的大小關(guān)系。
【解答】解:電線桿處于平衡狀態(tài),由圖可知,左側(cè)部分重心A離支點(diǎn)O較近,
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故力臂0A較小,左側(cè)部分重心B離支點(diǎn)O較遠(yuǎn),故力臂OB較大,即OB>OA;
VG1XOA=G2XOB,OB>OA,
-
..G2<GI,
即:電線桿粗段重、細(xì)段輕。
故選:Co
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用,能畫圖得出兩邊的力臂大小關(guān)系是本題的關(guān)
鍵。
3.如圖所示,A、B是兩個(gè)完全相同的勻質(zhì)長(zhǎng)方形木塊,長(zhǎng)為1,疊放在一起,放在水平桌
面上,端面都與桌邊平行。A放在B上,右端有與伸出B外,為保證兩木塊不翻倒,木塊
B伸出桌邊的長(zhǎng)度不能超過(
151
A.—1B.----1C.—1D.—1
21648
【分析】應(yīng)用整體法考慮,根據(jù)平衡條件得出若兩長(zhǎng)方形木塊不翻到且B伸出最長(zhǎng)時(shí),
應(yīng)滿足整體的重心應(yīng)恰好在桌子的邊。
【解答】解:將兩個(gè)長(zhǎng)方形木塊磚看做一個(gè)整體,則其總長(zhǎng)度為L(zhǎng)+^L=4L,
88
根據(jù)平衡條件看做,為了保持兩長(zhǎng)方形木塊都不翻倒,整體的重心應(yīng)恰好在桌子邊緣,
所以整體重心與A右邊緣距離為孝心*《=當(dāng),
8216
由圖可知B邊緣到桌子邊緣的距離為X=2!L-女=梟。
16816
故選:Bo
【點(diǎn)評(píng)】遇到連接體問題,從整體角度分析較簡(jiǎn)單,物體不翻到的臨界條件是物體的重
心應(yīng)恰好在桌子的邊緣。
4.如圖所示的裝置中,均勻木棒AB的A端固定在錢鏈上,懸線一端繞過某定滑輪,另一
端套在木棒上使木棒保持水平,現(xiàn)使線套逐漸向右移動(dòng),但始終保持木棒水平,則懸線上
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的拉力(棒和懸線均足夠長(zhǎng))(
A.逐漸變小B.逐漸變大
C.先逐漸變大,后又變小D.先逐漸變小,后又變大
【分析】由圖知,阻力乘以阻力臂是相等的,動(dòng)力的大小變化要從動(dòng)力臂的大小變化上
得出,所以要畫出幾條典型的情況下的力臂加以分析得出結(jié)論。
【解答】解:如圖所示,G表示桿AB的自重,LOA表示桿的重心到A端的距離,T表
示懸線拉力的大小,L表示作用于桿AB上的懸線拉力對(duì)A點(diǎn)的力臂。
把AB視為一根可繞A端轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿,則由杠桿的平衡條件應(yīng)有:GXLOA=TXL,
由此得:當(dāng)線套在桿上逐漸向右移動(dòng)時(shí),拉力T的動(dòng)力L(Li、L2、L3、L4)經(jīng)歷了先
逐漸變大后又逐漸變小的過程,故懸線的拉力T則是逐漸變小后逐漸變大。
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】當(dāng)阻力和阻力臂的乘積一定時(shí),分析省力情況就要看動(dòng)力臂的大小變化,所以
本題畫出圖中動(dòng)力臂是解決本題的關(guān)鍵
5.如圖所示,均勻細(xì)桿AB質(zhì)量為M,A端裝有轉(zhuǎn)軸,B端連接細(xì)線通過滑輪和質(zhì)量為m
的重物C相連,若桿AB呈水平,細(xì)線與水平方向夾角為。時(shí)恰能保持平衡,則下面表達(dá)
式中不正確的是()
///////
A.M=2msin。
B.滑輪受到的壓力為2mg
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C.桿對(duì)軸A的作用力大小為mg
D.桿對(duì)軸A的作用力大小」
2sin6
【分析】先對(duì)C物體進(jìn)行受力分析,由二力平衡得出繩子的拉力,然后對(duì)桿進(jìn)行受力分
析,由共點(diǎn)力的平衡即可求出桿的重力與繩子的拉力之間的關(guān)系.
【解答】解:A、由題可知,C物體受到重力和繩子的拉力處于平衡狀態(tài),所以繩子的拉
力與C物體的重力大小相等,為mg;
設(shè)AB桿的長(zhǎng)度為L(zhǎng),由圖可知,桿的重力產(chǎn)生的力矩是順時(shí)針方向的力矩,力臂的大小
是泰;
繩子的拉力產(chǎn)生的力矩是逆時(shí)針方向的力矩,力臂的大小是Lsin3過轉(zhuǎn)軸的力不產(chǎn)生力
矩,由力矩平衡得:
Mg,-^-L=mgLsin0
解得:M=2msin0,故A正確;
B、由題圖可知,兩根繩子的拉力的方向之間有夾角,所以兩根繩子的拉力的合力大小要
小于2mg,即滑輪受到的壓力小于2mg,故B錯(cuò)誤;
C、由受力圖可知,軸A對(duì)桿的作用力的方向的反向延長(zhǎng)線一定過繩子的拉力的延長(zhǎng)線
與重力的作用線的交點(diǎn),由于重力的作用線過桿的中點(diǎn),所以可知力F與繩子的拉力與
水平方向之間的夾角是相等的,并且力:Fcos0=mgcos0,所以F與繩子的拉力的大小也
相等,即F=mg,則桿對(duì)軸A的作用力大小為mg,故C正確;
D、由于M=2msin9^F=mg,得:F=—照河,所以桿對(duì)軸A的作用力大小為一踵五-,
2sin82sin8
故D正確。
本題選錯(cuò)誤的,故選:Bo
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【點(diǎn)評(píng)】該題同時(shí)考查共點(diǎn)力作用下物體的平衡與力矩平衡,解題的關(guān)鍵是正確畫出桿
的受力圖,找出各個(gè)力的力臂,然后又力矩平衡條件即可解答.
6.有一“不倒翁”,形狀可以簡(jiǎn)化成由半徑為R的半球體與頂角為74°的圓錐體組成(如
圖所示),它的重心在對(duì)稱軸上。為使“不倒翁”在任意位置都能恢復(fù)豎直狀態(tài),則該“不
倒翁”的重心到半球體的球心的距離必須大于()
【分析】可以把這個(gè)看成一個(gè)杠桿,B點(diǎn)就是支點(diǎn),從圖中可以看出當(dāng)重心在BD右側(cè)
的時(shí)候,杠桿才會(huì)旋轉(zhuǎn),而重心又在對(duì)稱軸上,所以就是BD和AD交點(diǎn)D。
【解答】解:如圖所示,連接BE,延長(zhǎng)AC,并過B點(diǎn)做AB的垂線交于點(diǎn)D,按題意,
至少當(dāng)其發(fā)生最大傾倒時(shí),其重點(diǎn)仍在B點(diǎn)右側(cè)位置,則“不倒翁”在任意位置都能恢
復(fù)豎直狀態(tài)。那么此時(shí)在ABDC和AADB中,不難證明它們是相似三角形。即ABDC
sAADB,
74°
故NDBC=NBAD='^—=37°,
2
則DC=BC?tan37°七BCX0.75-邇。
4
故選:D。
【點(diǎn)評(píng)】此題考查重心,關(guān)鍵是確定重心的位置,要求學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)知識(shí),難度
較大。
7.如圖所示,直徑為36cm的半球形碗固定在水平面上,碗的端口水平。一根密度分布均
勻、長(zhǎng)度為47cm的光滑桿ABC擱置在半球碗上,碗的厚度不計(jì),桿平衡時(shí)碗內(nèi)部分AB
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段與碗外部分BC段的長(zhǎng)度之比為()
【分析】因?yàn)闂U是光滑的,所以沒有摩擦力,桿受三個(gè)力:重力、A點(diǎn)的支持力和B點(diǎn)
的支持力。以B支點(diǎn)列出杠桿平衡條件,再根據(jù)力的平衡(桿在AC方向合力為零,其
實(shí)在任意方向合力都是零)列一個(gè)方程。再加上球直徑的條件可以求解。
【解答】解:如圖:光滑桿ABC的重心在D點(diǎn),0為半球形碗的球心,桿受三個(gè)力:重
力G、A點(diǎn)的支持力F2和B點(diǎn)的支持力Fi,以B為支點(diǎn),則根據(jù)杠桿的平衡條件得:G
Eo“0
XBDcos0=F2XABsin0--------------------------①《五
沿桿AC的方向上受力的合力為零,
即GXsin6=F2Xcos9---------------------------------------②
由巖■得:BDcotB=ABtan0,
AR
BD=ABXtan20=ABX(—)2,
AB
即BDXAB=AE2,
VitAABE中,BE2=AB2+AE2,且BD=AB--AC,
2
(AB--AC)XAB=BE2-AB2,
2
代入數(shù)據(jù)得:(AB-LX47)XAB=362-AB2,
2
即:4XAB2-47XAB-2592=0,
解得:AB=32cm,AB=-20.25cm(舍去)
.'.AB:BC=32cm:(47cm-32cm)—32:15。
故選:Co
【點(diǎn)評(píng)】本題考查杠桿平衡條件的應(yīng)用,知道物體處于靜止平衡時(shí)合力為零,本題的關(guān)
鍵是各邊長(zhǎng)之間的關(guān)系,難點(diǎn)是A、B兩點(diǎn)的支持力的方向判斷。
8.如圖所示,七塊完全相同的磚塊按照?qǐng)D示的方式疊放起來(lái),每塊磚的長(zhǎng)度均為L(zhǎng),為保
證磚塊不倒下,6號(hào)磚塊與7號(hào)磚塊之間的距離S將不超過()
第6頁(yè)/共43頁(yè)
1524
【分析】因兩部分對(duì)稱,則可只研究一邊即可;1磚受2和3支持力而處于平衡狀態(tài),則
可由力的合成求得1對(duì)2的壓力;而2磚是以4的邊緣為支點(diǎn)的杠桿平衡,則由杠桿的
平衡條件可得出2露出的長(zhǎng)度,同理可求得4露出的長(zhǎng)度,則可求得6、7相距的最大距
離。
【解答】解:由于1號(hào)磚處于平衡狀態(tài),則1號(hào)磚對(duì)2號(hào)質(zhì)的壓力應(yīng)為當(dāng);
當(dāng)1號(hào)磚放在2號(hào)豉的邊緣上時(shí),6號(hào)磚塊與7號(hào)磚塊之間的距離最大;
2號(hào)磚處于杠桿平衡狀態(tài),設(shè)2號(hào)磚露出的長(zhǎng)度為x,則2號(hào)磚下方的支點(diǎn)距重心在(自
-X)處;
由杠桿的平衡條件可知:G(呆x)=.x,
解得:X=。;
設(shè)4號(hào)磚露出的部分為XI,則4號(hào)磚下方的支點(diǎn)距重心在(寺-XI)處;4號(hào)磚受到的壓
力為G+等
則由杠桿的平衡條件可知:G(y-xi)=(G+5)XI,
解得Xl=5";
5
則6號(hào)磚塊與7號(hào)磚塊之間的最大距離應(yīng)為:
TT
L+2(x+xi)=L+2(X=*L。
3515
故選:Ao
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【點(diǎn)評(píng)】本題考查了杠桿的平衡條件在生活中的應(yīng)用,在解題時(shí)應(yīng)注意明確找出杠桿的
支點(diǎn)及受到的力,再利用杠桿的平衡條件列式求解。
9.如圖所示,質(zhì)量分布均勻的細(xì)桿水平放置,支座A在桿重心的右側(cè),桿的右端被位于其
上面的支座B頂住。現(xiàn)在桿的左端C處施加一個(gè)向下的作用力,則()
cI
Ov
A.A、B兩處的彈力均增加,且AFA=AFB
B.A、B兩處的彈力均增加,£.AFA>AFB
C.A處的彈力減小,B處的彈力增大,且|AFA|>AFB
D.A處的彈力增大,B處的彈力減小,且AFA>|AFB|
【分析】①在C點(diǎn)不施加力時(shí),分別以B、O為支點(diǎn),由杠桿平衡條件得出關(guān)于在A、
B處彈力的方程;
②在C點(diǎn)施加力F時(shí),分別以B、O為支點(diǎn),由杠桿平衡條件得出關(guān)于在A、B處彈力
的方程;
聯(lián)立方程組求得彈力變化值進(jìn)行比較得出答案。
【解答】解:
(1)在C點(diǎn)不施加力時(shí),以B為支點(diǎn),由杠桿平衡條件可知,GXBO=FAXBA;--
--------------------①
以A為支點(diǎn),由杠桿平衡條件可知,GXAO=FBXAB;-------------------②
Z
(2)在C點(diǎn)施加力F時(shí),以B為支點(diǎn),由杠桿平衡條件可知,F(xiàn)XCB+GXBO=FAX
BA;-------------③
,
以A為支點(diǎn),由杠桿平衡條件可知,F(xiàn)XCA+GXAO=FBXAB;-----------------④
③-①得:
FA'XBA-FAXBA=FXCB+GXBO-GXBO=FXCB,
...A人口F=F一口-F=F-XCB
AAABA
④-②得:
FB'XAB-FBXAB=FXCA+GXAO-GXAO=FXCB
第8頁(yè)/共43頁(yè)
.AT_h!r_FXCA
??&FB-FB-FB---——,
BA
AFA>AFB,
故選:B?
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了學(xué)生對(duì)杠桿平衡條件的應(yīng)用,知道選擇不同的支點(diǎn)求彈力是本題的
關(guān)鍵。
10.將一根均勻的木棒AB,放在支點(diǎn)。上,由于OA<OB,木棒不能保持水平,現(xiàn)在木棒
右端截去與OA等長(zhǎng)的一段并置于OA上,木棒恰好能平衡。則OA:013為()
A.1:V2+1B.1:2C.1:3D.1:4
【分析】設(shè)單位長(zhǎng)度木棒重為mog,求出左邊木棒重Gi、右邊木棒重G2,根據(jù)杠桿平衡
條件可得關(guān)于mo、LOA、LOB的方程,約去mo可解得LOA與LOB的比值。
【解答】解:
如圖,設(shè)單位長(zhǎng)度木棒重為mog,
則左邊木棒重:
Gi=2mogXLoA,
右邊木棒重:
G2=mogX(LOB-LOA)
根據(jù)杠桿平衡條件可得:
GB3A=G2XLOB-LOA,
22
LbLa
即:2mogXLoAxi^=mogX(LOB-LOA)X°°.
22
解得:
LOA:LOB=1:(V^+1)。
故選:Ao
第9頁(yè)/共43頁(yè)
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了學(xué)生對(duì)杠桿平衡條件的掌握和運(yùn)用,設(shè)單位長(zhǎng)度木棒重為mog,求
出左右兩邊木棒重是本題的關(guān)鍵。
II.如圖所示,兩根硬桿AB、BC用錢鏈連接于A、B、C,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。關(guān)于
AB桿對(duì)BC桿作用力的方向正確的是()
A.若計(jì)AB桿重力,而不計(jì)BC桿重力時(shí),由A指向B
B.若計(jì)AB桿重力,而不計(jì)BC桿重力時(shí),由C指向B
C.若不計(jì)AB桿重力,而計(jì)BC桿重力時(shí),由B指向A
D.若不計(jì)AB桿重力,而計(jì)BC桿重力時(shí),由B指向C
【分析】如圖所示,杠桿AB、BC與墻壁組成一個(gè)三角形,A和C端固定在墻壁上,AB
拉著BCo
【解答】解:如圖如果考慮AB重力,則AB的重力方向豎直向下,不計(jì)BC桿重力時(shí),
AB在BC支持力的作用下被支起,力的方向由B到C.如果不考慮AB重力,而計(jì)BC
桿重力時(shí),BC重力方向向下,AB在上面拉著BC,力的方向由B指向A。
故選:Co
【點(diǎn)評(píng)】此題考查了拉力,重力,支持力的作用,要會(huì)分析圖。
12.如圖所示,均勻木棒AC水平擱在一個(gè)圓柱體B上,二者的接觸點(diǎn)為D,且AD:DC
=17:15,當(dāng)圓柱體圍繞其固定中心軸順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),與棒的右端C緊靠著的木板
E恰能沿光滑豎直墻面勻速下滑,若木棒與圓柱體之間、木棒與木板之間動(dòng)摩擦系數(shù)相
同,則該動(dòng)摩擦系數(shù)為()
第10頁(yè)/共43頁(yè)
【分析】(1)木板E沿光滑豎直墻面勻速下滑,其重力與所受的木板的滑動(dòng)摩擦力大小
相等。對(duì)木板而言,力矩平衡,由力矩平衡條件求解木板E對(duì)AC木棒的摩擦力。
(2)根據(jù)力平衡條件,研究豎直方向,可得到圓柱體B對(duì)木棒AC的支持力。
(3)對(duì)木棒水平方向力平衡,可求出木板對(duì)木棒的彈力,由f=pN求解動(dòng)摩擦因數(shù)。
【解答】解:
(1)設(shè)木棒的重心位置在棒的0點(diǎn),木棒與木板間的摩擦力大小為f2,則對(duì)木棒,根據(jù)
力矩平衡得
G?OD=0?DC
得f2=G-
木板E沿光滑豎直墻面勻速下滑,則有木板E的重力GE=O=《G;
(2)根據(jù)木棒受力衡得,
豎直方向:圓柱體B對(duì)木棒AC的支持力Ni=G+f2=1!G;
(3)設(shè)木棒與圓柱體間的摩擦力大小為fi,木棒與木板間的彈力大小為N2,
則fi=nNi=N2,
又GE=$=^*G,NI=-^1<3,代入解得,n=0.25o
故選:C=
【點(diǎn)評(píng)】本題中木板E受力平衡,木棒不僅力平衡,力矩也平衡,根據(jù)力平衡條件和力
矩平衡條件結(jié)合處理本題,分析受力情況是關(guān)鍵。
二.多選題(共1小題)
(多選)13.質(zhì)量分別為ml和m2、長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)l、L2的兩根均勻細(xì)棒的一端相互連在一
起,構(gòu)成一個(gè)直角形細(xì)棒AOB,放在粗糙的水平桌面上,兩棒與桌面間的動(dòng)摩擦系數(shù)相
同,現(xiàn)在兩棒的連接端O處施加一水平外力F使棒做勻速直線運(yùn)動(dòng),F(xiàn)的方向如圖所示,
則以下判斷中正確的是()
第11頁(yè)/共43頁(yè)
A
wi
A.若L1>L2,則ml<m2B.若L1<L2,則ml>m2
C.若L1=L2,則ml<m2D.若L1=L2,則ml>m2
【分析】因?yàn)榘糇鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng),因此棒一定受到與拉力F大小相等,方向相反的作用
力,即為摩擦力的合力,然后根據(jù)影響摩擦力的因素和二力合成即可判斷出0A和0B
所受摩擦力的大小,從而確定出質(zhì)量關(guān)系。
【解答】解:由題意可知,直角形細(xì)棒AOB沿著F的方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),把該運(yùn)動(dòng)分
解為沿圖中虛線方向的兩個(gè)勻速直線運(yùn)動(dòng),則兩根均勻細(xì)棒的摩擦力方向如下圖所示,
兩個(gè)摩擦力的合力與拉力F平衡;
從圖中可知,fB>fk,由于接觸面的粗糙程度相同,因此摩擦力的大小不同是由于L1、
L2的兩根質(zhì)量不同決定的,與長(zhǎng)度無(wú)關(guān),即質(zhì)量越大,摩擦力越大,故
故選:AC。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查二力平衡的條件的應(yīng)用、不同直線上二力的合成以及決定滑動(dòng)摩擦力
的因素;本題的難點(diǎn)是根據(jù)摩擦力的合力畫出兩個(gè)摩擦力;注意線段的長(zhǎng)短代表力的大
小。
三.填空題(共10小題)
14.如圖所示,質(zhì)量分布均勻的圓柱體重G=500N,圓柱體高AD=40cm,底面直徑AB=
30cm,若要使該圓柱體的A點(diǎn)離開地面,則需要在D點(diǎn)施加的最小的力是150N。
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DC
【分析】根據(jù)杠桿平衡原理,確定出使杠桿平衡的動(dòng)力方向,然后利用幾何關(guān)系求出力
臂,再利用平衡條件求出最小力的大小。
【解答】解:由杠桿平衡條件可知,在阻力與阻力臂一定的情況下,動(dòng)力臂越大,動(dòng)力
越小,
由圖示可知,要使圓柱體的A點(diǎn)離開地面,力臂為DB時(shí)最大,力作用在D端,且與
DB垂直時(shí)力最小,
動(dòng)力臂L1=DB=7AD2+AB2=V(40cm)2+(30cm)2=50cm-
阻力臂L2=-^-AB=-^-X30cm=15cm,
由杠桿平衡條件得:FLI=GL2,
最小作用力:F=?=5呷j15cmMON。
L]5。cm
故答案為:150。
【點(diǎn)評(píng)】根據(jù)杠桿的平衡條件F1L1=F2L2可知,在杠桿中的阻力、阻力臂一定的情況下,
要使所使用的動(dòng)力最小,必須使動(dòng)力臂最長(zhǎng);而在通常情況下,連接杠桿中支點(diǎn)和動(dòng)力
作用點(diǎn)這兩點(diǎn)所得到的線段是最長(zhǎng)的。
15.如圖所示,一塊均勻的厚木板長(zhǎng)16米,重400牛,對(duì)稱的擱在相距8米的A、B兩個(gè)
支架上。
(1)若小金的體重為500牛,站在A點(diǎn)靜止時(shí),支架上受到木板的壓力為牛;
從A點(diǎn)出發(fā)向左走到離A點(diǎn)3.2米處時(shí),木板將開始翹動(dòng)。
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(2)若一個(gè)人從A點(diǎn)出發(fā)要安全移動(dòng)到最左端,則他的體重G的取值范圍為」
400牛。
【分析】(1)把人和木板看做整體受力分析可知,受到支架豎直向上的支持力、豎直向
下的總重力作用處于平衡狀態(tài),根據(jù)力的平衡條件求出木板受到的支持力,支架上受到
木板的壓力和木板受到的支持力是一道相互作用力,二力大小相等,據(jù)此求出支架上受
到木板的壓力;小金從A點(diǎn)出發(fā)向左走到離A點(diǎn)LA時(shí)木板恰好沒有翹動(dòng),此時(shí)木板的
支點(diǎn)為A,且此時(shí)木板水平方向處于平衡狀態(tài),根據(jù)杠桿的平衡條件得出等式即可求出
答案;
(2)當(dāng)人到達(dá)最左端且木板恰好不翹動(dòng)時(shí),人的重力最大,根據(jù)杠桿的平衡條件得出等
式即可求出人的最大重力,然后得出答案。
【解答】解:
(1)把人和木板看做整體受力分析可知,受到支架豎直向上的支持力、豎直向下的總重
力作用處于平衡狀態(tài),
所以,木板受到的支持力F支持=G木板+G人=400N+500N=900N,
因支架上受到木板的壓力和木板受到的支持力是一道相互作用力,
所以,支架上受到木板的壓力F^=F支持=900N;
設(shè)木板的長(zhǎng)度L=16m,小金從A點(diǎn)出發(fā)向左走到離A點(diǎn)LA時(shí)木板恰好沒有翹動(dòng),
此時(shí)木板的支點(diǎn)為A,且此時(shí)木板水平方向處于平衡狀態(tài),
由杠桿的平衡條件可得:G木板?維=GA?LA,即400NX粵=500NXLA,
22
解得:LA=3.2m,即從A點(diǎn)出發(fā)向左走到離A點(diǎn)3.2米處時(shí),木板將開始翹動(dòng);
(2)當(dāng)人到達(dá)最左端且木板恰好不翹動(dòng)時(shí),人的重力最大,
由杠桿的平衡條件可得:G木板?上坦=GJ?(4-維),即400NX3^=G人'乂(卒
22222
8m>.
丁
解得:G人'=400N,即他的體重G的取值范圍為不大于400N。
故答案為:(1)900;3.2;(2)不大于400。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用和物體平衡時(shí)合力為零條件的應(yīng)用,分清杠桿
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的力臂和支點(diǎn)是關(guān)鍵。
16.如圖所示,質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員站在質(zhì)量為M的均勻長(zhǎng)板AB的中點(diǎn),板位于水平地面
上,可繞通過A點(diǎn)的水平軸無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。板的B端系有輕繩,輕繩的另一端繞過兩個(gè)定
滑輪后,握在運(yùn)動(dòng)員的手中。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員用力拉繩子時(shí),滑輪兩側(cè)的繩子都保持在豎直方
向,則要使板的B端離開地面,運(yùn)動(dòng)員作用于繩的最小拉力是―(mg+Mg)
O
【分析】利用重力公式和杠桿平衡條件表示出作用在繩子上最小的拉力,化簡(jiǎn)即可求出
運(yùn)動(dòng)員作用于繩的最小拉力。
【解答】解:設(shè)運(yùn)動(dòng)員作用于繩的最小拉力為F,杠桿AB的長(zhǎng)度為L(zhǎng),則由杠桿平衡的
條件可得:
FL=(mg+Mg-F)X-j-L
化簡(jiǎn)可得:F=5(mg+Mg)o
3
故答案為:-y(mg+Mg)o
o
【點(diǎn)評(píng)】本題考查杠桿的平衡條件的應(yīng)用,涉及到重力公式、定滑輪的特點(diǎn),關(guān)鍵是求
出作用在杠桿中點(diǎn)的力。
17.半徑為R的勻質(zhì)半球體置于水平面上,其重心C離球心0點(diǎn)的距離0C=彎,半球質(zhì)
量為m。在半球的平面上放一質(zhì)量為手的物體,它與半球平面間的靜摩擦因數(shù)為0.2。則
在保持平衡狀態(tài)的條件下,物體離球心的最大距離為0.6R。
【分析】對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用力矩平衡條件列方程,求出P的位置離開半球體球心O的距離表達(dá)
式,然后應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析答題,求出最大距離。
【解答】解:物體離O點(diǎn)放得越遠(yuǎn),由力矩平衡條件可知,半球體轉(zhuǎn)過的角度。越大,
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但物體在球體斜面上保持相對(duì)靜止時(shí),。有限度。
設(shè)物體距球心為X時(shí)恰好無(wú)滑動(dòng),對(duì)整體以半球體和地面接觸點(diǎn)為軸:
由力矩平衡條件得:G,-^-sin9=^y-xcos0,解得:x=3Rtan0,
可見,x隨。增大而增大。臨界情況對(duì)應(yīng)物體所受摩擦力為最大靜摩擦力,貝IJ:
f
tan0=—5L=|i=0.2,所以:x=3uR=0.6R。
mN
故答案為:0.6R。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了求P的位置離開半球體球心0的最大距離,正確選擇研究對(duì)象、應(yīng)
用力矩平衡條件即可正確解題。
18.如圖所示,重力不計(jì)的輕桿01B和02A,長(zhǎng)度均為L(zhǎng),O1和02為光滑的轉(zhuǎn)動(dòng)軸,A
處有一突起物擱在01B的中點(diǎn),B處用細(xì)繩系在02A的中點(diǎn),此時(shí)兩短桿便組合成一根
長(zhǎng)桿。今在01B桿上的C點(diǎn)(C點(diǎn)為AB的中點(diǎn))懸掛一個(gè)重為G的物體,則A處受
到的支承力為;B處繩的拉力為G0
【分析】(1)對(duì)杠桿02A應(yīng)用杠桿平衡條件,列出平衡方程;
(2)對(duì)杠桿01B應(yīng)用杠桿平衡條件,列出平衡方程;
然后解方程,求出作用力。
【解答】解:(1)如圖甲所示,對(duì)于杠桿02A來(lái)說(shuō),
由杠桿平衡條件得:
FAXL=FBX與,則FB=2FA;
(2)如圖乙所示,對(duì)于杠桿OiB來(lái)說(shuō),
由題意可知:AB=±>
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L—3L
?!uT
由杠桿平衡條件可得:
FA'XLGX9=FB,XL①,
24
FA與FA'、FB與FB'是物體間的相互作用力,
,
它們大小相等,F(xiàn)A=FA',F(xiàn)B=FB,
所以FB'=2FA',把FB'=2FA'代入①,
解得:FA'FB'=G,
則A處受到的支承力為守,B處繩的拉力為G。
故答案為:-1G;GO
圖甲
Q3G
圖乙
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用,分別對(duì)兩個(gè)杠桿應(yīng)用杠桿平衡條件,即可正
確解題。
19.如圖所示,重力為G的物體掛在水平橫桿的右端C點(diǎn)。水平橫桿左端有一可轉(zhuǎn)動(dòng)的固
定軸A,輕桿AC長(zhǎng)為L(zhǎng),輕繩的B端可固定在AC桿上的任一點(diǎn),繩的D端可固定在
豎直墻面上的任一點(diǎn),繩BD長(zhǎng)為L(zhǎng),輕桿AC始終保持水平。則當(dāng)NABD為45°時(shí),
繩BD的拉力最小,其值為2G,此時(shí),AD間的距離為迎L。
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【分析】由題意可知,阻力與阻力臂一定,現(xiàn)在要求最小動(dòng)力,由杠桿平衡條件可知,
動(dòng)力臂最大時(shí),動(dòng)力最小,根據(jù)題意與圖示求出最大動(dòng)力臂,然后由杠桿平衡條件求出
繩子的最小拉力。
【解答】解:如圖所示:
AP=LXcosZABDXsinZABD=-isin2ZABD,故當(dāng)AP最大時(shí)2NABD=90°,ZABD
2
=45°;
故當(dāng)NABD=45°,動(dòng)力臂AP最大,因?yàn)锳ABD為等腰直角三角形,AP±BD,BD=
L,
所以PB=AP=/L,AB={AP2+PB2=J吟產(chǎn)+*)2=¥~L=AD;
由杠桿平衡條件可得:FXAP=GXAC,
即FxL=GXL,故F=2G;
2
故答案為:45°;2G;誓L。
【點(diǎn)評(píng)】此題考查了杠桿平衡條件的實(shí)際應(yīng)用,需用數(shù)學(xué)中的勾股定理知識(shí)才能解答,
題目難度較大。
20.圖(a)所示的是一把桿秤的示意圖,O是秤桿的懸點(diǎn),使用該秤最多能稱量5千克的
重物。小王用一個(gè)相同的秤蛇系在原來(lái)的秤坨下面,采用“雙秤坨法”去稱量7千克的
重物時(shí),秤上的示數(shù)為3千克,如圖(b)所示。那么當(dāng)只掛一個(gè)秤坨時(shí),該秤零刻度線
的位置應(yīng)該在O點(diǎn)右側(cè)(選填“O點(diǎn)”、“0點(diǎn)的右側(cè)”或“0點(diǎn)的左側(cè)”)。若
采用“雙秤蛇法”,則利用該秤最多能稱量11千克的重物。
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【分析】(1)桿秤的工作原理是:杠桿的平衡條件,根據(jù)桿秤自重重心位置及杠桿平衡
條件判斷,桿秤零刻度線的位置。
(2)根據(jù)杠桿的平衡條件:動(dòng)力X動(dòng)力臂=阻力又阻力臂,以0點(diǎn)為支點(diǎn),分別找到力
與力臂,根據(jù)杠桿平衡條件列方程解題,從而得出結(jié)論。
【解答】解:
(1)桿秤是根據(jù)杠桿平衡條件工作的;秤桿是一個(gè)杠桿,懸點(diǎn)0是杠桿的支點(diǎn);
結(jié)合圖示由生活經(jīng)驗(yàn)可知,當(dāng)秤鉤上不掛重物,手提起提紐時(shí),桿秤的左端下降,說(shuō)明
桿秤自重重心在懸點(diǎn)0的左側(cè),由杠桿平衡條件知:要想使桿秤平衡秤坨應(yīng)在懸點(diǎn)右側(cè),
則桿秤的零刻度線位置在O點(diǎn)右側(cè)。
(2)設(shè)桿秤的自重為Go,桿秤重心到支點(diǎn)。的距離是Lo,設(shè)秤坨的重力為G曲,
重物G=mg到支點(diǎn)的距離是L物,當(dāng)重物質(zhì)量為mi=3kg時(shí),秤蛇到支點(diǎn)的距離為L(zhǎng)i,
根據(jù)杠桿平衡條件得:GoLo+migXL物=6施14,即G()Lo+3kgX9.8N/kgXL物=6曲口-
----①;
(3)用雙坨稱rti2=7kg物體質(zhì)量時(shí),由杠桿平衡條件得:
GoLo+m2gXL物=2G袍Li,即GoLo+7kgX9.8N/kgXL物=2G袍Li---------②;
設(shè)測(cè)最大質(zhì)量時(shí),秤坨到支點(diǎn)的距離為L(zhǎng),單坨能測(cè)最大m最大=5kg,
由杠桿平衡條件得:GoLo+m最大g乂1物=6由L,即:GoLo+5kgX9.8N/kg><L物=6碓L-
----③
設(shè)雙坨能測(cè)的最大質(zhì)量為m,由杠桿平衡條件得:GoLo+mgXL物=2G1sL,
即:GoLo+mX9.8N/kgXL物=2G曲L④;
由①②③④解得:m=llkg。
故答案為:。點(diǎn)右側(cè);11。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了學(xué)生對(duì)杠桿平衡條件的掌握和運(yùn)用,根據(jù)題意,由杠桿平衡條件列
出不同情況下的平衡方程,然后解方程組是解本題的關(guān)鍵。
21.如圖所示,是一個(gè)簡(jiǎn)易的吊鉤裝置,它是由4根長(zhǎng)度不一的剛性輕桿AD、DF、BC、
CE較接而成,A端通過固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接在墻上,C端可以在光滑水平地面上左右自由移
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動(dòng)。L1表示AD的長(zhǎng)度,L2表示AB的長(zhǎng)度,L3表不DF的長(zhǎng)度,L4表示BC的長(zhǎng)度,
忽略吊鉤到F點(diǎn)的長(zhǎng)度,BCED構(gòu)成一個(gè)平行四邊形。若吊鉤上不管掛上多重質(zhì)量的物
體,吊鉤裝置在水平面上的不同位置時(shí)都能處于平衡狀態(tài),則LI、L2、L3、L4必須滿
足的關(guān)系是丁L=d。吊鉤裝置處于平衡狀態(tài)時(shí),C端受到地面的作用力方向?yàn)樨Q
L2L4
直向上
【分析】(1)找出吊鉤上重力和光滑水平地面C點(diǎn)處對(duì)整個(gè)吊鉤裝置的支持力N的力
臂,利用杠桿平衡條件得出力臂之間的關(guān)系。
(2)知道壓力是垂直作用在支持面上的,然后根據(jù)相互作用力判斷C點(diǎn)的受到地面的作
用力方向。
【解答】解:(1)以整個(gè)吊鉤裝置為杠桿,則整個(gè)吊鉤裝置以A點(diǎn)為固定轉(zhuǎn)軸,即A
為支點(diǎn),則整個(gè)吊鉤裝置作用的兩個(gè)力為:
吊鉤上掛的物體的重力G和光滑水平地面C點(diǎn)處對(duì)整個(gè)吊鉤裝置的支持力N;
如圖根據(jù)幾何知識(shí)可知:
重力G的力臂為:AK=HF=HJ+JF=LisinP+L3sina,
支持力N的力臂為;AP=IC=IK+KC=L2sinp+L4sina,
這個(gè)吊鉤裝置平衡,根據(jù)平衡條件得:
G?AK=N?AP,
即:G,(Lisinp+Ljsina)=N*(L2sinB+L4sina),
整理可得:
sina(GL3-NL4)=sin0(NL2-GLi)------------------------------------①,
由于吊鉤裝置在水平面上的不同位置時(shí)都能處于平衡狀態(tài),則要求a和0取不同值上式①
都成立,
所以,應(yīng)滿足:GL3-NL4=0,NL2-GLi=O,
即:GL3=NL4,GLI=NL2,
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所以,產(chǎn)=產(chǎn),
L3L4
即:廿Ll=廿L3。
L2L4
(2)由于壓力是垂直作用在受力面上的,所以C對(duì)對(duì)面的壓力是豎直向下的,根據(jù)力的
作用是相互的,則C端受到地面的作用力方向是豎直向上的。
L<L
故答案為:#3豎直向上。
L2L4
【點(diǎn)評(píng)】本題考查杠桿平衡條件的應(yīng)用,難點(diǎn)是對(duì)整個(gè)裝置的受力分析及各力之間的關(guān)
系,關(guān)鍵是以整個(gè)吊鉤裝置為杠桿,則整個(gè)吊鉤裝置以A點(diǎn)為固定轉(zhuǎn)軸,即A為支點(diǎn)。
22.如圖所示,在一根長(zhǎng)為2m,質(zhì)量為2kg的細(xì)金屬桿AB(質(zhì)量分布不均勻)的A端施
加一個(gè)與桿垂直的拉力F.使桿靜止在圖示位置。已知桿與地面成37°角,地面對(duì)桿作
用的靜摩擦力大小為3.6N,地面對(duì)桿的支持力大小為15.2N.則桿的重心距B端的距離
為0.75m.F的大小為6N.(已知:sin37°=0.6.cos37°=0.8)
【分析】先畫出圖中杠桿受力情況,并且將作用在杠桿上的F分解為水平方向和豎直方
向的分力,然后根據(jù)力的合成以及處于平衡狀態(tài)的物體所受合力為零求出杠桿水平方向
受到的力和豎直方向受到的力,最后根據(jù)杠桿平衡的條件列出關(guān)系式即可求出。
【解答】解:如圖所示
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杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài),因此杠桿水平方向合力為0,F的水平分量的大小Fx=f=3.6N,F
F豎直分量為Fy=FXcos37°=6NX0.8=4.8N,杠桿在豎直方向合力也為0,杠桿重力
為G=Fy+F支持=4.8N+15.2N=20N;
設(shè)杠桿重心距B端距離為L(zhǎng)力矩平衡,各力對(duì)B點(diǎn)力矩代數(shù)和為0,
GXLXcos37°=FX2m
FX2m6NX2m
LT=---------7-=----------=0n.75m。
GXCOS3720NX0.8
故答案為0.75,6o
f
【點(diǎn)評(píng)】本題考查杠桿平衡的條件以及互成角度力的合成,難度較大,建議知識(shí)面較寬
的學(xué)生做這類題型。
23.課題研究小組提供了一把家中的舊桿秤(秤坨遺失),桿秤的刻度大多數(shù)模糊不清,只
有5kg和6kg的刻度清晰可辨。小組成員對(duì)桿秤的外形進(jìn)行了測(cè)量,測(cè)量結(jié)果如圖所示。
已知秤桿和掛鉤的總質(zhì)量為1kg,則秤泥質(zhì)量是2kg,桿秤重心(含掛鉤)在桿秤提
紐的左(選填“左”或“右”)側(cè),距提紐2emo
4cm
11cm一即
。一提紐
5kg6kg
【分析】(1)從圖可知,5kg到6kg質(zhì)量增加了1kg,而杠桿的長(zhǎng)增加了2cm,再由桿
秤上的刻度是均勻的,并由此來(lái)判斷桿秤的0刻度線,進(jìn)而判斷桿秤的重心.
(2)設(shè)桿秤的重心到提紐的距離為S,秤坨的質(zhì)量為m,桿秤的質(zhì)量為m桿,知道5kg
和6kg時(shí),秤坨所在的位置,根據(jù)杠桿的平衡條件F左L左nF左L右,列出兩個(gè)等式解答
即可。
【解答】解:(1)我們用桿秤稱物體時(shí),物體在提紐的左側(cè),秤坨在提紐的右側(cè),從圖
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可知,5kg至116kg質(zhì)量增力口了1kg,而杠桿的長(zhǎng)增加了2cm,桿秤上的刻度是均勻的,所
以,從0刻度線到5kg的位置,杠桿的長(zhǎng)應(yīng)該為10cm,即零刻度線在提紐的右側(cè),所以
該桿秤的重心應(yīng)該在提紐的左側(cè)。(因?yàn)?刻度線處要掛稱花才能使杠桿在水平位置平
衡)
該桿秤的重心在提紐的左側(cè),設(shè)桿秤的重心到提紐的距離為S,秤坨的質(zhì)量為m,桿秤
的質(zhì)量為m桿,
由杠桿的平衡條件G左L左=G右1右可知,
5kgXgX4cm+m桿XgXS=mXgX11cm,
6kgXgX4cm+m桿XgXS=mXgX(1lcm+2cm),
化簡(jiǎn)得:5kgX4cm+m桿XS=mX11cm,①
6kgX4cm+m桿XS=mX(llcm+2cm),②
解①②可得:m=2kg;
(2)從圖可知,5kg到6kg質(zhì)量增加了1kg,而杠桿的長(zhǎng)增加了2cm,桿秤上的刻度是
均勻的,所以,從??潭染€到5kg的位置,杠桿的長(zhǎng)應(yīng)該為10cm,即零刻度線在提紐的
右側(cè),所以該桿秤的重心應(yīng)該在提紐的左側(cè)。(因?yàn)?刻度線處要掛稱坨才能使杠桿在
水平位置平衡)
所以5kgXgX4cm+lkgXgXS=2kgXgXUcm,解得,S=2cm,即該桿秤的重心距提紐
2cmo
故答案為:2;左;2。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查學(xué)生對(duì)力臂概念的理解情況,需要熟練掌握杠桿平衡條件公式和重力
計(jì)算公式G=mgo
四.計(jì)算題(共6小題)
24.如圖所示。均勻桿AB每米重為30N.將A端支起。在離A端0.2m的C處掛一重300N
的物體,在B端施一豎直向上的拉力F,使桿保持水平方向平衡,問桿長(zhǎng)為多少時(shí),所
需的拉力F最???最小值為多大?
【分析】設(shè)杠桿的長(zhǎng)度為L(zhǎng),根據(jù)杠桿的平衡條件列出杠桿的平衡方程求解。
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【解答】解:設(shè)杠桿的長(zhǎng)度為L(zhǎng),則杠桿的重力為:G=30N?L,由杠桿的平衡條件得:
GCXLAC+GX.1-=FXL;代入數(shù)據(jù)得:300NX0.02m+30NXLX?FL;
整理得:15(L2-FL+4)=0;必須滿足A=b2-4ac20,即F?-4X15X60N0,
所以,F(xiàn)260N,即拉力的最小值為60N,
將F=60N代入方程可得15L2-60L+60=0解方程②可得L=2m,
答:桿長(zhǎng)為2m時(shí),所需的拉力F最小,最小值為60N。
【點(diǎn)評(píng)】本題考查了杠桿平衡條件的應(yīng)用,明確杠桿在水平位置平衡時(shí),各個(gè)力臂的長(zhǎng)
度是解題的關(guān)鍵,屬于比較典型的題目。
25.如圖,質(zhì)量m=2.0kg的小鐵塊靜止于水平導(dǎo)軌AB的A端,導(dǎo)軌及支架ABCD總質(zhì)量
M=4.0kg,形狀及尺寸已在圖中注明,該支架只可以繞著過D點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在圖示豎直平
面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。為簡(jiǎn)便起見,可將導(dǎo)軌及支架ABCD所受的重力看作集中作用于圖中的O點(diǎn)。
現(xiàn)用一沿導(dǎo)軌的拉力F通過細(xì)線拉鐵塊,假定鐵塊啟動(dòng)后立即以0.1m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng),
此時(shí)拉力F=10No
(1)鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力多大?
(2)從鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)起,導(dǎo)軌(及支架)能保持靜止的最長(zhǎng)時(shí)間是多少?(g=10N/kg)
【分析】(1)由題意知:鐵塊啟動(dòng)后立即以O(shè).lm/s的速度勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)拉力就等于鐵
塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力;
(2)設(shè)當(dāng)鐵塊運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)時(shí),支架剛好開始轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)過E點(diǎn)的豎直線在D點(diǎn)右側(cè),
距D點(diǎn)為x,根據(jù)杠桿平衡條件及已知條即可求得的。
【解答】解:(1)鐵塊啟動(dòng)后勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)拉力就等于鐵塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受摩擦力,
用f表示鐵塊所受摩擦力,f=F=10N。
(2)鐵塊對(duì)導(dǎo)軌的摩擦力作用線沿著導(dǎo)軌AB,所求力臂即為D到AB的距離。用L表
示該力臂,L=0.8m。
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設(shè)當(dāng)鐵塊運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)時(shí),支架剛好開始轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)過E點(diǎn)的豎直線在D點(diǎn)右側(cè),距D點(diǎn)
為x,根據(jù)杠桿平衡條件及已知條件:4.0X10X0.1=2.0XlOx+lOXO.8;
z?,,0.6m+0.lm-0.
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