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        1. 解:設(shè)物體從A滑至B點時速度為v0.根據(jù)機械能守恒有: 查看更多

           

          題目列表(包括答案和解析)

          選做題(請從A、B和C三小題中選定兩小題作答,并在答題卡上把所選題目對應(yīng)字母后的方框涂滿涂黑,如都作答則按A、B兩小題評分.)
          A.(選修模塊3-3)
          (1)下列說法中正確的是
          ABD
          ABD

          A、被活塞封閉在氣缸中的一定質(zhì)量的理想氣體,若體積不變,壓強增大,則氣缸在單位面積上,單位時間內(nèi)受到的分子碰撞次數(shù)增加
          B、晶體中原子(或分子、離子)都按照一定規(guī)則排列,具有空間上的周期性
          C、分子間的距離r存在某一值r0,當r大于r0時,分子間斥力大于引力;當r小于r0時分子間斥力小于引力
          D、由于液體表面分子間距離大于液體內(nèi)部分子間的距離,液面分子間表現(xiàn)為引力,所以液體表面具有收縮的趨勢
          (2)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生如圖所示的狀態(tài)變化,狀態(tài)A與狀態(tài)B 的體積關(guān)系為VA
          小于
          小于
          VB(選填“大于”、“小于”或“等于”); 若從A狀態(tài)到C狀態(tài)的過程中氣體對外做了100J的功,則此過程中
          吸熱
          吸熱
          (選填“吸熱”或“放熱”)

          (3)在“用油膜法測量分子直徑”的實驗中,將濃度為η的一滴油酸溶液,輕輕滴入水盆中,穩(wěn)定后形成了一層單分子油膜.測得一滴油酸溶液的體積為V0,形成的油膜面積為S,則油酸分子的直徑約為
          6S3
          πη2
          V
          2
          0
          6S3
          πη2
          V
          2
          0
          ;如果把油酸分子看成是球形的(球的體積公式為V=
          1
          6
          πd3
          ,d為球直徑),計算該滴油酸溶液所含油酸分子的個數(shù)約為多少.
          B.(選修模塊3-4)(12分)
          (1)下列說法中正確的是
          C
          C

          A、光的偏振現(xiàn)象證明了光波是縱波
          B、在發(fā)射無線電波時,需要進行調(diào)諧和解調(diào)
          C、在白熾燈的照射下從兩塊捏緊的玻璃板表面看到彩色條紋,這是光的干涉現(xiàn)象
          D、考慮相對論效應(yīng),一條沿自身長度方向運動的桿其長度總比桿靜止時的長度長
          (2)一列橫波沿x軸正方向傳播,在t0=0時刻的波形如圖所示,波剛好傳到x=3m處,此后x=1m處的質(zhì)點比x=-1m處的質(zhì)點
          (選填“先”、“后”或“同時”)到達波峰位置;若該波的波速為10m/s,經(jīng)過△t時間,在x軸上-3m~3m區(qū)間內(nèi)的波形與t0時刻的正好相同,則△t=
          0.4nsn=1.2.3…
          0.4nsn=1.2.3…


          (3)如圖所示的裝置可以測量棱鏡的折射率,ABC表示待測直角棱鏡的橫截面,棱鏡的頂角為α,緊貼直角邊AC是一塊平面鏡,一光線SO射到棱鏡的AB面上,適當調(diào)整SO的方向,當SO與AB成β角時,從AB面射出的光線與SO重合,則棱鏡的折射率n為多少?

          C.(選修模塊3-5)
          (1)下列說法正確的是
          AC
          AC

          A、黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)
          B、普朗克提出了物質(zhì)波的概念,認為一切物體都具有波粒二象性.
          C、波爾理論的假設(shè)之一是原子能量的量子化
          D、氫原子輻射出一個光子后能量減小,核外電子的運動加速度減小
          (2)如圖所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的電路.圖中標有A和K的為光電管,其中K為陰極,A為陽極.現(xiàn)接通電源,用光子能量為10.5eV的光照射陰極K,電流計中有示數(shù),若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動,電流計的讀數(shù)逐漸減小,當滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零,讀出此時電壓表的示數(shù)為6.0V;則光電管陰極材料的逸出功為
          4.5
          4.5
          eV,現(xiàn)保持滑片P位置不變,增大入射光的強度,電流計的讀數(shù)
          為零
          為零
          .(選填“為零”、或“不為零”)
          (3)快中子增殖反應(yīng)堆中,使用的核燃料是钚239,裂變時釋放出快中子,周圍的鈾238吸收快中子后變成鈾239,鈾239(92239U)很不穩(wěn)定,經(jīng)過
          2
          2
          次β衰變后變成钚239(94239Pu),寫出該過程的核反應(yīng)方程式:
          92239U→94239Pu+2-10e
          92239U→94239Pu+2-10e
          .設(shè)靜止的鈾核92239U發(fā)生一次β衰變生成的新核質(zhì)量為M,β粒子質(zhì)量為m,釋放出的β粒子的動能為E0,假設(shè)衰變時能量全部以動能形式釋放出來,求一次衰變過程中的質(zhì)量虧損.

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          (17分)

          (1)(8分)像打點計時器一樣,光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器,其結(jié)構(gòu)如圖甲所示,a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置,當有物體從a、b間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間(從運動物塊開始擋住ab間光線至結(jié)束的時間).現(xiàn)利用如圖乙所示裝置測量滑塊和長1m左右的木板間的動摩擦因數(shù)μ.。圖中MN是水平桌面,Q是木板與桌面的接觸點,1和2是固定在木板上適當位置的兩個光電門,與之連接的兩個光電計時器沒有在1和2位置畫出。此外在木板頂端的P點還懸掛著一個鉛錘,讓滑塊從木板的頂端滑下,光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為t1=5.0×102s和t2=2.0×102s。用螺旋測微器測量小滑塊的寬度d,如圖丙所示.

          ①由圖丙讀出滑塊的寬度d=           mm;

          ②滑塊通過光電門1的瞬時速度v1的表達式為        ,滑動通過光電門2的速度v2的表達式為        (用字母d、t1、t2表示);

          ③若僅提供一把米尺,已知當?shù)氐闹亓铀贋間,為完成測量,除了研究v1、v2和兩個光電門之間的距離L外,還需測量的物理量是                                           

                                                   (說明各物理量的意義及字母);

          ④寫出用③中各量求解動摩擦因數(shù)的表達式                  (用字母表示)。

          (2)(9分)有一根很細的均勻空心金屬管,管長約50cm、電阻約為15,現(xiàn)需測定它的內(nèi)徑d,但因其內(nèi)徑較小,無法用游標卡尺直接測量。已知這種金屬的電阻率為。實驗室中可以提供下列器材:

          A.毫米刻度尺;

          B.螺旋測微器;

          C.電流表(量程300mA,內(nèi)阻約1);

          D.電流表(量程3A,內(nèi)阻約0.1);

          E.電壓表(量程3V,內(nèi)阻約6k):

          F.滑動變阻器(最大阻值lk,額定電流0.5A);

          G.滑動變阻器(最大阻值5,額定電流2A);

          H.蓄電池(電動勢6V,內(nèi)阻0.05);

          J.開關(guān)一個及帶夾子的導線若干。

          請設(shè)計一個實驗方案,要求實驗誤差盡可能小,并能測出多組數(shù)據(jù),便于調(diào)節(jié);卮鹣铝袉栴}:

          ①實驗中應(yīng)測物理量的名稱及符號是                                                                                          ;

          ②電流表應(yīng)選擇        ,滑動變阻器應(yīng)選擇        ;(填字母代號)

          ③請你設(shè)計一個電路圖將其畫在上面的方框中;

          ④用測得的物理量、已知量的字母寫出計算金屬管內(nèi)徑的表達式為=           。

           

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          (17分)

          (1)(8分)像打點計時器一樣,光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器,其結(jié)構(gòu)如圖甲所示,a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置,當有物體從a、b間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間(從運動物塊開始擋住ab間光線至結(jié)束的時間).現(xiàn)利用如圖乙所示裝置測量滑塊和長1m左右的木板間的動摩擦因數(shù)μ.。圖中MN是水平桌面,Q是木板與桌面的接觸點,1和2是固定在木板上適當位置的兩個光電門,與之連接的兩個光電計時器沒有在1和2位置畫出。此外在木板頂端的P點還懸掛著一個鉛錘,讓滑塊從木板的頂端滑下,光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為t1=5.0×102s和t2=2.0×102s。用螺旋測微器測量小滑塊的寬度d,如圖丙所示.

          ①由圖丙讀出滑塊的寬度d=            mm;

          ②滑塊通過光電門1的瞬時速度v1的表達式為         ,滑動通過光電門2的速度v2的表達式為         (用字母d、t1、t2表示);

          ③若僅提供一把米尺,已知當?shù)氐闹亓铀贋間,為完成測量,除了研究v1v2和兩個光電門之間的距離L外,還需測量的物理量是                                           

                                                    (說明各物理量的意義及字母);

          ④寫出用③中各量求解動摩擦因數(shù)的表達式                   (用字母表示)。

          (2)(9分)有一根很細的均勻空心金屬管,管長約50cm、電阻約為15,現(xiàn)需測定它的內(nèi)徑d,但因其內(nèi)徑較小,無法用游標卡尺直接測量。已知這種金屬的電阻率為。實驗室中可以提供下列器材:

          A.毫米刻度尺;

          B.螺旋測微器;

          C.電流表(量程300mA,內(nèi)阻約1);

          D.電流表(量程3A,內(nèi)阻約0.1);

          E.電壓表(量程3V,內(nèi)阻約6k):

          F.滑動變阻器(最大阻值lk,額定電流0.5A);

          G.滑動變阻器(最大阻值5,額定電流2A);

          H.蓄電池(電動勢6V,內(nèi)阻0.05);

          J.開關(guān)一個及帶夾子的導線若干。

          請設(shè)計一個實驗方案,要求實驗誤差盡可能小,并能測出多組數(shù)據(jù),便于調(diào)節(jié);卮鹣铝袉栴}:

          ①實驗中應(yīng)測物理量的名稱及符號是                                                                                           

          ②電流表應(yīng)選擇         ,滑動變阻器應(yīng)選擇         ;(填字母代號)

          ③請你設(shè)計一個電路圖將其畫在上面的方框中;

          ④用測得的物理量、已知量的字母寫出計算金屬管內(nèi)徑的表達式為=           

           

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          (1)像打點計時器一樣,光電計時器也是一種研究物體運動情況的常用計時儀器,其結(jié)構(gòu)如圖甲所示,a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置,當有物體從a、b間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間(從運動物塊開始擋住ab間光線至結(jié)束的時間).現(xiàn)利用如圖乙所示裝置測量滑塊和長1m左右的木板間的動摩擦因數(shù)μ.。圖中MN是水平桌面,Q是木板與桌面的接觸點,1和2是固定在木板上適當位置的兩個光電門,與之連接的兩個光電計時器沒有在1和2位置畫出。此外在木板頂端的P點還懸掛著一個鉛錘,讓滑塊從木板的頂端滑下,光電門1、2各自連接的計時器顯示的擋光時間分別為t1=5.0×102s和t2=2.0×102s。用螺旋測微器測量小滑塊的寬度d,如圖丙所示.

          ①由圖丙讀出滑塊的寬度d=            mm;

          ②滑塊通過光電門1的瞬時速度v1的表達式為         ,滑動通過光電門2的速度v2的表達式為         (用字母d、t1、t2表示);

          ③若僅提供一把米尺,已知當?shù)氐闹亓铀贋間,為完成測量,除了研究v1v2和兩個光電門之間的距離L外,還需測量的物理量是                                           

                                                    (說明各物理量的意義及字母);

          ④寫出用③中各量求解動摩擦因數(shù)的表達式                   (用字母表示)。

          (2)有一根很細的均勻空心金屬管,管長約50cm、電阻約為15,現(xiàn)需測定它的內(nèi)徑d,但因其內(nèi)徑較小,無法用游標卡尺直接測量。已知這種金屬的電阻率為。實驗室中可以提供下列器材:

          A.毫米刻度尺;

          B.螺旋測微器;

          C.電流表(量程300mA,內(nèi)阻約1);

          D.電流表(量程3A,內(nèi)阻約0.1);

          E.電壓表(量程3V,內(nèi)阻約6k):

          F.滑動變阻器(最大阻值lk,額定電流0.5A);

          G.滑動變阻器(最大阻值5,額定電流2A);

          H.蓄電池(電動勢6V,內(nèi)阻0.05);

          J.開關(guān)一個及帶夾子的導線若干。

          請設(shè)計一個實驗方案,要求實驗誤差盡可能小,并能測出多組數(shù)據(jù),便于調(diào)節(jié);卮鹣铝袉栴}:

          ①實驗中應(yīng)測物理量的名稱及符號是                                                                                           

          ②電流表應(yīng)選擇         ,滑動變阻器應(yīng)選擇         ;(填字母代號)

          ③請你設(shè)計一個電路圖將其畫在上面的方框中;

          ④用測得的物理量、已知量的字母寫出計算金屬管內(nèi)徑的表達式為=            。

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          第一部分  力&物體的平衡

          第一講 力的處理

          一、矢量的運算

          1、加法

          表達: +  =  

          名詞:為“和矢量”。

          法則:平行四邊形法則。如圖1所示。

          和矢量大。篶 =  ,其中α為的夾角。

          和矢量方向:、之間,和夾角β= arcsin

          2、減法

          表達: =  。

          名詞:為“被減數(shù)矢量”,為“減數(shù)矢量”,為“差矢量”。

          法則:三角形法則。如圖2所示。將被減數(shù)矢量和減數(shù)矢量的起始端平移到一點,然后連接兩時量末端,指向被減數(shù)時量的時量,即是差矢量。

          差矢量大小:a =  ,其中θ為的夾角。

          差矢量的方向可以用正弦定理求得。

          一條直線上的矢量運算是平行四邊形和三角形法則的特例。

          例題:已知質(zhì)點做勻速率圓周運動,半徑為R ,周期為T ,求它在T內(nèi)和在T內(nèi)的平均加速度大小。

          解說:如圖3所示,A到B點對應(yīng)T的過程,A到C點對應(yīng)T的過程。這三點的速度矢量分別設(shè)為、。

          根據(jù)加速度的定義 得:

          由于有兩處涉及矢量減法,設(shè)兩個差矢量  , ,根據(jù)三角形法則,它們在圖3中的大小、方向已繪出(的“三角形”已被拉伸成一條直線)。

          本題只關(guān)心各矢量的大小,顯然:

           =  =  =  ,且: =   = 2

          所以: =  =  , =  =  。

          (學生活動)觀察與思考:這兩個加速度是否相等,勻速率圓周運動是不是勻變速運動?

          答:否;不是。

          3、乘法

          矢量的乘法有兩種:叉乘和點乘,和代數(shù)的乘法有著質(zhì)的不同。

          ⑴ 叉乘

          表達:× = 

          名詞:稱“矢量的叉積”,它是一個新的矢量。

          叉積的大。篶 = absinα,其中α為的夾角。意義:的大小對應(yīng)由作成的平行四邊形的面積。

          叉積的方向:垂直確定的平面,并由右手螺旋定則確定方向,如圖4所示。

          顯然,××,但有:×= -×

          ⑵ 點乘

          表達:· = c

          名詞:c稱“矢量的點積”,它不再是一個矢量,而是一個標量。

          點積的大。篶 = abcosα,其中α為的夾角。

          二、共點力的合成

          1、平行四邊形法則與矢量表達式

          2、一般平行四邊形的合力與分力的求法

          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

          第二講 物體的平衡

          一、共點力平衡

          1、特征:質(zhì)心無加速度。

          2、條件:Σ = 0 ,或  = 0 , = 0

          例題:如圖5所示,長為L 、粗細不均勻的橫桿被兩根輕繩水平懸掛,繩子與水平方向的夾角在圖上已標示,求橫桿的重心位置。

          解說:直接用三力共點的知識解題,幾何關(guān)系比較簡單。

          答案:距棒的左端L/4處。

          (學生活動)思考:放在斜面上的均質(zhì)長方體,按實際情況分析受力,斜面的支持力會通過長方體的重心嗎?

          解:將各處的支持力歸納成一個N ,則長方體受三個力(G 、f 、N)必共點,由此推知,N不可能通過長方體的重心。正確受力情形如圖6所示(通常的受力圖是將受力物體看成一個點,這時,N就過重心了)。

          答:不會。

          二、轉(zhuǎn)動平衡

          1、特征:物體無轉(zhuǎn)動加速度。

          2、條件:Σ= 0 ,或ΣM+ =ΣM- 

          如果物體靜止,肯定會同時滿足兩種平衡,因此用兩種思路均可解題。

          3、非共點力的合成

          大小和方向:遵從一條直線矢量合成法則。

          作用點:先假定一個等效作用點,然后讓所有的平行力對這個作用點的和力矩為零。

          第三講 習題課

          1、如圖7所示,在固定的、傾角為α斜面上,有一塊可以轉(zhuǎn)動的夾板(β不定),夾板和斜面夾著一個質(zhì)量為m的光滑均質(zhì)球體,試求:β取何值時,夾板對球的彈力最小。

          解說:法一,平行四邊形動態(tài)處理。

          對球體進行受力分析,然后對平行四邊形中的矢量G和N1進行平移,使它們構(gòu)成一個三角形,如圖8的左圖和中圖所示。

          由于G的大小和方向均不變,而N1的方向不可變,當β增大導致N2的方向改變時,N2的變化和N1的方向變化如圖8的右圖所示。

          顯然,隨著β增大,N1單調(diào)減小,而N2的大小先減小后增大,當N2垂直N1時,N2取極小值,且N2min = Gsinα。

          法二,函數(shù)法。

          看圖8的中間圖,對這個三角形用正弦定理,有:

           =  ,即:N2 =  ,β在0到180°之間取值,N2的極值討論是很容易的。

          答案:當β= 90°時,甲板的彈力最小。

          2、把一個重為G的物體用一個水平推力F壓在豎直的足夠高的墻壁上,F(xiàn)隨時間t的變化規(guī)律如圖9所示,則在t = 0開始物體所受的摩擦力f的變化圖線是圖10中的哪一個?

          解說:靜力學旨在解決靜態(tài)問題和準靜態(tài)過程的問題,但本題是一個例外。物體在豎直方向的運動先加速后減速,平衡方程不再適用。如何避開牛頓第二定律,是本題授課時的難點。

          靜力學的知識,本題在于區(qū)分兩種摩擦的不同判據(jù)。

          水平方向合力為零,得:支持力N持續(xù)增大。

          物體在運動時,滑動摩擦力f = μN ,必持續(xù)增大。但物體在靜止后靜摩擦力f′≡ G ,與N沒有關(guān)系。

          對運動過程加以分析,物體必有加速和減速兩個過程。據(jù)物理常識,加速時,f < G ,而在減速時f > G 。

          答案:B 。

          3、如圖11所示,一個重量為G的小球套在豎直放置的、半徑為R的光滑大環(huán)上,另一輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)為k ,自由長度為L(L<2R),一端固定在大圓環(huán)的頂點A ,另一端與小球相連。環(huán)靜止平衡時位于大環(huán)上的B點。試求彈簧與豎直方向的夾角θ。

          解說:平行四邊形的三個矢量總是可以平移到一個三角形中去討論,解三角形的典型思路有三種:①分割成直角三角形(或本來就是直角三角形);②利用正、余弦定理;③利用力學矢量三角形和某空間位置三角形相似。本題旨在貫徹第三種思路。

          分析小球受力→矢量平移,如圖12所示,其中F表示彈簧彈力,N表示大環(huán)的支持力。

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

          容易判斷,圖中的灰色矢量三角形和空間位置三角形ΔAOB是相似的,所以:

                                             ⑴

          由胡克定律:F = k(- R)                ⑵

          幾何關(guān)系:= 2Rcosθ                     ⑶

          解以上三式即可。

          答案:arccos 。

          (學生活動)思考:若將彈簧換成勁度系數(shù)k′較大的彈簧,其它條件不變,則彈簧彈力怎么變?環(huán)的支持力怎么變?

          答:變。徊蛔。

          (學生活動)反饋練習:光滑半球固定在水平面上,球心O的正上方有一定滑輪,一根輕繩跨過滑輪將一小球從圖13所示的A位置開始緩慢拉至B位置。試判斷:在此過程中,繩子的拉力T和球面支持力N怎樣變化?

          解:和上題完全相同。

          答:T變小,N不變。

          4、如圖14所示,一個半徑為R的非均質(zhì)圓球,其重心不在球心O點,先將它置于水平地面上,平衡時球面上的A點和地面接觸;再將它置于傾角為30°的粗糙斜面上,平衡時球面上的B點與斜面接觸,已知A到B的圓心角也為30°。試求球體的重心C到球心O的距離。

          解說:練習三力共點的應(yīng)用。

          根據(jù)在平面上的平衡,可知重心C在OA連線上。根據(jù)在斜面上的平衡,支持力、重力和靜摩擦力共點,可以畫出重心的具體位置。幾何計算比較簡單。

          答案:R 。

          (學生活動)反饋練習:靜摩擦足夠,將長為a 、厚為b的磚塊碼在傾角為θ的斜面上,最多能碼多少塊?

          解:三力共點知識應(yīng)用。

          答: 。

          4、兩根等長的細線,一端拴在同一懸點O上,另一端各系一個小球,兩球的質(zhì)量分別為m1和m2 ,已知兩球間存在大小相等、方向相反的斥力而使兩線張開一定角度,分別為45和30°,如圖15所示。則m1 : m2??為多少?

          解說:本題考查正弦定理、或力矩平衡解靜力學問題。

          對兩球進行受力分析,并進行矢量平移,如圖16所示。

          首先注意,圖16中的灰色三角形是等腰三角形,兩底角相等,設(shè)為α。

          而且,兩球相互作用的斥力方向相反,大小相等,可用同一字母表示,設(shè)為F 。

          對左邊的矢量三角形用正弦定理,有:

           =          ①

          同理,對右邊的矢量三角形,有: =                                ②

          解①②兩式即可。

          答案:1 : 。

          (學生活動)思考:解本題是否還有其它的方法?

          答:有——將模型看成用輕桿連成的兩小球,而將O點看成轉(zhuǎn)軸,兩球的重力對O的力矩必然是平衡的。這種方法更直接、簡便。

          應(yīng)用:若原題中繩長不等,而是l1 :l2 = 3 :2 ,其它條件不變,m1與m2的比值又將是多少?

          解:此時用共點力平衡更加復雜(多一個正弦定理方程),而用力矩平衡則幾乎和“思考”完全相同。

          答:2 :3 。

          5、如圖17所示,一個半徑為R的均質(zhì)金屬球上固定著一根長為L的輕質(zhì)細桿,細桿的左端用鉸鏈與墻壁相連,球下邊墊上一塊木板后,細桿恰好水平,而木板下面是光滑的水平面。由于金屬球和木板之間有摩擦(已知摩擦因素為μ),所以要將木板從球下面向右抽出時,至少需要大小為F的水平拉力。試問:現(xiàn)要將木板繼續(xù)向左插進一些,至少需要多大的水平推力?

          解說:這是一個典型的力矩平衡的例題。

          以球和桿為對象,研究其對轉(zhuǎn)軸O的轉(zhuǎn)動平衡,設(shè)木板拉出時給球體的摩擦力為f ,支持力為N ,重力為G ,力矩平衡方程為:

          f R + N(R + L)= G(R + L)           

          球和板已相對滑動,故:f = μN        ②

          解①②可得:f = 

          再看木板的平衡,F(xiàn) = f 。

          同理,木板插進去時,球體和木板之間的摩擦f′=  = F′。

          答案: 。

          第四講 摩擦角及其它

          一、摩擦角

          1、全反力:接觸面給物體的摩擦力與支持力的合力稱全反力,一般用R表示,亦稱接觸反力。

          2、摩擦角:全反力與支持力的最大夾角稱摩擦角,一般用φm表示。

          此時,要么物體已經(jīng)滑動,必有:φm = arctgμ(μ為動摩擦因素),稱動摩擦力角;要么物體達到最大運動趨勢,必有:φms = arctgμs(μs為靜摩擦因素),稱靜摩擦角。通常處理為φm = φms 。

          3、引入全反力和摩擦角的意義:使分析處理物體受力時更方便、更簡捷。

          二、隔離法與整體法

          1、隔離法:當物體對象有兩個或兩個以上時,有必要各個擊破,逐個講每個個體隔離開來分析處理,稱隔離法。

          在處理各隔離方程之間的聯(lián)系時,應(yīng)注意相互作用力的大小和方向關(guān)系。

          2、整體法:當各個體均處于平衡狀態(tài)時,我們可以不顧個體的差異而講多個對象看成一個整體進行分析處理,稱整體法。

          應(yīng)用整體法時應(yīng)注意“系統(tǒng)”、“內(nèi)力”和“外力”的涵義。

          三、應(yīng)用

          1、物體放在水平面上,用與水平方向成30°的力拉物體時,物體勻速前進。若此力大小不變,改為沿水平方向拉物體,物體仍能勻速前進,求物體與水平面之間的動摩擦因素μ。

          解說:這是一個能顯示摩擦角解題優(yōu)越性的題目?梢酝ㄟ^不同解法的比較讓學生留下深刻印象。

          法一,正交分解。(學生分析受力→列方程→得結(jié)果。)

          法二,用摩擦角解題。

          引進全反力R ,對物體兩個平衡狀態(tài)進行受力分析,再進行矢量平移,得到圖18中的左圖和中間圖(注意:重力G是不變的,而全反力R的方向不變、F的大小不變),φm指摩擦角。

          再將兩圖重疊成圖18的右圖。由于灰色的三角形是一個頂角為30°的等腰三角形,其頂角的角平分線必垂直底邊……故有:φm = 15°。

          最后,μ= tgφm 

          答案:0.268 。

          (學生活動)思考:如果F的大小是可以選擇的,那么能維持物體勻速前進的最小F值是多少?

          解:見圖18,右圖中虛線的長度即Fmin ,所以,F(xiàn)min = Gsinφm 。

          答:Gsin15°(其中G為物體的重量)。

          2、如圖19所示,質(zhì)量m = 5kg的物體置于一粗糙斜面上,并用一平行斜面的、大小F = 30N的推力推物體,使物體能夠沿斜面向上勻速運動,而斜面體始終靜止。已知斜面的質(zhì)量M = 10kg ,傾角為30°,重力加速度g = 10m/s2 ,求地面對斜面體的摩擦力大小。

          解說:

          本題旨在顯示整體法的解題的優(yōu)越性。

          法一,隔離法。簡要介紹……

          法二,整體法。注意,滑塊和斜面隨有相對運動,但從平衡的角度看,它們是完全等價的,可以看成一個整體。

          做整體的受力分析時,內(nèi)力不加考慮。受力分析比較簡單,列水平方向平衡方程很容易解地面摩擦力。

          答案:26.0N 。

          (學生活動)地面給斜面體的支持力是多少?

          解:略。

          答:135N 。

          應(yīng)用:如圖20所示,一上表面粗糙的斜面體上放在光滑的水平地面上,斜面的傾角為θ。另一質(zhì)量為m的滑塊恰好能沿斜面勻速下滑。若用一推力F作用在滑塊上,使之能沿斜面勻速上滑,且要求斜面體靜止不動,就必須施加一個大小為P = 4mgsinθcosθ的水平推力作用于斜面體。使?jié)M足題意的這個F的大小和方向。

          解說:這是一道難度較大的靜力學題,可以動用一切可能的工具解題。

          法一:隔離法。

          由第一個物理情景易得,斜面于滑塊的摩擦因素μ= tgθ

          對第二個物理情景,分別隔離滑塊和斜面體分析受力,并將F沿斜面、垂直斜面分解成Fx和Fy ,滑塊與斜面之間的兩對相互作用力只用兩個字母表示(N表示正壓力和彈力,f表示摩擦力),如圖21所示。

          對滑塊,我們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

          綜合以上三式得到:

          Fx = Fytgθ+ 2mgsinθ               ①

          對斜面體,只看水平方向平衡就行了——

          P = fcosθ+ Nsinθ

          即:4mgsinθcosθ=μNcosθ+ Nsinθ

          代入μ值,化簡得: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(設(shè)α為F和斜面的夾角)。

          答案:大小為F = mg,方向和斜面夾角α= arctg()指向斜面內(nèi)部。

          法二:引入摩擦角和整體法觀念。

          仍然沿用“法一”中關(guān)于F的方向設(shè)置(見圖21中的α角)。

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

          再隔離滑塊,分析受力時引進全反力R和摩擦角φ,由于簡化后只有三個力(R、mg和F),可以將矢量平移后構(gòu)成一個三角形,如圖22所示。

          在圖22右邊的矢量三角形中,有: =      ⑵

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

          解⑴⑵⑶式可得F和α的值。

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