格物学 力学物体的平衡

正交分解法解共点力平衡-物体的平衡知识点教师选题基础选择题自测题解析-山西省等高中物理,平均正确率94.0%

2025-06-07
正交分解法解共点力平衡-物体的平衡知识点教师选题基础选择题自测题解析-山西省等高中物理,平均正确率94.0%
2、['正交分解法解共点力平衡', '用相似三角形解决平衡问题', '整体隔离法结合处理物体平衡问题']

正确率40.0%如图所示,四分之一圆柱体$${{P}}$$放在水平地面上,球心$${{O}}$$的正上方有一个大小可忽略的定滑轮$${{A}}$$,一根轻绳跨过定滑轮,一端和置于圆柱体$${{P}}$$上质量为$${{m}}$$的小球连接,另一端系在固定竖直杆上的$${{B}}$$点$${{.}}$$一质量为$${{m}_{0}}$$的钩码挂在$${{A}{B}}$$间的轻绳上,整个装置处于静止状态$${{.}}$$四分之一圆柱体$${{P}}$$与水平地面上有摩擦,其它摩擦不计$${{.}}$$若在钩码下方再加挂一个钩码,$${{P}}$$始终未动,小球没有离开圆柱体$${{P}}$$,当系统再次处于静止状态时,则$${{(}{)}}$$
$$None$$

D

A.轻绳的张力增大

B.$${{P}}$$对小球的弹力减小

C.$${{P}}$$对地面的压力不变

D.$${{P}}$$对地面的摩擦力减小

首先分析初始状态下的受力情况。设初始时轻绳的张力为$$T$$,圆柱体$$P$$对小球的弹力为$$N$$,轻绳与竖直方向的夹角为$$\theta$$。

1. **小球的受力平衡**:小球受重力$$mg$$、轻绳张力$$T$$和圆柱体的弹力$$N$$作用。将张力$$T$$分解为水平和竖直方向:

水平方向:$$T \sin \theta = N \sin \phi$$($$\phi$$为弹力$$N$$与竖直方向的夹角)

竖直方向:$$T \cos \theta + N \cos \phi = mg$$

2. **钩码的受力平衡**:钩码受重力$$m_0 g$$和轻绳张力$$T$$作用,有:

$$T = m_0 g$$

3. **圆柱体$$P$$的受力平衡**:圆柱体受重力、地面的支持力$$F_N$$、摩擦力$$f$$和小球的压力$$N$$作用。由于圆柱体静止,水平方向和竖直方向的合力为零。

当在钩码下方再加挂一个钩码后,钩码总质量变为$$m_0 + \Delta m$$,轻绳张力$$T'$$增大为:

$$T' = (m_0 + \Delta m) g$$

由于$$T'$$增大,小球的受力平衡被打破。为了重新平衡,弹力$$N$$需要调整。由水平方向平衡:

$$T' \sin \theta' = N' \sin \phi'$$

由于$$T'$$增大,若$$\theta'$$不变,则$$N'$$必须增大。但实际情况是,轻绳的倾斜角度$$\theta'$$会减小(因为钩码质量增加,轻绳更倾向于竖直方向),因此$$N'$$可能减小。

对于圆柱体$$P$$:

- 地面的支持力$$F_N$$由圆柱体和小球的总重力决定,由于小球的重力不变,$$F_N$$不变,选项C正确。

- 摩擦力$$f$$由水平方向的力平衡决定。初始时$$f = N \sin \phi$$,当$$N$$减小时,$$f$$减小,选项D正确。

- 轻绳张力$$T'$$增大,选项A正确。

- 弹力$$N$$减小,选项B正确。

综上,正确答案为A、B、C、D

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