第38页

信息发布者:
D
10
10
14
水平向右
解:
$(1) 10N $ 水平向左
$ (2) 20N $ 水平向左
由题意得,物体处于匀速直线运动的状态下受到的滑动摩擦力为​$f=10N,$​则使物体向左运动需要​$F_{左}=F+f=20N$​
【分析】
首先,明确棋子的运动状态:棋子静止在竖直棋盘上,处于平衡状态,受力平衡。接着对棋子进行受力分析:水平方向,棋子受到棋盘的磁力和棋盘对它的支持力,二者相互平衡;竖直方向,棋子受到竖直向下的重力和竖直向上的静摩擦力。由于棋子静止,竖直方向的两个力必须平衡,即摩擦力大小等于重力大小。再逐一分析选项:A选项中磁力是水平方向的力,重力是竖直方向的力,二者不是同一直线上的力,无法相等;B、C选项若摩擦力与重力不相等,棋子在竖直方向受力不平衡,会发生运动,与静止状态矛盾;只有D选项符合平衡条件。
【解析】
1. 确定运动状态:棋子静止在竖直棋盘上,处于平衡状态,所受合力为0。
2. 受力分析:
水平方向:棋子受到棋盘的磁力和棋盘对棋子的支持力,这两个力是一对平衡力,大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
竖直方向:棋子受到竖直向下的重力($G$)和竖直向上的静摩擦力($f$)。
3. 应用平衡条件:因为棋子静止,竖直方向受力平衡,所以静摩擦力的大小等于重力的大小,即$f = G$。
4. 选项判断:
A:磁力为水平方向力,重力为竖直方向力,二者不属于同一直线的力,不存在大小相等的关系,错误。
B:若$f < G$,棋子会向下加速运动,与静止状态矛盾,错误。
C:若$f > G$,棋子会向上加速运动,与静止状态矛盾,错误。
D:$f = G$符合竖直方向二力平衡条件,正确。
【答案】
D
【知识点】
二力平衡、静摩擦力
【点评】
本题考查平衡状态下的受力分析,核心是明确不同方向的受力情况,避免混淆水平与竖直方向的力的关系,解题关键是抓住“静止”这一平衡状态,利用二力平衡条件判断力的大小关系。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先,当木块沿水平方向做匀速直线运动时,水平方向上拉力与滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡条件,二者大小相等,所以滑动摩擦力等于弹簧测力计的示数10N;其次,滑动摩擦力的大小只与压力大小和接触面的粗糙程度有关,当拉力增大时,木块对木板的压力和接触面粗糙程度均未改变,因此滑动摩擦力大小保持不变;最后,当拉力变为24N时,水平方向上拉力大于滑动摩擦力,合力大小为拉力与摩擦力的差值,方向与较大的力(拉力)方向一致,即水平向右。
【解析】
1. 木块做匀速直线运动时,水平方向受力平衡,拉力与滑动摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡条件可得:
$ f = F_{\mathrm{拉}} = 10\,\mathrm{N} $
2. 滑动摩擦力的大小由压力大小和接触面粗糙程度决定,当拉力增大时,木块对木板的压力和接触面粗糙程度均不变,因此滑动摩擦力大小仍为$ 10\,\mathrm{N} $。
3. 当弹簧测力计示数变为24N时,水平方向上拉力$ F_{\mathrm{拉}}' = 24\,\mathrm{N} $,滑动摩擦力$ f = 10\,\mathrm{N} $,合力大小为:
$ F_{\mathrm{合}} = F_{\mathrm{拉}}' - f = 24\,\mathrm{N} - 10\,\mathrm{N} = 14\,\mathrm{N} $
由于拉力方向水平向右,摩擦力方向水平向左,拉力大于摩擦力,所以合力方向与拉力方向一致,为水平向右。
【答案】
10;10;14;水平向右
【知识点】
二力平衡条件;滑动摩擦力影响因素;合力计算
【点评】
本题是力学基础题,重点考查二力平衡的应用、滑动摩擦力的影响规律及合力的计算,需要明确滑动摩擦力与拉力大小无关,只由压力和接触面粗糙程度决定,理解合力的方向判断方法是解题关键。
【难度系数】
0.7
【分析】
(1) 物体向右做匀速直线运动,处于平衡状态,水平方向上拉力与摩擦力是一对平衡力,根据二力平衡条件可判断摩擦力的大小和方向。
(2) 物体向左做匀速直线运动时仍处于平衡状态,此时滑动摩擦力方向变为水平向右(与相对运动方向相反),且大小不变,结合水平方向的受力情况,根据二力平衡条件计算所需施加的力的大小和方向。
【解析】
(1) 物体沿水平桌面向右做匀速直线运动,水平方向受力平衡,拉力$F$与滑动摩擦力是一对平衡力。
根据二力平衡条件:大小相等、方向相反,可得
滑动摩擦力的大小:$f = F = 10N$
滑动摩擦力方向与物体相对运动方向相反,物体向右运动,故摩擦力方向为水平向左。
(2) 当物体向左做匀速直线运动时,物体相对桌面向左运动,滑动摩擦力方向变为水平向右,由于压力和接触面粗糙程度不变,滑动摩擦力大小仍为$10N$。
此时水平方向上,物体受到向右的拉力$F=10N$、向右的滑动摩擦力$f=10N$,为使物体向左匀速运动,需施加一个向左的力$F'$,使水平方向受力平衡:
$F' = F + f = 10N + 10N = 20N$
即施加的力大小为20N,方向为水平向左。
【答案】
(1) 摩擦力大小为10N,方向水平向左;
(2) 施加的力大小为20N,方向水平向左。
【知识点】
二力平衡条件、滑动摩擦力的判断
【点评】
本题核心是利用二力平衡条件分析不同运动状态下的受力,需注意滑动摩擦力的大小只与压力和接触面粗糙程度有关,方向始终与相对运动方向相反,明确受力情况是解题关键。
【难度系数】
0.6