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高中 | 力的合成题目答案及解析如下,仅供参考!
必修1
第三章 相互作用
3.4 力的合成
力的合成
如图所示,一个磁性黑板擦吸附在竖直黑板上,处于静止状态。已知板擦的质量为$0.2\ \text{kg}$,板擦与黑板之间的相互吸引力是$10\ \text{N}$,滑动摩擦因数为$\mu =\dfrac{\sqrt{2}}{5}$,设滑动摩擦力等于最大静摩擦力。在竖直平面内建立坐标,水平向右为$x$轴正方向,竖直向上为$y$轴正方向。
求黑板对板擦摩擦力的大小和方向;
黑板对板擦摩擦力的大小为$2\\ \\text{N}$,方向竖直向上;
"]]板擦处于静止状态,受力平衡,竖直方向:$f=mg=0.2\times 10\ \text{N}=2\ \text{N}$,
方向竖直向上;
若对板刷施加一个沿$y$轴负方向、大小为${{F}_{1}}=1.0\ \text{N}$的恒力,请判断恒力作用后板擦的运动状态(“仍然静止”或“发生滑动”),并求出此时板擦所受摩擦力的大小与方向;
恒力作用后板擦发生滑动,板擦所受摩擦力的大小为$2\\sqrt{2}\\ \\text{N}$,方向竖直向上;
"]]板擦与黑板间的最大静摩擦力${{f}_{\text{m}}}=\mu N=\dfrac{\sqrt{2}}{5}\times 10\ \text{N}=2\sqrt{2}\ \text{N}$,
若对板刷施加一个沿$y$轴负方向、大小为${{F}_{1}}=1.0\ \text{N}$的恒力,竖直方向,重力和恒力的合力大小为${{F}_{合}}=mg+{{F}_{1}}=0.2\times 10\ \text{N}+1\ \text{N}=3\ \text{N}\gt {{f}_{\text{m}}}$,
物体发生滑动,所受摩擦力为滑动摩擦力,大小为${{f}_{1}}={{f}_{\text{m}}}=2\sqrt{2}\ \text{N}$,
方向竖直向上;
若对板刷施加一个沿$x$轴负方向、大小为${{F}_{2}}=1.5\ \text{N}$的恒力,请判断恒力作用后板擦的运动状态(“仍然静止”或“发生滑动”),并求出此时板擦所受摩擦力的大小与方向。
恒力作用后板擦发生滑动,板擦所受摩擦力的大小为$2\\sqrt{2}\\ \\text{N}$,方向与水平方向夹角为$53{}^\\circ $斜向右上。
"]]若对板刷施加一个沿$x$轴负方向、大小为${{F}_{2}}=1.5\ \text{N}$的恒力,竖直方向,重力和恒力的合力大小为$F{{'}_{合}}=\sqrt{{{(mg)}^{2}}+F_{2}^{2}}=\sqrt{{{(0.2\times 10)}^{2}}+{{1.5}^{2}}}\ \text{N}=2.5\ \text{N}\gt {{f}_{\text{m}}}$,
设合力与水平方向夹角为$\theta $,则$\tan \theta =\dfrac{mg}{{{F}_{2}}}=\dfrac{0.2\times 10}{1.5}=\dfrac{4}{3}$,
则$\theta =53{}^\circ $,
物体发生滑动,所受摩擦力为滑动摩擦力,大小为${{f}_{1}}={{f}_{\text{m}}}=2\sqrt{2}\ \text{N}$,
方向与运动方向相反,即与合外力方向相反,与水平方向夹角为$53{}^\circ $斜向右上。
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