稿件来源:高途
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必修1
第三章 相互作用
3.5 力的分解
力的分解
港珠澳大桥全长$55$千米,主桥全长约$29.6$千米。启用后,大幅缩短了来往香港、珠海、澳门三地的交通时间。
图$1$中$a$、$b$、$c$、$d$、$e$是五个连续等间距的桥墩,若一汽车从$a$点由静止开始做匀加速直线运动,通过$ab$段的时间为$t$,则通过$cd$段的时间为 _____ 。
$t$
","$(\\sqrt{2}-1)t$
","$(\\sqrt{3}-\\sqrt{2})t$
","$(2-\\sqrt{3})t$
"]由题意可知$ab$、$ac$、$ad$的长度比为$1:2:3$,根据初速度为零的匀加速直线运动规律$x= \dfrac{1}{2}at^{2}$可知:$t= \sqrt{\dfrac{2x}{a}}$;所以汽车通过$ab$、$ac$、$ad$的所用的时间之比为$1:\sqrt{2}:\sqrt{3}$,通过$ab$段的时间为$t$,则通过$cd$段的时间为:$t_{cd}=t_{ad}-t_{ac}= \sqrt{3}t- \sqrt{2}t=(\sqrt{3}-\sqrt{2})t$,故$\rm C$正确,$\rm ABD$错误。
故选:$\rm C$。
大桥的引桥可视为斜面。某处引桥的角为$\theta$,引桥上行驶的汽车,所受重为$G$按效果可沿斜面和垂直斜面两方向分解,如图$2$所示,沿斜面方向的分力为 _____ 。
$G\\cos\\theta$
","$G\\sin\\theta$
","$\\dfrac{G}{\\cos\\theta}$
","$\\dfrac{G}{\\sin\\theta}$
"]所受重为$G$按效果可沿斜面和垂直斜面两方向分解,如图所示,
依据三角知识,则沿斜面方向的分力为$G_{1}=G\sin\theta$,故$\rm ACD$错误,$\rm B$正确;
故选:$\rm B$。
港珠澳大桥的所有钢索均处在同一竖直面内斜拉桥,其索塔与钢索如图$3$所示(不计钢索的质量)。下列说法正确的是:$(\quad\ \ \ \ )$。
增加钢索数量,可减小索塔受到总的拉力
","适当降低索塔的高度,可以减小钢索承受的拉力
","钢索对称,可以保证钢索对索塔拉力的合力为零
","钢索对称,可以保证钢索对索塔拉力的合力偏离竖直方向不至于过大
"]$\rm A$.对桥身进行受力分析可知,钢索对桥身的拉力的合力与桥身的重力大小相等、方向相反,则钢索对索塔向下的压力数值上等于桥身的重力,与钢索数量无关,故$\rm A$错误;
$\rm B$.对桥身进行受力分析可知,钢索对桥身的拉力的合力与桥身的重力大小相等、方向相反,则钢索对索塔向下的压力数值上等于桥身的重力,合力一定,分力间的夹角越小,则分力越小,为了减小钢索承受的拉力,应该增大索塔的高度,达到减小钢索间夹角的目的,故$\rm B$错误;
$\rm CD$.根据对称性可知,索塔两侧钢索对称分布,拉力大小相等时,水平分力基本抵消,可以保证钢索对索塔拉力的合力偏离竖直方向不至于过大,使得钢索对索塔的合力基本上是竖直向下,故$\rm C$错误、$\rm D$正确。
故选:$\rm D$。
港珠澳大桥可用如图$4$模型研究:细杆$CD$固定在地面,从质量为$m$的均匀平板正中央空洞内穿过。通过两根轻质细线$CA$、$CB$将平板水平悬挂,与竖直方向夹角分别为$30^\circ$、$60^\circ$。则$CB$绳对平板的拉力大小为 ;保持平板水平不动,逐渐缩短$CB$线,使悬挂点$B$左移,$CB$绳对平板的拉力将 (选填“$\rm A$:变大”“$\rm B$:变小”“$\rm C$:先变大后变小”或“$\rm D$:先变小后变大”)。
对$C$点进行受力分析,如图所示:
根据几何关系可得:$T_{BC}= \dfrac{1}{2}mg$
根据几何关系可知,当悬挂点$B$左移,则$BC$边会逐渐边长,因此$CB$绳对平板的拉力将变大,故$\rm A$正确、$\rm BCD$错误。
港珠澳大桥上甲,乙两辆汽车在各自车道上做直线运动,(如图$5$)$t=0$时,甲车以$10\;\rm m/s$的速度经过$O_{1}$点,乙车以$1\;\rm m/s$的速度经过$O_{2}$点。此时关闭甲车动力,甲车以$2\;\rm m/s^{2}$的加速度向右做匀减速直线运动,乙车继续向右做匀速直线运动。已知$O_{1}O_{2}$与轨道垂直,两车间的距离超过$10\;\rm m$时他们将无法通过蓝牙实现通信,忽略信号传递的时间,则当两车之间的距离为$10\;\rm m$时,它们沿平行轨道方向的相对距离为 $\rm m$,从$t=0$起两车间能通信的时间共为 $\rm s$。
当两车之间的距离为$10\;\rm m$时,它们沿平行轨道方向的相对距离为:$\Delta x= \sqrt{L_{m}^{2}-d^{2}}=\sqrt{10^{2}-6^{2}}\;\rm m=8\;\rm m$
当二者之间沿导轨方向的距离大于$8\;\rm m$时,不能实现通信。
开始时$A$的速度$v_{1}=10\;\rm m/s$,$B$的速度$v_{2}=1\;\rm m/s$;
设经过时间$t$,两车沿导轨相距$\Delta x.$由运动学规律 $A$车的位移$s_{A}= v_{1}t-\dfrac{1}{2}at^{2}$
$B$车的位移:$s_{B}=v_{2}t$
由空间几何关系:$s_{A}-s_{B}=\Delta x$;
联立,有$t^{2}-9t+8=0$
解得:$t_{1}=1\;\rm s$,$t_{2}=8\;\rm s$
但$A$车的速度减为零的时间:$t_{0}$$= \dfrac{v_{1}}{a}=\dfrac{10}{2}\;\rm s=5\;\rm s$
可知在$5\;\rm s$末$A$车已停止运动,$t_{2}=8\;\rm s$舍去;可知在$5\;\rm s$前$A$与$B$能通讯的时间为$1\;\rm s$;
当$t_{2}=5\;\rm s$时,$A$的位移:$x_{0}= \dfrac{v_{1}}{2}t_{0}=\dfrac{10}{2} \times 5\;\rm m=25\;\rm m$
根据空间关系,$A$的位移是$25\;\rm m$,当$B$与$A$之间的沿导轨之间的距离为$8\;\rm m$时,即$B$的位移为$x_{1}=x_{0}-\Delta x=25\;\rm m-8\;\rm m=17\;\rm m$或$x_{2}=x_{0}+\Delta x=25\;\rm m+8\;\rm m=33\;\rm m$
对应两个位移$B$运动的时间:$t_3= \dfrac{x_{1}}{v_{2}}=\dfrac{17}{1}\;\rm s=17\;\rm s$;$t_4= \dfrac{x_{2}}{v_{2}}=\dfrac{33}{1}\;\rm s=33\;\rm s$
显然,两车通信的第二个时间段为$\Delta t=t_{4}-t_{3}=33\;\rm s-17\;\rm s=16\;\rm s$,故两车能通信的时间为:$t_{总}=t_{1}+\Delta t=1\;\rm s+16\;\rm s=17\;\rm s$。
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