当已知函数f sin 2x合力F的大小及一个分力F1的大小...

流体力学第二章作业答案_百度文库
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流体力学第二章作业答案
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  1.合力,分力.力的合成
  3.(1)F=F1+F2,F=,F=,变小
请在这里输入关键词:
科目:高中物理
(1)在《探究力的合成的平行四边形定则》的实验中,其中的二个步骤是:①在水平放置的木板上垫一张白纸并固定好,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端拴两根细线,通过细线同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条,使它与细线的结点达到某一位置O点,在白纸上记下O点和两个弹簧秤的读数F1和F2.②只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条,使它的伸长量与用两个弹簧秤拉时伸长量一样,记下此时弹簧秤的读数F和细线的方向.以上两步骤均有疏漏,请指出疏漏:在①中是还应记下两细线的方向在②中是还应将结点达到同一位置O点(2)在做《探究力的合成的平行四边形定则》实验时,F1和F2表示两个互成角度的力,F表示由平行四边形定则作出的F1与F2的合力;F′表示用一个弹簧秤拉橡皮筋时的力,则下图中符合实验事实的是AC.
科目:高中物理
(1)在探究“互成角度的两个力的合成”的实验中,下列叙述中正确的是ABCA.两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮条的拉力大B.若橡皮条的拉力是合力,则两弹簧秤的拉力是分力C.两次拉橡皮条时,需将橡皮条拉到同一位置,这样做的目的是保证两次弹簧秤拉的效果相同D.若只增大某一只弹簧秤的拉力大小,而又要保证橡皮条结点的位置不变,只需调整另一只弹簧秤拉力的大小即可(2)探究步骤中:a、在水平放置的木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端拴两根细线,通过细线同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条,使它与细线的结点达到某一位置O点,在白纸上记下O点和两个弹簧秤的读数F1和F2.b、只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条,使它的伸长量与用两个弹簧秤拉时伸长量一样,记下此时弹簧秤的读数F和细线的方向.以上两步骤均有错误和疏漏,请指出错误和疏漏.在a&&中是记录两跟细线的方向在b&&中是把结点拉到相同的位置O.
科目:高中物理
“研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示.主要步骤是:A.在桌面上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;B.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点,在橡皮条的另一端栓上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;C.用两个弹簧秤分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记下O点的位置和两个弹簧秤的示数;D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;E.只用一只弹簧秤,通过弹簧秤拉橡皮条使其伸长,读出弹簧秤的示数,记下细绳的方向,按相同标度作出这个力F′的图示;F.改变两个力的夹角,再做几组,比较各组实验中,F′与F是否相同,得出结论;上述步骤中:(1)有重要遗漏的步骤是(填序号);(2)相应的遗漏内容分别是(3)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是.
科目:高中物理
题型:阅读理解
第一部分 &力&物体的平衡第一讲 力的处理一、矢量的运算1、加法表达:&+&&=&&。名词:为“和矢量”。法则:平行四边形法则。如图1所示。和矢量大小:c =&&,其中α为和的夹角。和矢量方向:在、之间,和夹角β= arcsin2、减法表达:&=&-&。名词:为“被减数矢量”,为“减数矢量”,为“差矢量”。法则:三角形法则。如图2所示。将被减数矢量和减数矢量的起始端平移到一点,然后连接两时量末端,指向被减数时量的时量,即是差矢量。差矢量大小:a =&&,其中θ为和的夹角。差矢量的方向可以用正弦定理求得。一条直线上的矢量运算是平行四边形和三角形法则的特例。例题:已知质点做匀速率圆周运动,半径为R&,周期为T&,求它在T内和在T内的平均加速度大小。解说:如图3所示,A到B点对应T的过程,A到C点对应T的过程。这三点的速度矢量分别设为、和。根据加速度的定义&=&得:=&,=&由于有两处涉及矢量减法,设两个差矢量&=&-&,=&-&,根据三角形法则,它们在图3中的大小、方向已绘出(的“三角形”已被拉伸成一条直线)。本题只关心各矢量的大小,显然:&=&&=&&=&&,且:&=&=&&,&= 2=&所以:=&&=&&=&&,=&&=&&=&&。(学生活动)观察与思考:这两个加速度是否相等,匀速率圆周运动是不是匀变速运动?答:否;不是。3、乘法矢量的乘法有两种:叉乘和点乘,和代数的乘法有着质的不同。⑴ 叉乘表达:×&=&名词:称“矢量的叉积”,它是一个新的矢量。叉积的大小:c = absinα,其中α为和的夹角。意义:的大小对应由和作成的平行四边形的面积。叉积的方向:垂直和确定的平面,并由右手螺旋定则确定方向,如图4所示。显然,×≠×,但有:×=&-×⑵ 点乘表达:·&= c名词:c称“矢量的点积”,它不再是一个矢量,而是一个标量。点积的大小:c = abcosα,其中α为和的夹角。二、共点力的合成1、平行四边形法则与矢量表达式2、一般平行四边形的合力与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——正交分解第二讲 物体的平衡一、共点力平衡1、特征:质心无加速度。2、条件:Σ&= 0 ,或&&= 0 ,&= 0例题:如图5所示,长为L 、粗细不均匀的横杆被两根轻绳水平悬挂,绳子与水平方向的夹角在图上已标示,求横杆的重心位置。解说:直接用三力共点的知识解题,几何关系比较简单。答案:距棒的左端L/4处。(学生活动)思考:放在斜面上的均质长方体,按实际情况分析受力,斜面的支持力会通过长方体的重心吗?解:将各处的支持力归纳成一个N ,则长方体受三个力(G 、f 、N)必共点,由此推知,N不可能通过长方体的重心。正确受力情形如图6所示(通常的受力图是将受力物体看成一个点,这时,N就过重心了)。答:不会。二、转动平衡1、特征:物体无转动加速度。2、条件:Σ= 0 ,或ΣM+&=ΣM-&如果物体静止,肯定会同时满足两种平衡,因此用两种思路均可解题。3、非共点力的合成大小和方向:遵从一条直线矢量合成法则。作用点:先假定一个等效作用点,然后让所有的平行力对这个作用点的和力矩为零。第三讲 习题课1、如图7所示,在固定的、倾角为α斜面上,有一块可以转动的夹板(β不定),夹板和斜面夹着一个质量为m的光滑均质球体,试求:β取何值时,夹板对球的弹力最小。解说:法一,平行四边形动态处理。对球体进行受力分析,然后对平行四边形中的矢量G和N1进行平移,使它们构成一个三角形,如图8的左图和中图所示。由于G的大小和方向均不变,而N1的方向不可变,当β增大导致N2的方向改变时,N2的变化和N1的方向变化如图8的右图所示。显然,随着β增大,N1单调减小,而N2的大小先减小后增大,当N2垂直N1时,N2取极小值,且N2min&= Gsinα。法二,函数法。看图8的中间图,对这个三角形用正弦定理,有:&=&&,即:N2&=&&,β在0到180°之间取值,N2的极值讨论是很容易的。答案:当β= 90°时,甲板的弹力最小。2、把一个重为G的物体用一个水平推力F压在竖直的足够高的墙壁上,F随时间t的变化规律如图9所示,则在t = 0开始物体所受的摩擦力f的变化图线是图10中的哪一个?解说:静力学旨在解决静态问题和准静态过程的问题,但本题是一个例外。物体在竖直方向的运动先加速后减速,平衡方程不再适用。如何避开牛顿第二定律,是本题授课时的难点。静力学的知识,本题在于区分两种摩擦的不同判据。水平方向合力为零,得:支持力N持续增大。物体在运动时,滑动摩擦力f = μN ,必持续增大。但物体在静止后静摩擦力f′≡ G ,与N没有关系。对运动过程加以分析,物体必有加速和减速两个过程。据物理常识,加速时,f < G ,而在减速时f > G 。答案:B 。3、如图11所示,一个重量为G的小球套在竖直放置的、半径为R的光滑大环上,另一轻质弹簧的劲度系数为k ,自由长度为L(L<2R),一端固定在大圆环的顶点A ,另一端与小球相连。环静止平衡时位于大环上的B点。试求弹簧与竖直方向的夹角θ。解说:平行四边形的三个矢量总是可以平移到一个三角形中去讨论,解三角形的典型思路有三种:①分割成直角三角形(或本来就是直角三角形);②利用正、余弦定理;③利用力学矢量三角形和某空间位置三角形相似。本题旨在贯彻第三种思路。分析小球受力→矢量平移,如图12所示,其中F表示弹簧弹力,N表示大环的支持力。(学生活动)思考:支持力N可不可以沿图12中的反方向?(正交分解看水平方向平衡——不可以。)容易判断,图中的灰色矢量三角形和空间位置三角形ΔAOB是相似的,所以:& & & & & & & & & & & & & & & & & &⑴由胡克定律:F = k(- R) & & & & & & & &⑵几何关系:= 2Rcosθ & & & & & & & & & & ⑶解以上三式即可。答案:arccos&。(学生活动)思考:若将弹簧换成劲度系数k′较大的弹簧,其它条件不变,则弹簧弹力怎么变?环的支持力怎么变?答:变小;不变。(学生活动)反馈练习:光滑半球固定在水平面上,球心O的正上方有一定滑轮,一根轻绳跨过滑轮将一小球从图13所示的A位置开始缓慢拉至B位置。试判断:在此过程中,绳子的拉力T和球面支持力N怎样变化?解:和上题完全相同。答:T变小,N不变。4、如图14所示,一个半径为R的非均质圆球,其重心不在球心O点,先将它置于水平地面上,平衡时球面上的A点和地面接触;再将它置于倾角为30°的粗糙斜面上,平衡时球面上的B点与斜面接触,已知A到B的圆心角也为30°。试求球体的重心C到球心O的距离。解说:练习三力共点的应用。根据在平面上的平衡,可知重心C在OA连线上。根据在斜面上的平衡,支持力、重力和静摩擦力共点,可以画出重心的具体位置。几何计算比较简单。答案:R 。(学生活动)反馈练习:静摩擦足够,将长为a 、厚为b的砖块码在倾角为θ的斜面上,最多能码多少块?解:三力共点知识应用。答:&。4、两根等长的细线,一端拴在同一悬点O上,另一端各系一个小球,两球的质量分别为m1和m2&,已知两球间存在大小相等、方向相反的斥力而使两线张开一定角度,分别为45和30°,如图15所示。则m1&: m2??为多少?解说:本题考查正弦定理、或力矩平衡解静力学问题。对两球进行受力分析,并进行矢量平移,如图16所示。首先注意,图16中的灰色三角形是等腰三角形,两底角相等,设为α。而且,两球相互作用的斥力方向相反,大小相等,可用同一字母表示,设为F 。对左边的矢量三角形用正弦定理,有:&=&& & & & &①同理,对右边的矢量三角形,有:&=&& & & & & & & & & & & & & & & &②解①②两式即可。答案:1 :&。(学生活动)思考:解本题是否还有其它的方法?答:有——将模型看成用轻杆连成的两小球,而将O点看成转轴,两球的重力对O的力矩必然是平衡的。这种方法更直接、简便。应用:若原题中绳长不等,而是l1&:l2&= 3 :2 ,其它条件不变,m1与m2的比值又将是多少?解:此时用共点力平衡更加复杂(多一个正弦定理方程),而用力矩平衡则几乎和“思考”完全相同。答:2 :3&。5、如图17所示,一个半径为R的均质金属球上固定着一根长为L的轻质细杆,细杆的左端用铰链与墙壁相连,球下边垫上一块木板后,细杆恰好水平,而木板下面是光滑的水平面。由于金属球和木板之间有摩擦(已知摩擦因素为μ),所以要将木板从球下面向右抽出时,至少需要大小为F的水平拉力。试问:现要将木板继续向左插进一些,至少需要多大的水平推力?解说:这是一个典型的力矩平衡的例题。以球和杆为对象,研究其对转轴O的转动平衡,设木板拉出时给球体的摩擦力为f&,支持力为N&,重力为G&,力矩平衡方程为:f R + N(R + L)= G(R + L)& & & & & &①球和板已相对滑动,故:f = μN & & & &②解①②可得:f =&再看木板的平衡,F = f 。同理,木板插进去时,球体和木板之间的摩擦f′=&&= F′。答案:&。第四讲 摩擦角及其它一、摩擦角1、全反力:接触面给物体的摩擦力与支持力的合力称全反力,一般用R表示,亦称接触反力。2、摩擦角:全反力与支持力的最大夹角称摩擦角,一般用φm表示。此时,要么物体已经滑动,必有:φm&= arctgμ(μ为动摩擦因素),称动摩擦力角;要么物体达到最大运动趋势,必有:φms&= arctgμs(μs为静摩擦因素),称静摩擦角。通常处理为φm&=&φms&。3、引入全反力和摩擦角的意义:使分析处理物体受力时更方便、更简捷。二、隔离法与整体法1、隔离法:当物体对象有两个或两个以上时,有必要各个击破,逐个讲每个个体隔离开来分析处理,称隔离法。在处理各隔离方程之间的联系时,应注意相互作用力的大小和方向关系。2、整体法:当各个体均处于平衡状态时,我们可以不顾个体的差异而讲多个对象看成一个整体进行分析处理,称整体法。应用整体法时应注意“系统”、“内力”和“外力”的涵义。三、应用1、物体放在水平面上,用与水平方向成30°的力拉物体时,物体匀速前进。若此力大小不变,改为沿水平方向拉物体,物体仍能匀速前进,求物体与水平面之间的动摩擦因素μ。解说:这是一个能显示摩擦角解题优越性的题目。可以通过不同解法的比较让学生留下深刻印象。法一,正交分解。(学生分析受力→列方程→得结果。)法二,用摩擦角解题。引进全反力R&,对物体两个平衡状态进行受力分析,再进行矢量平移,得到图18中的左图和中间图(注意:重力G是不变的,而全反力R的方向不变、F的大小不变),φm指摩擦角。再将两图重叠成图18的右图。由于灰色的三角形是一个顶角为30°的等腰三角形,其顶角的角平分线必垂直底边……故有:φm&= 15°。最后,μ= tgφm&。答案:0.268 。(学生活动)思考:如果F的大小是可以选择的,那么能维持物体匀速前进的最小F值是多少?解:见图18,右图中虚线的长度即Fmin&,所以,Fmin&= Gsinφm&。答:Gsin15°(其中G为物体的重量)。2、如图19所示,质量m = 5kg的物体置于一粗糙斜面上,并用一平行斜面的、大小F = 30N的推力推物体,使物体能够沿斜面向上匀速运动,而斜面体始终静止。已知斜面的质量M = 10kg ,倾角为30°,重力加速度g = 10m/s2&,求地面对斜面体的摩擦力大小。解说:本题旨在显示整体法的解题的优越性。法一,隔离法。简要介绍……法二,整体法。注意,滑块和斜面随有相对运动,但从平衡的角度看,它们是完全等价的,可以看成一个整体。做整体的受力分析时,内力不加考虑。受力分析比较简单,列水平方向平衡方程很容易解地面摩擦力。答案:26.0N 。(学生活动)地面给斜面体的支持力是多少?解:略。答:135N 。应用:如图20所示,一上表面粗糙的斜面体上放在光滑的水平地面上,斜面的倾角为θ。另一质量为m的滑块恰好能沿斜面匀速下滑。若用一推力F作用在滑块上,使之能沿斜面匀速上滑,且要求斜面体静止不动,就必须施加一个大小为P = 4mgsinθcosθ的水平推力作用于斜面体。使满足题意的这个F的大小和方向。解说:这是一道难度较大的静力学题,可以动用一切可能的工具解题。法一:隔离法。由第一个物理情景易得,斜面于滑块的摩擦因素μ= tgθ对第二个物理情景,分别隔离滑块和斜面体分析受力,并将F沿斜面、垂直斜面分解成Fx和Fy&,滑块与斜面之间的两对相互作用力只用两个字母表示(N表示正压力和弹力,f表示摩擦力),如图21所示。对滑块,我们可以考查沿斜面方向和垂直斜面方向的平衡——Fx&= f + mgsinθFy&+ mgcosθ= N且 f = μN = Ntgθ综合以上三式得到:Fx&= Fytgθ+ 2mgsinθ & & & & & & & ①对斜面体,只看水平方向平衡就行了——P = fcosθ+ Nsinθ即:4mgsinθcosθ=μNcosθ+ Nsinθ代入μ值,化简得:Fy&= mgcosθ & & &②②代入①可得:Fx&= 3mgsinθ最后由F =解F的大小,由tgα=&解F的方向(设α为F和斜面的夹角)。答案:大小为F = mg,方向和斜面夹角α= arctg()指向斜面内部。法二:引入摩擦角和整体法观念。仍然沿用“法一”中关于F的方向设置(见图21中的α角)。先看整体的水平方向平衡,有:Fcos(θ- α) = P & & & & & & & & & & & & & & & & & ⑴再隔离滑块,分析受力时引进全反力R和摩擦角φ,由于简化后只有三个力(R、mg和F),可以将矢量平移后构成一个三角形,如图22所示。在图22右边的矢量三角形中,有:&=&=&& &&&⑵注意:φ= arctgμ=&arctg(tgθ) = θ & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &⑶解⑴⑵⑶式可得F和α的值。
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唯爱小侽16Md
如图所示的两个平行四边形就是两个解.画图过程我想你能理解到的.不明再追问吧!
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如果是在同一直线上的合力的话可以这样算: 一
方向相同的两个力的合力等于这两个分力相加
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扫描下载二维码> 【答案带解析】将力F分解为F1和F2两个分力,若已知F的大小及F和F2之间的夹角θ,且θ为锐角...
将力F分解为F1和F2两个分力,若已知F的大小及F和F2之间的夹角θ,且θ为锐角;则当F1和F2大小相等时,F1的大小为&&& ;而当F1有最小值时,F2的大小为&&& .
因为分力和合力构成矢量三角形,当分力F2与分力F1垂直时,F1最小.
将力F分解为F1和F2两个分力,若已知F的大小及F和F2之间的夹角θ,且θ为锐角;
则当F1和F2大小相等时,F1和F2组成菱形,根据几何关系得:
F1的大小为,
因为垂直段最短,知当分力F2与分力F1垂直时,F1最小.如图.则F2=Fcosθ.
故答案为:18N.
故答案为:,Fcosθ
考点分析:
考点1:力的合成
力的合成:一个力如果产生的效果与几个力共同作用所产生的效果相同,这个力就叫做那几个的合力,而那几个力就叫做这个力的分力,求几个力的合力叫力的合成。
(1)合力与分力
如果一个力产生的效果与几个力产生的效果相同,那这个力就叫做这几个力的合力,那几个力就叫做这一个力的分力。
逻辑关系:合力与分力的关系是等效替代关系。
(2)共点力
几个力如果都作用在物体的同一点,或者几个力作用在物体上的不同点,但这几个力的作用线延长后相交于同一点,这几个力就叫共点力,所以,共点力不一定作用在同一点上,如图所示的三个力F1、F2、F3均为共点力。
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