题目列表(包括答案和解析)
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= arcsin
2、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 + mgsinθ
Fy + 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 ②
②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。
高考真题
1．【解析】由合力与分的关系可知,合力最大应是它们同向,最小应是它们反向
【答案】B
2．【解析】重力是地球的吸引而产生的,地球上一切物体都受到重力,与物体的运动状态无关,重力的方向是竖直向下
【答案】D
3．【解析】如图所示，力F产生了两个作用效果，一个是使B压紧竖直墙面的力F1，一个是压紧A的力F2，用整体法进行分析，可知F1和F3的大小相等，当力F缓慢增大时，合力的方向和两个分力的方向都没有发生变化，所以当合力增大时两个分力同时增大，C正确
【答案】C
4．【解析】将力F进行分解,再由整体法在竖直方向运用平衡
条件可列式：Fsinθ＋N=mg＋Mg，则N= mg＋Mg－Fsinθ
【答案】D
5．【解析】竖直挂时
，当质量为2m放到斜面上时，
，因两次时长度一样，所以
也一样。解这两个方程可得，物体受到的摩擦力为零，A正确。
【答案】A
6．【解析】设刚性细杆中弹力为F，光滑的半球面对小球a的弹力为Fa，对小球b的弹力为Fb，分别隔离小球a和b对其分析受力并应用平行四边形定则画出受力分析。由细杆长度是球面半径的倍可得出三角形Oab是直角三角形，∠Oab=∠Oba=45°。对△bFB应用正弦定理得两式联立消去F得sin（45°+θ）= sin（45°―θ）
显然细杆与水平面的夹角θ=15°，正确选项是D。
【答案】D
7．【解析】考查牛顿运动定律。设减少的质量为△m，匀速下降时：Mg=F＋kv，匀速上升时：Mg－△mg＋kv = F，解得△mg = 2(M－)，A正确。
【答案】A
8．【解析】⑴空载时合力为零：
已知：fB＝2fA 求得：fA＝200 kN fB＝400 kN
设机架重心在中心线右侧，离中心线的距离为x，以A为转轴
求得：x＝1.5 m
⑵以A为转轴，力矩平衡
求得：FB＝450 kN
【答案】(1)x＝1.5 m;(2)B＝450 kN
9．【解析】读数时应估读一位，所以其中l5 、 l6两个数值在记录时有误
【答案】①l5 ；l6；②6.85(6.84-6.86) ；14.05(14.04-14.06)；
③l7－l3 ；7.20(7.18-7.22) ；④
名校试题
1．【解析】 猴子受重力和两个拉力人作用，所以选项A正确；两拉力的合力与重力平衡，B错；地球对猴子的引力与猴子对地球的引力是一对作用力和反作用力，C正确；猴子静止合力总为零，选项D错
2．【解析】由力的三角形定则，在重力不变的情况下，
、
和重力构成一个封闭的三角形，从而得到、均减小
【答案】A
3．【解析】由受力分析和摩擦力的产生条件可得选项C正确
【答案】C
4．【解析】由图可知弹簧先压缩后伸长，当弹簧的长度为6cm时，弹力为零，所以弹簧的原长为6cm；当弹簧伸长2cm时，弹力为2N，故弹簧的劲度系数为100N/m
【答案】BC
5．【解析】 隔离物体B可知，绳的张力不变，所以选项A错；隔离物体A得选项D正确
【答案】D
6．【解析】 以整体为研究对象，设斜面的倾角为
，则F3
，是个定值不变；隔离球乙，求得F1缓慢减小．
【答案】D
7．【解析】（1）输电线线冰层的体积V冰 = πR2L
由对称关系可知，塔尖所受压力的增加值等于一根导线上冰层的重力，即
ΔN = ρV冰 g= πρR2Lg
（2）输电线与冰层的总质量M' = m0L + πρR2Lg，输电线受力如图甲所示。
由共点力的平衡条件，得2F1cosθ = m0Lg + πρR2Lg
输电线在最高点所受的拉力
半根输电线的受力如图乙所示。
由共点力的平衡条件，得F2 = F1sinθ
【答案】（1）πρR2Lg；（2）
8．【解析】⑴根据实验数据在坐标纸上描出的点，基本上在同一条直线上。可以判定F和L间是一次函数关系。画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点均匀地分布在直线两侧。（5分）
由
可得k=25N/m。
【答案】k=25N/m。
9．【解析】不正确。 平行于斜面的皮带对圆柱体也有力的作用。
（1）式应改为：Fcosβ+F=mgsinα ②
由②得
30N=10N ③
将③代入②得FN=mgcosα－Fsinβ=30×0.8－10×0.6N=18N ④
【答案】18N
10．【解析】原来匀速时F1=
（1）当F2为推力且与F1夹角为时，有
因为F2=F1，解得
(2)当F2为拉力且与水平方向成角时，有
综上所述，当力F2与F1在同一竖直平面内，力F2的方向与力F1的夹角为arccotu或
【答案】
11．【解析】对B球，受力分析如图所示。
Tcos300=NAsin300 ………….①
∴ T=2mg
对A球，受力分析如图D-1所示。在水平方向
Tcos300=NAsin300 …………………..②
在竖直方向
NAcos300=mAg+Tsin300 …………………③
【答案】由以上方程解得：mA=2m
考点预测题
1．【解析】滑动摩擦力F的大小跟物体的相对运动速度的大小没有关系．本题选项为AB
【答案】AB.
2．【解析】本题的立意在考查滑动摩擦力方向的判断，物体A在水平方向有相对圆柱体向左的速度υ′，υ′ = ωr = 1.8m/s；在竖直方向有相对圆柱体向下的速度υ0 = 2.4m/s，所以综合起来A相对于圆柱体的合速度为v，如图18右所示，且υ= = 3m/s?
合速度与竖直方向的夹角为θ，则cosθ = =
A做匀速运动，其受力如图18左所示
图18
竖直方向平衡，有Ff cosθ = mg，得Ff = = 12.5N?另Ff =μFN，FN =F，故F = 
= 50N
【答案】50N
3．【解析】由题给条件知未施加力F时，弹簧的弹力大小为
物块A与地面间的滑动摩擦力大小为
物块B与地面间的滑动摩擦力大小为
令施加力F后装置仍处于静止状态，B受地面的摩擦力为fB，A受地面的摩擦力为fA，由平衡条件有：
，
代入数据解得：
，
因
，表明物块B的确仍处于静止状态。
综合以上分析可知，所给选项中只有C项正确。
【答案】C
4．【解析】此题材把四种不同的物理情景的弹簧放在一起，让学生判别弹簧的伸长量的大小，实际上就是判断四种情景下弹簧所受弹力的大小。由于弹簧的质量不计，所以不论弹簧做何种运动，弹簧各处的弹力大小都相等。因此这情况下弹簧的弹力是相等，即四个弹簧的伸长量是相等。只有D选项正确。
【答案】D
5．【解析】在水对大坝压力一定的情况下，A图所示，为晾衣绳原理中最大情况，即大坝受力最大。固不是最佳方案，而B图与C、D图的区别在于：B图大坝所受压力传递给坝墩，而C、D图所受压力将直接作用在在坝上，受力分析，如图22所示，所以该题选B。
图22
【答案】B
6．【解析】（1）设c′点受两边绳的张力为T1和T2，
的夹角为θ，如图所示。依对称性有：T1=T2=T 由力的合成有 ：
而
=90
-
所以 F=2Tsinθ
根据几何关系有 sinθ=
联立上述二式解得 T=
，因d<<L，故 
（2）将d=10mm，F=400N，L=250mm代入，解得 T=2.5×103N
， 即绳中的张力为2.5×103N
【答案】2.5×103N
7．【解析】因为物体处于静止状态，根据受力平衡得正确答案为C。
【答案】C
8．【解析】设绳子的拉力为F
，将P。Q看作一个整体进行受力分析，整体受两绳相等的拉力和地面的摩擦力做匀速运动，故有 F=2 F+2μmg隔离物体Q由平衡条件有：F=μmg，代入F得：F=4μmg。所以选项A正确。
【答案】A
9．【解析】物体P静止不动，轻绳上拉力和P的重力平衡，故轻绳上拉力一定不变，D项正确。若开始时，Q有下滑趋势，静摩擦力沿斜面向上，用水平恒力向左推Q，则静摩擦力减小；若开始时，Q有上滑趋势，静摩擦力沿斜面向下，用水平恒力向左推Q，则静摩擦力增大。因此，Q受到的摩擦力大小不确定。所以选项D正确
【答案】D
10．【解析】本题的难点是判断硬杆对C点弹力的方向，不少学生认为该力的方向应沿C点杆的切线方向，而不是沿BC方向。若是以杆为研究对象，杆只受到两个力（因为杆的质量忽略不计）；即两个端点对杆的作用力，杆处于平衡，这两个力一定是一对平衡力，若是C点的力不经过B点，那么这两个力不在一条直线上，肯定不是一对平衡力，杆就不能平衡。所以对杆的作用力方向的分析，千万不能将其当做绳对待。对于轻杆平衡时，它只有两上端点所受的力，这两个力一定是一对平衡力。以 C点为研究对象，作出C点受力图如图所示。物体对C点向下的拉力大小等于重力mg，绳AC的拉力T沿绳指向A，硬杆对C点的弹力N，由于硬杆的质量不计，故杆的弹力N方向沿BC的连线方向，同时有几何关系
。图中的T和mg的合力与N是一对平衡力，且合力方向与T和mg的夹角均相同，由三角形知识可得T=mg 。
【答案】T=mg
11． 【解析】先分析B球受力情况，因OB处于竖直状态，拉力竖直向上，由平衡条件可知，B球只受重力和OB的拉力作用，线BA中无作用力。再分析A球受力，A球受重力、OA拉力和外力F，由平衡条件知该力可能是图F2、F3，选项B.C正确
【答案】B.C
12．【解析】将滑轮挂到细绳上，对滑轮进行受力分析如图所示，滑轮受到重力和AK和BK的拉力F，且两拉力相等，由于对称，因此重力作用线必过AK和BK的角平分线。延长AK交墙壁于C点，因KB =KC，所以由已知条件 AK+ KC = AC=2AO，所以图中的角度α =30°，此即两拉力与重力作用线的夹角。两个拉力的合力R与重力等值反向，所以：
2 F cos30° = R =G， 所以F = mg/2cos30° = 
mg/3 。
【答案】 mg/3
13．【解析】因光滑挂钩与轻滑轮模型相同，轻质挂钩的受力如图所示，
由平衡条件可知，T1、T2合力与G等大反向，且T1=T2。
所以 T1sinα
+T2sinα =T3= G
即T1=T2=
，而
AO?cosα+BO.cosα= CD，
所以 cosα =0.8
sin
=0.6，T1=T2=10N
【答案】10N
14．【解析】分析物体受力情况，选斜面方向为x 轴，垂直斜面方向为y 轴，把不在轴上的重力G
水平分力F分解到坐标轴上，由于物体处于平衡状态，则有
…
解得：
【答案】
15．【解析】如图所示，利用直尺、皮卷尺、漏斗、细沙等实验器材，用装满细沙漏斗朝水平地面堆积，从漏斗中落下的细沙总是在地面上形成一个小圆锥体，继续下落时，细沙由圆锥面表面下滑，当圆锥体的母线与地面的夹角达到一定角度时，细沙不再下滑，用直尺测量小圆锥体高度h，皮卷尺测量小圆锥体底面周长C，则由
得
。
【答案】
16．【解析】（1）当砂轮静止时，把AB杆和工件看成一个物体，它受到的外力对A轴的力矩有：重力的力矩（
）砂轮对工件的支持力的力矩
,
的力矩
由力矩的平衡，得
解得
代入数据得
（2）当砂轮转动时，除重力、支持力和
的力矩外，还有砂轮作用于工件的摩擦力的力矩
。由力矩的平平衡；得
解得
代入数据得
【答案】（1）
（2）
17．【解析】(1)空载时，杆杆秤恰好平衡，秤杆、配重物及挂钩所受重力相对提纽的合力矩Ｍ正好等于两套筒相对于提纽的力矩. 提纽到挂钩的距离为ｄ＝2cm，套筒的长Ｌ＝16cm. 此时，两套筒重心到提纽的距离为(Ｌ/2－ｄ). 两套筒质量ｍ＝0.1kg.
则Ｍ＝2ｍｇ(Ｌ/2－ｄ)＝0.12Nm.
(2)当在秤钩上挂一物体时，挂钩处增加一个重力ｍ1ｇ，它产生一个逆时针方向的力矩ｍ1ｇｄ应当与由于两套筒向右移动增加的力矩相平衡，则
ｍ1ｇｄ＝ｍｇＸ1＋ｍｇ(Ｘ1＋Ｘ2)，其中Ｘ1＝5cm、Ｘ2＝8cm为两套筒右移距离.
代入数据解得待测物体质量ｍ1＝0.9 kg.
(3)注意该杆秤的刻度特点：内层刻度是依据内层左侧与秤的最左端的距离来刻的、外层刻度是依据外层左侧与内层左侧的距离来刻的. 外层套筒丢失前，挂物ｍ2ｇ＝1kg，内层刻度为1kg，外层刻度为零，此时内、外层共同向右移动Ｘ杆秤力矩平衡. 则
ｍ2ｇｄ＝2ｍｇＸ，得Ｘ＝ｍ2ｄ/(2ｍ)＝0.1m.
由于外层套筒丢失，内层读数为1kg时，内筒左端离提纽的距离为Ｘ－ｄ，内筒重心离提纽的距离为(Ｘ－ｄ＋Ｌ/2)，此时内筒所产生的力矩与待测物产生力矩ｍ3ｇｄ及力矩Ｍ相平衡，即ｍ3ｇｄ＋Ｍ＝ｍｇ(Ｘ－ｄ＋Ｌ/2)，代入数据解得待测物质量ｍ3＝0.2kg.
【答案】（1）0.12Nm （2）0.9 kg. （3）ｍ3＝0.2kg.
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