题目
四本相同的书,每本重为P,设书与书间的摩擦因数为0.1,书与手间的摩擦因数为0.25,欲将四本书一起提起,则两侧应加的力F至少大于()。F FA、10PB、8PC、4PD、1P
四本相同的书,每本重为P,设书与书间的摩擦因数为0.1,书与手间的摩擦因数为0.25,欲将四本书一起提起,则两侧应加的力F至少大于()。
题目解答
答案
A. 10P
解析
考查要点:本题主要考查摩擦力的计算,涉及静摩擦力的平衡条件及叠加效应。关键在于理解手与书之间和书与书之间的摩擦力如何共同作用以支撑四本书的总重量。
解题核心思路:
- 书与书之间的摩擦力总和:四本书叠放时,相邻书本间存在三个接触面,每个接触面的摩擦力由上方所有书的重量决定,总和为 $0.6P$。
- 手与书之间的摩擦力:两侧施加的力 $F$ 在手与书接触面产生的总摩擦力需支撑四本书的重量($4P$)和书与书之间的摩擦力总和($0.6P$),即总摩擦力需达到 $4.6P$。
- 建立方程:根据摩擦力公式,总摩擦力 $2F \cdot 0.25 = 4.6P$,解得 $F = 9.2P$,向上取整得最小整数选项 $10P$。
步骤1:计算书与书之间的摩擦力总和
四本书叠放时,相邻书本间有三个接触面:
- 最下面接触面(第3本与第4本):承受上方3本书的重量,摩擦力为 $3P \cdot 0.1 = 0.3P$;
- 中间接触面(第2本与第3本):承受上方2本书的重量,摩擦力为 $2P \cdot 0.1 = 0.2P$;
- 最上面接触面(第1本与第2本):承受上方1本书的重量,摩擦力为 $1P \cdot 0.1 = 0.1P$;
- 总摩擦力:$0.3P + 0.2P + 0.1P = 0.6P$。
步骤2:分析手与书之间的摩擦力
两侧施加的力 $F$ 在手与书接触面产生的总摩擦力为 $2F \cdot 0.25$,需支撑:
- 四本书的总重量:$4P$;
- 书与书之间的摩擦力总和:$0.6P$;
- 总需求摩擦力:$4P + 0.6P = 4.6P$。
步骤3:建立方程并求解
根据摩擦力平衡条件:
$2F \cdot 0.25 = 4.6P$
解得:
$F = \frac{4.6P}{0.5} = 9.2P$
由于题目要求 $F$ 至少大于 计算值,取最小整数选项 $10P$。