重大理论力学作业

第一章 静力学基础

一、是非题

1．力有两种作用效果，即力可以使物体的运动状态发生变化，也可以使物体发生变形。 （ ） 2．在理论力学中只研究力的外效应。 （ ） 3．两端用光滑铰链连接的构件是二力构件。 （ ）

4．作用在一个刚体上的任意两个力成平衡的必要与充分条件是：两个力的作用线相同，大小相等，方向相反。 （ ）

5．作用于刚体的力可沿其作用线移动而不改变其对刚体的运动效应。 （ ） 6．三力平衡定理指出：三力汇交于一点，则这三个力必然互相平衡。 （ ） 7．平面汇交力系平衡时，力多边形各力应首尾相接，但在作图时力的顺序可以不同。 （ ） 8．约束力的方向总是与约束所能阻止的被约束物体的运动方向一致的。 （ ） 二、选择题

1．若作用在A点的两个大小不等的力F1和F2，沿同一直线但方向相反。则其合力可以表示为 。

① F1－F2；

② F2－F1； ③ F1＋F2；

2．作用在一个刚体上的两个力FA、FB，满足FA=－FB的条件，则该二力可能是 。

① 作用力和反作用力或一对平衡的力； ② 一对平衡的力或一个力偶。 ③ 一对平衡的力或一个力和一个力偶； ④ 作用力和反作用力或一个力偶。 3．三力平衡定理是 。

① 共面不平行的三个力互相平衡必汇交于一点； ② 共面三力若平衡，必汇交于一点； ③ 三力汇交于一点，则这三个力必互相平衡。

4．已知F1、F2、F3、F4为作用于刚体上的平面共点力系，其力矢关系如图所示为平行四边形，由此 。

① 力系可合成为一个力偶； ② 力系可合成为一个力； ③ 力系简化为一个力和一个力偶；

④ 力系的合力为零，力系平衡。

5．在下述原理、法则、定理中，只适用于刚体的有 。 ① 二力平衡原理； ② 力的平行四边形法则； ③ 加减平衡力系原理； ④ 力的可传性原理； ⑤ 作用与反作用定理。 三、填空题

1．二力平衡和作用反作用定律中的两个力，都是等值、反向、共线的，所不同的是 。

2．已知力F沿直线AB作用，其中一个分力的作用与AB成30°角，若欲使另一个分力的大小在所有分力中为最小，则此二分力间的夹角为 度。

3．作用在刚体上的两个力等效的条件是 。

4．在平面约束中，由约束本身的性质就可以确定约束力方位的约束有 ，可以确定约束力方向的约束有 ，方向不能确定的约束有 （各写出两种约束）。

5．图示系统在A、B两处设置约束，并受力F作用而平衡。其中A为固定铰支座，今欲使其约束力的作用线在AB成?=135°角，则B处应设置何种约束

，如何设

置？请举一种约束，并用图表示。

6．画出下列各图中A、B两处反力的方向（包括方位和指向）。

第一章 静力学基础参考答案

一、是非题

1、对 2、对 3、错 4、对 5、对 6、错 7、对 8、错 二、选择题

1、③ 2、② 3、① 4、④ 5、①③④ 三、填空题

1、答：前者作用在同一刚体上；后者分别作用在两个物体上 2、答：90°

3、答：等值、同向、共线 4、答：活动铰支座，二力杆件； 光滑面接触，柔索； 固定铰支座，固定端约束 5、答：与AB杆成45°的二力杆件。

第二章 平面力系

一、是非题

1．一个力在任意轴上投影的大小一定小于或等于该力的模，而沿该轴的分力的大小则可能大于该力的模。 （ ）

2．力矩与力偶矩的单位相同，常用的单位为牛·米，千牛·米等。 （ ） 3．只要两个力大小相等、方向相反，该两力就组成一力偶。 （ ） 4．同一个平面内的两个力偶，只要它们的力偶矩相等，这两个力偶就一定等效。（ ） 5．只要平面力偶的力偶矩保持不变，可将力偶的力和臂作相应的改变，而不影响其对刚体的效应。 （ ）

6．作用在刚体上的一个力，可以从原来的作用位置平行移动到该刚体内任意指定点，但必须附加一个力偶，附加力偶的矩等于原力对指定点的矩。 （ ）

7．某一平面力系，如其力多边形不封闭，则该力系一定有合力，合力作用线与简化中心的位置无关。 （ ）

8．平面任意力系，只要主矢R≠0，最后必可简化为一合力。 （ ） 9．平面力系向某点简化之主矢为零，主矩不为零。则此力系可合成为一个合力偶，且此力系向任一点简化之主矩与简化中心的位置无关。 （ ）

10．若平面力系对一点的主矩为零，则此力系不可能合成为一个合力。 （ ） 11．当平面力系的主矢为零时，其主矩一定与简化中心的位置无关。 （ ） 12．在平面任意力系中，若其力多边形自行闭合，则力系平衡。 （ ） 二、选择题

1．将大小为100N的力F沿x、y方向分解，若F在x轴上的投影为86.6N，而沿x方向的分力的大小为115.47N，则F在y轴上的投影为 。

① 0； ② 50N； ③ 70.7N； ④ 86.6N； ⑤ 100N。

2．已知力F的大小为F=100N，若将F沿图示x、y方向分解，则x向分力的大小为 N，y向分力的大小为 N。

① 86.6； ② 70.0； ③ 136.6； ④ 25.9； ⑤ 96.6；

3．已知杆AB长2m，C是其中点。分别受图示四个力系作用，则 和 是等效力系。

① 图（a）所示的力系； ② 图（b）所示的力系； ③ 图（c）所示的力系； ④ 图（d）所示的力系。

4．某平面任意力系向O点简化，得到如图所示的一个力R?和一个力偶矩为Mo的力偶，则该力系的最后合成结果为 。 ① 作用在O点的一个合力； ② 合力偶；

③ 作用在O点左边某点的一个合力； ④ 作用在O点右边某点的一个合力。

5．图示三铰刚架受力F作用，则A支座反力的大小

为 ，B支座反力的大小为 。

① F/2；

② F/2； ③ F； ④ 2F； ⑤ 2F。

6．图示结构受力P作用，杆重不计，则A支座约束力的大小为 。

① P/2；

② 3P/3； ③ P； ④ O。

7．曲杆重不计，其上作用一力偶矩为M的力偶，则图（a）中B点的反力比图（b）

中的反力 。

① 大； ② 小 ； ③ 相同。

8．平面系统受力偶矩为M=10KN.m的力偶作用。当力偶M作用于AC杆时，A支座反力的大小为 ，B支座反力的大小为 ；当力偶M作用于BC杆时，A支座反力的大小为 ，B支座反力的大小为 。

① 4KN； ② 5KN； ③ 8KN； ④ 10KN。

9．汇交于O点的平面汇交力系，其平衡方程式可表示为二力矩形式。即

?mA(Fi)?0,?mB(Fi)?0须 。

① A、B两点中有一点与O点重合； ② 点O不在A、B两点的连线上；

，但必

③ 点O应在A、B两点的连线上；

④ 不存在二力矩形式，?X=0，?Y=0是唯一的。

10．图示两个作用在三角板上的平面汇交力系（图（a）汇交于三角形板中心，图（b）汇交于三角形板底边中点）。如果各力大小均不等于零，则

图（a）所示力系 ， 图（b）所示力系 。

① 可能平衡； ② 一定不平衡； ③ 一定平衡； ④

三、填空题

1．两直角刚杆ABC、DEF在F处铰接，并支承如图。若各杆重不计，则当垂直BC边的力P从B点移动到C点的过程中，A

处约束力的作用线与AB方向的夹角从 度变化到 度。

2．图示结构受矩为M=10KN.m的力偶作用。若a=1m，各杆自重不计。则固定铰支座D的反力的大小为 ，方向 。

3．杆AB、BC、CD用铰B、C连结并支承如图，受矩为M=10KN.m的力

偶作用，不计各杆自重，则支座D处反力的大小为 ，方向 。

4．图示结构不计各作用，则E支座反力的大

杆重量，受力偶矩为m的力偶小为 ，方向在图

不能确定。

中表示。

5．两不计重量的簿板支承如图，并受力偶矩为m的力偶作用。试画出支座A、F的约束力方向（包括方位与指向）。

6．不计重量的直角杆CDA和T字形杆DBE在D处铰结并支承如图。若系统受力P作用，则B支座反力的大小为 ,方向 。

7．已知平面平行力系的五个力分别为F1=10（N），F2=4（N），

F3=8（N），F4=8（N），F5=10（N），结果为

。

8．某平面力系向O点简化，得图示主矢R?=20KN，主矩Mo=10KN.m。图中长度单位为m，则向点A（3、2）简化得 ，向点B（-4，0）简化得 （计算出大小，并

在图中画出该量）。

9．图示正方形ABCD，边长为a（cm），在刚体A、B、C三点上分别作用

了三个力：F1、F2、F3，而F1=F2=F3=F（N）。

则该力系简化的最后结果为 并用图表示。

10．已知一平面则该力系简化的最后

力系，对A、B点的力矩为?mA（Fi）=?mB（Fi）=20KN.m，且?Xi??52KN，则该力系的最后简化结果为

（在图中画出该力系的最后简化结果）。

11．已知平面汇交力系的汇交点为A，且满足方程?mB =0（B为力系平面内的另一点），若此力系不平衡，则可简化为 。已知平面平行力系，诸力与y轴不垂直，且满足方程?Y=0，若此力系不平衡，则可简化为 。

四、计算题

1．图示平面力系，已知：F1=F2=F3=F4=F，M=Fa，a为三角形边长，若以A为简化中心，试求合成的最后结果，并在图中画出。

2．在图示平面F2=40N，F3=40N，并画在图上（图中长

3．图示平面力系，已知：P=200N，M=300N·m，欲使力系的合力R通过O点，试求作用在D点的水平力T为多大。

4．图示力系中力F1=100KN，

F2=200KN，F3=300KN，方向分等边三角形的每一边作用。试求方向和作用线的位置。

别沿边长为30cm的此三力的合力大小，

力系中，已知：F1=10N，M=30N·m。试求其合力，度单位为米）。

5．在图示多跨梁中，各梁自重不计，已知：q、P、M、L。试求：图（a）中支座A、B、C的反力，图（2）中支座A、B的反力。

6．结构如图，C处为铰链，自重不计。已知：P=100KN，q=20KN/m，M=50KN·m。试求A、B两支座的反力。

7．图示平面结构，自重不计，C处为光滑铰链。已知：P1=100KN，P2=50KN，θ=60°，q=50KN/m，L=4m。试求固定端A的反力。

8．图示曲柄摇杆机构，在摇杆的B端作用一水平阻力R，已知：OC=r，AB=L，各部分自重及摩擦均忽略不计，欲使机构在图示位置（OC水平）保持平衡，试求在曲柄OC上所施加的力偶的力偶矩M，并求支座O、A的约束力。

9．平面刚架自重不计，受力、尺寸如图。试求A、B、C、D处的约束力。

10．图示结构，自重不计，C处为铰接。L1=1m，L2=1.5m。已知：M=100KN·m，q=100 KN/m。试求A、B支座反力。

11．支架由直杆AD与直角曲杆BE及定滑轮D组成，已知：AC=CD=AB=1m，R=0.3m，Q=100N，A、B、C处均用铰连接。绳、杆、滑轮自重均不计。试求支座A，B的反力。

12．图示平面结构，C处为铰链联结，各杆自重不计。已知：半径为R，q=2kN/cm，Q=10kN。试求A、C处的反力。

13．图示结构，由杆AB、DE、BD组成，各杆自重不计，D、C、B均为锵链连接，A端为固定端约束。已知（qN/m），M=qa2（N·m），P?

14．图示结构由不计杆重的AB、AC、DE三杆组成，在A点和D点铰接。已知：P、QL0。试求B、C二处反力（要求只列三个方程）。

15．图示平面机构，各构件自重均不计。已知：OA=20cm，O1D=15cm，?=30°，弹簧常数k=100N/cm。若机构平衡于图示位置时，弹簧拉伸变形?=2cm，M1=200N·m，试求使

2qa(N)，尺寸如图。试求固定端A

的约束反力及BD杆所受的力。

系统维持平衡的M2。

16．图示结构，自重不计。已知：P=2kN， Q= kN，M=2kN·m。试求固定铰支座B的反力。

17．构架受力如图，各杆重不计，销钉E固结在DH杆上，与BC槽杆为光滑接触。已知：AD=DC=BE=EC=20cm，M=200N·m。试求A、B、C处的约束反力。

18．重为P的重物按图示方式挂在三角架上，各杆和轮的自重不计，尺寸如图，试求支座A、B的约束反力及AB杆内力。

19．图示来而结构由杆AB及弯杆DB组成，P=10N，M=20N·m，L=r=1m，各杆及轮自重不计，求固定支座A及滚动支座D的约束反力及杆BD的B端所受的力。

20．构架如图所示。重物Q=100N，悬持在绳端。已知：滑轮半径R=10cm，L1=30cm，L2=40cm，

不计各杆及滑轮，绳的重量。试求A、E支座反力及AB杆在铰链D处所受的力。

第二章 平面力系参考答案：

一、是非题

1、对 2、对 3、错 4、对 5、对 6、对 7、对 8、对 9、对 10、错 11、对 12、错

二、选择题

1、① 2、③② 3、③④ 4、③ 5、②② 6、② 7、② 8、④④②② 9、② 10、①②

三、填空题

1、0°；90°； 2、10KN；方向水平向右； 3、10KN；方向水平向左； 4、2m/a；方向沿HE向； 5、略 6、2P；方向向上； 7、力偶，力偶矩m=－40（N·cm），顺时针方向。 8、A：主矢为20KN，主矩为50KN·m，顺钟向 B：主矢为20KN，主矩为90KN·m，逆钟向

9、一合力R=F2，作用在B点右边，距B点水平距离a（cm） 10、为一合力R，R=10KN，合力作线与AB平行，d=2m 11、通过B点的一个合力；简化为一个力偶。

四、计算题

1、解：将力系向A点简化Rx?=Fcos60°+Fsin30°－F=0 Ry?=Fsin60°－Fcos30°+F=F R=Ry?=F

对A点的主矩MA=Fa+M－Fh=1.133Fa 合力大小和方向R=R?

合力作用点O到A点距离 d=MA/R?=1.133Fa/F=1.133a

2．解：将力系向O点简化

RX=F2－F1=30N RV=－F3=－40N ∴R=50N

主矩：Mo=（F1+F2+F3）·3+M=300N·m 合力的作用线至O点的矩离 d=Mo/R=6m

合力的方向：cos（R，i）=0.6，cos（R，i）=－0.8 （R，i）=－53°08’ （R，i）=143°08’

3．解：将力系向O点简化，若合力R过O点，则Mo=0

Mo=3P/5×2+4P/5×2－Q×2－M－T×1.5 =14P/5－2Q－M－1.5T=0

∴T=（14/5×200－2×100－300）/1.5=40（N） ∴T应该为40N。

4．解：力系向A点简化。

主矢ΣX=F3－F1cos60°+F2cos30°=150KN ΣY=F1cos30°+F2cos30°=503KN R’=173.2KN Cos（R，i）=150/173.2=0.866，α=30° 主矩MA=F3·30·sin60°=453KN·m AO=d=MA/R?=0.45m

5.解：（一）1.取CD，Q1=Lq

1LQ1?M?0F2ΣmD（）=0 LRc－

Rc=（2M+qL2）/2L 2. 取整体， Q=2Lq ΣmA（F）=0

3LRc+LRB－2LQ－2LP－M=0

RB=4Lq+2P+（M/L）－（6M+3qL2/2L） =（5qL2+4PL－4M）/2L

ΣY=0 YA+RB+RC－P－Q=0 YA=P+Q－（2M+qL2/2L） －（5qL2+4PL－4M/2L）

=（M－qL2－LP）/L ΣX=0 XA=0 （二）1.取CB， Q1=Lq

1LQ1?0F2mc（）=0 LRB－M－

RB=（2M+qL2）/（2L） 2.取整体， Q=2Lq ΣX=0 XA=0

ΣY=0 YA－Q+RB=0 YA=（3qL2－2M）/（2L）

ΣmA（F）=0 MA+2LRB－M－LQ=0 MA=M+2qL2－（2M+qL2）=qL2－M 6．解：先取BC杆，

Σmc=0， 3YB－1.5P=0， YB=50KN 再取整体

ΣX=0， XA+XB=0 ΣY=0， YA+YB－P－2q=0 ΣmA=0，

15YB－3XB－3.5P－2q·22+M=0

解得：XA=30KN， YA=90KN XB=－30KN

7．解：取BC为研究对象，Q=q×4=200KN

Σmc（F）=0 －Q×2+RB×4×cos45°=0 RB=141.42KN 取整体为研究对象 ΣmA（F）=0

mA+P2×4+P1×cos60°×4－Q×6+RB×cos45°×8 +RB×sin45°×4=0 （1） ΣX=0， XA－P1×cos60°－RB×cos45°=0 （2） ΣY=0，

－Q+YA－P2－P1×sin60°+RB×cos45°=0 （3） 由（1）式得 MA=－400KN·2 （与设向相反） 由（2）式得 XA=150KN

由（3）式得 YA=236.6KN

8．解：一）取OC Σmo（F）=0

Nsin45°·r－M=0，N=M/（r sin45°） 取AB ΣmA（F）=0

11RLsin45°－N?2rsin45°=0，N?=2RL/r M=42RL

1二）取OC ΣX=0 Xo－Ncos45°=0，Xo=42LR/r

1ΣY=0 Yo+Nsin45°=0，Yo=－42LR/r

取AB ΣX=0 XA+N’cos45°－R=0，

1XA=（1－42L/r）R

2RL/r

1ΣY=0 YA－N’sin45°=0，YA=49.解：取AC

ΣX=0 4q1－Xc=0

Σmc=0 －NA·4+q1·4·2=0 ΣY=0 NA－Yc=0 解得Xc=4KN； Yc=2KN；NA=2KN 取BCD ΣmB（F）=0

ND×6－q2×18－X?c×4=0 Xc?=Xc Xc?=Yc ΣX=0 Xc?－XB=0

ΣY=0 ND+Y?c－q2×6+YB=0 ND=52/6=8.7KN XB=X?c=4KN

10．解：取整体为研究对象，L=5m

Q=qL=500KN，sin?=3/5，cos?=4/5，?mA（F）=0

1YB·（2+2+1.5）-M-2Q·5=0 （1）

?X=0, -XA-XB+Q·sin?=0 （2） ?Y=0, -YA+YB-Q·cos?=0 （3） 取BDC为研究对象

?mc（F）=0 -M+YB·1.5-XB·3=0 （4） 由（1）式得，YB=245.55kN YB代入（3）式得 YA=154.55kN YB代入（4）式得 XB=89.39kN XB代入（2）式得 XA=210.61kN

11．解：对ACD

?mc（F）=0 T·R-T（R+CD）-YA·AC=0 ∵AC=CD T=Q YA=-Q=-100（N） 对整体

?mB（F）=0 XA·AB-Q·（AC+CD+R）=0

XA=230N

?X=0 XB=230N

?Y=0 YA+YB-Q=0 YB=200N

12．解：取CBA为研究对象，

?mA（F）=0

-S·cos45°·2R-S·sin45°·R+2RQ+2R2q=0 ∴S=122.57kN

?X=0 -S·cos45°+XA=0 ∴XA=2（Q+Rq）/3=88.76kN ?Y=0 YA-Q-2Rq+S·cos45°=0 YA=（Q+4Rq）/3=163.33kN

13．解：一）整体

?X=0 XA-qa-Pcos45°=0 XA=2qa（N） ?Y=0 YA-Psin45°=0 YA=qa（N）

1 ?mA（F）=0 MA-M+qa·2a+P·asin45°=0

1 MA=-2qa2（N·m）

二）DCE

1 ?mc（F）=0 SDBsin45°a+qa·2a-pcos45°·a =0

1 SDB=2qa(N)

14．解：取AB杆为研究对象

1 ?mA（F）=0 NB·2L·cos45°-Q·Lcos45°=0 NB=2Q

取整体为研究对象 ?mE（F）=0

-Xc·L+P·2L+Q（3L-L·cos45°） -NB（3L-2L·cos45°）=0

1 Xc=2P+3Q-Q·cos45°-3NB+2NB·cos45°=2P+2·3Q

?mD（F）=0

-Yc·L+PL+Q（2L-L·cos45°） -NB（2L-2L·cos45°）=0

Yc=P+2Q-Q·cos45°-Q+Q·cos45°=P+Q

15．解：取OA，

?mo=0 -0.2XA+M1=0 取AB杆，F=200

?X=0 S·sin30°+200-1000=0 取O1D杆

?mO1=0

O1D·S·cos30°-M2=0

M2=207.85（N·m）

16．解：一）取CE ?mE（F）=0

M+Yc·2=0， Yc=-1kN-

?Y=0 YE+YC=0，YE=1Kn ?X=XE=0

二）取ABDE ?mA（F）=0 YB·4-Q·4-YE·6-P·4=0，YB=6.5kN 三）取BDE ?mD（F）=0

YB·2+XB·4-Q·2-Y?E·4=0，XB=-0.75kN

．解：取整体为研究对象，

?mA（F）=0

-M+YB×0.4·cos45°×2=0 （1） ∴ YB=500/2N

?Y=0 YA+YB=0 （2）

XA=1000N S=1600N

17

YA=-YB=-500/2N

?X=0 XA+XB=0 （3） XA=-XB ∴XA= -500/2N 取DH杆为研究对象，

?mI （F）=0 -M+NE×0.2=0 NE=1000N 取BC杆为研究对象， ?mc（F）=0

YB·0.4·cos45°+XB·0.4·cos45°-NE·0.2=0 XB=2502N

?X=0 XC+XB-NE·cos45°=0 XC=2502N

?Y=0 YC+YB-NE·sin45°=0

18．解：对整体?mB=0，L·XA-P（3L+r）=0

XA=P（3+r/L） ?Y=0，YA=P

?X=0，NB=XA= P（3+r/L） 对AC ?mc=0，

－（SAB+YA）·2L－T’（L+r）+XA·L=0，SAB=0

19．解：取整体?mA（F）=0

ND·AD－M－P（4+2+1）L=0，ND=18 ?X=0，XA+NDsinα=0

?Y=0，YA+NDcosα=0 tgβ=3/2，tgα=3/4 取DE ?mc（F）=0

SBD·cosβ·3L+ND sinα·3L－PL－M=0， SBD=－1.44N

20．解：取整体?mA=(F)=0，

XEL2-Q（3L1+R）=0，XE=250N ?X=0，XA=XE=250N ?Y=0，YA=Q=100N 取ECGD ?mD=(F)=0，

XEL2-TR-SAC·4/5·2L1=0，SAC=189.5N ?X=0，XD+Q-XE+SAC·3/5=0，XD=37.5N

?Y=0，YD=-SAC·4/5=-150N

第三章 空间力系

一、是非题

1．一个力沿任一组坐标轴分解所得的分力的大小和这力在该坐标轴上的投影的大小相等。 （ ）

2．在空间问题中，力对轴的矩是代数量，而对点的矩是矢量。 （ ） 3．力对于一点的矩在一轴上投影等于该力对于该轴的矩。 （ ） 4．一个空间力系向某点简化后，得主矢R’、主矩Mo，若R’与Mo平行，则此力系可进一步简化为一合力。 （ ）

5．某一力偶系，若其力偶矩矢构成的多边形是封闭的，则该力偶系向一点简化时，主矢一定等于零，主矩也一定等于零。 （ ）

6．某空间力系由两个力构成，此二力既不平行，又不相交，则该力系简化的最后结果必为力螺旋。 （ ）

7．一空间力系，若各力的作用线不是通过固定点A，就是通过固定点B，则其独立的平衡方程只有5个。 （ ）

8．一个空间力系，若各力作用线平行某一固定平面，则其独立的平衡方程最多有3个。 （ ）

9．某力系在任意轴上的投影都等于零，则该力系一定是平衡力系。 （ ） 10．空间汇交力系在任选的三个投影轴上的投影的代数和分别等于零，则该汇交力系一定成平衡。 （ ）

二、选择题

1．已知一正方体，各边长a，沿对角线BH作用一个力F，则该力在X1轴上的投影为 。

① 0；

② F/2；

③ F/6； ④ －F/3。 2．空间力偶矩

是 。

① 代数量； ② 滑动矢量； ③ 定位矢量； ④ 自由矢量。

3．作用在刚体上仅有二力FA、FB，且FA+FB=0，则此刚体 ；

作用在刚体上仅有二力偶，其力偶矩矢分别为MA、MB，且MA+MB=0，则此刚体 。

① 一定平衡； ② 一定不平衡； ③ 平衡与否不能判断。

4．边长为a的立方框架上，沿对角线AB作用一力，其大小为P；沿CD边作用另一力，其大小为3P/3，此力系向O点简化的主矩大小为 。

① ② ③ ④

6Pa；

3Pa； 6Pa/6；

3Pa/3。

5．图示空间平行力系，设力线平行于OZ轴，则此力系的相互独立的平衡方程为 。

① Σmx（F）=0，Σmy（F）=0，Σmz（F）=0；

② ΣX=0，ΣY=0，和Σmx（F）=0； ③ ΣZ=0，Σmx（F）=0，和ΣmY（F）=0。

6．边长为2a的均质正方形簿板，截去四分之一后悬挂在A点，今欲使BC边保持水平，则点A距右端的距离X= 。

① a； ② 3a/2； ③ 5a/2； ④ 5a/6。 三、填空题

1．通过A（3，0，0），B（0，4，5）两点（长度单位为米），且由A指向B的力R，在z轴上投影为 ，对z轴的矩的大小为。

2．已知F=100N，则其在三个坐标轴上的投影分别为：Fx= ；Fv= ； Fz= 。

3．已知力F的大小，角度φ

和θ，以及长方体的边长a，b，c，则力F在轴z和y上的投影：

Fz= ；Fv= ； F对轴x的矩mx(F)= 。

4．力F通过A（3，4、0），B（0，4，4）两点（长度单位为米），若F=100N，则该力在x轴上的投影为 ，对x轴的矩为 。

5．正三棱柱的底面为等腰三角形，已知OA=OB=a，在平面ABED内有沿对角线AE的一个力F，图中α=30°，则

此力对各坐标轴之矩为：

mx（F）mY（F）mz（F）

6．已知力F的大小

四、计算题

1．在图示正方体的表面ABFE内作用一力偶，其矩M=50KN·m，转向如图；又沿GA，BH作用两力R、

为60（N），则力F对x轴的矩

为 ；对z轴的矩为 。

= ； = 。 = 。

R?,R=R?=502KN；α=1m。试求该力系向C点简化结果。

2．一个力系如图示，已知：F1=F2=F3，M=F·a，OA=OD=OE=a，OB=OC=2a。试求此力系的简化结果。

3．沿长方体的不相交且不平行的棱边作用三个大小相等的力，问边长a，b，c满足什么条件，这力系才能简化为一个力。

4．曲杆OABCD的OB段与Y轴重合，BC段与X轴平行，CD段与Z轴平行，已知：P1=50N，P2=50N；P3=100N，P4=100N，L1=100mm，L2=75mm。试求以B点为简化中心将此四个力简化成最简单的形式，并确定其位置。

5．在图示转轴中，已知：Q=4KN，r=0.5m，轮C与水平轴AB垂直，自重均不计。试求平衡时力偶矩M的大小及轴承A、B的约束反力。

6．匀质杆AB重Q长L，AB两端分别支于光滑的墙面及水平地板上，位置如图所示，并以二水平索AC及BD维持其平衡。

试求（1）墙及地板的反力；

（2）两索的拉力。

7．图示结构自重不计，已知；力Q=70KN，θ=450，β=60°，A、B、C铰链联

接。

试求绳索AD的拉力及杆AB、AC的内力。

8．空间桁架如图，A、B、C位于水平面内，已知：AB=BC=AC=AA?=BB?=CC?=L，在A节点上沿AC杆作用有力P。

试求各杆的内力。

9．图示均质三棱柱ABCDEF重W=100KN，已知：AE=ED，＜AED=90°，在CDEF平面内作用有一力偶，其矩M=502KN·m，L=2m。试求：1、2、3杆的内力。

第三章 空间力系参考答案

一、是非题

1、错 2、对 3、错 4、错 5、对 6、对 7、对 8、错 9、错 10、错 二、选择题

1、① 2、④ 3、③① 4、④ 5、③ 6、④

三、填空题

1、R/2；62R/5 2、Fx=－402N，Fv=302N，Mz=2402N·m

3、Fz=F·sinφ；Fv=－F·cosφ·cosφ；Mx（F）=F（b·sinφ+c·cosφ·cosθ）。 4、－60N；320N.m 5、mx（F）=0，mY（F）=－Fa/2；mz（F）=6Fa/4 6、mx（F）=160（N·cm）；mz（F）=100（N·cm）。

四、计算题

1、解；主矢：R=ΣFi=0

主矩： Mc=M+m（R，R?）

又由Mcx=－m（R，R?）·cos45°=－50KN·m McY=0

Mcz=M－m（R，R?）·sin45°=0 ∴Mc的大小为

Mc=（Mcx2+McY2+Mcz2）1/2 =50KN·m

'Mc方向：

Cos（Mc，i）=cosα=Mcx/Mc=－1， α=180° Cos（Mc，j）=cosβ=McY/Mc=0， β=90° Cos（Mc，k）=cosγ=McZ/Mc=0， γ=90° 即Mc沿X轴负向

2、解：向O点简化，主矢R?投影

1Rx?=－F·

2 1RY?=－F·2 RZ?=F·2

1R?=－F·

12i－F·2j+F·2j

主矩Mo的投影：

1Mox=

23Fa，M=0，M=0

oYoz

1Mo?=23Fai

1R?·Mo=－23aF2≠0，R?不垂直Mo 所以简化后的结果为力螺旋。

3、解：向O点简化 R?投影：Rx?=P，RY?=P，Rz?=P

R?=Pi+Pj+Pj

主矩Mo投影：Mox=bP－cP，MoY=－aP，Moz=0

Mo=（bP－cP）i－aPj

仅当R?·Mo=0时才合成为力。 （Pi+Pj+Pk）[（bP－cP）i－apj=0 应有 P（bP－cP）=0，PaP=0， 所以 b=c，a=0

4、解：向B简化

Rx?=50N RY?=0 RZ?=50N R?=502

1R?方向： cosα=

12 cosβ=0 cosγ=2

主矩MB MxB=2.5·m MYB=mzB=0 MB=2.5N·m 主矩方向 cosα=1 cosβ=0 cosγ=0 MB不垂直R? MnB=1.76N·m MiB=1.76N·m d=MB/R?=0.025m

5、解：ΣmY=0， M－Qr=0， M=2KN·m

ΣY=0， NAY=0

Σmx=0， NBz·6－Q·2=0， NBZ=4/3KN Σmz=0, NBX=0

ΣX=0, NAX=0

ΣZ=0， NAZ+NBz－Q=0，NAZ=8/3KN

6、解：ΣZ=0 NB=Q

Σmx=0

1NB·BDsin30°－Q·2BDsin30°－Sc·BDtg60°=0

Sc=0.144Q ΣmY=0

1－NB·BDsin60°+Q·2BDsin60°+NA·BDtg60°=0

NA=0.039Q

ΣY=0 －SBcos60°+Sc=0 SB=0.288Q

7、解：取A点

Σmx=0， T·A O·sin60°－Q·A D·cos60°=0

1T=3×3Q=40.4KN

ΣX=0， TAB·cos45°－TAC·cos45°=0 TAB=TAC ΣZ=0，

－Q－TAB·sin45°sin60°－TAC·sin45°sin60°=0 TAB=TAC=－57.15KN （压）

8、解：取ABC

ΣmA A?=0， SCB?=0 Σmc c?=0 SBA?=0 ΣmA C?=0， SB B?=0

ΣYA C=0， P+SAC?·cos45°=0， SAC?=－2P （压） ΣmA B=0, Sc c?=0

ΣZA A?=0，－SA A?－SAC?·cos45°=0，

SAA?=P

取节点A， SAB=0 同理 SBC=SAC=0 9、解：取三棱柱，

Σm6=0， M·cos45°－S2·cos45°·L=0 S2=252KN

1ΣmC D=0，W·2L+S1L+S2·cos45°·L=0

S1=－75KN （压） ΣY=0， S3=0

第四章 刚体静力学专门问题

一、是非题

1．摩擦力的方向总是和物体运动的方向相反。 （ ） 2．摩擦力是未知约束反力，其大小和方向完全可以由平衡方程来确定。 （ ） 3．静滑动摩擦系数的正切值等于摩擦角。 （ ） 4．在任何情况下，摩擦力的大小总等于摩擦力系数与正压力的乘积。 ( ) 5．当考虑摩擦时，支承面对物体的法向反力N和摩擦力F的合力R与法线的夹角φ称为摩擦角。 （ ）

6．只要两物体接触面之间不光滑，并有正压力作用，则接触面处摩擦力一定不为零。 （ ） 7．在求解有摩擦的平衡问题（非临界平衡情况）时，静摩擦力的方向可以任意假定，而其大小一般是未知的。 （ ）

8．滚阻力偶的转向与物体滋动的转向相反。 （ ）

二、选择题

1．五根等长的细直杆铰接成图示杆系结构，各杆重量不计若PA=PC=P，且垂直BD。则杆BD的内力SBD= 。

① -P（压）； ②?3P（压）；

③?3P/3（压）；

④?3P/2（压）。

2．图示（a）、（b）两结构受相同的荷载作用，若不计各杆自重，则两结构A支座反力 ，B支座反

务 ，杆AC内力 ，杆BC内力 。

① 相同； ② 不同。

3．若斜面倾角为α，物体与斜面间的摩擦系数为f，欲使物体能静止在斜面上，则必须满足的条件是 。

① tg f≤α； ② tg f＞α； ③ tg α≤f； ④ tg α＞f。

4．已知杆OA重W，物块M重Q。杆与物块间有摩擦，而物体与地面间的摩擦略去不计。当水平力P增大而物块仍然保持平衡时，杆对物体M的正压力 。

① 由小变大； ② 由大变小； ③ 不变。

5．物A重100KN，滑轮处摩擦不计。则

① 20KN； ③ 15KN；

物B重25KN，A物与地面的摩擦系数为0.2，物体

A

与地面间的摩擦力

为 。 ② 16KN； ④ 12KN。

6．四本相同的书，每本重G，设书与书间的摩擦系数为0.1，书与手间的摩擦系数为0.25，欲将四本书一起提起，则两侧应加之于 。

① 10G； ② 8G； ③ 4G； ④ 12.5G。 三、填空题

1．图示桁架中，杆①的内力为 ；杆②的内力为 。

2．物体受摩擦作用时的自锁现象是指 。

3．已知砂石与皮带间的摩擦系数为f=0.5，则皮带运输机的输送送带的最大倾角α 。

P

力应至少大

4．物块重W=50N，与接触面间的摩擦角φm=30°，受水平力Q作用，当Q=50N时物

N时，物块处于临界状态。

5．物块重物体与斜面间的力P=50KN，则作用

6．均质立方

W=100KN，自由地放在倾角在30°的斜面上，若静摩擦系数f=0.3，动摩擦系数f=0.2，水平在物块上的摩擦力的大小为 。 体重P，置于30°倾角的斜面上，摩擦系数

f=0.25，开始时在拉力T作用下物体静止不动，逐渐增大力T，则物体先 （填滑动或翻倒）；又，物体在斜面上保持静止时，T的最大值为 。

四、计算题

1．图示桁架中已知P1=P2=P=1000KN，试求AC、BC、BD三杆的内力。

2．在图示平面桁架中，已知：P、L。试求CD杆的内力。

3．图示桁架。已知：a=2m，b=3m，P1=P2=P=10KN。试求1、2杆的内力。

4．在图示物块中，已知：Q、θ，接触面间的摩擦角φM。试问：① β等于多大时拉动物块最省力；②此时所需拉力P为多大。

‘

块处于 （只要回答处于静止或滑动）状态。当Q=

5．半圆柱体重P，重心C到圆心O点的距离为α=4R/（3π），其中R为半圆柱半径，如半圆柱体与水平面间的静摩擦系数为f。试求半圆柱体刚被拉动时所偏过的角度θ。

6．图示均质杆，其A端支承在粗糙墙面上，已知：AB=40cm，BC=15cm，AD=25cm，系统平衡时θmin=45°。试求接触面处的静摩擦系数。

7．已知：物块A、B均重G=10N，力P=5N，A与B、B与C间的静摩擦系数均为f=0.2。① 判断两物块能否运动； ② 试求各物块所受的摩擦力。

8．一均质物体尺寸如图，重P=1KN，作用在C点，已知：物体与水平地面摩擦f=0.3。求使物体保持平衡所需的水平力Q的最大值。

9．在图示桌子中，已知：重P，尺寸L1、L2。若桌脚与地面间的静摩擦系数为f。试求桌子平衡时，水平拉力Q应满足的条件。

10．均质杆AD重W，BC杆重不计，如将两杆于AD的中点C搭在一起，杆与杆之间的静摩擦系数f=0.6。试问系统是否静止。

11．已知：G=100N，Q=200N，A与C间的静摩擦系数f1=1.0，C与D之间的静摩擦系数f2=0.6。试求欲拉动木块C的Pmin=？

12．曲柄连杆机构中OA=AB，不计OA重量，均质杆AB重P，铰A处作用铅垂荷载2P，滑块B重为Q，与滑道间静滑动摩擦系数为f，求机构在铅垂平面内保持平衡时的最小角度φ。

第四章 刚体静力学专门问题参考答案

一、是非题

1、错 2、错 3、错 4、错 5、错 6、错 7、对 8、对 二、选择题

1、③ 2、①①①① 3、③ 4、② 5、③ 6、① 三、填空题

1、杆①的内力为：?2Q。杆②的内力为：Q。

2、如果作用于物体的全部主动力的合力的作用线在摩擦角之内，则不论这个力怎么大，物体必保持静止的一种现象。

3、α=Arc tg f=26.57° 4、滑动；503/3N 5、6.7KN 6、翻倒；T=0.683P 四、计算题

1、解：取整体；ΣmA（F）=0

－2Pαcos45°－Pαcos45°+3Pαcos45°－4αcos°YE=0 ∴YE=1500KN

ΣY=0 YA+YE－P·3=0 ∴YA=1500KN 用截面I－I截割留左部分

ΣmB（F）=0 SACαsin45°－YAαcos45°=0 SAC=1500KN

ΣY=0 －SBCsin45°－P+YA=0 SBC=707KN ΣX=0 SAC+SBD+SBCcos45°=0 SBD=－2000KN

2、解：取整体

ΣmA=0， YB·8L－P·4L=0 ∴ YB=P/2 取图示部分

DO=2·DE=6L Σmo=0，

－YB·2L+SCD·cos45°·4L+SCD·sin45°·2L=0 解得；SCD=0.236P

3、解：对整体 ΣmA（F）=0，

－P·2b+2ap+NE·5b=0，NE=2P（b－a）/5b 部分桁架 ΣmH（F）=0， S1 a+NE b=0，S1=－2P（b－a）/5a

节点F ΣX=0， S2=S1=－2P（b－a）/5a

4、解：用几何法

（1）P⊥R是最省力，此时 β=θ+φm （2）Pmin/sin（φm+θ）=Q/sin90°

∴ Pmin=Q·sin（θ+φm）

5、解：选半圆体为研究对象，

由：ΣX=0 Q－Fm=0 ΣY=0 N－P=0

ΣmA（F）=0

Pa·sinθ－Q（R－R·sinθ）=0 Fm=Nf

由上述方程联立，可求出在临界平衡状态下的θ

K为

?K?arcsin??6、解：对AB杆。

?3?f?4?3?f????

ΣmD（F）=0， NA·25－W·cos45°·20=0 NA=22W/5 Σmc（F）=0，

111W·5·2×2+F·25·2×2－N·25·2×2=0

F=（22－1）W/5

又F≤fN ∴f≥（22－1）/22=0.646

7、解：（1）取物块A为研究对象

ΣY=0 NA－G－P·sin30°=0 NA=12.5N FAmax=NA·f=2.5N

使A沿B物块运动的力 Px=P·cos30°=4.33N Px＞FAmax

所以A物块沿B物块运动 取整体为研究对象

ΣY=0 NC－2G－P·sin30°=0 NC=22.5N FBmax=NC·f=4.5N 所以B物块不动

（2）由上面计算可知A物块上摩擦力为 FAmax= 2.5N

取B物块为研究对象，因B物块不动 ΣX=0 FAmax－FB=0 FB=FAmax=2.5N

8、解：不翻倒时：

ΣmA（F）=0 Q1·2+P·0.4=0 此时Q=Q1= 0.2KN 不滑动时：

ΣX=0 Fmax－Q2=0 ΣY=0 －P+N=0 此时Q=Q2=Fmax=0.3KN

所以物体保持平衡时：Q=Q1=0.2KN

9、解：（一）假设先滑动

对桌子 ΣX=0 Q－（FA+FB）=0 ΣY=0 NA+NB－P=0 又 FA+FB≤f（NA+NB） ∴ Q≤fP

（二）假设先翻倒

对桌子 ΣmB=0 P·L1－Q·L2=0 ∴ Q=PL1/L2

∴ 所求之Q应满足 fP≤Q≤L1 P/L2

10、解：取AB杆，假设AB杆处于平衡状态

ΣmA（F）=0，L·cos60°W+S·cos30°×L=0

∴ S=W/3

N=S·cos30°=W/2 F=S·sin30°=0.288W

Fmax=fN=0.3W ∵F＜Fmax ∴系统处于静止状态

11、解：取AB

ΣmB（F）=0

12AB·sin45°·G－AB·N·sin－AB·Fmax·sin45°=0

Fmax=Nf1

∴ N=G/2（1+f1）=25N 取C

ΣY=0， N1－Q－N?=0 ∴ N1=225N

ΣX=0， Pmin－Fmax?－F1 max=0 ∴ Pmin=160N

12、解：取AB，使φ处于最小F=fN 设AB=L

1ΣmB（F）=0 L So A sinφ—2P·Lcosφ－P·2Lcosφ=0

1S o A=45P/sinφ

1ΣY=0 N－2P－P－Q+SO Asinφ=0 N=47P+Q

1ΣX=0 －F+ SO Asinφ=0 F=f·4（7P+4Q）

tgφ=5P/（7Pf+4Qf）

φmin=a r c tg[5P/（4Qf+7Pf）]

第五章 运动学基础

一、是非题

1．已知直角坐标描述的点的运动方程为X=f1（t），y=f2（t），z=f3（t），则任一瞬时点的速度、加速度即可确定。 （ ）

2．一动点如果在某瞬时的法向加速度等于零，而其切向加速度不等于零，尚不能决定该点是作直线运动还是作曲线运动。 （ ）

3．切向加速度只表示速度方向的变化率，而与速度的大小无关。 （ ） 4．由于加速度a永远位于轨迹上动点处的密切面内，故a在副法线上的投影恒等于零。 （ ）

5．在自然坐标系中，如果速度υ=常数，则加速度α=0。 （ ） 6．在刚体运动过程中，若其上有一条直线始终平行于它的初始位置，这种刚体的运动就是平动。 （ ）

7．刚体平动时，若刚体上任一点的运动已知，则其它各点的运动随之确定。 （ ） 8．若刚体内各点均作圆周运动，则此刚体的运动必是定轴转动。 （ ） 9．定轴转动刚体上点的速度可以用矢积表示为v=w×r，其中w是刚体的角速度矢量，r是从定轴上任一点引出的矢径。 （ ）

10、在任意初始条件下，刚体不受力的作用、则应保持静止或作等速直线平动。（ ） 二、选择题

1、已知某点的运动方程为 S=a+bt2（S以米计,t以秒计，a、b为常数），则点的轨迹 。

① 是直线； ② 是曲线； ③ 不能确定。

2、一动点作平面曲线运动，若其速率不变，则其速度矢量与加速度矢量 。 ① 平行； ② 垂直； ③ 夹角随时间变化。

3、刚体作定轴转动时，切向加速度为 ，法向加速度为 。

① r×? ② ?×r ③ ?×v ④ v×?

4、杆OA绕固定轴O转动，某瞬时杆端A点的加速度?分别如图（a）、（b）、（c）所示。则该瞬时 的角速度为零， 的角加速度为零。

①图（a）系统；②图（b）系统；③图（c）系统。

三、填空题

1、点在运动过程中，在下列条件下，各作何种运动？

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