(通用版)高考物理二輪專題復習01 力與物體平衡(解析版)

秘籍01力與物體平衡高考頻度：★★★★☆難易程度：★★★☆☆考向一受力分析、共點力作用下的靜態(tài)平衡真題演練【典例1】(2019·課標Ⅲ，16)用卡車運輸質量為m的勻質圓筒狀工件，為使工件保持固定，將其置于兩光滑斜面之間，如圖所示．兩斜面Ⅰ、Ⅱ固定在車上，傾角分別為30°和60°.重力加速度為g.當卡車沿平直公路勻速行駛時，圓筒對斜面Ⅰ、Ⅱ壓力的大小分別為F1、F2，則A．F1＝eq\f(\r(3),3)mg，F(xiàn)2＝eq\f(\r(3),2)mgB．F1＝eq\f(\r(3),2)mg，F(xiàn)2＝eq\f(\r(3),3)mgC．F1＝eq\f(1,2)mg，F(xiàn)2＝eq\f(\r(3),2)mgD．F1＝eq\f(\r(3),2)mg，F(xiàn)2＝eq\f(1,2)mg【答案】D【解析】對圓筒進行受力分析知圓筒處于三力平衡狀態(tài)，受力分析如圖，由幾何關系可知，，。解得，由牛頓第三定律知，故D正確。靜態(tài)平衡問題的解題“四步驟”模擬精煉(2019·湖南岳陽二模)如圖甲為一種門后掛鉤的照片，相鄰掛鉤之間的距離為7cm，圖乙中斜挎包的寬度約為21cm，在斜挎包的質量一定的條件下，為了使懸掛時背包帶受力最小，下列措施正確的是A．隨意掛在一個鉤子上 B．使背包帶跨過兩個掛鉤C．使背包帶跨過三個掛鉤 D．使背包帶跨過四個掛鉤【答案】D【解析】設懸掛后背包帶與豎直方向的夾角為θ，根據(jù)平衡條件可得2Fcosθ＝mg；解得背包帶的拉力F＝eq\f(mg,2cosθ)，在斜挎包的質量一定的條件下，為了使懸掛時背包帶受力最小，則cosθ最大，由于相鄰掛鉤之間的距離為7cm，圖乙中斜挎包的寬度約為21cm，故使背包帶跨過四個掛鉤時θ≈0，cosθ≈1，此時懸掛背包帶受力最小，選項A、B、C錯誤，選項D正確?？枷蚨颤c力作用下的動態(tài)平衡問題真題演練【典例2】(2019·課標Ⅰ，19)(多選)如圖，一粗糙斜面固定在地面上，斜面頂端裝有一光滑定滑輪。一細繩跨過滑輪，其一端懸掛物塊N，另一端與斜面上的物塊M相連，系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)用水平向左的拉力緩慢拉動N，直至懸掛N的細繩與豎直方向成45°。已知M始終保持靜止，則在此過程中A．水平拉力的大小可能保持不變B．M所受細繩的拉力大小一定一直增加C．M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D．M所受斜面的摩擦力大小可能先減小后增加【答案】BD【解析】如圖所示，以物塊N為研究對象，它在水平向左拉力F作用下，緩慢向左移動直至細繩與豎直方向夾角為45°的過程中，水平拉力F逐漸增大，繩子拉力T逐漸增大；對M受力分析可知，若起初M受到的摩擦力f沿斜面向下，則隨著繩子拉力T的增加，則摩擦力f也逐漸增大；若起初M受到的摩擦力f沿斜面向上，則隨著繩子拉力T的增加，摩擦力f可能先減小后增加。故本題選BD。共點力作用下動態(tài)平衡問題的求解方法求解方法適用情況解決辦法解析法物體所受力中，有一個力大小、方向都變，有一力大小變(或大小、方向都變)，在變化過程中，且有兩個力的方向始終保持垂直，其中一個力的大小、方向均不變通過平衡態(tài)關系式找出所求力的函數(shù)關系式，由角度變化推導出力的變化情況圖解法物體所受的三個力中，有一個力的大小、方向均不變，另一個力的大小變化，第三個力則大小、方向均發(fā)生變化把三力集中在一個三角形中，以不變的力的始端為出發(fā)點，向方向不變的力的作用線畫線找變化關系相似三角形法物體所受的三個力中，一個力大小、方向均確定，另外兩個力大小、方向均不確定，但是三個力均與一個幾何三角形的三邊平行把力的三角形和邊的三角形畫出來，利用相似三角形對應邊比例相等求解模擬精煉(2019·重慶六校第一次聯(lián)考)如圖所示，不計重力的輕桿OP能以O為軸在豎直平面內轉動，P端懸掛一重物，另用一根輕繩通過定滑輪拉住P端．當OP和豎直方向的夾角α緩慢減小時，OP桿的彈力N和繩子的張力F的大小變化是A．N變大，F(xiàn)變小 B．N變大，F(xiàn)變大C．N不變，F(xiàn)變大 D．N不變，F(xiàn)變小【答案】D【解析】對點P受力分析，設桿的彈力為N，如圖所示，根據(jù)平衡條件，合力為零，三角形AOP與圖中矢量(力)三角形相似，故有eq\f(N,OP)＝eq\f(F,AP)＝eq\f(G,AO)，解得：N＝eq\f(OP,AO)G，F(xiàn)＝eq\f(AP,AO)G，由圖看出，OP、AO不變，則桿的支持力N不變，AP變小，則繩子拉力F變小，故D正確?？枷蛉胶庵械呐R界、極值問題真題演練【典例3】(2019·課標Ⅱ，16)物塊在輕繩的拉動下沿傾角為30°的固定斜面向上勻速運動，輕繩與斜面平行。已知物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)為eq\f(\r(3),3)，重力加速度取10m/s2.若輕繩能承受的最大張力為1500N，則物塊的質量最大為()A．150kg B．100eq\r(3)kgC．200kg D．200eq\r(3)kg【答案】A【解析】物塊沿斜面向上勻速運動，則物塊受力平衡，滿足關系F－mgsin30°－μmgcos30°＝0，其中μ＝eq\f(\r(3),3)，g＝10m/s2，當F＝1500N時，物塊的質量最大，為m＝eq\f(F,gsin30°＋μgcos30°)＝150kg，故A正確。臨界問題當某物理量變化時，會引起其他物理量的變化，從而使物體所處的平衡狀態(tài)能夠“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”．在問題描述中常用“剛好”“剛能”“恰好”等語言敘述極值問題一般是指在力的變化過程中出現(xiàn)最大值和最小值問題模擬精煉重力都為G的兩個小球A和B用三段輕繩如圖連接后懸掛在O點上，O、B間的繩子長度是A、B間的繩子長度的2倍，將一個拉力F作用到小球B上，使三段輕繩都伸直且O、A間和A、B間的兩段繩子分別處于豎直和水平方向上，則拉力F的最小值為A.eq\f(1,2)G B.eq\f(\r(3),3)GC．G D.eq\f(2\r(3),3)G【答案】A【解析】對A球受力分析可知，因O、A間繩豎直，則A、B間繩上的拉力為0，對B球受力分析，如圖所示．則可知當F與OB間繩垂直時，F(xiàn)最小，大小為Gsinθ，其中sinθ＝eq\f(l,2l)＝eq\f(1,2)，則F的最小值為eq\f(1,2)G，故A項正確?？枷蛩碾姶艌鲋械钠胶鈫栴}真題演練【典例4】(2019·課標Ⅰ，15)如圖，空間存在一方向水平向右的勻強電場，兩個帶電小球P和Q用相同的絕緣細繩懸掛在水平天花板下，兩細繩都恰好與天花板垂直，則()A．P和Q都帶正電荷B．P和Q都帶負電荷C．P帶正電荷，Q帶負電荷D．P帶負電荷，Q帶正電荷【答案】D【解析】兩細繩都恰好與天花板垂直說明兩小球水平方向都處于平衡狀態(tài)．設勻強電場場強為E，P所帶電荷量大小為q，Q所帶電荷量大小為q′.若P帶負電，對P分析如圖甲所示，此時Q應帶正電，對Q分析如圖乙所示，兩細繩可與天花板垂直，符合題意；同理分析若P帶正電，不符合題意．故選D.]模擬精煉(多選)(2019·浙江嘉興一中模擬)在水平板上有M、N兩點，相距D＝0.45m，用長L＝0.45m的輕質絕緣細線分別懸掛有質量m＝eq\r(3)×10－2kg、電荷量q＝3.0×10－6C的小球(小球可視為點電荷，靜電力常量k＝9.0×109N·m2/C2)，當兩小球處于如圖所示的平衡狀態(tài)時A．細線與豎直方向的夾角θ＝30°B．兩小球間的距離為0.9mC．細線上的拉力為0.2ND．若兩小球帶等量異種電荷，則細線與豎直方向的夾角θ＝30°【答案】ABC【解析】對任意小球進行受力分析可以得到：eq\f(kq2,D＋2Lsinθ2)＝mgtanθ，代入數(shù)據(jù)整理可以得到：sinθ＝eq\f(1,2)，即θ＝30°，故選項A正確；兩個小球之間的距離為r＝D＋2Lsinθ＝0.9m，故選項B正確；對任意小球受力平衡，則豎直方向：Fcosθ＝mg，代入數(shù)據(jù)整理可以得到：F＝0.2N，故選項C正確；當兩小球帶等量異種電荷時，則：eq\f(kq2,D－2Lsinθ2)＝mgtanθ，整理可知選項D錯誤。橫掃千軍1．(2019·四川攀枝花一模)如圖所示，六根原長均為l的輕質細彈簧兩兩相連，在同一平面內的六個大小相等，互成60°的恒定拉力作用下，形成一個穩(wěn)定的正六邊形，彈簧在彈性限度內．已知正六邊形的外接圓的直徑為d，每根彈簧的勁度系數(shù)均為k，則每個拉力的大小為A．k(d－l) B．keq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)－l))C．k(d－2l) D．2k(d－l)【答案】B【解析】已知正六邊形的外接圓的直徑為d，每根彈簧的長度為eq\f(d,2)，每根彈簧的彈力為F1＝keq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)－l))，選擇穩(wěn)定的正六邊形的頂點為研究對象，由平衡條件可得每個拉力的大小為F＝keq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)－l))，選項B正確。2．（2019·湖南省長沙市第一中學月考）（多選）《大國工匠》節(jié)目中講述了王進利用“秋千法”在1000kV的高壓線上帶電作業(yè)的過程。如圖所示，絕緣輕繩OD一端固定在高壓線桿塔上的O點，另一端固定在兜籃上。另一絕緣輕繩跨過固定在桿塔上C點的定滑輪，一端連接兜籃，另一端由工人控制。身穿屏蔽服的王進坐在兜籃里，緩慢地從C點運動到處于O點正下方E點的電纜處。繩OD一直處于伸直狀態(tài)，兜籃、王進及攜帶的設備總質量為m，不計一切阻力，重力加速度大小為g。關于王進從C點運動到E點的過程中，下列說法正確的是A．工人對繩的拉力一直變大B．繩OD的拉力一直變小C．OD、CD兩繩拉力的合力大小等于mgD．當繩CD與豎直方向的夾角為30°時，工人對繩的拉力為【答案】CD【解析】A．對兜籃、王進及攜帶的設備整體受力分析如圖所示，繩OD的拉力為F1，與豎直方向的夾角為θ，繩CD的拉力為F2，與豎直方向的夾角為α。根據(jù)幾何知識知：θ+2α=90°，由正弦定理可得F1增大，F(xiàn)2減小，A錯誤；B．根據(jù)選項A的分析，B錯誤；C．兩繩拉力的合力大小等于mg，C正確；D．α=30°時，θ=30°，可求出，D正確。3．（2019·河北省承德一中月考）如圖所示，質量為M的斜面體A放在粗糙水平面上，用輕繩拴住質量為m的小球B置于斜面上，輕繩與斜面平行且另一端固定在豎直墻面上，不計小球與斜面間的摩擦，斜面體與墻不接觸，整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。則A．斜面體對水平面的壓力等于（M＋m）gB．水平面對斜面體有向左的摩擦力作用C．當滑塊緩慢向右移動時，細線對小球的拉力先變小后變大D．當滑塊緩慢向右移動時，斜面對小球的支持力變大【答案】D【解析】以斜面體和小球整體為研究對象受力分析，水平方向：f=Tcosθ，方向水平向右，豎直方向：N=（m+M）g-Tsinθ，可見N＜（M+m）g，根據(jù)牛頓第三定律：斜面體對水平面的壓力N′=N＜（M+m）g，故AB錯誤。當滑塊緩慢向右移動，則繩子與水平方向的夾角減小，隔離對小球分析，通過矢量三角形知，斜面對小球的支持力變大，拉力變大。故C錯誤，D正確。4．如圖所示，兩個小球a、b質量均為m，用細線相連并懸掛于O點，現(xiàn)用一輕質彈簧給小球a施加一個拉力F，使整個裝置處于靜止狀態(tài)，且Oa與豎直方向夾角為θ＝45°，已知彈簧的勁度系數(shù)為k，則彈簧形變量不可能是A.eq\f(\r(2)mg,k) B.eq\f(\r(2)mg,2k)C.eq\f(4\r(2)mg,3k) D.eq\f(2mg,k)【答案】B【解析】對a球進行受力分析，利用圖解法可判斷：當彈簧上的拉力F與細線上的拉力垂直時，拉力F最小，為2mgsinθ＝eq\r(2)mg.再根據(jù)胡克定律得最小形變量Δx＝eq\f(\r(2)mg,k)，則形變量小于eq\f(\r(2)mg,k)是不可能的，由圖可知在條件允許的情況下，拉力可以一直增大．則可知B項不可能．]5．如圖所示，A、B、C三根平行通電直導線質量均為m，通入的電流大小相等，其中C中的電流方向與A、B中的電流方向相反，A、B放置在粗糙的水平面上，C靜止在空中，三根導線的截面處于一個等邊三角形的三個頂點，且三根導線均保持靜止，重力加速度為g，則A導線受到B導線的作用力大小和方向為A.eq\f(\r(3),3)mg，方向由A指向BB.eq\f(\r(3),3)mg，方向由B指向AC.eq\r(3)mg，方向由A指向BD.eq\r(3)mg，方向由B指向A【答案】A【解析】三根導線的截面處于一個等邊三角形的三個頂點，通入的電流大小相等，則FBC＝FAC＝FAB，又反向電流相互排斥，對電流C受力分析如圖：由平衡條件可得：2FACcos30°＝mg，解得：FAC＝eq\f(\r(3),3)mg，則FAB＝eq\f(\r(3),3)mg，同向電流相互吸引，A導線受到B導線的作用力方向由A指向B。6．(2019·安徽六校聯(lián)考)如圖，一粗糙斜面固定于水平面上，一質量為m的滑塊通過一跨過斜面頂端光滑定滑輪的輕繩與一鉤碼相連．能使滑塊在斜面上保持靜止的鉤碼