2021版高考物理一輪復(fù)習(xí)高頻考點強化練二受力與平衡問題含解析

PAGE9-受力與平衡問題(45分鐘100分)一、選擇題(本題共10小題,每小題7分,共70分。1～8題為單選題,9、10題為多選題)1.如圖所示,三個相同的輕質(zhì)彈簧連接在O點,彈簧1的另一端固定在天花板上,且與豎直方向的夾角為30°,彈簧2水平且右端固定在豎直墻壁上,彈簧3的另一端懸掛質(zhì)量為m的物體且處于靜止?fàn)顟B(tài),此時彈簧1、2、3的形變量分別為x1、x2、x3,則 ()A.x1∶x2∶x3=3∶1∶2 B.x1∶x2∶x3=2∶1∶3C.x1∶x2∶x3=1∶2∶3 D.x1∶x2∶x3=3∶2∶1【解析】選B。對彈簧的結(jié)點受力分析可知:kx1cos30°=kx3,kx1sin30°=kx2,聯(lián)立解得x1∶x2∶x3=2∶1∶3。選項B正確。2.(創(chuàng)新預(yù)測)如圖所示,乙烷球棍模型是由6個氫原子球和2個碳原子球組成,其中,下層的3個氫原子與碳原子之間用鉸鏈輕桿連接,碳氫鍵與碳碳鍵間的夾角為120°,各層碳氫鍵間的夾角為120°,已知,每個氫原子模型球的質(zhì)量為m0,每個碳原子模型球的質(zhì)量為3m0,共價鍵的質(zhì)量不計。若假設(shè)碳碳鍵的張力和底層碳氫鍵的張力分別為F1、F2,則關(guān)于F1、F2的值正確的是 ()A.F1=6m0g,F2=9m0g B.F1=9mC.F1=6m0g,F2=6m0g D.F1=4m【解析】選C。將上層看作一個整體,整體受到重力和碳碳鍵的張力,故F1=6m0g,對下層碳原子分析,根據(jù)力的平衡條件可得3F2cos60°=9m0g,解得F2=6m3.如圖所示,質(zhì)量為m的物體A在豎直向上的力F(F<mg)作用下靜止于斜面上。若減小力F,物體仍靜止,則 ()A.斜面對物體A的摩擦力不變B.斜面對物體A的支持力不變C.物體A所受合力不變D.斜面對物體A的摩擦力可能為零【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點:(1)可把F與mg的合力等效為物體的“重力”分析。(2)根據(jù)物體的狀態(tài)判斷物體的合力大小?！窘馕觥窟xC。因為F<mg,故F與mg的合力豎直向下;若減小力F,則F與mg的合力向下增加,因為摩擦力f=(mg-F)sinθ,故摩擦力增大,且不可能為零,選項A、D錯誤;斜面對物體A的支持力N=(mg-F)cosθ,故支持力變大,選項B錯誤;由于物體靜止,故物體A所受合力為零不變,選項C正確。4.(2019·西安模擬)如圖所示,物體A、B置于水平地面上,與地面間的動摩擦因數(shù)均為μ,物體A、B用一跨過動滑輪的細繩相連,現(xiàn)用逐漸增大的力向上提升滑輪,某時刻拉A物體的繩子與水平面成53°,拉B物體的繩子與水平面成37°,此時A、B兩物體剛要開始運動,則A、B兩物體的質(zhì)量之比mAmB為A.4μ+33C.4μ-3【解析】選A。設(shè)繩中張力為F,對A應(yīng)用平衡條件可得Fcos53°=μ(mAg-Fsin53°),對B應(yīng)用平衡條件可得Fcos37°=μ(mBg-Fsin37°),以上兩式聯(lián)立可解得:mAmB=4μ5.(2019·威海模擬)質(zhì)量為M的半球形物體A和質(zhì)量為m的球形物體B緊靠著放在傾角為α的固定斜面上,并處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖所示。忽略B球表面的摩擦力,則關(guān)于物體受力情況的判斷正確的是 ()A.物體A對物體B的彈力方向沿斜面向上B.物體A受到的靜摩擦力大小為mgsinαC.物體B對物體A的壓力大于mgsinαD.物體B對斜面的壓力等于mgcosα【解析】選C。隔離物體B進行受力分析如圖所示,可知物體B受到重力mg、斜面的支持力N1和物體A對其的彈力N2。由于物體A對物體B的彈力與二者的接觸面垂直,故物體A對物體B的彈力不是平行于斜面向上,而是偏向上一些,選項A錯誤;將物體A和B看成一個整體,由受力分析可知,物體A受到的靜摩擦力大小為f=(M+m)gsinα,選項B錯誤;對物體B,根據(jù)平衡條件可得mgsinα=N2cosθ,N1+N2sinθ=mgcosα,解得N2=mgsinαcosθ>mgsinα,N1=mg(cosα-sinαtanθ)<mgcosα,故選項C正確,D6.如圖所示為建筑工地一個小型起重機起吊重物的示意圖。一根輕繩跨過光滑的動滑輪,輕繩的一端系在位置A處,動滑輪的下端掛上重物,輕繩的另一端掛在起重機的吊鉤C處,起吊重物前,重物處于靜止?fàn)顟B(tài)。起吊重物過程是這樣的:先讓吊鉤從位置C豎直向上緩慢地移動到位置B,然后再讓吊鉤從位置B水平向右緩慢地移動到D,最后把重物卸在某一個位置。則關(guān)于輕繩上的拉力大小變化情況,下列說法正確的是 ()A.吊鉤從C向B移動過程中,輕繩上的拉力不變B.吊鉤從B向D移動過程中,輕繩上的拉力變小C.吊鉤從C向B移動過程中,輕繩上的拉力變大D.吊鉤從B向D移動過程中,輕繩上的拉力不變【解析】選A。由C到B時,兩繩夾角不變,故繩子拉力不變,由B到D時,兩繩夾角增大,2Tcosθ2=mg,繩子拉力增大,故A正確,B、C、D7.如圖所示,傾角θ=30°的斜面體A靜止在水平地面上,一根輕繩跨過斜面體頂端的小滑輪,繩兩端系有質(zhì)量均為m的小物塊a、b,整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)給物塊b施加一個水平向右的力F,使b緩慢移動直到輕繩與豎直方向成30°角(不計繩與滑輪間的摩擦),對此過程說法正確的是 ()A.b受到繩的拉力先增大再減小B.小物塊a受到的摩擦力先增大再減小C.水平拉力F逐漸增大D.小物塊a一定沿斜面緩慢上移【解析】選C。b受力平衡,對b受力分析,如圖甲所示。設(shè)繩與豎直方向的夾角為α,b緩慢移動直到與豎直方向成30°角的過程中,α變大,根據(jù)平行四邊形定則可知,T逐漸增大,F逐漸增大,故A錯誤,C正確;對a受力分析,如圖乙所示。剛開始T=mg,a處于靜止?fàn)顟B(tài),則f=T-mgsin30°=12mg,方向沿斜面向下,T增大時,f增大,摩擦力增大,由于不知道最大靜摩擦力的具體值,所以不能判斷a是否會滑動,故B、D8.如圖所示,小球用細繩系住,繩的另一端固定于O點?，F(xiàn)用水平力F緩慢推動斜面體,小球在斜面體上無摩擦地滑動,細繩始終處于直線狀態(tài),當(dāng)小球升到接近斜面頂端時細繩接近水平,此過程中斜面對小球的支持力N以及繩對小球的拉力T的變化情況是()A.N保持不變,T不斷增大B.N不斷增大,T不斷減小C.N保持不變,T先增大后減小D.N不斷增大,T先減小后增大【解析】選D。對小球受力分析如圖所示(重力mg、斜面對小球的支持力N、繩對小球的拉力T)。畫出一簇平行四邊形如圖所示,當(dāng)T方向與斜面平行時,T最小,所以T先減小后增大,N一直增大,故D正確,A、B、C錯誤。9.如圖所示,兩相同輕質(zhì)硬桿OO1、OO2可繞其兩端垂直紙面的水平軸O、O1、O2轉(zhuǎn)動,在O點懸掛一重物M,將兩相同木塊m緊壓在豎直擋板上,此時整個系統(tǒng)保持靜止。f表示木塊與擋板間摩擦力的大小,N表示木塊與擋板間正壓力的大小。若擋板間的距離稍許增大后,系統(tǒng)仍靜止,且O1、O2始終等高,則 ()A.f變小 B.f不變C.N變小 D.N變大【解題指南】解答本題時可按以下思路分析:(1)(2)【解析】選B、D。以兩個木塊m和重物M整體作為研究對象,在豎直方向上,f=2m+M2g,與擋板間的距離無關(guān),A錯誤,B正確;如圖所示,以軸O點為研究對象,桿對軸O的作用力為F=Mg2cosθ,再以木塊m為研究對象,擋板對木塊的正壓力N=F′sinθ=Fsinθ=Mgtanθ2,當(dāng)擋板間的距離稍許增大時,θ10.(2019·淄博模擬)如圖所示,兩個相同的固定斜面上分別放有一個靜止的三角形木塊A、B,它們的質(zhì)量相等。A木塊左側(cè)面沿豎直方向,B木塊左側(cè)面垂直于斜面,在兩斜面上分別放上一個相同的光滑球后,木塊仍保持靜止,則放上球后 ()A.A木塊受到的摩擦力等于B木塊受到的摩擦力B.A木塊受到的摩擦力小于B木塊受到的摩擦力C.A木塊對斜面的壓力等于B木塊對斜面的壓力D.A木塊對斜面的壓力小于B木塊對斜面的壓力【解析】選A、D。設(shè)小球的質(zhì)量為m,A、B的質(zhì)量為M,斜面的傾角為α。以小球與A整體為研究對象,由平衡條件可得:A木塊受到的摩擦力fA=(M+m)gsinα,同理,以小球與B整體為研究對象,得到B木塊受到的摩擦力fB=(M+m)gsinα,則fA=fB,故A正確,B錯誤。以A為研究對象,分析受力,如圖所示,由平衡條件得:斜面對A的支持力NA=Mgcosα-N1sinα以B為研究對象,分析受力,由平衡條件得:斜面對B的支持力NB=Mgcosα,則得NA<NB。由牛頓第三定律可知,A木塊對斜面的壓力小于B木塊對斜面的壓力,故C錯誤、D正確。二、計算題(本題共2小題,共30分。需要寫出必要的文字說明和規(guī)范的解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)11.(15分)(2019·合肥模擬)如圖所示,質(zhì)量M=1kg的木塊套在水平固定桿上,并用輕繩與質(zhì)量m=0.5kg的小球相連,今用跟水平方向成60°角的力F=53N拉著小球并帶動木塊一起向右勻速運動,運動中木塊、小球的相對位置保持不變,取g=10m(1)輕繩與水平方向的夾角θ。(2)木塊與水平桿間的動摩擦因數(shù)μ。【解析】(1)小球處于平衡狀態(tài),其所受合力為零。以小球為研究對象分析受力如圖甲所示,由平衡條件得,水平方向Fcos60°-Tcosθ=0,豎直方向Fsin60°-Tsinθ-mg=0,解得θ=30°。(2)以木塊和小球整體為研究對象,受力分析如圖乙所示,由平衡條件得,水平方向有Fcos60°-μN=0,豎直方向有Fsin60°+N-mg-Mg=0,解得μ=33答案:(1)30°(2)312.(15分)如圖所示,重物A被繞過小滑輪P的細線所懸掛,小滑輪P被一根細線系于天花板上的O點,O點處安裝一力傳感器。質(zhì)量為10kg的物塊B放在粗糙的水平桌面上,O′是三根線的結(jié)點,bO′水平拉著B物體,aO′、bO′與cO′夾角如圖所示。細線、小滑輪的重力和細線與滑輪間的摩擦力均可忽略,整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。若O點處安裝的力傳感器顯示受到的拉力是F0=203N,物塊B與水平桌面之間的動摩擦因數(shù)為0.2,求(1)重物A的質(zhì)量。(2)重物C的質(zhì)量和桌面對B物體的摩擦力?！窘馕觥?1)設(shè)小滑輪兩側(cè)細繩中拉力為F,根據(jù)重物A靜止,由平衡條件,F=mAg,由圖中幾何關(guān)系可知滑輪兩側(cè)細線的夾角為60°。根據(jù)O點處安裝的力傳感器顯示受到