力與物體的平衡 -2021年高考物理【熱點(diǎn)·重點(diǎn)·難點(diǎn)】（新高考版）（解析版）

2021年高考物理【熱點(diǎn)?重點(diǎn)?難點(diǎn)】專練（新高考專用）

重難點(diǎn)01力與物體的平衡

【知識(shí)梳理】

一、受力分析

（1）受力分析的基本思路

析

再分

力

觸

接|最后分|

確定研先分析物體

彈

的

究對(duì)象受到的重力中

力T其他

（2）受力分析的思路和技巧

進(jìn)行受力分析應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

①明確研究對(duì)象（可以是一個(gè)點(diǎn)、一個(gè)物體或一個(gè)系統(tǒng)等）.

②按順序找力（一“重”、二“彈”、三“摩擦”、四“其他

③畫好受力圖后，要檢查，防止多力和少力.

④受力分析口訣：地球周圍受重力，繞物一周找彈力，考慮有無(wú)摩擦力，其他外力細(xì)分析，合力分

力不重復(fù)，只畫受力拋施力.

⑤在受力分析的過(guò)程中，要注意題目給出的物理?xiàng)l件（如光滑——不計(jì)摩擦；輕物——重力不計(jì)；

運(yùn)動(dòng)時(shí)空氣阻力忽略等）.

⑥只分析根據(jù)性質(zhì)命名的力（如重力、彈力、摩擦力等），不分析按效果命名的力（如下滑力、動(dòng)力、

阻力等）.

二、平衡問(wèn)題的常用處理方法

平衡問(wèn)題是指當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，利用平衡條件求解力的大小或方向的問(wèn)題.處理方法常有力

的合成法、正交分解法、三角形法則.

1、整體法與隔離法在平衡問(wèn)題中的應(yīng)用

（1）對(duì)整體法和隔離法的理解

整體法是指將相互關(guān)聯(lián)的各個(gè)物體看成一個(gè)整體的方法，整體法的優(yōu)點(diǎn)在于只需要分析整個(gè)系統(tǒng)與

外界的關(guān)系，避開了系統(tǒng)內(nèi)部繁雜的相互作用.

隔離法是指將某物體從周圍物體中隔離出來(lái)，單獨(dú)分析該物體的方法，隔離法的優(yōu)點(diǎn)在于能把系統(tǒng)

內(nèi)各個(gè)物體所處的狀態(tài)、物體狀態(tài)變化的原因以及物體間的相互作用關(guān)系表達(dá)清楚.

（2）整體法和隔離法的使用技巧

當(dāng)分析相互作用的兩個(gè)或兩個(gè)以上物體整體的受力情況及分析外力對(duì)系統(tǒng)的作用時(shí)，宜用整體法；

而在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體（或一個(gè)物體各部分）間的相互作用時(shí)常用隔離法.整體法和隔離法不是獨(dú)

立的，對(duì)一些較復(fù)雜問(wèn)題，通常需要多次選取研究對(duì)象，交替使用整體法和隔離法.

2、共點(diǎn)力作用下物體平衡的一般解題思路

選用整體法，|確定研|對(duì)研究對(duì)象

實(shí)際問(wèn)題或隔離法”|究對(duì)象|受力分析

3、共點(diǎn)力平衡中的臨界與極值問(wèn)題的處理方法

（1）臨界問(wèn)題

當(dāng)某物理量變化時(shí)，會(huì)引起其他幾個(gè)物理量的變化，從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)'’或"恰好

不出現(xiàn)”，在問(wèn)題的描述中常用“剛好”、“剛能”、“恰好”等語(yǔ)言敘述.

常見的臨界狀態(tài)有：

①兩接觸物體脫離與不脫離的臨界條件是相互作用力為0（主要體現(xiàn)為兩物體間的彈力為0）;

②繩子斷與不斷的臨界條件為繩中張力達(dá)到最大值；繩子繃緊與松馳的臨界條件為繩中張力為0；

③存在摩擦力作用的兩物體間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)靜止的臨界條件為靜摩擦力達(dá)到最大.

研究的基本思維方法：假設(shè)推理法.

（2）極值問(wèn)題

平衡物體的極值，一般指在力的變化過(guò)程中的最大值和最小值問(wèn)題.一般用圖解法或解析法進(jìn)行分

析.

三、用圖解法進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡的分析

1.動(dòng)態(tài)平衡：是指平衡問(wèn)題中的一部分力是變力，是動(dòng)態(tài)力，力的大小和方向均要發(fā)生變化，所以

叫動(dòng)態(tài)平衡，這是力平衡問(wèn)題中的一類難題.

2.基本思路：化“動(dòng)”為“靜”,“靜”中求“動(dòng)”.

3.基本方法：圖解法和解析法.

解析動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的常用方法

（1）列平衡方程求出未知量與已知量的關(guān)系表達(dá)式

解析法

（2）根據(jù)已知量的變化情況來(lái)確定未知量的變化情況

（1）根據(jù)已知量的變化情況，畫出平行四邊形邊、角的

圖解法變化

（2）確定未知量大小、方向的變化

【命題特點(diǎn)】這部分知識(shí)單獨(dú)考查一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的試題非常少，大多數(shù)情況都是同時(shí)涉及到幾個(gè)知識(shí)

點(diǎn)，而且都是牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功和能、電磁學(xué)的內(nèi)容結(jié)合起來(lái)考查，考查時(shí)注重物理思維與物理能

力的考核.

【限時(shí)檢測(cè)】（建議用時(shí)：30分鐘）

一、單項(xiàng)選擇題：本題共4小題。

1.光滑斜面上有一個(gè)小球被輕繩拴住懸掛在天花板上，已知繩子與豎直方向的夾角為45。，斜面傾

角為37。，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)把兩個(gè)角互換后小球仍然靜止，關(guān)于繩對(duì)小球的拉力T和斜

面對(duì)小球的支持力鳳變化情況正確的是（）

A.T減小，&增大B.7增大，氐減小

C.T和&均增大D.7和風(fēng)均減小

【答案】B

【詳解】

采用圖解法分析如下，拉力、支持力如實(shí)線所示，兩個(gè)角互換后拉力和支持力如圖中虛線所示

根據(jù)三角形邊角關(guān)系，大角對(duì)應(yīng)大邊，可知兩個(gè)角互換后拉力增大，支持力減小。

故選Bo

2.如圖，半圓柱P和豎直擋板放在粗糙的水平面上，擋板在。點(diǎn)與P相切，光滑小球Q靜止在P

和擋板之間。己知Q的質(zhì)量為〃，?重力加速度大小為g,P與Q的半徑之比4：1,則（）

。

A.Q對(duì)豎直擋板的壓力大小為氈mg

3

B.Q對(duì)P的壓力大小為正〃取

3

C.若將豎直擋板向右移動(dòng)少許，半圓柱仍靜止不動(dòng)，則Q對(duì)P和豎直擋板的壓力均增大

D.若將豎直擋板向右移動(dòng)少許，半圓柱仍靜止不動(dòng)，則P與地面間的作用力不變

【答案】C

【詳解】

豎直擋板對(duì)Q的壓力大小為

N=4

tana

P對(duì)Q的壓力大小為

F=9

sina

AB,設(shè)Q的半徑為八根據(jù)幾何關(guān)系得

4r-r3

cosa=------=—

4r+r5

解得

N=2,F=^

44

根據(jù)牛頓第三定律，AB錯(cuò)誤；

C.將豎直擋板向右移動(dòng)少許，。將減小，Q對(duì)P和豎直擋板的壓力均增大，C正確;

D.對(duì)P與Q做整體分析，地面對(duì)P的支持力與系統(tǒng)的重力平衡，地面對(duì)P的摩擦力與擋板對(duì)Q的

支持力平衡，將豎直擋板向右移動(dòng)少許，系統(tǒng)重力不變，但擋板對(duì)Q的支持力變大，所以地面對(duì)P

的作用力變大。D錯(cuò)誤。

故選C。

3.用輕彈簧豎直懸掛質(zhì)量為1.5kg的物體，靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量為xo,現(xiàn)用該彈簧沿固定的斜面拉住

質(zhì)量為2kg的物體，如圖所示，彈簧的軸線平行于斜面，系統(tǒng)靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量也為xo。已知斜面

傾角為30°,取重力加速度大小g=10m/s2,則物體所受的摩擦力（）

A,方向沿斜面向下，大小為5N

B.方向沿斜面向上，大小為5N

C.方向沿斜面向下，大小為10N

D.方向沿斜面向上，大小為I0N

【答案】A

【詳解】

彈簧豎直懸掛物體時(shí)，對(duì)物體受力分析，由共點(diǎn)力平衡條件可得彈簧的彈力

尸="=mg=L5xION=15N

現(xiàn)用該彈簧沿固定的斜面拉住質(zhì)量為2kg的物體，系統(tǒng)靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量也為刈，說(shuō)明彈簧的彈力

仍為依o=15N,假設(shè)摩擦力沿斜面向上，如圖所示，由平衡條件得

P+R-加gsin300=0

其中〃『2kg,解得

R=-5N

說(shuō)明摩擦力的方向是沿斜面向下，A正確，BCD錯(cuò)誤。

故選A。

4.如圖所示，木板的左端垂直固定著一個(gè)擋板，先將木板右端抬起一個(gè)角度優(yōu)然后將三個(gè)完全相

同表面光滑、質(zhì)量均為根的勻質(zhì)圓柱形工件置于木板上，三個(gè)工件疊放且保持靜止。若改變木板與

水平面間的夾角仇仍使三個(gè)工件保持靜止，重力加速度為g,則擋板受到的最大彈力為（）

31D.WLg

A.-mgB.-mgC.3mg

2

【答案】A

【詳解】

。越大，左側(cè)擋板受到的彈力越大。若6太大，上面圓柱將分開，靠左的兩個(gè)圓柱圓心連線豎直時(shí)

為臨界情況，此時(shí)6=30。，最上面的圓柱受到兩個(gè)力的作用恰好處于平衡狀態(tài)，最上面的圓柱與

右側(cè)圓柱間相互接觸但無(wú)彈力，此時(shí)整體對(duì)擋板的彈力最大，為

=3mgsin3=~mS

故選Ao

二、多項(xiàng)選擇題：本題共2小題。

5.如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量均為機(jī)=lkg的小球〃、〃用一根細(xì)線相連，用一根勁度系數(shù)為

10>/3xl02N/m的輕彈簧把小球a吊在天花板上,對(duì)小球b施加一個(gè)外力F使彈簧與水平天花板的

夾角為6=60。，細(xì)線與豎直方向的夾角也是6=60。，彈簧形變均在彈性限度內(nèi)，g取lOm/s?。

以下說(shuō)法正確的是（）

0b

A.尸的大小為106N

B.尸與豎直方向的夾角為60°

C.細(xì)線中的拉力大小為IOGN

D.輕彈簧的伸長(zhǎng)量為1cm

【答案】BD

【詳解】

CD.對(duì)小球a受力分析如圖甲所示，加g與7夾角為60。，有￡反向延長(zhǎng)線過(guò)mg和T的角平分線,

根據(jù)平衡條件有

mgsin30°=Tsin30°

mgcos30°+Tcos30°=耳

聯(lián)立解得

4=IOGN

7=ION

彈簧的伸長(zhǎng)量為

A耳1。6.

k10V3xl02

故C錯(cuò)誤，D正確；

AB.對(duì)小球b受力分析如圖乙所示，三個(gè)力互成120。角，三個(gè)力大小相等，故尸的大小為10N,

故A錯(cuò)誤，B正確。

故選BD。

X

6.如圖所示，細(xì)線AB的兩端固定在天花板上的A、B兩點(diǎn)，在線上的C、。兩點(diǎn)懸掛質(zhì)量相等的物

體〃、兒并處于靜止?fàn)顟B(tài)，段細(xì)線嚴(yán)格水平。若將匕物體的質(zhì)量增大后，為了保持CD段細(xì)線嚴(yán)

格水平，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，則（）

A.應(yīng)將懸掛點(diǎn)。適當(dāng)向8移動(dòng)，減少BD的長(zhǎng)度

B.應(yīng)將懸掛點(diǎn)C適當(dāng)向4移動(dòng)，減少AC的長(zhǎng)度

C.細(xì)線AC的張力大于細(xì)線8。的張力

D.細(xì)線AC的張力小于細(xì)線5。的張力

【答案】AD

【詳解】

AB.設(shè)a、b的質(zhì)量分別為M、如圖所示

根據(jù)平衡條件有

T--Mgtana

T-mgtan/3

解得Mtanc=/ntan￡,增大，應(yīng)減小夕，應(yīng)將懸掛點(diǎn)O適當(dāng)向3移動(dòng)，減少BQ的長(zhǎng)度，A正

確，B錯(cuò)誤;

CD.由平衡條件得

T=耳sine

T=/^sin4

解得Ksine=Esin4，￡減小，尸2增大，F(xiàn)}<F2,細(xì)線AC的張力小于細(xì)線8。的張力，C錯(cuò)誤,

D正確。

故選AD。

三、解答題：本題共2小題。解答應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后

答案的不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。

7.如圖所示，兩根細(xì)繩A0和B。連接于。點(diǎn)，。點(diǎn)的下方用細(xì)繩C。懸掛一花盆并處于靜止?fàn)顟B(tài)。

已知花盆的總質(zhì)量為，力細(xì)繩A。與豎直方向的夾角為a,細(xì)繩8。沿水平方向。

(1)畫出。點(diǎn)的受力示意圖;

(2)求細(xì)繩B0受到的拉力FBO:

(3)若已知各段細(xì)繩能承受的最大拉力均為后，則細(xì)繩不被拉斷的情況下，求花盆的最大質(zhì)量。

【答案】(1)'Sft；(2)mgtana；

【詳解】

(1)如圖，。點(diǎn)受到三個(gè)力拉力作用Q、&、凡

(2)由平衡得

tana

KyEg

則

F2=mgtana

由牛頓第三定律得，細(xì)繩8。受到的拉力

FOR-F2-mgtana

(3)在三條細(xì)繩中，細(xì)繩A。受到的力最大，則

cosa=-%-