2022年高考物理三輪沖刺過關(guān)查補易混易錯01力與物體的平衡(原卷版+解析)

查補易混易錯01力與物體的平衡本考點在高考試題中屬于必考知識點，主要以選擇題形式出現(xiàn)，但知識點也可以作為動力學(xué)中的一個特殊狀態(tài)在綜合題目中出現(xiàn)。2021年湖南卷第5題、2020年山東第8題均單獨考查了物體的平衡問題，其它新高考地區(qū)也都在不同的情境和不同的題型中考查了物體的平衡這一知識點?！菊骖}示例·2021·湖南卷·5】質(zhì)量為的凹槽靜止在水平地面上，內(nèi)壁為半圓柱面，截面如圖所示，為半圓的最低點，為半圓水平直徑的端點。凹槽恰好與豎直墻面接觸，內(nèi)有一質(zhì)量為的小滑塊。用推力推動小滑塊由A點向點緩慢移動，力的方向始終沿圓弧的切線方向，在此過程中所有摩擦均可忽略，下列說法正確的是（）A.推力先增大后減小B.凹槽對滑塊的支持力先減小后增大C.墻面對凹槽的壓力先增大后減小D.水平地面對凹槽的支持力先減小后增大【答案】C【解析AB．對滑塊受力分析，由平衡條件有滑塊從A緩慢移動B點時，越來越大，則推力F越來越大，支持力N越來越小，所以AB錯誤；C．對凹槽與滑塊整體分析，有墻面對凹槽的壓力為：則越來越大時，墻面對凹槽的壓力先增大后減小，所以C正確；D．水平地面對凹槽的支持力為則越來越大時，水平地面對凹槽的支持力越來越小，所以D錯誤；故選C。【易錯分析】①不會靈活采用整體法和隔離法，在分析墻面對凹槽的壓力和水平地面的凹槽的支持力時，增大分析難度且計算量大；②不會結(jié)合數(shù)學(xué)知識將轉(zhuǎn)化為【易錯01】力的合成與分解1．按效果分解(1)分解原則：根據(jù)力的作用效果確定分力的方向，然后再畫出力的平行四邊形．(2)基本思路【易錯02】共點力的平衡1．平衡狀態(tài)(1)物體處于靜止或勻速直線運動的狀態(tài)．(2)對“平衡狀態(tài)”的理解不管是靜止還是勻速直線運動，速度保持不變，所以Δv＝0，a＝eq\f(Δv,Δt)，對應(yīng)加速度為零，速度為零不代表a＝0.2．共點力平衡的條件(1)共點力平衡的條件是合力為0.(2)表示為：F合＝0；或?qū)⒏髁Ψ纸獾絰軸和y軸上，滿足Fx合＝0，且Fy合＝0.①二力平衡：若物體在兩個力作用下處于平衡狀態(tài)，則這兩個力一定等大、反向、共線．②三力平衡：若物體在三個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中任意兩個力的合力與第三個力等大、反向、共線．③多力平衡：若物體在多個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中任意一個力與其余所有力的合力等大、反向、共線．當物體受三個力平衡，將表示這三個力的有向線段依次首尾相連，則會構(gòu)成一個矢量三角形，表示合力為0.【易錯03】動態(tài)力的平衡通用方法：（1）解析法：對研究對象進行受力分析，先畫出受力示意圖，再根據(jù)物體的平衡條件列式求解，得到因變量與自變量的一般函數(shù)表達式，最后根據(jù)自變量的變化確定因變量的變化。常用方法：（2）圖解法：對研究對象在動態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進行受力分析，在同一圖中作出物體在若干狀態(tài)下所受的力的平行四邊形，由各邊的長度變化及角度變化來確定力的大小及方向的變化，此即為圖解法，它是求解動態(tài)平衡問題的基本方法。此法的優(yōu)點是能將各力的大小、方向等變化趨勢形象、直觀地反映出來，大大降低了解題難度和計算強度。此法常用于求解三力平衡且有一個力是恒力、另有一個力方向不變的問題。（3）三角形法：對受三力作用而平衡的物體，將力的矢量圖平移使三力組成一個首尾依次相接的矢量三角形，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形、直角三角形等數(shù)學(xué)知識求解未知力。（4）相似三角形法：在三力平衡問題中，如果有一個力是恒力，另外兩個力方向都變化，且題目給出了空間幾何關(guān)系，多數(shù)情況下力的矢量三角形與空間幾何三角形相似，可利用相似三角形對應(yīng)邊成比例進行計算。1.（2009·海南高考真題）兩個大小分別為和（）的力作用在同一質(zhì)點上，它們的合力的大小F滿足A． B．C． D．2.（2020·山東·高考真題）如圖所示，一輕質(zhì)光滑定滑輪固定在傾斜木板上，質(zhì)量分別為m和2m的物塊A、B，通過不可伸長的輕繩跨過滑輪連接，A、B間的接觸面和輕繩均與木板平行。A與B間、B與木板間的動摩擦因數(shù)均為μ，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。當木板與水平面的夾角為45°時，物塊A、B剛好要滑動，則μ的值為（）A． B． C． D．3．（2020·全國卷）如圖，懸掛甲物體的細線拴牢在一不可伸長的輕質(zhì)細繩上O點處；繩的一端固定在墻上，另一端通過光滑定滑輪與物體乙相連。甲、乙兩物體質(zhì)量相等。系統(tǒng)平衡時，O點兩側(cè)繩與豎直方向的夾角分別為α和β。若α=70°，則β等于（）A．45° B．55° C．60° D．70°4（2019全國Ⅱ卷）.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，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(zhì)量最大為A.150kg B.kg C.200kg D.kg5．（2019·全國卷）用卡車運輸質(zhì)量為m的勻質(zhì)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． B．C． D．6（2019全國Ⅰ卷）.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)．現(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6．（2019·浙江卷）如圖所示，小明撐桿使船離岸，則下列說法正確的是A．小明與船之間存在摩擦力B．桿的彎曲是由于受到桿對小明的力C．桿對岸的力大于岸對桿的力D．小明對桿的力和岸對桿的力是一對相互作用力7．（2019·浙江卷）小明在觀察如圖所示的沙子堆積時，發(fā)現(xiàn)沙子會自然堆積成圓錐體，且在不斷堆積過程中，材料相同的沙子自然堆積成的圓錐體的最大底角都是相同的．小明測出這堆沙子的底部周長為31.4m，利用物理知識測得沙子之間的摩擦因數(shù)為0.5，估算出這堆沙子的體積最接近（）A．60m3 B．200m3 C．250m3 D．500m38.（2020·浙江卷）如圖是“中國天眼”口徑球面射電望遠鏡維護時的照片。為不損傷望遠鏡球面，質(zhì)量為m的工作人員被懸在空中的氦氣球拉著，當他在離底部有一定高度的望遠鏡球面上緩慢移動時，氦氣球?qū)ζ溆写笮?、方向豎直向上的拉力作用，使其有“人類在月球上行走”的感覺，若將人視為質(zhì)點，此時工作人員（）A．受到的重力大小為 B．受到的合力大小為C．對球面的壓力大小為 D．對球面的作用力大小為9．（2021·上海閔行一模）如圖所示，解放軍戰(zhàn)士在水平地面上拉著輪胎做勻速直線運動進行負荷訓(xùn)練，運動過程中保持雙肩及兩繩的端點A、B等高。兩繩間的夾角為，所構(gòu)成的平面與水平面間的夾角恒為，輪胎重為G，地面對輪胎的摩擦阻力大小恒為Ff，則每根繩的拉力大小為（）A． B． C． D．10．（2021·河南中原一模）2021年夏季，河南鄭州突如其來的洪澇災(zāi)害造成路面塌陷、橋梁垮塌，一汽車行駛中不慎陷人泥潭，天無絕人之路，碰巧在車前方30m處有一棵大樹，如圖甲所示，司機拿出后備箱里的繩索一端系在車上，一端系在樹上，他在繩索中點垂直繩子施加F=100N的水平恒力，將繩索中點拉離原位置x=30cm，如圖乙所示，結(jié)果就把車拉了出來。則車被拉出時繩子對車的拉力約為（）（角很小時，）A．500N B．1000N C．2500N D．5000N11．（2021·山東·滕州市三模）兩物體A、B按如圖所示連接且處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)在給B施加一個水平力F，使B緩慢移動，物體A始終靜止在地面上，則此過程中有（）A．物體A對地面的壓力逐漸變大 B．物體A受到的摩擦力變大C．繩的拉力逐漸變小 D．地面對A的作用力逐漸減小12．（2021·河北邯鄲高三期末）如圖所示為一種可折疊壁掛書架，一個書架用兩個三角形支架固定在墻壁上，書與書架的重心始終恰好在兩個支架橫梁和斜梁的連接點O、O′連線中點的正上方，書架含書的總重力為60N，橫梁AO、A′O′水平，斜梁BO、B′O′跟橫梁夾角為37°，橫梁對O、O′點拉力始終沿OA、A′O′方向，斜梁對O、O′點的壓力始終沿BO、B′O′方向，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，則下列說法正確的是（）A．橫梁OA所受的力為80NB．斜梁BO所受的力為50NC．O、O′點同時向A、A′移動少許，橫梁OA所受的力變大D．O、O′點同時向A、A′移動少許，斜梁BO所受的力變大查補易混易錯01力與物體的平衡本考點在高考試題中屬于必考知識點，主要以選擇題形式出現(xiàn)，但知識點也可以作為動力學(xué)中的一個特殊狀態(tài)在綜合題目中出現(xiàn)。2021年湖南卷第5題、2020年山東第8題均單獨考查了物體的平衡問題，其它新高考地區(qū)也都在不同的情境和不同的題型中考查了物體的平衡這一知識點?！菊骖}示例·2021·湖南卷·5】質(zhì)量為的凹槽靜止在水平地面上，內(nèi)壁為半圓柱面，截面如圖所示，為半圓的最低點，為半圓水平直徑的端點。凹槽恰好與豎直墻面接觸，內(nèi)有一質(zhì)量為的小滑塊。用推力推動小滑塊由A點向點緩慢移動，力的方向始終沿圓弧的切線方向，在此過程中所有摩擦均可忽略，下列說法正確的是（）A.推力先增大后減小B.凹槽對滑塊的支持力先減小后增大C.墻面對凹槽的壓力先增大后減小D.水平地面對凹槽的支持力先減小后增大【答案】C【解析AB．對滑塊受力分析，由平衡條件有滑塊從A緩慢移動B點時，越來越大，則推力F越來越大，支持力N越來越小，所以AB錯誤；C．對凹槽與滑塊整體分析，有墻面對凹槽的壓力為：則越來越大時，墻面對凹槽的壓力先增大后減小，所以C正確；D．水平地面對凹槽的支持力為則越來越大時，水平地面對凹槽的支持力越來越小，所以D錯誤；故選C。【易錯分析】①不會靈活采用整體法和隔離法，在分析墻面對凹槽的壓力和水平地面的凹槽的支持力時，增大分析難度且計算量大；②不會結(jié)合數(shù)學(xué)知識將轉(zhuǎn)化為【易錯01】力的合成與分解1．按效果分解(1)分解原則：根據(jù)力的作用效果確定分力的方向，然后再畫出力的平行四邊形．(2)基本思路【易錯02】共點力的平衡1．平衡狀態(tài)(1)物體處于靜止或勻速直線運動的狀態(tài)．(2)對“平衡狀態(tài)”的理解不管是靜止還是勻速直線運動，速度保持不變，所以Δv＝0，a＝eq\f(Δv,Δt)，對應(yīng)加速度為零，速度為零不代表a＝0.2．共點力平衡的條件(1)共點力平衡的條件是合力為0.(2)表示為：F合＝0；或?qū)⒏髁Ψ纸獾絰軸和y軸上，滿足Fx合＝0，且Fy合＝0.①二力平衡：若物體在兩個力作用下處于平衡狀態(tài)，則這兩個力一定等大、反向、共線．②三力平衡：若物體在三個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中任意兩個力的合力與第三個力等大、反向、共線．③多力平衡：若物體在多個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中任意一個力與其余所有力的合力等大、反向、共線．當物體受三個力平衡，將表示這三個力的有向線段依次首尾相連，則會構(gòu)成一個矢量三角形，表示合力為0.【易錯03】動態(tài)力的平衡通用方法：（1）解析法：對研究對象進行受力分析，先畫出受力示意圖，再根據(jù)物體的平衡條件列式求解，得到因變量與自變量的一般函數(shù)表達式，最后根據(jù)自變量的變化確定因變量的變化。常用方法：（2）圖解法：對研究對象在動態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進行受力分析，在同一圖中作出物體在若干狀態(tài)下所受的力的平行四邊形，由各邊的長度變化及角度變化來確定力的大小及方向的變化，此即為圖解法，它是求解動態(tài)平衡問題的基本方法。此法的優(yōu)點是能將各力的大小、方向等變化趨勢形象、直觀地反映出來，大大降低了解題難度和計算強度。此法常用于求解三力平衡且有一個力是恒力、另有一個力方向不變的問題。（3）三角形法：對受三力作用而平衡的物體，將力的矢量圖平移使三力組成一個首尾依次相接的矢量三角形，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形、直角三角形等數(shù)學(xué)知識求解未知力。（4）相似三角形法：在三力平衡問題中，如果有一個力是恒力，另外兩個力方向都變化，且題目給出了空間幾何關(guān)系，多數(shù)情況下力的矢量三角形與空間幾何三角形相似，可利用相似三角形對應(yīng)邊成比例進行計算。1.（2009·海南高考真題）兩個大小分別為和（）的力作用在同一質(zhì)點上，它們的合力的大小F滿足A． B．C． D．【答案】C【解析】當兩個分力方向相同時，合力最大為兩分力標量和，當兩分力方向相反時，合力最小，為兩分力的標量差，故選C【易錯分析】：本題難度較小，當兩個分力方向相同時，合力最大，當兩分力方向相反時合力最小。2.（2020·山東·高考真題）如圖所示，一輕質(zhì)光滑定滑輪固定在傾斜木板上，質(zhì)量分別為m和2m的物塊A、B，通過不可伸長的輕繩跨過滑輪連接，A、B間的接觸面和輕繩均與木板平行。A與B間、B與木板間的動摩擦因數(shù)均為μ，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。當木板與水平面的夾角為45°時，物塊A、B剛好要滑動，則μ的值為（）A． B． C． D．【答案】C【解析】當木板與水平面的夾角為時，兩物塊剛好滑動，對A物塊受力分析如圖沿斜面方向，A、B之間的滑動摩擦力：根據(jù)平衡條件可知：對B物塊受力分析如圖沿斜面方向，B與斜面之間的滑動摩擦力：根據(jù)平衡條件可知：兩式相加，可得：解得：故選C?！疽族e分析】①未理解剛要滑動的臨界身體條件是摩擦力等于最大靜摩擦力；②摩擦力的方向分析錯誤；③摩擦力大小分析錯誤；④研究對象選取不當，增大受力分析難度和計算量，導(dǎo)致受力分析或計算錯誤，本題分別以A和整體為研究對象最合適。3．（2020·全國卷）如圖，懸掛甲物體的細線拴牢在一不可伸長的輕質(zhì)細繩上O點處；繩的一端固定在墻上，另一端通過光滑定滑輪與物體乙相連。甲、乙兩物體質(zhì)量相等。系統(tǒng)平衡時，O點兩側(cè)繩與豎直方向的夾角分別為α和β。若α=70°，則β等于（）A．45° B．55° C．60° D．70°【答案】B【解析】甲物體是拴牢在O點，且甲、乙兩物體的質(zhì)量相等，則甲、乙繩的拉力大小相等，O點處于平衡狀態(tài)，則左側(cè)繩子拉力的方向在甲、乙繩子的角平分線上，如圖所示

根據(jù)幾何關(guān)系有：解得。故選B?！疽族e分析】模型構(gòu)建能力欠缺，混淆“死結(jié)”模型與“活結(jié)”模型，誤認為左右兩側(cè)繩子拉力相等。4（2019全國Ⅱ卷）.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，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(zhì)量最大為A.150kg B.kg C.200kg D.kg【答案】A【解析】T=f+mgsinθ，f=μN，N=mgcosθ，代入數(shù)據(jù)解得：m=150kg，故A選項符合題意【易錯分析】①在確定角度時出現(xiàn)錯誤；②在力的分解上出現(xiàn)錯誤；③如果建立水平方向和豎直方向的坐標系，會增大分析難度；④不理解輕繩能承受的最大張力為1500N的含義。5．（2019·全國卷）用卡車運輸質(zhì)量為m的勻質(zhì)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． B．C． D．【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(guān)系可知，，．解得，由牛頓第三定律知，故D正確【易錯分析】本題屬于基礎(chǔ)題，只要條件理解到位，模型建構(gòu)成功，推理論證中受力分析正確，易得答案。6（2019全國Ⅰ卷）.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)．現(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】【詳解】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°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．【易錯分析】①選擇研究對象不當，增大分析難度；②對物塊M所受摩擦力的方向不知道分情況討論。6．（2019·浙江卷）如圖所示，小明撐桿使船離岸，則下列說法正確的是A．小明與船之間存在摩擦力B．桿的彎曲是由于受到桿對小明的力C．桿對岸的力大于岸對桿的力D．小明對桿的力和岸對桿的力是一對相互作用力【答案】A【解析】A．小明與船之間存在運動的趨勢，則它們之間存在摩擦力，選項A正確；B．桿的彎曲是由于桿受到小明對桿的力，選項B錯誤；C．桿對岸的力與岸對桿的力是作用與反作用力，大小相等，選項C錯誤；D．小明對桿的力和桿對小明的力是一對相互作用力，選項D錯誤．7．（2019·浙江卷）小明在觀察如圖所示的沙子堆積時，發(fā)現(xiàn)沙子會自然堆積成圓錐體，且在不斷堆積過程中，材料相同的沙子自然堆積成的圓錐體的最大底角都是相同的．小明測出這堆沙子的底部周長為31.4m，利用物理知識測得沙子之間的摩擦因數(shù)為0.5，估算出這堆沙子的體積最接近（）A．60m3 B．200m3 C．250m3 D．500m3【答案】A【解析】沙堆底部周長為31.4m，故圓錐體的底部圓半徑為：對錐面上的一粒沙粒分析，當滿足（為錐體的底角）時沙粒剛好靜止，故：解得圓錐體高：故圓錐體的體積約為：A正確．8.（2020·浙江卷）如圖是“中國天眼”口徑球面射電望遠鏡維護時的照片。為不損傷望遠鏡球面，質(zhì)量為m的工作人員被懸在空中的氦氣球拉著，當他在離底部有一定高度的望遠鏡球面上緩慢移動時，氦氣球?qū)ζ溆写笮?、方向豎直向上的拉力作用，使其有“人類在月球上行走”的感覺，若將人視為質(zhì)點，此時工作人員（）A．受到的重力大小為 B．受到的合力大小為C．對球面的壓力大小為 D．對球面的作用力大小為【答案】D【解析】A．工作人員的質(zhì)量為，則工作人員受到的重力：；A錯誤；B．工作人員在球面上緩慢行走，處于平衡狀態(tài)，合力為0，B錯誤；C．工作人員站在的球面位置不水平，對球面的壓力不等于，C錯誤；D．由平衡條件可得球面對工作人員的作用力滿足：再由牛頓第三定律可得，工作人員對球面的作用力大小為：；D正確。故選D。9．（2021·上海閔行一模）如圖所示，解放軍戰(zhàn)士在水平地面上拉著輪胎做勻速直線運動進行負荷訓(xùn)練，運動過程中保持雙肩及兩繩的端點A、B等高。兩繩間的夾角為，所構(gòu)成的平面與水平面間的夾角恒為，輪胎重為G，地面對輪胎的摩擦阻力大小恒為Ff，則每根繩的拉力大小為（）A． B． C． D．【答案】C【解析】設(shè)每根繩的拉力為F，則這兩根繩拉力的合力：方向沿繩子所組成角的角平分線，與水平面的夾角為α，受力分析如圖所示對輪胎：解得：；故ABD錯誤，C正確。故選C。10．（2021·河南中原一模）2021年夏季，河南鄭州突如其來的洪澇災(zāi)害造成路面塌陷、橋梁垮塌，一汽車行駛中不慎陷人泥潭，天無絕人之路，碰巧在車前方30m處有一棵大樹，如圖甲所示，司機拿出后備箱里的繩索一端系在車上，一端系在樹上，他在繩索中點垂直繩子施加F=100N的水平恒力，將繩索中點拉離原位置x=30cm，如圖乙所示，結(jié)果就把車拉了出來。則車被拉出時繩子對車的拉力約為（）（