新教材2024高考物理二輪專題復(fù)習(xí)第一編專題復(fù)習(xí)攻略專題一力與運動第1講力與物體的平衡教師用書

第1講力與物體的平衡學(xué)問網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析命題點一靜態(tài)平衡問題1．共點力平衡的常用處理方法適用條件平衡關(guān)系合成法三個共點力隨意兩個力的合力肯定與第三個力大小相等，方向相反正交分解法三個或三個以上共點力將物體所受的力分解為相互垂直的兩組力，每組力都滿意平衡條件力的三角形法三個共點力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，依據(jù)正弦定理、余弦定理或相像三角形等數(shù)學(xué)學(xué)問求解未知力2.受力分析的方法(1)探討對象的選?。孩僬w法與隔離法(如圖甲)；②轉(zhuǎn)換探討對象法(如圖乙)．(2)畫受力分析圖：按肯定的依次分析力，只分析探討對象受到的力．(3)驗證受力的合理性：①假設(shè)法(如圖丙)；②動力學(xué)分析法(如圖丁)．例1[2024·山東卷]餐廳暖盤車的儲盤裝置示意圖如圖所示，三根完全相同的彈簧等間距豎直懸掛在水平固定圓環(huán)上，下端連接托盤．托盤上疊放若干相同的盤子，取走一個盤子，穩(wěn)定后余下的正好上升補平．已知單個盤子的質(zhì)量為300g，相鄰兩盤間距1.0cm，重力加速度大小取10m/s2.彈簧始終在彈性限度內(nèi)，每根彈簧的勁度系數(shù)為()A．10N/mB．100N/mC．200N/mD．300N/m例2[2024·河北保定一模]質(zhì)量為M的正方體A與質(zhì)量為m的圓球B在水平向右的外力F作用下靜止在墻角處，它們的截面圖如圖所示，截面正方形的對角線與截面圓的一條直徑恰好在一條直線上，全部摩擦忽視不計，重力加速度為g.則()A．F＝(M＋m)gB．F＝mgC．地面受到的壓力為FN，F(xiàn)N<(M＋m)gD．地面受到的壓力為FN，F(xiàn)N>(M＋m)g提升訓(xùn)練1.[2024·廣東省中山市測試]如圖甲為明朝《天工開物》記載測量“弓弦”張力的插圖，圖乙為示意圖．弓的質(zhì)量為m＝5kg，弦的質(zhì)量忽視不計，懸掛點為弦的中點．當(dāng)在弓的中點懸掛質(zhì)量為M＝15kg的重物時，弦的張角為θ＝120°，g＝10m/s2，則弦的張力為()A．50NB．150NC．200ND．2003N2.[2024·浙江6月]如圖所示，水平面上固定兩排平行的半圓柱體，重為G的光滑圓柱體靜置其上，a、b為相切點，∠aOb＝90°，半徑Ob與重力的夾角為37°.已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，則圓柱體受到的支持力Fa、Fb大小為()A．Fa＝0.6G，F(xiàn)b＝0.4GB．Fa＝0.4G，F(xiàn)b＝0.6GC．Fa＝0.8G，F(xiàn)b＝0.6GD．Fa＝0.6G，F(xiàn)b＝0.8G3.[2024·河南省洛陽市模擬]如圖所示，一光滑球體放在支架與豎直墻壁之間，支架的傾角θ＝60°，光滑球體的質(zhì)量為m，支架的質(zhì)量為2m，已知最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，整個裝置保持靜止，則支架和地面間的動摩擦因數(shù)至少為()A．39B．C．32D．命題點二動態(tài)平衡問題(含臨界、極值問題)1．解決動態(tài)平衡問題的一般思路化“動”為“靜”，多個狀態(tài)下“靜”態(tài)對比，分析各力的變更或極值．2．“緩慢”移動的三類經(jīng)典模型分類圖例分析懸球模型求力F的最小值Fmin＝mgsinθ掛件模型結(jié)論：sinθ＝dLF＝mg2繩子端點上下移動，力F不變板—球模型N1、N2始終減小斜面對球的支持力F1漸漸減小，擋板對球的彈力F2先減小后增大考向1共點力作用下的動態(tài)平衡例1[2024·四川省成都市檢測](多選)某中學(xué)實行趣味運動會時，挑戰(zhàn)用一支鋼尺取出深盒子(固定不動)中的玻璃球，該嬉戲深受大家寵愛，參加者熱忱高漲．嬉戲中須要的器材和取球的原理分別如圖甲和圖乙所示．若忽視玻璃球與盒壁、鋼尺間的摩擦力，在不損壞盒子的前提下，鋼尺沿著盒子上邊緣某處旋轉(zhuǎn)撥動(鋼尺在盒內(nèi)的長度漸漸變短)，使玻璃球沿著盒壁緩慢上移時，下列說法正確的是()A．鋼尺對玻璃球的彈力漸漸減小B．鋼尺對玻璃球的彈力先增大后減小C．盒壁對玻璃球的彈力漸漸減小D．盒壁對玻璃球的彈力先減小后增大例2[2024·河北唐山三模]如圖所示，木板B放置在粗糙水平地面上，O為光滑鉸鏈．輕桿一端與鉸鏈O固定連接，另一端固定連接一質(zhì)量為m的小球A.現(xiàn)將輕繩一端拴在小球A上，另一端通過光滑的定滑輪O′由力F牽引，定滑輪位于O的正上方，整個系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)變更力F的大小使小球A和輕桿從圖示位置緩慢運動到O′正下方，木板始終保持靜止，則在整個過程中()A．外力F大小不變B．輕桿對小球的作用力變小C．地面對木板的支持力漸漸變小D．地面對木板的摩擦力漸漸減小思維提升三力作用下的動態(tài)平衡考向2平衡中的極值或臨界值問題例3[2024·山東菏澤市模擬]將三個質(zhì)量均為m的小球a、b、c用細線相連后(bc間無細線相連)，再用細線懸掛于O點，如圖所示．用力F拉小球c，使三個小球都處于靜止?fàn)顟B(tài)，且細線Oa與豎直方向的夾角保持為θ＝30°，則F的最小值為()A．1.5mgB．1.8mgC．2.1mgD．2.4mg例4[2024·陜西省漢中市聯(lián)考]在吊運表面平整的重型板材(混凝土預(yù)制板、厚鋼板)時，如因吊繩無處鉤掛而遇到困難，可用一根鋼絲繩將板攔腰捆起(不必捆的很緊)，用兩個吊鉤勾住繩圈長邊的中點起吊(如圖所示)，若鋼絲繩與板材之間的動摩擦因數(shù)為μ，為了滿意平安起吊(不考慮鋼絲繩斷裂)，須要滿意的條件是()A．tanα>μB．tanα<μC．sinα>μD．sinα<μ提升訓(xùn)練1.[2024·湖南張家界模擬考](多選)利用物理模型對問題進行分析，是一種重要的科學(xué)思維方法．如圖甲所示為拔河競賽時一位運動員的示意圖，可以認為靜止的運動員處于平衡狀態(tài)．該情形下運動員可簡化成如圖乙所示的一質(zhì)量分布勻稱的鋼管模型．運動員在拔河時身體緩慢向后傾倒，可以認為鋼管與地面的夾角θ漸漸變小，在此期間，腳與水平地面之間沒有滑動，繩子的方向始終保持水平．已知當(dāng)鋼管受到同一平面內(nèi)不平行的三個力而平衡時，三個力的作用線必交于一點．依據(jù)上述信息，當(dāng)鋼管與地面的夾角θ漸漸變小時，下列說法正確的有()A．地面對鋼管支持力的大小不變B．地面對鋼管的摩擦力變大C．地面對鋼管作用力的合力變大D．地面對鋼管作用力的合力大小不變2．(多選)在如圖所示的裝置中，兩物塊A、B的質(zhì)量分別為mA、mB，而且mA>mB，整個系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)此時輕質(zhì)動滑輪右端的輕繩與水平面之間的夾角為θ，若小車向左緩慢移動一小段距離并停下來后，整個系統(tǒng)再次處于靜止?fàn)顟B(tài)，則下列說法正確的是()A．物塊A的位置將變高B．物塊A的位置將變低C．輕繩與水平面的夾角θ將變大D．輕繩與水平面的夾角θ將不變3．長沙某景區(qū)掛出32個燈籠(相鄰兩個燈籠由輕繩連接)，依次貼上“高舉中國特色社會主義旗幟，為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家而團結(jié)奮斗”，從高到低依次標(biāo)為1、2、3、…、32.在無風(fēng)狀態(tài)下，32個燈籠處于靜止?fàn)顟B(tài)，簡化圖如圖所示．與燈籠“斗”右側(cè)相連的輕繩處于水平狀態(tài)，已知每一個燈籠的質(zhì)量m＝0.5kg，重力加速度g＝10m/s2，懸掛燈籠的輕繩最大承受力Tm＝320N，最左端連接的輕繩與豎直方向的夾角為θ.下列說法正確的是()A．θ最大為53°B．當(dāng)θ最大時最右端輕繩的拉力為F2＝1603C．當(dāng)θ＝53°時第8個燈籠與第9個燈籠間輕繩與豎直方向的夾角為45°D．當(dāng)θ＝37°時第8個燈籠與第9個燈籠間輕繩與豎直方向的夾角為45°命題點三電場力、磁場力作用下的平衡問題1．電場力(1)大小：F＝Eq，F(xiàn)＝kq1(2)方向：正電荷所受電場力的方向與電場強度的方向相同；負電荷所受電場力的方向與電場強度的方向相反．2．磁場力(1)大?。孩侔才嗔＝BIL；②洛倫茲力F洛＝qvB.(2)方向：用左手定則推斷．3．電磁學(xué)中平衡問題的處理方法處理方法與力學(xué)中平衡問題的分析方法一樣，把方法和規(guī)律進行遷移應(yīng)用即可．考向1電場中的平衡問題例1[2024·浙江模擬預(yù)料]如圖所示，A、C為帶異種電荷的帶電小球，B、C為帶同種電荷的帶電小球．A、B被固定在絕緣豎直桿上，QAQB＝338時，CA．C處的摩擦力不為零B．桿對B的彈力為零C．緩慢將C處點電荷向右移動，則其無法保持靜止D．緩慢將C處點電荷向左移動，則其肯定會掉下來考向2磁場中的平衡問題例2如圖所示，豎直平面內(nèi)有三根輕質(zhì)細繩，繩1水平，繩2與水平方向成60°角，O為結(jié)點，繩3的下端拴接一質(zhì)量為m、長度為l的導(dǎo)體棒，棒垂直于紙面靜止，整個空間存在豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場．現(xiàn)向?qū)w棒通入方向向里、大小由零緩慢增大到I0的電流，可視察到導(dǎo)體棒緩慢上升到與繩1所處的水平面成30°角時保持靜止．已知重力加速度為g.在此過程中，下列說法正確的是()A．繩1受到的拉力先增大后減小B．繩2受到的拉力先增大后減小C．繩3受到的拉力的最大值為3mgD．導(dǎo)體棒中電流I0的值為3mg提升訓(xùn)練1.[2024·山西省翼城中學(xué)模擬預(yù)料]如圖甲所示，一通電導(dǎo)體棒用兩根絕緣輕質(zhì)細線懸掛在天花板上并靜止在水平位置．當(dāng)導(dǎo)體棒所在空間加上勻強磁場，再次靜止時細線與豎直方向成θ角，如圖乙所示(圖甲中從左向右看)．已知導(dǎo)體棒長度為L、質(zhì)量為m、電流為I，重力加速度大小為g.關(guān)于圖乙，下列說法正確的是()A．當(dāng)磁場方向斜向右上方且與細線垂直時磁感應(yīng)強度最小B．磁感應(yīng)強度的最小值為mgC．磁感應(yīng)強度最小時，每根細線的拉力大小為mgD．當(dāng)磁場方向水平向左時，不能使導(dǎo)體棒在圖示位置保持靜止2．如圖所示，一絕緣細線豎直懸掛一小球A，在水平地面上固定一根勁度系數(shù)為k′的絕緣輕質(zhì)彈簧，彈簧上端與小球C相連，在小球A和C之間懸停一小球B，當(dāng)系統(tǒng)處于靜止時，小球B處在AC兩小球的中間位置．已知三小球質(zhì)量均為m，電荷量均為q，電性未知．則下列推斷正確的是()A.相鄰兩小球之間的間距為qkB．彈簧的形變量為11mgC．細線對小球A的拉力大小為11mgD．小球C受到的庫侖力大小為5mg素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題利用平衡條件解決實際問題聯(lián)系日常生活，創(chuàng)新試題情境化設(shè)計，滲透試驗的思想，考查考生分析解決實際問題的實力，引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)從“解題”到“解決問題”的轉(zhuǎn)變情境1工人推車——科學(xué)思維[典例1][2024·四川省成都市聯(lián)測]如圖甲所示，工人用推車運輸石球，到達目的地后，緩慢抬起把手將石球倒出(圖乙)．若石球與板OB、OA之間的摩擦不計，∠AOB＝60°，圖甲中BO與水平面的夾角為30°，則在抬起把手使OA變得水平的過程中，石球?qū)B板的壓力大小N1、對OA板的壓力大小N2的變更狀況是()A．N1減小、N2先增大后減小B．N1減小、N2增大C．N1增大、N2減小D．N1增大、N2先減小后增大情境2懸索橋——科學(xué)看法與責(zé)任[典例2][2024·江蘇省無錫市測試]圖a是一種大跨度懸索橋梁，圖b為懸索橋模型．六對輕質(zhì)吊索懸掛著質(zhì)量為M的水平橋面，吊索在橋面兩側(cè)豎直對稱排列，其上端掛在兩根輕質(zhì)懸索上(圖b中只畫了一側(cè)分布)，懸索兩端與水平方向成45°，則一根懸索水平段CD上的張力大小是()A．14MgB．1C．112MgD．1情境3瓜子破殼器——科學(xué)探究[典例3][2024·福建福州4月檢測]有一種瓜子破殼器如圖甲所示，將瓜子放入兩圓柱體所夾的凹槽之間，按壓瓜子即可破開瓜子殼．破殼器截面如圖乙所示，瓜子的剖面可視作頂角為θ的扇形，將其豎直放入兩完全相同的水同等高圓柱體A、B之間，并用豎直向下的恒力F按壓瓜子且保持靜止，若此時瓜子殼未破開，忽視瓜子自重，不計摩擦，則()A．若僅減小A、B距離，圓柱體A對瓜子的壓力變大B．若僅減小A、B距離，圓柱體A對瓜子的壓力變小C．若A、B距離不變，頂角θ越大，圓柱體A對瓜子的壓力越大D．若A、B距離不變，頂角θ越大，圓柱體A對瓜子的壓力越小第1講力與物體的平衡命題分類剖析命題點一[例1]解析：由題知，取走一個盤子，穩(wěn)定后余下的正好上升補平，則說明一個盤子的重力使彈簧形變量為相鄰兩盤間距，則有mg＝3·kx，解得k＝100N/m，故選B.答案：B[例2]解析：對圓球B受力分析如圖，β＝45°A對B的彈力T＝mgcos依據(jù)牛頓第三定律，B對A的彈力T′＝T＝mgcosβ，F(xiàn)＝T′sinβ＝mg，故A錯誤，B正確；對AB整體地面受到的壓力為FN＝Mg＋T′cosβ＝Mg＋mgcosβcosβ＝答案：B[提升訓(xùn)練]1．解析：整體法對弓和物體受力分析如圖：豎直方向上由受力平衡可得：2Fcosθ2＝(M＋m)解得：F＝M+mg答案：C2．解析：對光滑圓柱體受力分析如圖由題意有Fa＝Gsin37°＝0.6GFb＝Gcos37°＝0.8G故選D.答案：D3．解析：對光滑球體受力分析如圖所示依據(jù)平衡條件可得N2cosθ＝mg對支架受力分析如圖所示依據(jù)牛頓第三定律可知N3＝N2對支架由平衡條件可得N4＝2mg＋N3cosθ，f＝N3sinθ又f＝μN4聯(lián)立解得μ＝3可知支架和地面間的動摩擦因數(shù)至少為33答案：D命題點二[例1]解析：對玻璃球的受力分析如圖所示，玻璃球受重力G，左側(cè)鋼尺對玻璃球的彈力F1，盒壁對玻璃球的彈力F2，玻璃球在3個力作用下處于動態(tài)平衡，玻璃球沿著紙盒壁緩慢上移時，θ角變大，利用圖解法可知，F(xiàn)1和F2均漸漸減小，A、C項正確，B、D項錯誤．故選AC.答案：AC[例2]解析：對小球A進行受力分析，三力構(gòu)成矢量三角形，如圖所示依據(jù)幾何關(guān)系可知兩三角形相像，因此mgOO'＝FO'A＝F'OA，緩慢運動過程中，O′A越來越小，則F答案：D[例3]解析：取整體為探討對象，當(dāng)F垂直于Oa時，F(xiàn)最小，依據(jù)幾何關(guān)系可得，拉力的最小值F＝3mgsin30°＝1.5mg，故選A.答案：A[例4]解析：要起吊重物，只需滿意繩子張力T的豎直重量小于鋼絲繩與板材之間的最大靜摩擦力，一般狀況認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，如圖所示即Tcosαμ>Tsinα，化簡可得tanα<μ，故B正確，A、C、D錯誤．故選B.答案：B[提升訓(xùn)練]1．解析：對鋼管受力分析，鋼管受重力mg、繩子的拉力T、地面對鋼管豎直向上的支持力FN、水平向右的摩擦力Ff，可知FN＝mg，F(xiàn)f＝T＝mg即隨著鋼管與地面夾角的漸漸變小，地面對鋼管支持力的大小不變，地面對鋼管的摩擦力變大，故A、B正確；對鋼管受力分析，可認為鋼管受到重力mg、繩子的拉力T和地面對鋼管作用力的合力F三個力，鋼管平衡，三個力的作用線必交于一點，由此可知F方向沿鋼管斜向上，與水平面夾角為α(鋼管與水平面的夾角為θ)，依據(jù)共點力平衡條件可知F＝mgsinα，T＝mgtanα，當(dāng)鋼管與地面的夾角答案：ABC2．解析：以輕質(zhì)動滑輪與輕繩的接觸點O為探討對象，分析O點的受力狀況，作出O點的受力分析圖，如圖所示設(shè)繩子的拉力大小為F，動滑輪兩側(cè)繩子的夾角為2α，由于動滑輪兩側(cè)繩子的拉力關(guān)于豎直方向?qū)ΨQ，則有2Fcosα＝mBg，又小車向左緩慢移動一小段距離后，輕繩中的拉力大小與小車移動前相同，即F＝mAg保持不變，可知α角保持不變，由幾何學(xué)問得，α＋θ＝90°，則θ保持不變，當(dāng)小車向左緩慢移動一小段距離后，動滑輪將下降，則物塊A的位置將變高，故選項A、D正確，B、C錯誤．答案：AD3．解析：當(dāng)最左端連接的輕繩的拉力大小為Tm＝320N時，θ最大，此時燈籠整體受力如圖所示由平衡條件Tmsinθm＝F2Tmcosθm＝32mg解得θm＝60°，F(xiàn)2＝1603NA、B錯誤；當(dāng)θ＝53°時，燈籠整體受力分析如圖由平衡條件知，最右端輕繩的拉力F21＝32mgtan53°＝6403對第9個燈籠至第32個燈籠整體，其受力狀況跟燈籠整體的受力狀況類似，由平衡條件tanα＝F21則第8個燈籠與第9個燈籠間輕繩與豎直方向的夾角α≠45°，C錯誤；當(dāng)θ＝37°時，此時燈籠整體受力如圖所示由平衡條件知，最右端輕繩的拉力F22＝32mgtan37°＝120N對第9個燈籠至第32個燈籠整體，其受力狀況跟燈籠整體的受力狀況類似，由平衡條件tanβ＝F22則第8個燈籠與第9個燈籠間輕繩與豎直方向的夾角β＝45°，D正確．答案：D命題點三[例1]解析：對C進行受力分析，A對C有吸引力，B對C有排斥力，及其重力，與水平天花板對C可能有豎直向下的壓力，如圖所示由平衡條件，結(jié)合矢量合成法則，若不受摩擦力得FAC＝FBCcosθ由幾何學(xué)問可得cosθ＝3依據(jù)庫侖定律有kQAQCQAQBC球靜止沒有運動趨勢，C處的摩擦力為零，故A錯誤；緩慢將C處點電荷向右移動，平衡狀態(tài)被打破，其無法保持靜止，故C正確；緩慢將C處點電荷向左移動，F(xiàn)BC變大，其豎直方向上的重量變大，C球肯定不會掉下來，故D錯誤；B球假如不受桿的力，則C球給B球的排斥力在水平方向的重量無法平衡，因此桿對B肯定有彈力作用，故B錯誤．答案：C[例2]解析：對整體分析，重力大小和方向不變，繩1、2彈力方向不變，依據(jù)左手定則，安培力水平向右且漸漸增大，由平衡條件得水平方向F1＝F2cos60°＋BIl豎直方向F2sin60°＝mg電流漸漸變大，則F1增大、F2不變，故A、B錯誤；當(dāng)電流增大到I0時，安培力與重力的合力最大，即繩3的拉力最大sin30°＝mg最大值為F3＝2mg，故C錯誤；對導(dǎo)體棒受力分析得tan30°＝mgBI0l，得I0答案：D[提升訓(xùn)練]1．解析：對導(dǎo)體棒受力分析如圖所示，導(dǎo)體棒在重力、拉力和安培力的作用下處于平衡狀態(tài)．由平衡條件可知，導(dǎo)體棒所受拉力和安培力的合力與重力等大反向，拉力和安培力可能的方向如圖所示，當(dāng)安培力方向斜向右上方且與細線垂直時安培力最小，此時磁場方向沿著細線斜向左上方，A錯誤；設(shè)磁感應(yīng)強度大小為B，由平衡條件得mgsinθ＝BIL，解得B＝mgsin設(shè)每條細線拉力大小為FT，由平衡條件得mg