2024年高考物理二輪復(fù)習(xí)專題1：力與物體的平衡（附答案解析）

專題01?力與物體的平衡

命題規(guī)律

本專題主要解決各種性質(zhì)力的分析及平衡條件的應(yīng)用。涉

能力突破

及的力主要有重力、彈力、摩擦力、電場力和磁場力等。

(1)物體的受力分析?、靜態(tài)平衡、動態(tài)平衡；

高考熱點(2)靜電力、安培力、洛倫茲力作用下的平衡；

(3)利用平衡條件解決實際問題。

以選擇題為主，有時候在計算題中的某一問或者單獨以計

出題方IE

算題的形式命題，題目難度一般為中檔。

考點歸納

考點1受力分析

【解題技巧】

L基本思路

在分析兩個或兩個以上物體間的相互作用時，一般采用整體法與隔離法進(jìn)行分析。

2.兩點注意

⑴采用整體法進(jìn)行受力分析時，要注意系統(tǒng)內(nèi)各個物體的狀態(tài)應(yīng)該相同。

⑵當(dāng)直接分析?個物體的受力不方便時，可轉(zhuǎn)移研究對象，先分析另?個物體的受

力，再根據(jù)牛頓第三定律分析該物體的受力，此法口一轉(zhuǎn)移研究對象法〃。

【例1】（2023?海珠區(qū)校級開學(xué)）某同學(xué)利用圖甲所示裝置研究摩擦力的變化情況。實

驗臺上固定一個力傳感器，傳感器用棉線拉住物塊，物塊放置在粗糙的長木板上。水平

向左的力丁拉木板，傳感器記錄的E一圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）

A.實驗中必須讓木板保持勻速運動

B.圖乙中曲線就是r的大小隨時間變化的曲線

C.只用圖乙中數(shù)據(jù)可得出物塊與木板間的動摩擦因數(shù)

D.最大靜摩擦力與滑動摩擦力之比約為10:7

【分析】根據(jù)平衡條件、結(jié)合圖像分析摩擦力大小變化：根據(jù)滑動摩擦力公式結(jié)合圖像

分析滑動摩擦力的大小和靜摩擦力大小的比值和動摩擦因數(shù)的求解。

【解答】解：AB.為了能研究摩擦力隨時間的變化曲線，故物塊一直要處于靜止?fàn)顟B(tài)，

根據(jù)平衡條件可知向左的摩擦力和向右輕繩的拉力大小相等，圖乙是輕繩向右的拉力隨

時間變化曲線，故圖乙也可以反映摩擦力隨時間變化的曲線，由圖乙可知輕繩向右的拉

力先增大后減小，最后趨于不變，故物塊先受靜摩擦力作用后受滑動摩擦力作用，所以

不需要讓木板保持勻速運動，故錯誤；

C.根據(jù)滑動摩擦力的計算公式

/=〃&

可知，由于不知道物塊的重力，故無法求出物塊與木板間的動摩擦因數(shù)，故C錯誤；

D.由圖可知，最大靜摩擦力約為1ON,滑動摩擦力約為7N,故最大靜摩擦力與滑動

摩擦力之比約為10:7,故D正確。

故選：

【點評】本題考查摩擦力，要求掌握根據(jù)平衡條件計算靜摩擦力大小和根據(jù)滑動摩擦力

公式計算滑動摩擦力的大小。

【例2】（2023?屯昌縣二模）如圖所示，甲、乙為兩根完全相同的輕質(zhì)彈簧，甲彈簧一

端固定在天花板上，另一端懸掛一質(zhì)量為外的物塊；乙彈簧一端固定在水平地面上，另

一端連接一質(zhì)量為”的物塊，兩物塊止時，測得甲、乙兩根彈簧的長度分別為和4,

已知重力加速度大小為g,兩彈簧均在彈性限度內(nèi)，則這兩根彈簧的勁度系數(shù)為（）

W

W

O

甲乙

（%B.

）

/|—ly/~12

C0%+S）gD（叫「?。ゞ

,….E

【分析】根據(jù)胡克定律表示兩彈簧的彈力，根據(jù)共點力平衡條件列式求解彈簧的勁度系

數(shù)C

【解答】解:設(shè)彈簧原長為心勁度系數(shù)為女，對甲圖根據(jù)共點力平衡條件得：如&=依/「/。）

對乙圖根據(jù)共點力平衡條件得：〃%g-，2）

聯(lián)立解得：k=（〃Y""）g

4-，2

故A正確，ACT）錯誤；

故選：Ao

【點評】本題考查胡克定律，注意尸=3中的x指彈簧的形變量。

【例3】（2022秋?衡陽期末）港珠澳大橋的人工島創(chuàng)新圍島填土在世界范圍內(nèi)首次提出

深插式鋼圓筒快速成島技術(shù)，1600/起重船“振浮8號”吊起巨型鋼筒直接固定在海床上

插入到海底，然后在中間填土形成人工島，如圖甲，每個圓鋼筒的直徑為22.5加，高度

為55〃?，質(zhì)量為550/,由若干根特制起吊繩通過液壓機(jī)械抓手連接鋼筒。某次試吊將其

吊在空中，每根繩與豎直方向的夾角為37。，如圖乙所示，每根繩所能承受的最大拉力

為8.0x10”,則至少需要多少根繩子才能成功起吊（3137。=0.6,cos370=0.8）（）

F

絲綢

A.若出=，%不可能大于

B.若〃A<NB，陽8有可能大于tnA

C.只增加%，物塊8可能相對于絲綢滑動

D.只增加產(chǎn)，物塊A一定相對于絲綢滑動

【分析】首先根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)平衡，得出兩個接觸面的最大靜摩擦力的關(guān)系，再根據(jù)“與

人的關(guān)系判斷〃3與小的關(guān)系；根據(jù)絲綢固定，物塊“恰能靜止，得到重力分力與最大

靜摩擦力之間的關(guān)系，根據(jù)題意只增加〃小根據(jù)上式分析物塊3相對于絲綢會不會滑動;

由絲綢保持靜止分析A受絲綢的摩擦力的方向，判斷只增加產(chǎn)，物塊A相對于絲綢是不

是會滑動。

【解答】解：回、設(shè)斜面傾角為白，物塊A、B放在絲綢上,用沿斜面向上的力尸拉物

塊A,系統(tǒng)保持靜止，有〃〃*qcos夕WCOS。；若出=〃區(qū)，則〃2中,/%；若〃八《〃",則

mA>mB;故A正確，8錯誤;

C、根據(jù)題意，若固定絲綢，將物塊8放置在絲綢上，恰能靜止，根據(jù)共點力平衡有

mBgsin0=^RrnBgcos0,只增加〃?戶上式仍然成立，物塊8相對于絲綢不會滑動，故C錯

誤；

。、由絲綢保持靜止可知，物塊A受絲綢的摩擦力為靜摩擦力，方向沿斜面向下，但是

不能確定是不是達(dá)到了最大靜摩擦力；只增加產(chǎn)，物塊A相對于絲綢不一定滑動，故。

錯誤。

故選：4。

【點評】本題考查整體法利隔離法受力分析，解決此類題目的關(guān)鍵是靈活選取研究對象。

[例2]（2023?永州二模）為慶祝黨的二十大的勝利召開，某景區(qū)掛出32個燈籠（相鄰

兩個燈籠間由輕繩連接），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(tuán)結(jié)奮斗”，從高到低依次標(biāo)為1、2、3.....320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=1依，重力加速度g=10,〃/d,懸掛燈籠的輕繩最大承受力

7；”=320及N,最左端懸掛的輕繩與豎直方向的夾角為。。下列說法正確的是（）

B.當(dāng)。最大時最右端輕繩的拉力為32O\/5N

C.當(dāng)ian9=>!■時第16個燈籠與第17個燈籠間輕繩與豎直方向的夾角為45。

2

D.當(dāng)tan6=2時第8個燈籠與第9個燈籠間輕繩與豎直方向的夾角為30°

4

【分析】將燈籠當(dāng)作一個整體，根據(jù)共點力的平衡條件分析A6;根據(jù)整體和隔離的分

析方法結(jié)合共點力平衡條件解得8。

【解答】解：AB.當(dāng)最左端連接的輕繩的拉力大小為7；=320&N時，。最大，此時燈

籠整體受力如圖所示

由平衡條件水平方向有：7m

豎直方向有：Tntcos0m=32mg

聯(lián)立解得Oni=45°,F2=320N

故AB錯誤；

由平衡條件知，最右端輕繩的拉力多=32/〃gUm9

對第17個燈籠至第32個燈籠整體，其受力情況跟燈籠整體的受力情況相同,由平衡條

件tana=---------

(32-16)〃7g

則第16個燈籠與第17個燈籠間輕繩與豎直方向的夾角a=45。

故C正確；

D.當(dāng)tan0=3時，此時燈籠整體受力如圖所示

4

由平衡條件知，最右端輕繩的拉力F22=3方叫碗。

對第9個燈籠至第32個燈籠整體，其受力情況跟燈籠整體的受力情況相同,由平衡條

件tanP=々---

(32-8)，咫

則第8個燈籠與第9個燈籠間輕繩與螺直方向的夾角力=45。

故。錯誤。

故選：Co

【點評】在利用共點力的平衡條件解決問題時，可以選取幾個物體為整體，也可以選取

一個物體為研究對象。

【例3】（2023?沙坪壩區(qū)校級模擬）如圖所示為某同學(xué)設(shè)計的簡易晾衣裝置，一輕繩兩

端分別固定于天花板上A、8兩點，通過光滑輕質(zhì)動滑輪和另一根輕繩將衣物豎直懸掛

在空中，兩根輕繩所能承受的最大拉力相同，若晾曬的衣物足夠重時繩OC先斷，則（

A.avl20°B.a=12（F

C.a>120。D.不論a為何值，總是繩OC先斷

【分析】OA繩、04繩是一根繩，繩上拉力相等。O點處于共點力的平衡狀態(tài)，列平衡

方程，根據(jù)數(shù)學(xué)知識可解c

【解答】解：A5C、根據(jù)對稱性可知，OB繩與QA繩拉力大小相等，由平衡條件得

衣物重力6

LCLa

FOC=2FOBCOS-

乙

當(dāng)衣物足夠重時”繩先斷說明心，F(xiàn)on

則得到2FOBCOS^>FOB

解得a<120°,故A正確；故4C錯誤；

。、當(dāng)a=120°時，04繩、繩、OC繩拉力大小相等，衣物足夠重時，同時斷，故。

錯誤；

故選：Ao

【點評】物體在平面內(nèi)受三個共點力的作用達(dá)到平衡狀態(tài)，若三力互成120度，則三力

大小相等，記住此結(jié)論，有助于解題。

【例4】（2023?廣州一模）傳統(tǒng)嶺南祠堂式建筑陳家祠保留了瓦片屋頂，屋頂結(jié)構(gòu)可簡

化為如圖，弧形瓦片靜止在兩根相互平行的傾斜椽子正中間。已知椽子與水平面夾角均

為6,瓦片質(zhì)量為機(jī)，重力加速度為g,則椽子對瓦片（）

A.支持力的合力方向豎直向上B.作用力的合力方向豎直向上

C.支持力的合力大小為〃吆D.作用力的合力大小為〃?gcosO

【分析】對瓦片受力分析，根據(jù)平衡條件列式求解即可。

【解答】解：A、對瓦片受力分析，瓦片所受支持力垂直于瓦片的切面指向瓦片，兩力

的合力方向垂直椽子斜向上，故A錯誤；

BD.瓦片靜止，則椽子對瓦片的作用力的合力與重力等大反向，大小為〃笈，方向豎直

向上，故8正確，。錯誤；

C、根據(jù)平衡條件得，支持力的合力大小為％=，咫85。，故C錯誤。

故選：Bo

【點評】本題考查共點力平衡，解題關(guān)鍵是對瓦片做好受力分析，根據(jù)平衡條件判斷求

解即可。

【例5】（2023?五華區(qū)校級模擬）如圖所示，將三根完全相同的輕質(zhì)細(xì)桿，兩兩互成90。，

連接到同一個頂點O,另一端分別連接到豎直墻壁上的A、B.C三個點，3C連線沿水

平方向，是等邊三角形，O、A、B、C點處，分別是四個可以向各個方向自由

轉(zhuǎn)動的輕質(zhì)光滑餃鏈（未畫出）。在O點用細(xì)繩懸掛一個質(zhì)量為機(jī)的重物，貝Lio桿對墻

壁的作用力為（）

B

A.竿B.竿C.反夕D.華

右72V3R

【分析】對o點受力分析，根據(jù)幾何關(guān)系求解作用力間的夾角，結(jié)合平衡條件列式求解

即可。

【解答】解：根據(jù)題意，^OA=OB=OC=L,由于三根完全相同的輕質(zhì)細(xì)桿，兩兩互成

90°,貝I」AB=8C=C4=JiL

過O、。、A分別作AE、A3、3C的垂線，如圖:

B

由幾何關(guān)系得：AD=BE=-AB=—L

22

可得OE=\/OB?-BE，=立1

2

L

由于ABC是等邊三角形且AE±BC,則O'O=O￡=4Otan3()o=

76

對O點受力分析，可知8。與CO對O點的合力（設(shè)為尸）沿EO方向。對O點受力分析,

將和"'桿上的力合成，合力為產(chǎn)，04上作用力為7,受力分析如圖:

豎直方向：Tcos+rsina=mg

水平方向：Ts\nO=Fcosct

聯(lián)立解得：

故C正確，/S￡＞錯誤。

故選：C。

【點評】本題考查共點力平衡，解題關(guān)鍵是對O點受力分析，根據(jù)平衡條件列式求解即

可。

考點3動態(tài)平衡問題

【解題技?

1.解析法

常用于可以較簡捷列出平衡方程的情況或者正交分解的情況。

(1)先受力分析，得出物體受哪幾個力而處于平衡狀態(tài)。

(2)建立直角坐標(biāo)系，正交分解力，列平衡方程，或在力的三角形中結(jié)合三角形知識列

平衡方程。

(3)分析方程中的變量有哪些，分析題目信息得到這些物理量是如何變化的。

(4)把分析得到的變化的物理量代入方程，得到平衡條件下的受力動態(tài)變化情況，

2.圖解法

(1)先受力分析，得出物體受幾個力而處于平衡狀態(tài)。

(2)分析題目給出的信息，判斷物體受力的變化情況。

(3)把受力對應(yīng)到幾何圖形中結(jié)合幾何知識分析。

；說明：此法一般應(yīng)用于物體受3個共點力或者可以等效為3個共點力的情況，并且常|

;用于定性分析。

【例1】（2023?惠州模擬）圖左側(cè)為不銹鋼砧板架實物圖。在圖右側(cè)圖中，質(zhì)量為M的

圓形砧板穩(wěn)穩(wěn)的豎立在砧板架上，砧板架兩側(cè)橫梁近似光滑，間距為d,取重力加速度

為g,下列說法正確的是（）

A.砧板對砧板架一側(cè)橫梁的作用力一定小于Mg

B.若增大橫梁的間距d,砧板對兩側(cè)橫梁的作用力均增大

C.若增大橫梁的間距d,砧板架對地面的壓力增大

D.若換一個質(zhì)量相同直徑更大的砧板，兩側(cè)橫梁受到的壓力均增大

【分析】對砧板分析，根據(jù)平衡條件進(jìn)行分析即可。

【解答】解：A.兩支架等高，砧板受力如圖所示：

砧板對兩支架的彈力大小相等，設(shè)每側(cè)砧板架對砧板的支持力均為外,即垂直接觸面

指向砧板圓心，弓與豎直方向夾角為。，根據(jù)平衡條件有2晨cos。=Mg

根據(jù)牛頓第三定律可得砧板對砧板架一側(cè)橫梁的作用力大小為/V=色絲

'2cos

所以可得砧板對砧板架一側(cè)橫梁的作用力不一定小于Mg,故A錯誤；

BD.若增大橫梁的間距d,。變大，可知不」變大；同理，若換一個質(zhì)量相同直徑更大

的砧板可知。變小，叱變小，故8正確，。錯誤；

C.若增大橫梁的間距”，對砧板和砧板架整體分析可得地面對砧板架的支持力等于砧

板和砧板架的總重力，根據(jù)牛頓第三定律可得砧板架對地面的壓力不變，故C錯誤。

故選：Bo

【點評】本題主要是考查了共點力的平衡問題，解答此類問題的一般步驟是：確定研究

對象、進(jìn)行受力分析、利用平行四邊形法則進(jìn)行力的合成或者是正交分解法進(jìn)行力的分

解，然后在坐標(biāo)軸上建立平衡方程進(jìn)行解答。

【例2】（2023?煙臺一模）風(fēng)箏發(fā)明于中國東周春秋時期，是在世界各國廣泛開展的一

項群眾性體育娛樂活動。一平板三角形風(fēng)箏（不帶鶯尾）懸停在空中，如圖為風(fēng)箏的側(cè)

視圖，風(fēng)箏平面與水平面的夾角為風(fēng)箏受到空氣的作用力/垂直于風(fēng)箏平面向上。

若拉線長度一定，不計拉線的重力及拉線受到風(fēng)的作用力，一段時間后，風(fēng)力增大導(dǎo)致

作用力尸增大，方向始終垂直于風(fēng)箏平面，夾角。不變，再次平衡后相比于風(fēng)力變化之

前（）

A.風(fēng)箏距離地面的高度變大

B.風(fēng)箏所受的合力變大

C.拉線對風(fēng)箏的拉力變小

D.拉線對風(fēng)箏的拉力與水平方向的夾角變小

【分析1對風(fēng)箏受力分析，根據(jù)力的矢量三角形分析判斷。

【解答】解：如下圖所示為風(fēng)箏受力示意圖，風(fēng)力為方時，重力為G,拉線拉力為勺

當(dāng)風(fēng)力變大為6時，重力不變，拉線拉力變?yōu)榈?，矢量三角形如圖所示：

風(fēng)箏懸停在空中，可得風(fēng)箏所受的合力為零，保持不變，拉線拉力變大，拉線對風(fēng)箏的

拉力與水平方向的夾角a變大，設(shè)拉線長為L,則風(fēng)箏距地面高度為〃=Lsina

則風(fēng)箏距離地面的高度變大。

故A正確，BC7）錯誤；

故選：Ao

【點評】本題考查共點力平衡條件，解題關(guān)鍵掌握風(fēng)箏的受力分析，注意動態(tài)平衡中圖

解法的應(yīng)用。

【例3】（2023?尖山區(qū)校級開學(xué)）如圖所示，AC是上端帶光滑輕質(zhì)定滑輪的固定豎直

桿，質(zhì)量不計的輕桿4。一端通過錢鏈固定在。點，另一端4懸掛一重力為G的物體，

且“端系有一根輕繩并繞過定滑輪，用力尸拉繩，開始時NAC4>90。，現(xiàn)使NBO緩慢變

小，直至ljN8G4=30°。此過程中，輕桿8C所受的力（）

A.逐漸減小B.逐漸增大C.大小不變D.先減小后增大

【分析】以〃點為研究對象，分析其受力情況，作出受力圖，利用三角形相似法，得出

各力與三角形48c三邊邊長的關(guān)系，再分析其變化。

【解答】解：以結(jié)點8為研究對象，分析受力情況，如圖所示，根據(jù)平衡條件可知，戶、

名的合力以與G大小相等、方向相反。根據(jù)相似三帶形得

￡=—且

AI3BCAC

現(xiàn)使NBC4緩慢變小的過程中，AC,8C不變，即時不變，故C正確，錯誤。

故選：Co

【點評】本題涉及非直角三角形的力平衡問題，采用三角形相似，得到力與三角形邊長

的關(guān)系，再分析力的變化，是常用的方法。

【例4】（2022?山東模擬）如圖所示,置于水平地面上的豎直圓形金屬環(huán)內(nèi)用三根細(xì)繩

OB、OC懸掛一質(zhì)量為,〃的物體，物體可看作質(zhì)點。繩處于水平方向，4408=120。，

設(shè)。4、08繩的拉力大小為石、F,,現(xiàn)將金屬圓環(huán)在豎直面內(nèi)緩慢逆時針轉(zhuǎn)過90。，在

此過程中（）

~B

A.八一直增大B.4一直增大

C.入先增大后減小D.片先增大后減小

【考點】力的合成與分解的應(yīng)用；動態(tài)平衡分析

【專題】定性思想；推理法；共點力作用下物體平衡專題；推理能力

【分析】對結(jié)點O進(jìn)行受力分析，根據(jù)兒何關(guān)系結(jié)合角度的變化分析出力的變化趨勢。

【解答】解：由題圖對O點受力分析，由平衡條件可得，三個力組成矢量三角形平衡圖，

如圖所示：

由圖可知，將金屬圓環(huán)在豎直面內(nèi)緩慢逆時針轉(zhuǎn)過90。，繩OC的拉力大小和方向都不變,

可知。角增大，鳥先增大后減小，6一直減小，故40錯誤，C正確；

故選：Co

【點評】本題主要考查了力的動態(tài)平衡分析問題，熟悉受力分析，結(jié)合幾何關(guān)系分析出

力的變化趨勢，也可以利用正弦定理分析出力的變化趨勢。

【例4】（2023?