2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)講義：專題一 力與運(yùn)動 第1講 物體的平衡 【含答案】

2025浙江高考物理二輪復(fù)習(xí)專題一力與運(yùn)動第1講物體的平衡講義【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】理解力和力的運(yùn)算法則,會正確受力分析,熟練運(yùn)用力的平衡的各種表達(dá)形式.靈活選取研究對象、會根據(jù)實(shí)際情況構(gòu)建平衡模型,同時掌握臨界法、函數(shù)法、圖像法、整體法、隔離法等解題方法,聯(lián)系生活實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維.題型1靜態(tài)平衡問題例1[2024·浙江1月選考]如圖所示,在同一豎直平面內(nèi),小球A、B上系有不可伸長的細(xì)線a、b、c和d,其中a的上端懸掛于豎直固定的支架上,d跨過左側(cè)定滑輪、c跨過右側(cè)定滑輪分別與相同配重P、Q相連,調(diào)節(jié)左、右兩側(cè)定滑輪高度達(dá)到平衡.已知小球A、B和配重P、Q質(zhì)量均為50g,細(xì)線c、d平行且與水平面成θ=30°角(不計(jì)摩擦,g取10N/kg),則細(xì)線a、b的拉力分別為()A.2N、1NB.2N、0.5NC.1N、1ND.1N、0.5N

【技法點(diǎn)撥】定滑輪只改變力的方向,不改變力的大小,在分析細(xì)繩a的拉力時,宜采用整體受力分析;當(dāng)分析A、B球之間的拉力時,既可以對A球受力分析,也可以對B球受力分析.例2[2020·浙江1月選考]如圖所示,在傾角為α的光滑絕緣斜面上固定一個擋板,在擋板上連接一根勁度系數(shù)為k0的絕緣輕質(zhì)彈簧,彈簧另一端與A球連接.A、B、C三小球的質(zhì)量均為M,qA=q0>0,qB=-q0,當(dāng)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時,三小球等間距排列.已知靜電力常量為k,重力加速度為g,則 ()A.qC=47qB.彈簧伸長量為MgC.A球受到的庫侖力大小為2MgD.相鄰兩小球間距為q03k【技法點(diǎn)撥】1.解決電磁學(xué)中平衡問題,要理清知識體系2.本例在分析C球時,采用假設(shè)法結(jié)合平衡知識進(jìn)行討論,也可以先求C處電場方向,電場力又必須沿斜面向上,從而求得C球電性.與電場力相關(guān)的平衡問題可以直接用電場力分析,也可以通過電場強(qiáng)度進(jìn)行分析.【遷移拓展】1.[2022·浙江1月選考]如圖所示,學(xué)校門口水平地面上有一質(zhì)量為m的石墩,石墩與水平地面間的動摩擦因數(shù)為μ,工作人員用輕繩按圖示方式勻速移動石墩時,兩平行輕繩與水平面間的夾角均為θ,重力加速度為g,則下列說法正確的是 ()A.輕繩的合拉力大小為μmgcosB.輕繩的合拉力大小為μmgcosC.減小夾角θ,輕繩的合拉力一定減小D.輕繩的合拉力最小時,地面對石墩的摩擦力也最小2.[2024·溫州模擬]如圖所示,質(zhì)量為M、半徑為R的圓環(huán)狀光滑絕緣細(xì)桿用三根交于O點(diǎn)的等長細(xì)線懸掛于水平面內(nèi),每根細(xì)線與豎直方向均成30°角,桿上套有三個可視為質(zhì)點(diǎn)的帶正電小球,每個小球的質(zhì)量均為m、電荷量均為q,小球間的距離相等,球和桿均靜止.重力加速度大小為g,靜電力常量為k,則 ()A.每根細(xì)線對桿的拉力大小為23B.每根細(xì)線對桿的拉力大小為23(3m+M)C.每個小球受到的庫侖力大小為3D.每個小球?qū)U的彈力大小為k題型2動態(tài)平衡問題1.動態(tài)平衡:通過控制某些物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化,而在這個過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài),在問題的描述中常用“緩慢”等語言敘述.2.做題流程例3如圖所示,在豎直放置的穹形支架上,一根長度不變且不可伸長的輕繩通過輕質(zhì)光滑滑輪懸掛一重物G.現(xiàn)將輕繩的一端固定于支架上的A點(diǎn),另一端從B點(diǎn)沿支架緩慢地向C點(diǎn)靠近(C點(diǎn)與A點(diǎn)等高),則在此過程中繩中拉力大小()A.先變大后不變 B.先變大后變小C.先變小后不變 D.先變小后變大【技法點(diǎn)撥】破解動態(tài)平衡問題例4[2024·衢州模擬]如圖所示,用輕質(zhì)網(wǎng)兜將一質(zhì)量均勻的足球懸掛在豎直木板的A點(diǎn),輕繩與木板之間的夾角為α=30°.將木板以底端為軸順時針緩慢轉(zhuǎn)動直至木板水平,轉(zhuǎn)動過程中繩與木板之間的夾角保持不變.忽略一切摩擦,球的重力為9N.設(shè)木板對球的支持力為FN,繩上的拉力為FT,在木板轉(zhuǎn)動過程中,下列說法正確的是 ()A.FN的最小值為3NB.FN的最大值為9NC.當(dāng)木板轉(zhuǎn)動60°時,FN是FT大小的三倍D.當(dāng)木板轉(zhuǎn)動30°時,FN與FT大小相等【遷移拓展】1.如圖所示,用OA、OB兩根輕繩將花盆懸于兩豎直墻之間.開始時OB繩水平,現(xiàn)保持O點(diǎn)位置不變,改變OB繩長,使繩右端由B點(diǎn)緩慢上移至B'點(diǎn),此時OB'與OA之間的夾角θ<90°.設(shè)此過程中OA、OB繩的拉力分別為FOA、FOB,則下列說法正確的是()A.FOA一直減小B.FOA先減小后增大C.FOB一直增大D.FOB一直減小2.如圖所示,光滑絕緣圓環(huán)軌道豎直固定,兩個質(zhì)量均為m、帶等量同種電荷的小環(huán)a、b套在圓環(huán)軌道上.小環(huán)a固定在軌道最低點(diǎn),初始時b處于靜止?fàn)顟B(tài),a、b之間距離為l(l小于軌道直徑的長度).小環(huán)b緩慢漏電,自圖示位置開始緩慢下滑,則 ()A.小環(huán)b對軌道的壓力可能先指向圓心,后背離圓心B.小環(huán)b對軌道的壓力大小始終不變C.兩小環(huán)之間的庫侖力先增大后減小D.當(dāng)小環(huán)b的電荷量減為初始電荷量的一半時,a、b之間的距離也減半?yún)⒖即鸢概c詳細(xì)解析第1講物體的平衡題型1例1D[解析]對A、B整體受力分析,如圖甲所示,根據(jù)平衡條件可知Fa=2mg=1N;對B球受力分析,設(shè)Fb與水平方向夾角為α,如圖乙所示,根據(jù)平衡條件可知Fbcosα=mgcos30°,Fbsinα=Fa-mg-mgsin30°,聯(lián)立解得α=30°,Fb=mg=0.5N,選項(xiàng)D正確.甲乙例2A[解析]假設(shè)小球C帶負(fù)電,相鄰兩小球間距為L,對小球C受力分析如圖甲所示,根據(jù)庫侖定律有FBC=kq0qCL2,FAC=kq0qC4L2,顯然小球C無法處于靜止,因此小球C應(yīng)該帶正電,根據(jù)平衡條件得kq0qCL2=kq0qC4L2+Mgsinα,則3kq0qC4L2=Mgsinα,對B球受力分析如圖乙所示,根據(jù)平衡條件得kq02L2=kq0qCL2+Mgsinα,聯(lián)立解得qC=47q0,L=3kq027Mgsinα,選項(xiàng)A正確,D錯誤.A甲乙【遷移拓展】1.B[解析]對石墩受力分析,如圖所示,設(shè)兩根輕繩的拉力均為F,根據(jù)平衡條件,有2Fcosθ=Ff,2Fsinθ+FN=mg,且Ff=μFN,F合=2F,聯(lián)立解得F合=μmgcosθ+μsinθ,選項(xiàng)A錯誤,B正確;F合=μmgcosθ+μsinθ=μmg1+μ2sin(θ+α),其中tanα=1μ,0<α<π2,即α是一個常數(shù),根據(jù)三角函數(shù)知識知,減小夾角θ,sin(θ+α)可能減小,輕繩的合拉力F合可能增大,選項(xiàng)C錯誤;根據(jù)F合的表達(dá)式可知,當(dāng)θ+α=π2時,合拉力最小,而摩擦力Ff=F合cosθ=μmg2.D[解析]對桿和小球整體受力分析,豎直方向上有3Fcos30°=(3m+M)g,解得每根細(xì)線對桿的拉力大小為F=239(3m+M)g,故A、B錯誤;根據(jù)題意可得,兩個小球間的距離為l=2Rcos30°,所以每個小球受到的庫侖力大小為F庫=2kq2l2cos30°=3kq23R2,故C錯誤;每個小球?qū)U的彈力大小為題型2例3A[解析]對滑輪受力分析如圖甲所示,由于跨過滑輪的繩子兩端拉力大小一定相等,即F1=F2,由幾何關(guān)系可知繩子兩端拉力方向與豎直方向的夾角相等,設(shè)為θ,可知F1=F2=mg2cosθ,如圖乙所示,設(shè)繩長為L,由幾何關(guān)系可知sinθ=dL,其中d為繩子兩端點(diǎn)間的水平距離,輕繩另一端由B點(diǎn)向C點(diǎn)移動過程中,d先變大后不變,因此θ先變大后不變,可知繩中拉力先變大后不變,故例4D[解析]在木板轉(zhuǎn)動過程中,足球的受力如圖所示,根據(jù)正弦定理可得mgsin(90°?α)=FTsinθ=FNsinβ,其中α=30°保持不變,θ由90°逐漸減小到0,β從銳角逐漸增大到鈍角,則sin(90°-α)保持不變,sinθ逐漸減小,sinβ先增大后減小,可知懸繩對足球的拉力FT逐漸減小,木板對足球的支持力FN先增大后減小.初始狀態(tài)時FN最小,為FNmin=mgtanα=33N,A錯誤;當(dāng)木板轉(zhuǎn)動60°時,β=90°,θ=30°,此時FN最大,為FNmax=mgsin60°=63N,此時FT=33N,則FN是FT大小的2倍,B、C錯誤;當(dāng)木板轉(zhuǎn)動30°時,β=60°,θ=60°,FN、FT、mg三力構(gòu)成的矢量三角形為等邊三角形【遷移拓展】1.A[解析]根據(jù)題意,以花盆為研究對象,分析受力,受重力G、繩OA的拉力FOA和繩OB的拉力FOB,根據(jù)平衡條件知,兩根繩子的拉力的合力與重力大小相等、方向相反,作出輕繩OB在不同位置時力的合成圖,如圖所示,由圖可看出,FOA逐漸減小,FOB先減小后增大,當(dāng)θ=90°時,FOB最小,故A正確,B、C、D錯誤.2.B[解析]對小環(huán)b進(jìn)行受力分析,如圖所示,將軌道對小環(huán)的支持力FN和兩小環(huán)之間的庫侖力F平移構(gòu)成矢量三角形,設(shè)圓環(huán)軌道的半徑為R,兩環(huán)之間的距離為l,根據(jù)相似三角形的特點(diǎn)可得mgR=FNR=Fl,解得FN=mg,F=mglR,當(dāng)小環(huán)b緩慢漏電時,從