2025年高考物理復(fù)習(xí)八：共點(diǎn)力平衡（含解析）

PAGE八共點(diǎn)力平衡(40分鐘70分)【基礎(chǔ)鞏固練】1.(6分)(2023·邯鄲模擬)如圖所示,有P、N兩塊質(zhì)量相同的物塊,在物塊P上施加一沿水平方向的外力F,使它們疊放在豎直面上且處于靜止?fàn)顟B(tài),下列說法正確的是()A.物塊P一定受到4個力的作用B.物塊P一定受到3個力的作用C.物塊N一定受到4個力的作用D.物塊N可能受到6個力的作用2.(6分)(2023·浙江6月選考)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(diǎn),∠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,Fb=0.4GB.Fa=0.4G,Fb=0.6GC.Fa=0.8G,Fb=0.6GD.Fa=0.6G,Fb=0.8G3.(6分)(傳統(tǒng)建筑)(2023·茂名模擬)如圖甲所示,用瓦片做屋頂是我國建筑的特色之一、鋪設(shè)瓦片時,屋頂結(jié)構(gòu)可簡化為圖乙所示,建筑工人將瓦片輕放在兩根相互平行的檁條正中間。已知檁條與水平面夾角均為θ,瓦片質(zhì)量為m,檁條間距離為d,重力加速度為g,若瓦片能靜止在檁條上,下列說法正確的是()A.瓦片共受到4個力的作用B.檁條對瓦片的作用力方向垂直檁條向上C.減小檁條的傾斜角度θ時,瓦片與檁條間的摩擦力變大D.增大檁條間的距離d時,兩根檁條對瓦片的彈力都增大4.(6分)(體育運(yùn)動)“一字馬”是自由體操、健美操等體育運(yùn)動的基本動作之一,指的是運(yùn)動員將兩腿沿左右方向最大限度地分開的動作。運(yùn)動員在水平地面上做“一字馬”動作的過程中,初始時靜止在圖甲所示高度,下壓腿后靜止在圖乙所示高度,對于甲、乙兩圖,下列說法正確的是()A.甲圖中,單腳對地面的壓力較大B.乙圖中,單腳對地面的摩擦力較大C.人腳受到的摩擦力是滑動摩擦力D.地面對人的支持力是由于腳的形變產(chǎn)生的5.(6分)(科技前沿)被譽(yù)為“中國天眼”的射電天文望遠(yuǎn)鏡(FAST)如圖所示,質(zhì)量為3×104kg的饋源艙用對稱的六索六塔裝置懸吊在球面鏡正上方,相鄰塔頂?shù)乃骄嚯x為300m,每根連接塔頂和饋源艙的繩索長600m,不計(jì)繩索重力,則每根繩索承受的拉力大約為()A.4×105N B.6×104NC.1×105N D.3×104N6.(6分)(2022·湖南選擇考)2022年北京冬奧會跳臺滑雪空中技巧比賽場地邊,有一根系有飄帶的風(fēng)力指示桿,教練員根據(jù)飄帶的形態(tài)提示運(yùn)動員現(xiàn)場風(fēng)力的情況。若飄帶可視為粗細(xì)一致的勻質(zhì)長繩,其所處范圍內(nèi)風(fēng)速水平向右、大小恒定且不隨高度改變。當(dāng)飄帶穩(wěn)定時,飄帶實(shí)際形態(tài)最接近的是()【加固訓(xùn)練】如圖所示,佩戴口罩時,將口罩帶看作遵循胡克定律的彈性輕繩,勁度系數(shù)為k,每只耳朵受到口罩帶的作用力為F,AB和CD兩段口罩帶與水平方向夾角分別為15°和75°,設(shè)同側(cè)口罩帶涉及的作用力均在同一平面內(nèi),不計(jì)摩擦,求:(1)單側(cè)口罩帶上的彈力大小;(2)單側(cè)口罩帶的伸長量?！揪C合應(yīng)用練】7.(6分)如圖所示,地面上固定一個斜面,上面疊放著A、B兩個物塊并均處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)對物塊A施加一斜向上的力F,A、B兩個物塊始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。則物塊B的受力個數(shù)可能是()A.3個或4個 B.4個或5個C.3個或5個 D.5個或6個8.(6分)(2022·浙江6月選考)如圖所示,一輕質(zhì)曬衣架靜置于水平地面上,水平橫桿與四根相同的斜桿垂直,兩斜桿夾角θ=60°。一重為G的物體懸掛在橫桿中點(diǎn),則每根斜桿受到地面的()A.作用力為33G B.作用力為3C.摩擦力為34G D.摩擦力為39.(6分)(多選)(2023·吉林模擬)如圖所示,穿過光滑動滑輪的輕繩兩端分別固定在M、N兩點(diǎn),質(zhì)量為m的物塊通過輕繩拴接在動滑輪的軸上,給物塊施加一個水平向左的拉力F,系統(tǒng)靜止平衡時,滑輪到固定點(diǎn)M、N的兩部分輕繩與水平方向的夾角分別為53°和37°,滑輪質(zhì)量忽略不計(jì),重力加速度為g,sin37°=0.6,sin53°=0.8。下列說法正確的是()A.跨過滑輪的輕繩中的張力大小為5B.作用在物塊上的水平拉力大小為mgC.物塊與滑輪間的輕繩中的張力大小為10D.物塊與滑輪間的輕繩與豎直方向夾角的正切值為310.(10分)(2023·長治模擬)如圖所示,傾角為θ=30°的斜面體放在粗糙的水平面上,細(xì)線一端連接一質(zhì)量為m的物塊,另一端繞過斜面上方定滑輪拉著物塊靜止在斜面體上?，F(xiàn)拉動細(xì)線使物塊沿斜面體向上緩慢移動,斜面體始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知物塊與斜面體間的動摩擦因數(shù)為0.5,重力加速度為g。求當(dāng)細(xì)線與斜面間的夾角α=30°時:(1)細(xì)線上的拉力大小;(2)水平面對斜面體的摩擦力大小?！炯庸逃?xùn)練】如圖,質(zhì)量M=1kg的木塊套在水平固定桿上,并用輕繩與質(zhì)量m=0.5kg的小球相連。今用跟水平方向成60°角的力F=53N拉著小球并帶動木塊一起向右勻速運(yùn)動,運(yùn)動中木塊、小球的相對位置保持不變,g取10m/s2。在運(yùn)動過程中,求:(1)輕繩的拉力FT的大小;(2)木塊M與水平桿間的動摩擦因數(shù)μ?！厩榫硠?chuàng)新練】11.(6分)(2023·保定模擬)如圖甲,萬家燈火,離不開這些高空電纜,電纜在鐵塔之間懸成的曲線叫懸鏈線。簡化如圖乙,把兩個鐵塔之間的電線平分成兩段,看成兩個質(zhì)點(diǎn)A和C,電線上的結(jié)冰認(rèn)為是質(zhì)點(diǎn)B,它們之間看成不可伸長的輕繩。已知懸點(diǎn)P、Q連線水平,PA=AB=BC=CQ,PA和水平線夾角為45°,AB和水平線夾角為30°,A、C的質(zhì)量為m1,重力加速度為g。(1)求質(zhì)點(diǎn)B的質(zhì)量m2是質(zhì)點(diǎn)A的質(zhì)量的多少倍。(2)除掉結(jié)冰,求PA段繩對A的拉力多大?解析版1.(6分)(2023·邯鄲模擬)如圖所示,有P、N兩塊質(zhì)量相同的物塊,在物塊P上施加一沿水平方向的外力F,使它們疊放在豎直面上且處于靜止?fàn)顟B(tài),下列說法正確的是()A.物塊P一定受到4個力的作用B.物塊P一定受到3個力的作用C.物塊N一定受到4個力的作用D.物塊N可能受到6個力的作用【解析】選A。如果P、N之間沒有摩擦力,則物塊P不能平衡,所以N對P有向左下的壓力和沿著接觸面向左上的摩擦力,此外P還受到重力和外力F,所以物塊P一定受到4個力的作用,故A正確,B錯誤;對整體分析可知,墻對N有向上的摩擦力,大小等于兩者的重力之和。對物塊N受力分析,受到重力、墻對N的支持力、墻對N的摩擦力、P對N的支持力、P對N的摩擦力,所以物塊N一定受到5個力的作用,故C、D錯誤。2.(6分)(2023·浙江6月選考)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(diǎn),∠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,Fb=0.4GB.Fa=0.4G,Fb=0.6GC.Fa=0.8G,Fb=0.6GD.Fa=0.6G,Fb=0.8G【解析】選D。對圓柱體受力分析,如圖:由幾何關(guān)系得:Fa=Gsin37°=0.6G,Fb=Gcos37°=0.8G,故A、B、C錯誤,D正確。3.(6分)(傳統(tǒng)建筑)(2023·茂名模擬)如圖甲所示,用瓦片做屋頂是我國建筑的特色之一、鋪設(shè)瓦片時,屋頂結(jié)構(gòu)可簡化為圖乙所示,建筑工人將瓦片輕放在兩根相互平行的檁條正中間。已知檁條與水平面夾角均為θ,瓦片質(zhì)量為m,檁條間距離為d,重力加速度為g,若瓦片能靜止在檁條上,下列說法正確的是()A.瓦片共受到4個力的作用B.檁條對瓦片的作用力方向垂直檁條向上C.減小檁條的傾斜角度θ時,瓦片與檁條間的摩擦力變大D.增大檁條間的距離d時,兩根檁條對瓦片的彈力都增大【解析】選D。瓦片受重力,兩側(cè)的支持力和摩擦力,共5個力,A錯誤;檁條對瓦片的作用力應(yīng)為支持力與摩擦力的合力,方向豎直向上,B錯誤;摩擦力等于mgsinθ,減小檁條的傾斜角度θ時,摩擦力減小,C錯誤;檁條對瓦片的兩個彈力等大,合力等于mgcosθ,當(dāng)增大檁條間的距離d時,兩彈力夾角增大,則兩彈力增大,D正確。4.(6分)(體育運(yùn)動)“一字馬”是自由體操、健美操等體育運(yùn)動的基本動作之一,指的是運(yùn)動員將兩腿沿左右方向最大限度地分開的動作。運(yùn)動員在水平地面上做“一字馬”動作的過程中,初始時靜止在圖甲所示高度,下壓腿后靜止在圖乙所示高度,對于甲、乙兩圖,下列說法正確的是()A.甲圖中,單腳對地面的壓力較大B.乙圖中,單腳對地面的摩擦力較大C.人腳受到的摩擦力是滑動摩擦力D.地面對人的支持力是由于腳的形變產(chǎn)生的【解析】選B。根據(jù)力的平衡條件,兩腿與豎直方向的夾角變大,單腳受到地面的支持力保持為12mg5.(6分)(科技前沿)被譽(yù)為“中國天眼”的射電天文望遠(yuǎn)鏡(FAST)如圖所示,質(zhì)量為3×104kg的饋源艙用對稱的六索六塔裝置懸吊在球面鏡正上方,相鄰塔頂?shù)乃骄嚯x為300m,每根連接塔頂和饋源艙的繩索長600m,不計(jì)繩索重力,則每根繩索承受的拉力大約為()A.4×105N B.6×104NC.1×105N D.3×104N【解析】選B。將各塔頂連接起來,得到正六邊形,由幾何關(guān)系可得饋源艙到塔頂?shù)乃骄嚯x等于相鄰塔頂?shù)乃骄嚯x300m,則可知每根繩索與豎直方向的夾角為30°,由平衡條件可得6Fcos30°=mg,解得F=mg6cos30°≈6×106.(6分)(2022·湖南選擇考)2022年北京冬奧會跳臺滑雪空中技巧比賽場地邊,有一根系有飄帶的風(fēng)力指示桿,教練員根據(jù)飄帶的形態(tài)提示運(yùn)動員現(xiàn)場風(fēng)力的情況。若飄帶可視為粗細(xì)一致的勻質(zhì)長繩,其所處范圍內(nèi)風(fēng)速水平向右、大小恒定且不隨高度改變。當(dāng)飄帶穩(wěn)定時,飄帶實(shí)際形態(tài)最接近的是()【解析】選A。設(shè)飄帶的單位長度質(zhì)量為m0,單位長度所受風(fēng)力為F0,從底端取飄帶上任意長度為x,G=m0gx,F=F0x,則重力與風(fēng)力的合力與豎直方向的夾角滿足tanθ=FG=F【加固訓(xùn)練】如圖所示,佩戴口罩時,將口罩帶看作遵循胡克定律的彈性輕繩,勁度系數(shù)為k,每只耳朵受到口罩帶的作用力為F,AB和CD兩段口罩帶與水平方向夾角分別為15°和75°,設(shè)同側(cè)口罩帶涉及的作用力均在同一平面內(nèi),不計(jì)摩擦,求:(1)單側(cè)口罩帶上的彈力大小;答案:(1)33【解析】(1)由于同一根口罩帶上彈力相等,受力分析如圖所示根據(jù)幾何關(guān)系有F=2Tcos30°解得T=33(2)單側(cè)口罩帶的伸長量。答案:(2)3【解析】(2)根據(jù)胡克定律有T=kx解得x=3【綜合應(yīng)用練】7.(6分)如圖所示,地面上固定一個斜面,上面疊放著A、B兩個物塊并均處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)對物塊A施加一斜向上的力F,A、B兩個物塊始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。則物塊B的受力個數(shù)可能是()A.3個或4個 B.4個或5個C.3個或5個 D.5個或6個【解析】選B。先對A、B整體受力分析,受重力、拉力、支持力,當(dāng)F≠(mA+mB)gsinθ時可能受靜摩擦力,也可能當(dāng)F=(mA+mB)gsinθ時不受靜摩擦力;然后對A受力分析,A受重力、拉力、B對A的支持力、B對A的摩擦力,處于平衡狀態(tài)。對B受力分析,B受重力、A對B的壓力、斜面對B的支持力、A對B的摩擦力,斜面對B可能有靜摩擦力、也可能沒有靜摩擦力;則B受4個力或5個力。選項(xiàng)B正確。8.(6分)(2022·浙江6月選考)如圖所示,一輕質(zhì)曬衣架靜置于水平地面上,水平橫桿與四根相同的斜桿垂直,兩斜桿夾角θ=60°。一重為G的物體懸掛在橫桿中點(diǎn),則每根斜桿受到地面的()A.作用力為33G B.作用力為3C.摩擦力為34G D.摩擦力為3【解析】選B。設(shè)斜桿的彈力大小為F,以水平橫桿和重物為整體,豎直方向根據(jù)受力平衡可得4Fcos30°=G,解得F=36G,以其中一根斜桿為研究對象,其受力如圖所示,可知每根斜桿受到地面的作用力應(yīng)與F平衡,即大小為36G,每根斜桿受到地面的摩擦力為f=Fsin30°=39.(6分)(多選)(2023·吉林模擬)如圖所示,穿過光滑動滑輪的輕繩兩端分別固定在M、N兩點(diǎn),質(zhì)量為m的物塊通過輕繩拴接在動滑輪的軸上,給物塊施加一個水平向左的拉力F,系統(tǒng)靜止平衡時,滑輪到固定點(diǎn)M、N的兩部分輕繩與水平方向的夾角分別為53°和37°,滑輪質(zhì)量忽略不計(jì),重力加速度為g,sin37°=0.6,sin53°=0.8。下列說法正確的是()A.跨過滑輪的輕繩中的張力大小為5B.作用在物塊上的水平拉力大小為mgC.物塊與滑輪間的輕繩中的張力大小為10D.物塊與滑輪間的輕繩與豎直方向夾角的正切值為3【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)整體法與隔離法靈活應(yīng)用?？上日w后隔離;(2)正交分解法與合成法靈活應(yīng)用。研究整體時,應(yīng)用正交分解法,研究物塊時,應(yīng)用合成法?！窘馕觥窟xA、B。把動滑輪及物塊看作一個整體,設(shè)跨過滑輪的輕繩上的張力大小為FT,整體在豎直方向上受力平衡,則有FTsin53°+FTsin37°=mg,解得FT=57mg,水平方向上有FTcos53°+FTcos37°=F,求得作用在物塊上的水平拉力大小為F=mg,故A、B正確;隔離物塊進(jìn)行受力分析,則由平衡條件可得物塊與滑輪間的輕繩中的張力大小為FT'=(mg)210.(10分)(2023·長治模擬)如圖所示,傾角為θ=30°的斜面體放在粗糙的水平面上,細(xì)線一端連接一質(zhì)量為m的物塊,另一端繞過斜面上方定滑輪拉著物塊靜止在斜面體上?，F(xiàn)拉動細(xì)線使物塊沿斜面體向上緩慢移動,斜面體始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知物塊與斜面體間的動摩擦因數(shù)為0.5,重力加速度為g。求當(dāng)細(xì)線與斜面間的夾角α=30°時:(1)細(xì)線上的拉力大小;答案:(1)4+33【解析】(1)物塊沿斜面體向上緩慢移動,由平衡條件得Fcosα=mgsinθ+fN+Fsinα=mgcosθf=μN(yùn)解得F=sinθ代入數(shù)據(jù)得F=4+33(2)水平面對斜面體的摩擦力大小。答案:(2)4+33【解析】(2)斜面體始終處于靜止,以斜面體和物塊為研究對象,由平衡條件得f'=Fcos(θ+α)解得f'=sinθ+μcosθcos代入數(shù)據(jù)得f'=4+33【加固訓(xùn)練】如圖,質(zhì)量M=1kg的木塊套在水平固定桿上,并用輕繩與質(zhì)量m=0.5kg的小球相連。今用跟水平方向成60°角的力F=53N拉著小球并帶動木塊一起向右勻速運(yùn)動,運(yùn)動中木塊、小球的相對位置保持不變,g取10m/s2。在運(yùn)動過程中,求:(1)輕繩的拉力FT的大小;答案:(1)5N【解析】(1)小球處于平衡狀態(tài),受到重力、拉力F和輕繩拉力FT,如圖所示以小球?yàn)檠芯繉ο?由平衡條件得:水平方向Fcos60°-FTcosθ=0豎直方向Fsin60°-FTsinθ-mg=0解得θ=30°,FT=5N(2)木塊M與水平桿間的動摩擦因數(shù)μ。答案:(2)3【解析】(2)以木塊、小球整體為研究對象,設(shè)桿對木塊的支持力為FN,由平衡條件得:水