2014年高考物理二轮复习 共点力的平衡（含答案解析）

1 20142014 年高考二轮复习专题训练之共点力的平衡年高考二轮复习专题训练之共点力的平衡 1 滑滑梯是小孩子很喜欢的娱乐活动 如图 1 所示 一个小孩正在滑梯上匀速下滑 则 A 小孩所受的重力与小孩所受的弹力大小相等 B 小孩所受的重力与小孩所受的摩擦力大小相等 图 1 C 小孩所受的弹力和摩擦力的合力与小孩所受的重力大小相等 D 小孩所受的重力和弹力的合力与小孩所受的摩擦力大小相等 2 如图 2 所示 100 个大小相同 质量均为m且光滑的小球 静 止放置于L形光滑木板上 木板斜面AB与水平面的夹角为 30 则第 2 个小球对第 3 个小球的作用力大小为 A B 48mg 图 2 mg 2 C 49mg D 98mg 3 将四块相同的坚固石块垒成圆弧形的石拱 其中第 3 4 块固定在地基上 第 1 2 块间的接触面是竖直的 每块石块的两个侧面间所夹的圆心角均为 30 假定石块间的摩擦 力可以忽略不计 则第 1 2 块石块间的作用力F1和第 1 3 块石块间的作用力F2的大小之 比为 图 3 A 1 2 B 2 3 C 3 D 1 33 4 如图 在场强为 E 匀强电场中有一个质量为 m 的带正电小球A 悬挂在绝缘细线上 当小球 静止时 细线与竖直方向成 300角 己知此电场方向恰使小球受到的电场力最小 则小球所 带的电量应为 A B C D 2 答案 D 解析 试题分析 小球受到三个力作用 重力 mg 电场力 F 和细线的拉力 T 根据平衡条件得知 F 和 T 的合力与重力 mg 大小相等 方向相反 作出电场力在三种不同方向下合成图如图 可 以看出 当电场力 F 与细线的拉力 T 垂直时 电场力最小 由图求出电场力的最小值为 又得 故选 D 考点 电场强度 力的合成与分解的运用 共点力平衡的条件及其应用 点评 本题与动态平衡问题类似 采用图解法分析极值的条件 也可以运用函数法分析 5 如图 在场强为 E 匀强电场中有一个质量为 m 的带正电小球 A 悬挂在绝缘细线上 当小 球静止时 细线与竖直方向成 300角 己知此电场方向恰使小球受到的电场力最小 则小球 所带的电量应为 A B C D 答案 D 解析 试题分析 小球受到三个力作用 重力 mg 电场力 F 和细线的拉力 T 根据平衡条件得知 F 和 T 的合力与重力 mg 大小相等 方向相反 作出电场力在三种不同方向下合成图如图 可 以看出 当电场力 F 与细线的拉力 T 垂直时 电场力最小 由图求出电场力的最小值为 3 又得 故选 D 考点 电场强度 力的合成与分解的运用 共点力平衡的条件及其应用 点评 本题与动态平衡问题类似 采用图解法分析极值的条件 也可以运用函数法分析 6 如下图所示 重物 A B 叠放在水平桌面上 质量分别为 m1 m2 m3的物体分别通过细线 跨过定滑轮水平系在重物 A B 上 已知m1 m2 m3 A B 保持静止 现将 m3解下放在物体 A 的上方 发现 A B 仍处于静止 关于 A B 间的摩擦力 f1 和 B 与桌面的摩擦力 f2的变化情 况 下列说法中正确的是 A 变大 不变 B 变大 变大 C 变小 不变 D 变小 变大 答案 D 解析 试题分析 对于重物 A 受水平向左的拉力和静摩擦力 处于平衡 放到重物A上时 一定变小 对于重物 B 开始时受到水平向右的拉力大小为 A 给的水平向左的静摩擦力大小为 4 由于 故桌面可定要给 B 一个水平向左的静摩擦力 此 时有 当放到重物A上时 减小 故变大 故选 D 考点 考查了共点力平衡和静摩擦力 点评 本题的关键是先判断的变化 然后根据 B 的受力情况和力的平衡判断的变化 7 如图所示 石拱桥的正中央有一质量为 m 的对称楔形石块 侧面与竖直方 向的夹角为 重力加速度为 g 若接触面间的摩擦力忽略不计 则石块侧 面所受弹力的大小为 A B mg 2sin mg 2cos C D 1 mgtan 2 1 mgcot 2 8 如图所示 用细绳系住放在倾角为 的光滑斜面上的球 当细绳由水平方向缓慢向上偏 移至竖直方向的过程中 细绳上的拉力将 A 逐渐增大B 逐渐减小 C 先增大后减小D 先减小后增大 9 质量为 m 的金属导体棒置于倾角为的导轨上 棒与导轨间的动摩擦因数为 当导体棒 通以垂直纸面向里的电流时 恰能在导轨上静止 如图所示的四个图中 标出了四种可能的 匀强磁场方向 其中导体棒与导轨间的摩擦力可能为零的是 答案 ACD 解析 试题分析 杆子受重力 竖直向上的安培力 若重力与安培力相等 则二力平衡 不受摩擦 力 故 A 正确 杆子受重力 垂直向下的安培力 垂直向上的支持力 若无摩擦力 不能平 5 衡 故 B 错误 杆子受重力 水平向右的安培力和斜面的支持力 若三个力平衡 则不受摩 擦力 故 C 正确 杆子受重力 沿斜面向右的安培力和斜面的支持力 若三个力平衡 则不 受摩擦力 故 D 正确 故选 ACD 考点 安培力 力的合成与分解的运用 共点力平衡的条件及其应用 点评 解决本题的关键掌握安培力的方向判定 以及能正确地进行受力分析 根据受力平衡 判断杆子是否受摩擦力 10 如图所示 清洗楼房光滑玻璃的工人常用一根绳索将自己悬在空中 工人及其装备的总重 量为 G 且视为质点 悬绳与竖直墙壁的夹角为 悬绳对工人的拉力大小为 F1 墙壁对工人的 弹力大小为 F2 则 A F1 G sin B F2 G tan C 若工人缓慢下移 增加悬绳的长度 则 F1与 F2的合力变大 D 若工人缓慢下移 增加悬绳的长度 则 F1减小 F2增大 答案 B 解析 试题分析 工人受到重力 支持力和拉力 如图所示 A 根据共点力平衡条件 有 错误 B 根据共点力平衡条件 有 正确 6 C 根据共点力平衡条件可知 与的合力与重力平衡 当工人缓慢下移时 与的 合力保持不变 错误 D 当工人缓慢下移时 细绳与竖直方向的夹角 变小 故变小 变小 错误 故选 B 考点 共点力平衡的条件及其应用 点评 本题关键是工人受力平衡 当工人下移时 细绳与竖直方向的夹角变小 根据共点力 平衡条件 由几何关系得到与的表达式 再讨论变化情况 11 蹦床可简化为如图所示 完全相同的网绳构成正方形 O a b c 等为网绳的结点 当 网水平张紧时 若质量为 m 的运动员从高处竖直落下 并恰好落在 O 点 当该处下凹至最低 点时 网绳 aOe cOg 均成 120 向上的张角 此时 O 点受到的向下的作用力为 F 则这时 O 点周围每根网绳的拉力的大小为 A F 4B F 2 C F mg 4D F mg 2 答案 B 解析 试题分析 因为网绳完全相同 并且构成的是正方形 O 点到最低是 aoe goc 所成的角度是 120 度 所以 且 Fa 与 Fe 的合力为 7 同理 Fg 与 Fc 的合力也是 所以选项 ACD 错误 B 正确 故选 B 考点 考查了共点力平衡条件的应用 点评 本题只要对 O 点进行受力分析 做出受力分析图 并利用共点力作用下物体平衡的条 件就可求解 12 如图所示 两根等长的轻绳将日光灯悬挂在天花板上 两绳与竖直方向的夹角均为 45 日光灯保持水平 所受重力为 G 左右两绳的拉力大小分别为 A G 和 GB 和 C 和D 和 答案 B 解析 试题分析 以物体为研究对象 受到绳子的拉力 和重力作用 共三个力作用 合力为零 所以根据力的矢量三角形可得 故 D 正确 考点 考查了共点力平衡条件的应用 点评 关键是对物体受力分析 然后结合矢量三角形分析解题 13 如图所示 重 80 N 的物体 A 放在倾角为 30 的粗糙斜面上 有一根原长为 10 cm 劲度 系数为 1000 N m 的弹簧 其一端固定在斜面底端 另一端放置物体 A 后 弹簧长度缩短为 8 8 cm 现用一测力计沿斜面向上拉物体 若物体与斜面间最大静摩擦力为 25 N 当弹簧的长度 仍为 8 cm 时 测力计读数可能为 A 10 NB 20 NC 40 ND 60 N 答案 ABC 解析 试题分析 设物体与斜面的静摩擦力沿斜面向上 由平衡条件得 可得 F 由 0 逐渐增大 逐渐减小 当时 F 为 20 N 故 A B 均 可能 当 Ff沿斜面向下时 有 随 F 增大 Ff也逐 渐增大 直到 此时 当 滑块就沿斜面滑动 故测力计的 读数不可能为 60 N 故选 ABC 14 拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具 如图 12 设拖把头的质量为m 拖杆质量 可忽略 拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数 重力加速度为g 某同学用该拖把在水 平地板上拖地时 沿拖杆方向推拖把 拖杆与竖直方向的夹角为 1 若拖把头在地板上匀速移动 求推拖把的力的大小 图 12 2 设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力 的比值为 已知存在一临界角 0 若 0 则不管沿拖杆方向的推力多大 都不可能 使拖把从静止开始运动 求这一临界角的正切 tan 0 答案 1 2 2 4N 37 3 解析 试题分析 1 B 球水平方向合力为零 2 两球及细线最后位置如图所示 9 T 2mg 2 0 12 10N 2 4N 37 3 A 球克服电场力做功 A 球的电势能增加了 考点 共点力作用下物体平衡 点评 1 要知道 A B 间细线恰好伸直 的意思是绳子此时伸直但没有拉力 2 会画 出 PA 之间的线烧断后两球和绳子的位置状态和受力情况 3 能算出 A 球相对原位置的水 平位移 15 如图所示 两个带电小球 可视为质点 固定在轻质绝缘等腰直角三角形框架 OAB 的两 个端点 A B 上 整个装置可以绕过 O 点且垂直于纸面的水平轴在竖直平面内自由转动 直角 三角形的直角边长为L 质量分别为mA 3m mB m 电荷量分别为QA q QB q 重力加 速度为g 1 若施加竖直向上的匀强电场E 使框架 OB 边水平 OA 边竖直并保持静止状态 则电场 强度E多大 2 若将匀强电场方向改为与原电场方向相反 保持E的大小不变 则框架 OAB 在接下来 的运动过程中 带电小球 A 的最大动能EkA为多少 10 3 在 2 中 设以 O 点为零势能位 则框架 OAB 在运动过程中 A B 小球电势能之和的 最小值E 为多少 答案 1 E mg q 2 3 mgL 解析 试题分析 1 以 O 为支点 根据三角架力矩平衡 M顺 M逆 mgL qEL 1 分 求得E mg q 2 分 2 设 OA 边与竖直方向成a 根据力矩平衡找出动能最大位置 M顺 M逆 3mgLsina mgLcosa qELcosa qELsina 1 分 求得 OA 杆与竖直方向夹角a 45 时 A 球动能最大 1 分 根据系统动能定理W合 EK 3mgL 1 cos45 mgLsin45 qEL sin45 qEL 1 cos45 2mv2 1 分 求得 A 球最大速度v 1 分 得到 A 球动能EKA 2 分 3 设 OA 边与竖直方向成a 根据系统动能定理 3mgL 1 cosa mgLsina qELsina qEL 1 cosa 0 1 分 求得a 90 时系统速度为零 不能再继续转过去了 由于该过程电场力一直做正功 A B 小球电势能之和一直减小 所以此处 A B 小球电势能 之和最小 2 分 E qEL mgL 2 分 考点 考查了带电物体在电场中的运动 点评 带电粒子在电场中的运动 综合了静电场和力学的知识 分析方法和力学的分析方法 基本相同 先分析受力情况再分析运动状态和运动过程 平衡 加速 减速 直线或曲线 然后选用恰当的规律解题 解决这类问题的基本方法有两种 第一种利用力和运动的观点 选用牛顿第二定律和运动学公式求解 第二种利用能量转化的观点 选用动能定理和功能关 系求解 16 如图所示 斜面倾角为 一质量为的木块恰能沿斜面匀速下滑 若用一水 11 平恒力 F 作用于木块上 使之沿斜面向上做匀速运动 求此恒力 F 的大小 答案 240N 解析 试题分析 设物体与斜面间的动摩擦因数为 第一次匀速下滑 受力分析如图所示 则 第二次在水平恒力的作用下匀速向上运动 受力分析如图 则 解得 考点 共点力平衡 点评 本题要注意 第二种情况下摩擦力不再是了 滑块对斜面的压力变了 17 如图所示 光滑金属球的质量G 40N 它的左侧紧靠竖直的墙壁 右侧置于倾角 37