（新课标）2020版高考物理大二轮复习 专题一 力与运动 第一讲 力与物体的平衡教学案

1 第一讲第一讲 力与物体的平衡力与物体的平衡 答案 1 场力 2 2 接触力 3 按顺序找力 分析场力 如 重力 电场力 磁场力 分析已知外力 3 分析接触力 先分析弹力 后分析摩擦力 4 受力分析的注意事项 只分析受力物体 不分析施力物体 只分析性质力 不分析效果力 如向心力等 只分析外力 不分析内力 分析物体受力时 应关注物体的运动状态 如物体静止 加速与减速 直线与曲线运 动等 5 平衡条件 f合 0 正交分解fx 0 fy 0 6 平衡状态 物体处于静止或匀速直线运动的状态 热点考向一 重力 弹力 摩擦力作用下的平衡问题 典例 多选 2019 全国卷 如图 一粗糙斜面固定在地面上 斜面顶端装有 一光滑定滑轮 一细绳跨过滑轮 其一端悬挂物块n 另一端与斜面上的物块m相连 系 统处于静止状态 现用水平向左的拉力缓慢拉动n 直至悬挂n的细绳与竖直方向成 45 已知m始终保持静止 则在此过程中 a 水平拉力的大小可能保持不变 b m所受细绳的拉力大小一定一直增加 c m所受斜面的摩擦力大小一定一直增加 d m所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加 思路引领 对n进行受力分析 n的重力不变 水平向左的拉力方向不变 可考虑 用图解法分析 解析 对n进行受力分析如图所示 因为n的重力与水平拉力f的合力和细绳的拉 力t是一对平衡力 从图中可以看出水平拉力的大小逐渐增大 细绳的拉力也一直增大 4 选项 a 错误 b 正确 m的质量与n的质量的大小关系不确定 设斜面倾角为 若 mng mmgsin 则m所受斜面的摩擦力大小会一直增大 若mng 要使汽车匀速运动时的牵引力最小 角 应为 a 0 b 30 c 45 d 60 解析 隔离汽车 由平衡条件得水平方向有 f k m0g f1sin f1cos 隔离物体 由平衡条件得水平方向有 f1cos mg f1sin 解得f km0g mg f1 k sin 式中 f1 k 0 则 sin 0 即 0 时 牵引力f最小 临界点 故选项 a 正确 答案 a 2 2019 吉林松原模拟 倾角为 37 的斜面在水平面保持静止 斜面上有一重 为g的物体a 物体a与斜面间的动摩擦因数 0 4 现给a施以一水平力f 如图所 示 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等 sin37 0 6 cos37 0 8 如果物体a能在 斜面上静止 水平力f与g的比值不可能是 18 a 3 b 2 c 1 d 0 5 解析 设物体刚好不下滑时f f1 物体受力如图 1 所示 由平衡条件得 f1cos n1 gsin n1 f1sin gcos 得 f1 g sin cos cos sin sin37 0 5 cos37 cos37 0 5 sin37 2 11 设物体刚好不上滑时f f2 物体受力如图 2 所示 则f2cos n2 gsin n2 f2sin gcos 得 2 即 2 f2 g sin cos cos sin sin37 0 5cos37 cos37 0 5sin37 2 11 f g 所以不可能的是 3 故选 a 19 答案 a 专题强化训练 一 一 选择题 1 2019 河北名校联盟质检 如图所示 光滑的四分之一圆弧轨道ab固定在竖直平 面内 a端与水平面相切 穿在轨道上的小球在拉力f作用下 缓慢地由a向b运动 f始 终沿轨道的切线方向 轨道对球的弹力为n 在运动过程中 a f增大 n减小 b f减小 n减小 c f增大 n增大 d f减小 n增大 解析 由题意知 小球在由a运动到b的过程中始终处于平衡状态 设某一时刻小球运动至 如图所示位置 则对球由平衡条件 得f mgsin n mgcos 在运动过程中 增大 故f增大 n减小 a 项正确 答案 a 2 2019 葫芦岛重点高中期中联考 用右图所示简易装置可以测定水平风速 在水平 地面上竖直固定一直杆 半径为r 质量为m的空心塑料球用细线悬于杆顶端o 当风沿水 20 平方向吹来时 球在风力的作用下飘了起来 已知风力大小与 风速 和 球正对风的截 面积 均成正比 当风速v0 3 m s 时 测得球平衡时细线与竖直方向的夹角 30 则 a 风速v 4 5 m s 时 细线与竖直方向的夹角 45 b 若风速增大到某一值时 细线与竖直方向的夹角 可能等于 90 c 若风速不变 换用半径更大 质量不变的球 则夹角 增大 d 若风速不变 换用半径相等 质量更大的球 则夹角 增大 解析 对小球受力分析如图 由平衡条件可得风力大小f mgtan 而由题意知f sv 又s r2 则 f k r2v k为常数 则有mgtan k r2v 由此可知 当风速由 3 m s 增大到 4 5 m s 时 可得 tan a 错误 因小球所受重力方向竖直向下 而风力方 tan 4 5 tan30 3 3 2 向水平向右 则知细线与水平方向的夹角 不可能等于 90 b 错误 由 mgtan k r2v可知 当v m不变 r增大时 角增大 当v r不变 m增大时 角减小 c 正确 d 错误 答案 c 3 2019 上饶重点高中一模 如图所示 在斜面上等高处 静止着两个相同的质量为 m的物块a和b 两物块之间连接着一个劲度系数为k的轻质弹簧 斜面的倾角为 两物 块和斜面间的动摩擦因数均为 重力加速度为g 则弹簧的最大伸长量是 21 a b mg k mgcos k c d mgsin mgcos k mg 2cos2 sin2 k 解析 物块静止在斜面上 在斜面所在平面内受三个力作用 一个是重力沿斜面向 下的分力mgsin 静摩擦力f fm mgcos 方向不确定 水平方向的弹簧弹力kx 则物块所受静摩擦力f大小等于kx与mgsin 的合力 当静摩擦力最大时有kx 可得x 故 d 正确 f2 m mgsin 2 mg 2cos2 sin2 k 答案 d 4 多选 2019 河北五校联考 如图所示 形状和质量完全相同的两个圆柱体a b 靠在一起 表面光滑 重力为g 其中b的下半部分刚好固定在水平面mn的下方 上边露 出另一半 a静止在水平面上 现过a的轴心施加一水平作用力f 可缓慢地将a拉离水平 面一直滑到b的顶端 对该过程分析 则应有 a 拉力f先增大后减小 最大值是g b 开始时拉力f最大为g 以后逐渐减小为 0 3 c a b间的压力开始最大为 2g 而后逐渐减小到g d a b间的压力由 0 逐渐增大 最大为g 解析 要把a拉离水平面 在刚拉离时水平面mn对a的支持力应为零 因此对a受 力分析如图甲所示 则 sin 所以 30 拉力f g 当a逐渐 r 2r 1 2 g tan30 3 上移时用图解法分析可知f逐渐减小至零 如图乙所示 在开始时 a b间的压力fn 2g 以后逐渐减小至g 因此选项 b c 正确 a d 错误 g sin30 22 答案 bc 5 2019 河北五校联考 如图所示 质量为m的半圆形框架竖直放置在粗糙的水平地 面上 质量为m的光滑小球p在水平外力f的作用下处于静止状态 p与圆心o的连线与 水平面的夹角为 将力f在竖直面内沿顺时针方向缓慢地转过 90 框架与小球始终保 持静止状态 在此过程中下列说法正确的是 a 框架对小球的支持力一直减小 b 力f的最小值为mgsin c 地面对框架的摩擦力先减小后增大 d 框架对地面的压力一直增大 解析 用图解法求解 对小球受力分析如图所示 力f顺时针转过 90 的过程中 先减小后增大 最小值为 mgcos 框架对小球的支持力fn一直减小 a 正确 b 错误 以框架为研究对象 由平衡 条件得地面对框架的摩擦力大小等于fncos 随fn减小 fncos 减小 c 错误 框架对 地面的压力等于mg fnsin 随fn的减小而减小 d 错误 23 答案 a 6 2019 河北五校联考 如图所示 一个半球形的碗放在桌面上 碗口水平 o点为 其球心 碗的内表面及碗口是光滑的 一根细线跨在碗口上 线的两端分别系有质量为m1 和m2的小球 当它们处于平衡状态时 质量为m1的小球与o点的连线与水平线的夹角为 90 质量为m2的小球位于水平地面上 设此时质量为m2的小球对地面的压力大小为 fn 细线的拉力大小为ft 则 a fn m2 m1 gb fn m2g c ft m1gd ft g 2 2 m2 2 2 m1 解析 分析小球 m1 的受力情况 由物体的平衡条件可得 线的拉力ft 0 故 c d 均错误 分析小球 m2 的受力情况 由平衡条件可得fn fn m2g 故 a 错误 b 正 确 答案 b 7 2019 宝鸡质检 如右图所示 轻杆a端用铰链固定 滑轮在a点正上方 滑轮大 小及摩擦均可不计 轻杆b端吊一重物 现将轻绳的一端拴在杆的b端 用拉力f将b端 缓慢上拉 均未断 在轻杆达到竖直前 以下分析正确的是 a 轻绳的拉力越来越大 b 轻绳的拉力越来越小 c 轻杆的弹力越来越大 d 轻杆的弹力越来越小 解析 以b点为研究对象 24 它受三个力的作用而处于动态平衡状态 其中一个是轻杆的弹力f 一个是轻绳斜向 上的拉力t 一个是轻绳竖直向下的拉力f 大小等于重物所受的重力 如图所示 根据 相似三角形法 可得 由于oa和ab不变 ob逐渐减小 因此轻杆的弹力大 f oa f ab t ob 小不变 而轻绳的拉力越来越小 故选项 b 正确 a c d 错误 答案 b 8 2019 山西六校联考 如图 在光滑绝缘水平面上 三个带电小球a b和c分别 位于边长为l的正三角形的三个顶点上 a b带正电 电荷量均为q c带负电 整个系 统置于方向水平的匀强电场中 已知静电力常量为k 若三个小球均处于静止状态 则匀强 电场场强的大小为 a b c d 3kq 3l2 3kq l2 3kq l2 2 3kq l2 解析 带电小球a b在c球位置处的场强大小均为ea 方向如图所示 根据平行四边 kq l2 形定则 其合电场强度大小为eab 该电场应与外加的匀强电场e等大反向 即e 3kq l2 25 b 项正确 3kq l2 答案 b 9 2019 池州二模 如图所示 在倾角为 37 的斜面上 固定一平行金属导轨 现在导轨上垂直导轨放置一质量m 0 4 kg 的金属棒ab 它与导轨间的动摩擦因数为 0 5 整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中 导轨接电源e 若最大静摩擦力等于 滑动摩擦力 g取 10 m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 滑动变阻器的阻值符合要求 现闭合开关 s 要保持金属棒ab在导轨上静止不动 则 a 金属棒所受安培力的方向水平向左 b 金属棒所受到的摩擦力方向一定沿平行斜面向上 c 金属棒所受安培力的取值范围是 n f 8 n 8 11 d 金属棒受到的安培力的最大值为 16 n 解析 由左手定则可以判断金属棒所受安培力的方向水平向右 故选项 a 错误 当 金属棒刚好不向上运动时 金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力 方向平行斜面向下 设 金属棒受到的安培力大小为f1 其受力分析如图甲所示 则由平衡条件得 fn f1sin mgcos f1cos mgsin fmax fmax fn 联立解得f1 8 n 当金属 棒刚好不向下运动时 设金属棒受到的安培力大小为f2 其受力分析如图乙所示 则由平 衡条件得fn f2sin mgcos f2cos fmax mgsin fmax fn 联立解 得f2 n 所以金属棒受到的安培力的取值范围为 n f 8 n 故选项 c 正确 b d 8 11 8 11 错误 26 答案 c 10 多选 2019 辽宁五校联考 如图所示 在半径为r的光滑半球形碗的最低点p 处固定两原长相同的轻质弹簧 弹簧的另一端与质量均为m的两小球相连 当两小球分别 在a b两点静止不动时 oa ob与op之间的夹角满足 已知弹簧不弯曲且始终在 弹性限度内 则下列说法正确的是 a 静止在b点的小球对碗内壁的压力较小 b 两小球对碗内壁的压力一样大 c 静止在a点的小球受到弹簧的弹力较大 d p b之间弹簧的劲度系数比a p之间的弹簧的劲度系数大 解析 两小球在a b两点的受力分析如图所示 设碗内壁对小球的支持力分别为f1 f2 弹簧对小球的弹力分别为fa fb 对a点的 小球 由力的矢量三角形与几何三角形相似可得 同理对b点的小球有 f1 r mg r fa xap 可得f1 f2 由牛顿第三定律可知 两小球对碗内壁的压力一样大 选项 a f2 r mg r fb xbp 错误 b 正确 又有 因为 xap fb fa 选项 c 错误 因两弹簧 fa xap fb xbp 原长相等 xbp xap 所以b p间的弹簧压缩量xb小于a p间弹簧压缩量xa 又fa fb 27 由胡克定律可知 b p间弹簧的劲度系数kb大于a p间弹簧的劲度系数ka 选项 d 正 确 答案 bd 二 非选择题 11 2019 江西红色七校联考 如图所示 倾角为 37 的两根平行长直金属导轨 的间距为d 其底端接有阻值为r的电阻 整个装置处在垂直两导轨所在斜面向上 磁感 应强度大小为b的匀强磁场中 质量均为m 质量分布均匀 电阻均为r的导体杆ab cd 垂直于导轨放置 且与两导轨保持良好接触 两导体杆与导轨间的动摩擦因数均为 0 5 现杆ab在恒力f作用下沿导轨向上做匀速运动 杆cd能保持静止状态 导轨电 阻不计 重力加速度大小为g 求杆ab的速度大小 解析 导体杆ab以速度v运动 切割磁感线产生感应电动势 则有 e bdv 根据闭合电路欧姆定律 有e i r r 2 导体杆