备战2020高考物理3年高考2年模拟1年原创专题2.3物体平衡（含解析）.docx

专题2.3 物体平衡【考纲解读与考频分析】物体平衡为考纲II级考点，是高考命题热点。物体平衡包括静态平衡（速度为零）和非静态平衡（匀速直线运动状态）【高频考点定位】： 静态平衡 非静态平衡考点一：静态平衡【3年真题链接】1. （2019高考理综天津卷）2018年10月23日，港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索（所有钢索均处在同一竖直面内）斜拉桥，其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是（ ）A.增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力B.为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度C.索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下D.为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布【参考答案】C【名师解析】索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，根据力的合成规律，钢索对索塔的合力竖直向下，选项C正确。2（2019高考江苏卷物理2）如图所示，一只气球在风中处于静止状态，风对气球的作用力水平向右细绳与竖直方向的夹角为，绳的拉力为T，则风对气球作用力的大小为（ ）（A） （B） （C）Tsin （D）Tcos【参考答案】C【名师解析】对气球由平衡条件可得，水平方向所受风力F= Tsin,，选项C正确。3. （2018年11月浙江选考物理）小明在观察如图所示的沙子堆积时，发现沙子会自然堆积成圆锥体，且在不断堆积过程中，材料相同的沙子自然堆积成的圆锥体的最大底角都是相同的。小明测出这堆沙子的底部周长为31.4m，利用物理知识测得沙子之间的摩擦因数为0.5，估算出这堆沙子的体积最接近（ ）A. 60m2 B. 200m2 C. 250m2 D. 500m2【参考答案】 A【名师解析】根据这堆沙子的底部周长为31.4m，利用周长公式c=2R，可得圆锥底部半径为R=5m。根据沙子之间的摩擦因数为0.5，由mgsin=mgcos，可得tan=0.5。由tan=h/R可得圆锥体的高h=2.5m，这堆沙子的体积为V=R2h=522.5m3=63m3，选项A正确。4. (2017年4月浙江选考)重型自卸车利用液压装置使车厢缓慢倾斜到一定角度，车厢上的石块就会自动滑下。以下说法正确的是（ ）A在石块下滑前后自卸车与石块整体的重心位置不变B自卸车车厢倾角越大,石块与车厢的动摩擦因数越小C自卸车车厢倾角变大，车厢与石块间的正压力减小D石块开始下滑时.受到的摩擦力大于重力沿斜面方向的分力【参考答案】C【考点】本题主要考察知识点：受力分析的应用【名师解析】在石块下滑前.自卸车与石块整体的重心位置上升.下滑后又下降.故A错误；动摩擦因数是材料间的固有属性.只与材料有关.和倾角无关.故B错误；车厢与石块间的正压力与右块所受重力在垂直斜面方问的分力大小相等所以当车厢倾角变大.正压力减小.故C正确;石块在开始下滑时.受到摩擦力等于重力沿着斜面向下的分力，选项D错误。5（2017年4月浙江选考）重力为G的体操动员在进行自由体操比赛时，有如图所示的比赛动作，当运动员竖直倒立保持静止状态时，两手臂对称支撑，夹角为，则（ ）A当=60时，运动员单手对地的正压力大小为B当=120时，运动员单手对地面的压力大小为GC当不同时，运动员受到的合力不同D当不同时运动员与地面之间的相互作用力不相等【参考答案】A【考点】本题主要考察知识点：受力分析【名师解析】运动员处于静止状态，即平衡状态.每只手都承受自身重力的一半.和角度无关，所以选项A正确BC错误:由牛顿第三定律知两物体间的相互作用力大小永远相等.故选项D错误。【2年模拟再现】1.（2019湖南岳阳二模）如图甲为一种门后挂钩的照片，相邻挂钩之间的距离为7cm，图乙中斜挎包的宽度约为21cm，在斜挎包的质量一定的条件下，为了使悬挂时背包带受力最小，下列措施正确的是（）A. 随意挂在一个钩子上B. 使背包带跨过两个挂钩C. 使背包带跨过三个挂钩D. 使背包带跨过四个挂钩【参考答案】D【名师解析】设悬挂后背包带与竖直方向的夹角为，根据平衡条件可得2Fcos=mg；解得背包带的拉力F=，在斜挎包的质量一定的条件下，为了使悬挂时背包带受力最小，则cos最大，由于相邻挂钩之间的距离为7cm，图乙中斜挎包的宽度约为21cm，故使背包带跨过四个挂钩时0，cos1，此时挂时背包带受力最小，选项ABC错误、D正确。2.（6分）（2019河南天一大联考6）如图所示，质量为m1kg的物块置于倾角为30的粗糙斜面上，物块恰好处于静止状态。现用竖直向上的外力F作用在物块上，外力F由零缓慢增加，物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，则在物块发生移动之前，物块所受的斜面的支持力和摩擦力的值不可能为（）A2N、2N B3N、N C.N、5N D.N、N【参考答案】A【名师解析】没有加力F时，物块恰好处于静止状态，则有：mgsin30mgcos30，解得：；施加外力后，由于力F方向向上，所以物体仍恰好处于静止状态，物体受到的支持力和摩擦力的合力方向向上，设支持力与竖直方向的夹角为，则有：tan，即；又由于物体始终静止，所以0Nmgcos305N；故选项A不可能，BCD可能。3. （2019洛阳联考）A、B是天花板上两点，一根长为l的轻绳穿过带有光滑孔的球，两端分别系在A、B点，如图甲所示；现将长度也为l的均匀铁链悬挂于A、B点，如图乙所示。球和铁链的质量相等，均处于平衡状态，A点对轻绳和铁链的拉力分别是F1和F2，球的重心和铁链的重心到天花板的距离分别是h1和h2，则()AF1F2，h1F2，h1F2，h1h2 DF1F2，h1h2【参考答案】C【名师解析】轻绳的质量不计，则题图甲中的重力全部集中在球上，重心在球的球心，而题图乙中铁链的质量是均匀分布的，故其重心一定在铁链最低点的上方，故h1h2；对球和铁链进行受力分析，如图所示。A点对轻绳的拉力沿着轻绳的方向，A点对铁链的拉力沿着A点处铁链的切线方向，故题图乙中A、B两点对铁链拉力的夹角比较小，由力的合成知识知F2较小，故C正确。4（6分）（2019河南濮阳三模）如图所示，山坡上两相邻高压塔A、B之间架有匀质粗铜线，平衡时铜线呈弧形下垂，最低点在C，已知弧线BC的长度是AC的3倍，而左塔B处铜线切线与竖直方向成30角。问右塔A处铜线切线与竖直方向成角应为（）A30B45C60D75【参考答案】C【名师解析】设AB两端绳上拉力分别为FA、FB，铜线质量为m，在水平方向，ABC整体受力平衡，有：FAsinFBsin在竖直方向，BC段受力平衡，有：FBcosmg（AC段对C端的力方向水平向右）在竖直方向，AC段受力平衡，有：FAcosmg联立解得：tan3tan，所以，60，故ABD错误C正确。考点二：匀速运动平衡【3年真题链接】1（2019全国理综II卷16）物块在轻绳的拉动下沿倾角为30的固定斜面向上匀速运动，轻绳与斜面平行。已知物块与斜面之间的动摩擦因数为，重力加速度取10m/s2。若轻绳能承受的最大张力为1 500 N，则物块的质量最大为（ ）A150kg Bkg C200 kg Dkg【参考答案】.B 【命题意图】 本题考查力的分解、平衡条件，考查的核心素养是分析解决问题的能力。【解题思路】设物块的最大质量为m，将倾角30斜面上物块的重力沿斜面方向和垂直斜面方向分解， 由平衡条件，在沿斜面方向，F=mgsin30+mgcos30，解得：m=150kg， B项正确。【试题拓展】此题中用平行于斜面的力匀速向上拉物块，若题述改为用平行于斜面的力拉住物块，使物块保持静止状态，则物块的最大质量为多大？2.（2017全国II卷16）如图，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F的大小不变，而方向与水平面成60角，物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为（ ）A. B. C. D. 【参考答案】C【参考解析】一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动，有：；当保持F的大小不变，而方向与水平面成60角时，则有 ，联立解得：，选项C正确。.3. （2019全国理综III卷16）用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示。两斜面I、固定在车上，倾角分别为30和60。重力加速度为g。当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面I、压力的大小分别为F1、F2，则（ ）A BC D【参考答案】D【名师解析】将匀质圆状工件重力沿垂直两光滑斜面分解，垂直斜面I的分力为G1=mgcos30=mg，垂直斜面II的分力为G2=mgcos60=mg，圆筒对斜面I压力的大小为F1= G1=mg，F2，圆筒对斜面压力的大小为F2= G2= mg，选项D正确。【2年模拟再现】1(2019东城区)如图所示一架飞机正在沿一直线匀速爬升，飞机除了受到重力以外还受到来自喷射气体的推力、空气阻力、升力等力的作用。请分析除去重力以外的其他外力的合力的方向(D)A沿飞机的速度方向 B垂直机身方向向上C沿飞机速度的反方向 D竖直向上【参考答案】D【名师解析】飞机做匀速运动，所受合力为零，所以重力以外的其他外力的合力与重力等大反向，故D正确，A、B、C错误。预测考点一：静态平衡（考向点拨）【2年模拟再现】1.（2019洛阳名校联考）如图所示，电灯的重力G10 N，AO绳与顶板间的夹角为45，BO绳水平，AO绳的拉力为FA，BO绳的拉力为FB，则(注意：要求按效果分解和正交分解两种方法求解)()A.FA10 N B.FA10 N C.FB10 N D.FB10 N【参考答案】AD【名师解析】效果分解法在结点O，灯的重力产生了两个效果，一是沿AO向下的拉紧AO的分力F1，二是沿BO向左的拉紧BO绳的分力F2，分解示意图如图所示。则FAF110 NFBF210 N，故选项A、D正确。正交分解法结点O受力如图所示，考虑到灯的重力与OB垂直，正交分解OA的拉力更为方便，其分解如图所示。则FG10 NFAsin 45FFAcos 45FB代入数值解得FA10 NFB10 N，故选项A、D正确。2.（2019浙江模拟）如图所示为山边公路的横截面，实线EF表示倾角为37的软层面，沿着这个层面可能产生滑动。质量为1.0107kg的石块B与上面的岩石之间有一大裂缝（称为节理），仅靠与层面间的摩擦力使它不致滑落，石块与层面间的动摩擦因数为0.8，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。若有水渗入节理，会结冰膨胀，对石块施加一个平行于EF层面的作用力，导致石块向下滑动。已知sin37=0.6，cos37=0.8，则（）A. 没有水渗入节理时，石块共受两个力的作用B. 没有水渗入节理时，石块所受摩擦力大小为6.4107N C. 当有水渗入节理时，层面对石块支持力跟原来相比变小了D. 当有水渗入节理时，至少需要.0106N平行力才能使石块滑动【参考答案】.D【解析】本题主要是考查了共点力的平衡问题。没有水渗入节理时，石块受到重力、支持力和摩擦力3个力的作用，选项A错误； 没有水渗入节理时，石块所受摩擦力大小和重力沿斜面向下的分力相等，即为f=mgsin37=6.0107N，选项B错误；当有水渗入节理时，层面对石块支持力仍等于重力垂直于斜面向下的分力，保持不变，选项C错误；当有水渗入节理时，最大静摩擦力fm=mgcos37=6.4107N，至少需要F=fm-mgsin37=4.0106N平行力才能使石块滑动，选项D正确。 【方法归纳】解答物体平衡类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答。3（2019中原名校联考）如图所示，质量均为m的小球A、B用劲度系数为k1的轻弹簧相连，B球用长为L的细绳悬于O点，A球固定在O点正下方，当小球B平衡时，绳子所受的拉力为T1，弹簧的弹力为F1；现把A、B间的弹簧换成原长相同但劲度系数为k2(k1k2)的另一轻弹簧，在其他条件不变的情况下仍使系统平衡，此时绳子所受的拉力为T2，弹簧的弹力为F2，则下列关于T1与和T2、F1与F2大小之间的关系，正确的是（ ）A T1T2 B T1F2 D F1F2，故C正确；4.（2019湖南长沙一中月考）大国工匠节目中讲述了王进利用“秋千法”在1000kV的高压线上带电作业的过程。如图所示，绝缘轻绳OD一端固定在高压线杆塔上的O点，另一端固定在兜篮上。另一绝缘轻绳跨过固定在杆塔上C点的定滑轮，一端连接兜篮，另一端由工人控制。身穿屏蔽服的王进坐在兜篮里，缓慢地从C点运动到处于O点正下方E点的电缆处。绳OD一直处于伸直状态，兜篮、王进及携带的设备总质量为m，不计一切阻力，重力加速度大小为g。关于王进从C点运动到E点的过程中，下列说法正确的是（）A. 工人对绳的拉力一直变大B. 绳OD的拉力一直变小C. OD、CD两绳拉力的合力大小等于mgD. 当绳CD与竖直方向的夹角为时，工人对绳的拉力为33mg【参考答案】CD【名师解析】对兜篮、王进及携带的设备整体受力分析如图所示，绳OD的拉力为F1，与竖直方向的夹角为，绳CD的拉力为F2，与竖直方向的夹角为。由正弦定理可得，=，王进从C点运动到E点的过程中，增大，F1增大，减小，F2减小，选项AB错误；两绳拉力的合力大小等于mg，选项C正确；当绳CD与竖直方向的夹角为=时，=30，2F2cos30=mg，可得F2=mg，即工人对绳的拉力为33mg，选项D正确。【关键点拨】对兜篮、王进及携带的设备整体受力分析，根据几何关系结合平衡条件进行解答。本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答。【1年仿真原创】1.如图所示，三个相同的轻质弹簧连接在O点，弹簧1的另一端固定在天花板上，且与竖直方向的夹角为30，弹簧2水平且右端固定在竖直墙壁上，弹簧3的另一端悬挂质量为m的物体且处于静止状态，此时弹簧1、2、3的形变量分别为x1、x2、x3，则()A.x1x2x312 B.x1x2x321C.x1x2x312 D.x1x2x321【参考答案】B【名师解析】对弹簧的结点受力分析可知：kx1cos 30kx3，kx1sin 30kx2，联立解得x1x2x321。2. 如图所示，在半圆形光滑凹槽内，两轻质弹簧的下端固定在槽的最低点，另一端分别与小球、相连已知两球在图示、位置静止则下列说法中正确的是（ ）A 若两球质量相同，则球对槽的压力较小 B 若两球质量相同，则两球对槽的压力大小相等C 若球的质量大，则OP弹簧的劲度系数大 D 若球的质量大，则OP弹簧的弹力大【参考答案】BD【名师解析】对两小球受力分析如图所示，都是受重力、支持力和弹簧的弹力三个力，两小球静止，受力平衡，根据平行四边形定则作平行四边形，有几何关系可知：，则有：，即支持力始终与重力相等，若两球质量相等，重力相等，则所受支持力相等，对槽的压力必然相等，故A错误、B正确；得：，得：，由图可知，又，则，根据胡克定律F=k螖x，两弹簧的形变量未知，则劲度系数的大小关系无法确定，故C错误，D正确故选BD点睛：此题主要考查了同学们受力分析的能力，根据根据平行四边形定则做出力的平行四边形，能找到力三角形和几何三角形的相似关系，列式即可解答预测考点二： 非静态平衡【2年模拟再现】1.（2019全国高考猜题卷6）如图所示，质量为m10 kg的木箱置于水平地面上，它与地面间的动摩擦因数，受到一个与水平方向成角斜向上的拉力F，为使木箱做匀速直线运动，拉力F的最小值以及此时分别是()A50 N30 B50 N60 C. N30 D. N60【参考答案】A【名师解析】木箱受重力mg、拉力F、地面的支持力和滑动摩擦力作用，根据平衡条件得Fcos Ff，Fsin FNmg，又FfFN，联立解得F，其中tan ，60，由数学知识知：当90，即30时F有最小值，且最小值为Fmin N50 N，故A正确，B、C、D错误2. (2019山东青岛联考)如图所示，质量为m的长方体物块放在水平放置的钢板C上，物块与钢板间的动摩擦因数为，由于光滑固定导槽A、B的控制，该物块只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度v1向右匀速运动，同时用水平力F拉动物块使其以速度v2(v2的方向与v1的方向垂直，沿y轴正方向)沿导槽匀速运动，下列说法正确的是（ ） A若拉力F的方向在第一象限，则其大小一定大于mg B若拉力F的方向在第二象限，则其大小可能小于mg C若拉力F的方向沿y轴正方向，则此时F有最小值，其值为mg D若拉力F的方向沿y轴正方向，则此时F有最小值，其值为mg【参考答案】.BD【名师解析】工件有相对于钢板水平向左的