2020年高考物理《矢量三角形的用法》专题训练及答案解析

高考物理矢量三角形的用法专题训练1.（2019全国3）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. B. C. D. 【答案】D【解析】：对圆筒受力分析，圆筒受到重力、以及两斜面其支持力，如图所示；结合矢量三角形法，将物体所受的三个力通过平移延长等手段放在一个封闭的三角形中，如图所示；在红色的三角形中：根据牛三定律：,故D选项正确；2.（2019 年全国1）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【答案】BD【解析】：假设经过一定时间后N 物体与竖直方向的夹角为，对N 受力分析如左图所示：结合矢量三角形法，将物体所受的力放在一个封闭的力三角形中，当从0-45增大时，由几何关系得：故：A错B对；开始时，因为不确定静摩擦力的大小与方向，即开始时静摩擦力的大小可能沿斜面向上也可能沿斜面向下；所以对M受力分析可知，若起初M受到的摩擦力f沿斜面向下，则随着绳子拉力T的增加，则摩擦力f也逐渐增大；若起初M受到的摩擦力f沿斜面向上，则随着绳子拉力T的增加，摩擦力f可能先减小后增加。故本题选BD。3.如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心。一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为。下列关系正确的是()A.F B.Fmgtan C.FN D.FNmgtan 【答案】A【解析】：如图所示，对滑块受力分析，滑块受的三个力组成封闭三角形，结合三角函数的相关知识解直角三角形得：F，FN。4.如图所示，将一劲度系数为k的轻弹簧一端固定在内壁光滑的半球形容器底部处O（O为球心），弹簧另一端与质量为m的小球相连，小球静止于P点。已知容器半径为R、与水平面间的动摩擦因数为，OP与水平方向的夹角为30求轻弹簧对小球的作用力大小为多少，圆弧面对小球的支持力？【答案】：设弹簧对小球的支持力为F2圆弧对小球的支持力为F1， F1=F2=mg【解析】：如图所示，对小球受力分析，将小球所受的力放下封闭的三角形中，根据相似三角形对应边成比例：，由题意可知：OP=OO,=O,P，故： F1=F2=mg5.如图所示，在粗糙水平地面上放着一个截面为四分之一圆弧的柱状物体A，A的左端紧靠竖直墙，A与竖直墙之间放一光滑圆球B，已知A的圆半径为球B的半径的3倍，球B所受的重力为G，整个装置处于静止状态。设墙壁对B的压力为F1，A对B的支持力为F2，则若把A向右移动少许后，它们仍处于静止状态，则F1、F2的变化情况分别是()A.F1减小 B.F1增大 C.F2增大 D.F2减小【答案】：A、D【解析】：先根据平衡条件和画出如图所示的矢量三角形，在角减小的过程中，从图中可直观地看出，F1、F2都会减小。故选项A、D正确。6.如图所示,倾角为的固定斜面上有一个固定竖直挡板，在挡板和斜面之间有一 个质量为m的光滑球，设挡板对球的支持力为F1，斜面对球的支持力为F2，将挡板绕挡板与斜面的接触点缓慢地转至水平位置。不计摩擦，在此过程中（ ）A.F1始终增大，F2始终减小B.F1始终增大，F2先增大后减小C.F1先减小后增大，F2先增大后减小D.F1先减小后增大，F2始终减小【答案】D【解析】：设挡板与斜面之间的夹角为，结合矢量三角形的动态图解法处理。7.(2016全国1卷)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图所示。用FT表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中()AF逐渐变大，FT逐渐变大BF逐渐变大，FT逐渐变小CF逐渐变小，FT逐渐变大DF逐渐变小，FT逐渐变小【答案】：A【解析】：以O点为研究对象，受力如图所示，当用水平向左的力缓慢拉动O点时，则绳OA与竖直方向的夹角变大，由共点力的平衡条件知F逐渐变大，FT逐渐变大，选项A正确。8.如图所示，由两种材料做成的半球面固定在水平地面上，球右侧面是光滑的，左侧面粗糙，O点为球心，A、B是两个相同的小物块(可视为质点)，物块A静止在左侧面上，物块B在图示水平力F作用下静止在右侧面上，A、B处在同一高度，AO、BO与竖直方向的夹角均为，则半球面对A的支持力FN1以及静摩擦力f，半球对B的支持力FN2以及推力F的值？【答案】见解析【解析】分别对AB两物块进行受力分析，如图甲所示，将物块所受的力通过平移延长等手段，放在封闭的三角形中，如图乙红色三角形所示；在两个封闭的红色三角形中每一条边代表着一个力，结合三角函数的关系：分别对AB两物块进行研究得：对A 对B 9.如图所示,小圆环A吊着一个质量为m2的物块并套在另一个竖直放置的大圆环上,有一细线一端拴在小圆环A上,另一端跨过固定在大圆环最高点B的一个小滑轮后吊着一个质量为m1的物块.如果小圆环、滑轮、绳子的大小和质量以及相互之间的摩擦都可以忽略不计,绳子又不可伸长,若平衡时弦AB所对应的圆心角为,则两物块的质量比m1m2应为【答案】: 【解析】：对小圆环环A进行受力分析如图甲所示；将A所受的力通过平移、延长等手段放在一个封闭的三角形中如图乙所示；在图乙中根据构造出来的红色封闭三角形与几何三角形AOB相似，根据相似三角形对应边成比例得：10.如图，墙上有两个钉子a和b，它们的连线与水平方向的夹角为45，两者的高度差为l。一条不可伸长的轻质细绳一端固定于a点，另一端跨过光滑钉子b悬挂一质量为m1的重物。在绳上距a端l/2的c点有一固定绳圈。若绳圈上悬挂质量为m2的钩码，平衡后绳的ac段正好水平，则重物和钩码的质量比为：【答案】C【解析】：对平衡后C处的结点进行受力分析，如图左图所示：构造封闭的三角形，如右图所示，几何三角形bCD与红色的力三角形相似，根据对应边成比例得：11.如图，一小球放置在木板与竖直墙面之间。设墙面对球的压力大小为N1，球对木板的压力大小为N2。以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦，在此过程（ ）A.N1始终减小，N2始终增大B.N1始终减小，N2始终减小C.N1先增大后减小，N2始终减小D.N1先增大后减小，N2先减小后增大【答案】B【解析】：根据题意，对小球进行受力分析，满足动态图解法的条件；构建出红色的封闭三角形；结合题意小球所受的重力的大小和方向是不变的，小球所受的墙壁的支持力的方向是不变的；伴随着木板转动，木板与墙壁之间的夹角在不断增大；在图中找到角，根据角的变化规律，改变三角形的形状，确定出N1、N2均在减小。12.如图所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是（） A: FN保持不变，FT不断增大B: FN不断增大，FT不断减小CFN保持不变，FT先增大后减小DFN不断增大，FT先减小后增大【答案】D【解析】：对小球受力分析，构建封闭的三角形，假设细线与竖直方向的夹角为，根据题意在不断增大，重力的大小和方向不变，支持力FN的方向不变；对红色三角形进行动态变化如右图所示，可知D正确。13.如图所示，水平地面上竖直地固定着一个光滑的圆环，一个质量为m的小球套在环上，圆环最高点有一小孔，细线一端被人牵着，另一端穿过小孔与小球相连，使球静止于A处，此时细线与竖直成角，重力加速度为g，将球由A处缓慢地拉至B处的过程中，球对细线的拉力如何变化，以及环对球的支持力如何变化？【答案】T减小FN不变【解析】：对小球受力分析，构建封闭的三角形，几何三角形AOP与红色的力三角形相似，对应边成比例；因为PA减小；所以T减小，OA=OB所以FN不变；14.如图所示是一个简易起吊设施的示意图，AC是质量不计的撑杆，A端与竖直墙之间用铰链连接，一滑轮固定在A点正上方，C端吊一重物现施加一拉力F将重物P缓慢向上拉，在AC杆达