【步步高】2015高考物理二轮(广东专用)专题突破专题一力与场内物体的平衡Word版含答案

1、内物体的平衡-13 -专题定位】本专题解决的是受力分析和共点力平衡问题.高考对本专题内容的考查主要有: 对各种性质力特点的理解；共点力作用下平衡条件的应用.考查的主要物理方法和思想 有：整体法和隔离法；假设法；合成法；正交分解法；矢量三角形法；相似三 角形法；等效思想；分解思想.应考策略深刻理解各种性质力的特点.熟练掌握分析共点力平衡问题的各种方法.填填更有底知识方法聚焦知职回扣1 .弹力(1)大小：弹簧在弹性限度内，弹力的大小可由胡克定律f=kx计算；一般情况下物体间相互作用的弹力可由平衡条件或牛顿运动定律来求解.(2)方向：一般垂直壬接触面(或切面)指向形变恢复的方向:绳的拉力沿绳指向绳收

2、缩的方向.2 .摩擦力(1)大小：滑动摩擦力f=科氏，与接触面的面积无关;静摩擦力0f,故fnfn,即 小物体静止在 p点时受到的支持力最大，静止在 m、n点时受到的支持力相等，故 c、d正 确.地题相秘诀审题破题真题演练1.应用平衡条件解决电学平衡问题【例4】（18分）如图7（be左边为侧视图，右边为俯视图）所示，电阻不计的光滑导轨 abc、def 平行放置，间距为 l, bc、ef水平，ab、de与水平面成 。角.pq、p q是相同的两金 属杆，它们与导轨垂直，质量均为m、电阻均为r.平行板电容器的两金属板 m、n的板面沿竖直放置，相距为d,并通过导线与导轨 abc、def连接.整个装置处

3、于磁感应强度大小为b、方向竖直向下的匀强磁场中.要使杆p q静止不动，求： （1）杆pq应沿什么方向运动？速度多大？（2）从o点入射的带电粒子恰好沿图中虚线通过平行板电容器，则入射粒子的速度vo多大?图7思维导图光滑导轨.说明金属杆不受摩擦力 面藏砂g “杆尸q静止不动”说明杆尸。受力平衡 -tt 担子恰好沿用中虚线通过平行板电容器” 说明莉子受力平衡 七工、/力学知识：平衡条件i1解颗t r jc、一_耨次定律（或右手定则）、左手定则对杆 p, qz ffilan & =6il 色蔽联二对粒子二挈q叫 联系：平行板间的电压就是pq两端的酢揣电压解析（1）设卞f pq运动速度为v,杆pq切割磁

4、感线产生的感应电动势：e= blv（2分）回路电流：i=一（2分）r+ rp q杆静止，对杆p q受力分析，有：mgtan 0= bil（2 分）2m-grtan2mgrtan e,八、联乂解得：v = 一舐（2分）根据左手定则与右手定则可知，pq应向右运动.（2分）（2）两平行板间的电压：u = ir（2分）qu 粒子在电场中运动，电场力：f=qe=d（2分）粒子沿直线通过平行板电容器，这时粒子所受的电场力和洛伦兹力相互平衡：qu丁 = qbvo（2 分）mgrtan 0 八联立解得：vo= g2 （2分）答案 向右运动 誓誓（2）噜卜 b lb ld点睛之笔 此题为力电综合问题，考查了力学

5、知识的平衡问题和电磁感应知识.解答本题的思路是先通过 p q静止不动、受力平衡分析 pq的运动方向.pq运动对p q和电容器供电，带电粒子在电场、磁场中做匀速直线运动受力平衡.x高考现场（限时：15分钟，满分：15分）（2014江苏13）如图8所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为l,长为3d,导轨平面与水平面的夹角为以在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层.匀强磁场的磁感应强度大小为 b,方向与导轨平面垂直.质量为 m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑 上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端.导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂 层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为r,其他部

6、分的电阻均不计，重力加速度为g.求：图8（1）导体棒与涂层间的动摩擦因数(2)导体棒匀速运动的速度大小v;(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热q.廿为 ,八 八，c、mgrsin 9m3g2r2sin2 0答案 (1)tan 0 (2) 2；2 (3)2mgdsin。；亮4-解析 (1)在绝缘涂层上导体棒受力平衡 mgsin 0=mgos 0解得导体棒与涂层间的动摩擦因数产tan a(2)在光滑导轨上感应电动势：e= blv感应电流：i=r受力平衡的条件是：f安=mgsin 0解得导体棒匀速运动的速度v= mgrsin 9.b l(3)摩擦生热：qt=mgcos 012根据能重寸恒th律知：

7、3mgdsin 0= q+ qt+ 2mv解得电阻产生的焦耳热q= 2mgdsin 0m3g2r2sin2 (2b4l4专题突破练(限时：30分钟)题组1共点力作用下的静态平衡1.(单选)(2014广东14)如图1所示，水平地面上堆放着原木，关于原木受力的方向，下列说法正确的是()p在支撑点m、n处图1a . m处受到的支持力竖直向上b . n处受到的支持力竖直向上c. m处受到的静摩擦力沿 mn方向d. n处受到的静摩擦力沿水平方向答案 a解析 m处支持力方向与支持面（地面）垂直，即竖直向上，选项a正确；n处支持力方向与支持面（原木接触面）垂直，即垂直 mn向上，故选项b错误；摩擦力与接触面

8、平行，故选项c、d错误.2 .（单选）如图2所示，三个相同的轻质弹簧连接在。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xi、x2、x3,则（）图2a .x1：x2-x3=z3:1： 2b .x1：x2：x3=2 13c .x1：x2：x3=1 ：2：3d .x1：x2：x3=v3:2： 1答案 bkx1 cos 30 = kx3, kxsin 30解析 对物体受力分析可知：kx3= mg,对弹簧的结点受力分析可知: =kx2,联立解得 x1 ： x2 ： x3

9、= 2 ： 1 ： fa=fbfcc. fa = fc=fdfbd . fcfa=fbfd解析设滑轮两边细绳的夹角为可得绳子拉力等于重物重力mg,滑轮受到木杆弹力f等于细绳拉力的合力，即f = 2mgcos,由夹角关系可得 fdfa=fbfc,选项b正答案确.5.（双选）如图4所示，在粗糙水平地面上放着一个截面为半圆的柱状物体 a, a与竖直墙之间 放一光滑半圆球 b,整个装置处于静止状态.已知 a、b两物体的质量分别为 ma和mb,则下列说法正确的是（）图4a . a物体对地面的压力大小为 magb. a物体对地面的压力大小为 （ma+mb）gc. b物体对a物体的压力大于 mbgd .地面

10、对a物体没有摩擦力答案 bc解析 本题主要考查了连接体的受力分析.对a、b整体受力分析，竖直方向：fna= （ma+ mb）g,水平方向：fa=fnb,选项a、d错误，选项b正确；b受重力、a的支持力fnab、墙面的弹力 fnb ,故 fnab =（mbg 2+ fnb ,选项 c 正确.题组2共点力作用下的动态平衡6.（单选）如图5所示为建筑工地一个小型起重机起吊重物的示意图.一根轻绳跨过光滑的动 滑轮，轻绳的一端系在位置 a处，动滑轮的下端挂上重物， 轻绳的另一端挂在起重机的吊钩c处.起吊重物前，重物处于静止状态.起吊重物过程是这样的：先让吊钩从位置c竖直向上缓慢的移动到位置 b,然后再让

11、吊钩从位置 b水平向右缓慢地移动到 d,最后把重物卸载到某 一个位置.则关于轻绳上的拉力大小变化情况，下列说法正确的是（）a .吊钩从c向b移动过程中，轻绳上的拉力不变b.吊钩从b向d移动过程中，轻绳上的拉力变小c.吊钩从c向b移动过程中，轻绳上的拉力变大d.吊钩从b向d移动过程中，轻绳上的拉力不变答案 a解析 因物体重力不变，故重力与两绳子的拉力为平衡力，并且滑轮两端绳子的张力相等；设绳子间的夹角为 2。；在由c到b上移的过程中有：2ftcos 0= mg;由几何关系可知，设 a 到动滑轮的绳长为l, a到滑轮的水平距离为 d,则有：lcos 0= d;因由c到b的过程中a到 bc的垂直距离

12、不变，故 。为定值，故轻绳上的拉力不变，故 a正确，c错误；由b到d的过 程中，绳的总长不变，夹角 2。一定增大，则由 a中分析可知，ft一定增大；故b、d错误.7 .（双选）如图6所示，物体a、b用细绳与弹簧连接后跨过滑轮， a静止在倾角为45。的粗糙 斜面上，b悬挂着.已知质量ma=3mb,不计滑轮摩擦，现将斜面倾角由45。减小到30。，且a、b仍处于静止状态，那么下列说法中正确的是（）图6-17 -a .弹簧的弹力大小将不变8 .物体a对斜面的压力将减少c.物体a受到的静摩擦力将减小d.弹簧的弹力及 a受到的静摩擦力都不变答案 ac解析 弹簧弹力等于b物体的重力，即弹簧弹力不变，故a项正

13、确；对a物体进行受力分析, 列平衡方程可知，c项正确，d项错误；根据fn = magcos。，当倾角减小时，a物体对斜面压力变大，故b项错误.8 .（双选）如图7所示，倾角为 。的斜面体c置于水平地面上，小物块 b置于斜面上，通过细 绳跨过光滑的定滑轮与沙漏 a连接，连接b的一段细绳与斜面平行.在 a中的沙子缓慢流出 的过程中，a、b、c都处于静止状态，则（ ）图7a . b对c的摩擦力一定减小b . b对c的摩擦力方向可能平行斜面向上c.地面对c的摩擦力方向一定向右d.地面对c的摩擦力一定减小答案 bd解析 设a、b的重力分别为ga、gb.若ga=gbsin 0, b受到c的摩擦力为零；若g

14、agbsin 0, b受到c的摩擦力不为零.若 ga gbsin仇b受到c的摩擦力沿斜面向上，故 a错误，b正确.对b、c整体，水平面对 c的摩擦力fgff+gl= ftcos 0= gacos 0,方向水平向左.在a中的沙子缓慢流出的过程中，则摩擦力在减小，故1加的光滑柱状物体c错误，d正确.9 .（单选）如图8所示，斜面上固定有一与斜面垂直的挡板，另有一截面为甲放置于斜面上，半径与甲相同的光滑球乙被夹在甲与挡板之间，没有与斜面接触而处于静止状态.现在从 。1处对甲施加一平行于斜面向下的力f,使甲沿斜面方向缓慢向下移动.设乙对挡板的压力大小为 fi,甲对斜面的压力大小为 f2,甲对乙的弹力为

15、 f3在此过程中()a. fi逐渐增大,f2逐渐增大,b. fi逐渐减小,f2保持不变,c. fi保持不变,f2逐渐增大,d. fi逐渐减小,f2保持不变,图8f3逐渐增大f3逐渐减小f3先增大后减小f3先减小后增大答案 d解析 先对物体乙受力分析， 如图甲所示，由牛顿第三定律可知乙对挡板的压力fi不断减小,甲对乙的弹力f3先减小后增大；再对甲与乙整体受力分析，受重力、斜面的支持力、挡板的支持力和已知力f,如图乙所示.根据平衡条件，设斜面倾角为0,甲的质量为 m,乙的质量为 m,正交分解有x 方向：f + (m + m)gsin 0- fi =0y 方向：f2 (m + m)gcos 0= 0

16、解得：f2 =(m + m)gcos。，保持不变.结合牛顿第三定律，物体甲对斜面的压力f2不变，故d正确，a、b、c错误.i0.(单选)如图9所示，三根细线共系于 。点，其中oa在竖直方向上，ob水平并跨过定滑 轮悬挂一个重物，oc的c点固定在地面上， 整个装置处于静止状态.若oc加长并使c点左移，同时保持 o点位置不变，装置仍然处于静止状态，则细线 oa上拉力fa和oc上的拉力 fc与原先相比是()a dj, j of jf j- j * j af图9a. fa、fc都减小b. fa、fc都增大c. fa增大，fc减小d. fa减小，fc增大答案 a解析 。点受fa、fb、fc三个力平衡，如

17、图.当按题示情况变化时，ob绳的拉力fb不变，oa绳拉力fa的方向不变，oc绳拉力fc的方向 与拉力fb方向的夹角减小，保持平衡时 fa、fc的变化如虚线所示，显 然都是减小了.题组3带电体在电场内的平衡问题11 .（双选）（2014广东20）如图10所示，光滑绝缘的水平桌面上，固定着一个带电量为+q的小球p.带电量分别为q和+ 2q的小球m和n,由绝缘细杆相连，静止在桌面上.p与m相距l、m和n视为点电荷,卜列说法正确的是（）图10a . m与n的距离大于lb. p、m和n在同一直线上c.在p产生的电场中，m、n处的电势相同d. m、n及细杆组成的系统所受合力为零答案 bd解析 假设p、m和

18、n不在同一直线上，对m受力分析可知 m不可能处于静止状态，所以选项b正确；m、n和杆组成的系统，处于静止状态，则系统所受合外力为零， 故 罩=印巴,l（l+x）解得x=（421）l,所以选项a错误，d正确；在正点电荷产生的电场中，离场源电荷越近，电势越高，期料，所以选项c错误.12.（双选）一根套有细环的粗糙杆水平放置，带正电的小球a通过绝缘细线系在细环上，另一带正电的小球b固定在绝缘支架上，a球处于平衡状态，如图11所示.现将b球稍向右移动，当a小球再次平衡（该过程a、b两球一直在相同的水平面上 ）时，细环仍静止在原位置，下列说法正确的是（）图11-19 -a.细线对带电小球 a的拉力变大b

19、.细线对细环的拉力保持不变c.细环所受的摩擦力变大d.粗糙杆对细环的支持力变大答案 ac解析 如图甲所示，以细环、细线及小球a组成的整体为研究对象受力分析，整体的重力、杆的支持力、静摩擦力、水平向右的库仑斥力，由平衡可知fn=mag+m环g, f = f,知粗糙杆对细环的支持力不变，再由小球a的受力分析如图乙知，当 b球稍向右移动时，由库仑定律知，f增大，f增大，小球a的重力不变，它们的合力与细线的拉力等大反向，故由力的合成知当f增大时细线的拉力也增大，综合以上分析知,a、c选项正确.甲乙图1213 .（单选）如图12所示，空间正四棱锥型的底面边长和侧棱长均为a,水平底面的四个顶点处均固定着电

20、量为+ q的小球，顶点p处有一个质量为 m的带电小球，在库仑力和重力的作用 下恰好处于静止状态.若将p处小球的电荷量减半， 同时加竖直方向的匀强电场强度e,此时p处小球仍能保持静止.重力加速度为g,静电力常量为k,则所加匀强电场强度大小为 （）a.mgb.mgc.李d.宁答案 d解析 设p处的带电小王电量为 q,根据库仑定律可知，则 p点小球受到各个顶点电荷的库仑力大小为5 =竽；根据几何关系可知，正四棱锥型的侧棱与竖直线的夹角为45。；再由力的分解法则，可有：4xqqx孝=mg；若将p处小球的电荷量减半，则四个顶点的电荷对p的小球的库仑力合力为：f=隹般q；当外加匀强电场后，再次平衡，则有：叫粤9+!|e =aa 2mg;解得：e=2gkq,故d正确，a、b、c错误. a14