2023年高考物理一轮复习专题07受力分析共点力的平衡（测）（含解析）

专题07受力分析共点力的平衡【总分值：110分时间：90分钟】一、选择题(本大题共12小题，每题5分，共60分。在每题给出的四个选项中.1~8题只有一项符合题目要求；9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)1．如下图，置于地面的矩形框架中用两细绳拴住质量为m的小球，绳B水平。设绳A、B对球的拉力大小分别为F1、F2，它们的合力大小为F。现将框架在竖直平面内绕左下端缓慢旋转90°，在此过程中：〔〕A．F1先增大后减小B．F2先增大后减小C．F先增大后减小D．F先减小后增大【答案】B2．如下图，质量为m的小球，用OB和O′B两根轻绳吊着，两轻绳与水平天花板的夹角分别为30°和60°，这时OB绳的拉力大小为F1，假设烧断O′B绳，当小球运动到最低点C时，OB绳的拉力大小为F2，那么F1：F2等于：〔〕A．1：1 B．1：2C．1：3 D．1：4【答案】D3．如下图，建筑装修中，工人功质量为m的磨石对斜壁进行打磨，当对磨石加竖直向上大小为F的推力时，磨石恰好沿斜壁向上匀速运动，磨石与斜壁之间的动摩擦因数为，那么磨石受到的摩擦力是：〔〕A．B．C．D．【答案】A【解析】磨石受重力、推力、斜壁的弹力及摩擦力而处于平衡状态，由图可知，F一定大于重力，先将重力及向上的推力合力后，将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解可得：在沿斜面方向有：摩擦力；在垂直斜面方向上有：；那么，方向沿斜壁向下，根据牛顿第三定律可得，方向沿斜壁向上，A正确；4．2023年8月我国“蛟龙〞号载人潜水器成功实现下潜5km深度．设潜水器在下潜或上升过程中只受重力、海水浮力和海水阻力作用，其中，海水浮力F始终不变，所受海水阻力仅与潜水器速率有关．当潜水器的总质量为M时恰好以速率v匀速下降，假设使潜水器以同样速率匀速上升，那么需要从潜水器储水箱向外排出水的质量为〔重力加速度为g〕：〔〕A．2〔M－〕B．M－C．2M－D．2M－【答案】A【解析】【名师点睛】此题关键对潜水器受力分析，要注意空气阻力与速度方向相反，速率不变，阻力大小不变，然后根据根据平衡条件列式求解．5．如下图在固定于地面的斜面上垂直安放了一个挡板，截面为1/4圆的柱状物体甲放在斜面上，半径与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间，乙没有与斜面接触而处于静止状态．现在从球心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地移动，直至甲与挡板接触为止．设乙对挡板的压力为F1，甲对斜面的压力为F2，在此过程中：〔〕A．F1缓慢增大，F2缓慢增大B．F1缓慢增大，F2缓慢减小C．F1缓慢减小，F2缓慢增大D．F1缓慢减小，F2保持不变【答案】D【解析】【名师点睛】在解析力的动态平衡问题时，一般有两种方法，一种是根据受力分析，列出力和角度三角函数的关系式，根据角度变化进行分析解题，一种是几何三角形相似法，这种方法一般解决几个力都在变化的情况，列出力与三角形对应边的等式关系，进行解题分析6．如下图，一个重为5N的大砝码，用细线悬挂在O点，现在用力F拉法码，使悬线偏离竖直方向30°时处于静止状态，此时所用拉力F的最小值为：〔〕A．5.0NB．2.5NC．8.65ND．4.3N【答案】B【解析】以物体研究对象，分析受力情况：重力G、绳子的拉力T和力F，由图看出：当F与绳子垂直时F最小，由数学知识得F的最小值为，应选B【名师点睛】此题主要考查了力的动态平衡。首先对物体受力情况进行分析，明确物体受到的所有的力，其中的关键是：找出哪些力不变；哪些力大小改变，但方向没放；哪些力大小与方向都变化。一般通过作图法解决这类问题。7．下外表粗糙，其余面均光滑的斜面置于粗糙水平地面上，倾角与斜面相等的物体A放在斜面上，方形小物体B放在A上，在水平向左大小为F的恒力作用下，A、B及斜面均处于静止状态，如下图。现将小物体B从A上外表上取走，那么：〔〕A．斜面一定静止B．斜面一定向左运动C．斜面可能向左运动D．A仍保持静止【答案】A【名师点睛】处理平衡问题的常用方法方法内容合成法物体受三个共点力的作用而平衡，那么任意两个力的合力一定与第三个力大小相等，方向相反分解法物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的效果分解，那么其分力和其他两个力满足平衡条件正交分解法物体受到三个或三个以上力的作用时，将物体所受的力分解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件力的三角形法对受三力作用而平衡的物体，将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力8．如下图，一根不可伸长的轻绳两端连接两轻环A、B，两环分别套在相互垂直的水平杆和竖直杆上，轻绳绕过光滑的轻小滑轮，重物悬挂于滑轮下，始终处于静止状态，以下说法正确的选项是：〔〕A．只将环A向下移动少许，绳上拉力变大，环B所受摩擦力变小B．只将环A向下移动少许，绳上拉力不变，环B所受摩擦力不变C．只将环B向右移动少许，绳上拉力变大，环A所受杆的弹力不变C．只将环B向右移动少许，绳上拉力不变，环A所受杆的弹力变小【答案】B【名师点睛】在解析力的动态平衡问题时，一般有两种方法，一种是根据受力分析，列出力和角度三角函数的关系式，根据角度变化进行分析解题，一种是几何三角形相似法，这种方法一般解决几个力都在变化的情况，列出力与三角形对应边的等式关系，进行解题分析9．如下图，倾角为的斜面体c置于水平地面上，小盒b置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体a连接，连接b的一段细绳与斜面平行，连接a的一段细绳竖直，a连接在竖直固定在地面的弹簧上，现在b盒内缓慢参加适量砂粒，a、b、c始终位置保持不变，以下说法中正确的选项是：〔〕A、b对c的摩擦力可能先减小后增大B、地面对c的支持力可能不变C、c对地面的摩擦力方向始终向左D、弹簧的弹力始终不变【答案】AD【名师点睛】此题关键通过分析物体的受力情况，确定摩擦力的大小和方向；注意静摩擦力可能沿着斜面向下，也可能沿着斜面向上．10．如下图，质量为M的斜面体A置于粗糙水平面上，用轻绳拴住质量为m的小球B置于斜面上，整个系统处于静止状态．斜面倾角θ＝30°，轻绳与斜面平行且另一端固定在竖直墙面上，不计小球与斜面间的摩擦，那么：〔〕A．斜面体对小球的作用力大小为mgB．轻绳对小球的作用力大小为C．斜面体对水平面的压力大小为D．斜面体与水平面间的摩擦力大小为【答案】BD【解析】【名师点睛】在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，然后根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力，然后列式求解，如果物体受到三力处于平衡状态，那么可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据角度列式求解11．如图，一光滑的轻滑轮用细绳悬挂于O点：另一端绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b，与竖直方向的夹角为，连接ab间的细绳间的夹角为，外力F向右上方拉b，整个系统处于静止状态，假设F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b仍始终保持静止，那么：〔〕A．两角度大小间关系为B．绳的张力的大小也在一定范围内变化C．物块b所受到的支持力的大小也在一定范围内变化D．物块b与桌面间的摩擦力的大小也在一定范围内变化【答案】ACD12．如下图，木板P下端通过光滑铰链固定于水平地面上的O点，物体A、B叠放在木板上且处于静止状态，此时物体B的上外表水平。现使木板P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，物体A、B仍保持静止，与原位置的情况相比：〔〕A.A对B的作用力减小B.B对A的支持力减小C.木板对B的支持力增大D.木板对B的摩擦力增大【答案】BC【解析】设板与水平地面的夹角为．以A为研究对象，A原来只受到重力和支持力而处于平衡状态，所以B对A的作用力与A的重力大小相等，方向相反；当将P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，B的上外表不再水平，A受力情况如图1，A受到重力和B的支持力、摩擦力三个力的作用，其中B对A的支持力、摩擦力的和仍然与A的重力大小相等，方向相反，那么A受到B对A的作用力保持不变．根据牛顿第三定律可知，A对B的作用力也不变，故A错误；开始时物体A不受B对A的摩擦力，B对A的支持力大小与重力相等；后来时设B的上外表与水平方向之间的夹角是，受到的B对A的支持力、摩擦力的和仍然与A的重力大小相等，方向相反，那么A受到B对A的作用力保持不变，由于支持力与摩擦力相互垂直，，所以A受到的支持力一定减小了，故B正确；以AB整体为研究对象，分析受力情况如图2：总重力、板的支持力和摩擦力，板对B的作用力是支持力和摩擦力的合力．由平衡条件分析可知，板对P的作用力大小与总重力大小相等，保持不变．，，减小，增大，减小．故C正确D错误．【名师点睛】在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，然后根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力，然后列式求解，如果物体受到三力处于平衡状态，那么可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据角度列式求解，二、非选择题〔本大题共4小题，第13、14题每题10分；第15、16题每题15分；共50分〕13．〔10分〕如下图，有5000个质量均为m的小球，将它们用长度相等的轻绳依次连接，再将其左端用细绳固定在天花板上，右端施加一水平力使全部小球静止。假设连接天花板的细绳与水平方向的夹角为450，第2023个小球与2023个小球之间的轻绳与水平方向的夹角为α，求α的正切值。【答案】【解析】【名师点睛】此题的解题关键是选择研究对象，采用整体法与隔离法相结合进行研究，用质点代替物体，作图简单方便。14．〔10分〕如下图，光滑金属球的重力G=40N．它的左侧紧靠与水平方向呈53°的斜坡，右侧置于倾角θ=37°的斜面体上．斜面体处于水平地面上保持静止状态，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：〔1〕斜坡对金属球的弹力大小；〔2〕斜面体对水平地面的摩擦力的大小和方向．【答案】〔1〕〔2〕19.2N，方向水平向右．【解析】【名师点睛】在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，然后根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力，然后列式求解，如果物体受到三力处于平衡状态，那么可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据角度列式求解，15．〔15分〕如下图，质量M=2kg的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块与质量m=kg的小球B相连。今用跟水平方向成α=30°角的力F=10N拉着球带动木块一起向右匀速运动，运动中A、B相对位置保持不变，g取10m/s2。求：〔1〕运动过程中轻绳与水平方向夹角θ。〔2〕木块与水平杆间的动摩擦因数μ。【答案】〔1〕30°〔2〕【名师点睛】此题涉及两个物体的平衡问题，研究对象的选择要灵活，此题采用隔离法与整体相