秘籍07 物体平衡 -2021年高考物理抢分秘籍（解析版）

秘籍06直线运动

考点1受力分析、静态平衡问题

1.受力分析的4种方法

在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在的假设，

假设法

然后分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在

整体法将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析

隔离法将所研究的对象从周围的物体中分离出来，单独进行受力分析

动力学

对加速运动的物体进行受力分析时，应用牛顿运动定律进行分析求解

分析法

2.处理静态平衡问题的基本思路

确定平衡状态Q=0巧选研究对象

建立平衡方程受力分析

N力的处理方法：合成法

_________］或:交—解法

求解或讨论

3.两大思维方法对比

一只涉及系统外力不涉及系统内部物

整

体体之间的相互作用力

思

维Ti彻T系统内的物体具有相同的运动状态〕

法

一整体法解题一般比较简单，但

T优、缺点1

整体法不能求内力

广保则T分析系统内某个物体的受力情况）

隔离

思维法系统内物体受到的内力、外力均

T优点―

能求

一只涉及系统外力不涉及系统内部物

整I-（KM］-

体体之间的相互作用力

思

维内的物体具右相同的运动状态］

法

一整体法解题一般比较简单，但

T优、缺点卜一

整体法不能求内力

广保则T分析系统内某个物体的受力情况）

隔离

思维法系统内物体受到的内力、外力均

T优点，

能求

考点2动态平衡问题

1.解决动态平衡问题的一般思路：把“动”化为“静”，“静”中求“动”，动态平衡问题的分析过程与处理方法

如下:

求解方

适用情况解决办法

法

物体所受力中，有一个力大小、通过平衡态关系式找出所

解析法

方向都变，有一力大小变（或大求力的函数关系式，由角度变

小、方向都变），在变化过程中，化推导出力的变化情况

且有两个力的方向始终保持垂

直，其中一个力的大小、方向均

不变

物体所受的三个力中，有一个把三力集中在一个三南形

力的大小、方向均不变，另一个中，以不变的力的始端为出发

图解法

力的大小变化，第三个力则大小、点，向方向不变的力的作用线

方向均发生变化画线找变化关系

物体所受的三个力中，一个力

大小、方向均确定，另外两个力把力的三角形和边的三角

相似三

大小、方向均不确定，但是三个形画出来，利用相似三角形对

角形法

力均与'一个几何三角形的三边平应边比例相等求解

行

考点3平衡中的临界问题

1.临界状态

平衡中的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未被破坏的状态，可理解成“恰好出现”或“恰

好不出现“，在问题的描述中常用“刚好”“恰能”“恰好”等语言叙述，解决临界问题的基本方法是假设推理法.

2.解题思路

解决此类问题重在形成清晰的物理图景，分析清楚物理过程，从而找出临界条件或达到极值的条件.要

特别注意可能出现的多种情况.

考点4电磁场中的问题

1.电磁场中的常见力

汽电场力卜

I正电荷：尸的方向与电场强度的方向相同|

负电荷：厂的方向与电场强度的方向相反

大小：F=BIL(BLL)

微

宏方向：由左手定则判断I

观

观

解

表

释

现T大小：F=g»B

［洛伦兹力卜T方向：由左手定则判断|

T特点：洛伦兹力不做功|

2.处理电磁场中平衡问题的方法

与纯力学问题的分析方法大致相同，具体如下:

1.（2020.全国卷III）如图，悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处;绳的一端固定在墙上,

另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时，O点两侧绳与竖直方向的夹

角分别为a和d若a=70。，则”等于（）

A.45°\

\

B.55°\

/，

C.60°/

D.70°

【答案】C

【解析】设甲、乙两物体的质量均为胆，对。点进行受力分析，右侧细绳上的拉力大小为mg,左侧细

绳上的拉力大小为F,O点下方的细线上的拉力大小为mg,系统平衡时对力进行水平和竖直方向的正交分

解可得Fsin£=/wgsina,Feos尸+mgcosa=mg,解得产=55°,选项B正确。

2.（2020.山东卷）如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为，〃和2根的物块A、B,

通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩

擦因数均为〃，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45。时，物块A、B刚好要滑动,

则"的值为（）

mg

沿斜面方向，A、8之间的滑动摩擦力工=4%=〃加8（：0$45°,根据平衡条件可知

T=mgsin450+/.imgcos45°,对B物块受力分析如图\T

/X

沿斜面方向，B与斜面之间的滑动摩擦力X

\/

f2=〃N'=〃-3mgcos45°,根据平衡条件可知2mg

2mgsin45°=T+Rmgcos45°+//-3mgcos45°,两式相加，可得

2mf>sin45°=mgsin45°+/.imgcos45°+/.imgcos45°+/z-3mgcos45°,解得〃=（,ABD错误，C

正确。故选C。

3.（2020・新课标卷）行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞，车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰

撞后汽车的速度在很短时间内减小为零，关于安全气囊在此过程中的作用，下列说法正确的是（）

A.增加了司机单位面积的受力大小

B.减少了碰撞前后司机动量的变化量

C.将司机的动能全部转换成汽车的动能

D.延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积

【答案】D

【解析】A.因安全气囊充气后，受力面积增大，故减小了司机单位面积的受力大小，故A错误；

B.有无安全气囊司机初动量和末动量均相同，所以动量的改变量也相同，故B错误；

C.因有安全气囊的存在，司机和安全气囊接触后会有一部分动能转化为气体的内能，不能全部转化成汽

车的动能，故C错误；

D.因为安全气囊充气后面积增大，司机的受力面积也增大，在司机挤压气囊作用过程中由于气囊的缓冲

故增加了作用时间，故D正确。

故选D。

4.（2020•浙江卷）矢量发动机是喷口可向不同方向偏转以产生不同方向推力的一种发动机。当歼20隐形

战斗机以速度v斜向上飞行时，其矢量发动机的喷口如图所示。已知飞机受到重力G、发动机推力片、与

速度方向垂直的升力行和与速度方向相反的空气阻力入。下列受力分析示意图可能正确的是（)

【答案】A

【解析】由题意可知所受重力G竖直向下，空气阻力H与速度方向相反，升力与速度方向垂直，发动

机推力&的方向沿喷口的反方向，对比图中选项可知只有A选项符合题意。故选A。

5.（2020•浙江卷）如图是"中国天眼"500m口径球面射电望远镜维护时的照片。为不损伤望远镜球面，质

量为m的工作人员被悬在空中的氢气球拉着，当他在离底部有一定高度的望远镜球面上缓慢移动时，氯气

球对其有大小为2，〃g、方向竖直向上的拉力作用，使其有"人类在月球上行走”的感觉，若将人视为质点，

此时工作人员（）

A.受到的重力大小为，〃火

B.受到的合力大小为，，咫

O

C.对球面的压力大小为

D.对球面的作用力大小为，〃若

【答案】D

【解析】A.工作人员的质量为机，则工作人员受到的重力G=mg,A错误；B.工作人员在球面上缓

慢行走，处于平衡状态，合力为0,B错误；C.工作人员站在的球面位置不水平，对球面的压力不等于，mg,

C错误；D.由平衡条件可得球面对工作人员的作用力F满足/=mg-再由牛顿第三定律

66

可得，工作人员对球面的作用力大小为F'=L〃2g,D正确。故选D。

6

一、单选题

1.（2020•全国高三期中）如图所示，绳子一端系在天花板上，另一端系一半径为R的小球，小球静置于

倾角为37。的光滑斜面上，绳子与竖直方向的夹角为45。。沿水平向右缓慢推动斜面（小球不从斜面顶端落

下），绳子与斜面接触前关于绳子张力7•和斜面对小球的支持力F（忽略小球的转动），下列说法正确的是

（）

A.7逐渐增大

B.F逐渐增大

C.7•先增大后减小

D.F先增大后减小

【答案】B

【详解】此题考查小球受三力平衡的动态问题，重力G大小和方向不变，支持力下保持方向不变，和绳

子拉力7■组成首尾相接的闭合三角形。斜面向右移动，7•与重力的夹角逐渐增大，由几何知识知道，当「与

尸垂直时，绳子拉力最小，因此支持力尸逐渐增大，绳子拉力厂先减小后增大。

故选B。

2.（2021•全国高三课时练习）如图甲所示，笔记本电脑散热底座一般设置有四个卡位用来调节角度。某

同学将电脑放在散热底座上，为了获得更好的舒适度，由原卡位1调至卡位4,如图乙所示，电脑始终处于

静止状态，则（）

甲乙

A.电脑受到的支持力变小

B.电脑受到的摩擦力变大

C.散热底座对电脑的作用力不变

D.电脑受到的支持力与摩擦力大小之和等于其重力

【答案】C

【详解】

AB.笔记本电脑受重力、支持力和静摩擦力，如图所示

根据平衡条件，有FN=mgcos6,Ff-mgsin6

由原卡位1调至卡位4,角度6减小，则支持力A增大，静摩擦力片减小，故A、B错误；

C.散热底座对电脑的作用力即支持力和静摩擦力的合力，与重力平衡，始终是不变的，C正确:

D.电脑受到的支持力与摩擦力大小之和大于电脑的重力，D错误。

故选Co

3.（2021•全国高三课时练习）木块A、B的重力分别为50N和60N,它们与水平地面之间的动摩擦因数

均为0.25；夹在A、B之间的水平轻弹簧被压缩了2cm,弹簧的劲度系数为400N/m。系统置于水平地面上

静止不动。现用F=1N的水平拉力作用在木块B上，如图所示，力F作用后（最大静摩擦力等于滑动摩擦

力）（）

AAWWV"B—F

A.木块A所受摩擦力大小是12.5N

B.木块A所受摩擦力大小是11.5N

C.木块B所受摩擦力大小是9N

D.木块B所受摩擦力大小是7N

【答案】C

【详解】AB.由于弹簧被压缩了△丫二？cm,故弹簧的弹力尸好="Ax=400N/mXO.02m=8N

弹簧对木块/的力是向左的，大小为8N,而/静止，/所受最大静摩擦力为

E'=50NXO.25=12.5N＞下辩

则力静止，4受到的摩擦力与尸岸等大反向国=尸容=8N

故/受到的摩擦力为8N,方向水平向右，选项A、B均错误：

CD.8所受最大静摩擦力6.3=60NXO.25=15N

它受向右的8N的弹簧弹力，还有向右的尸=1N的拉力，故两力的合力大小为9N,方向水平向右，也

小于其最大静摩擦力，8也处于静止状态，受力平衡，故它受到的摩擦力等于弹簧对它的弹力和拉力的合力

9N,方向水平向左，选项C正确，D错误。

故选C。

4.（2021•浙江高三月考）小陶、小盛两人共提一桶水匀速走向教室，如图所示，水和水桶的总质量为m,

两人拉力方向与竖直方向都成。角，大小都为F,则下列说法中正确的是（）

A.不管。为何值，/=鳖

2

B.当。为30。时，F=mg

C.当9=45。时，F=V2mg

D.力越大时，F越大

【答案】D

【详解】由题可知小陶、小盛的手臂对水桶的拉力大小为尸，两人拉力方向与竖直方向都成8角，根据对

称性可知，结合平衡条件得2Fcos6=G

G

解得尸=

2cos6

当8=0°时，cos6值最大，则尸=£;当9=30°时，F=—G:当6»=45°时，F=—G:当8

232

为60°时，

F=G;当6越大时，则尸越大；故ABC错误，D正确；

故选:Do

5.（2020・天津滨海新区•紫云中学高三月考）如图所示，光滑斜面上有一个重力为70N的小球被轻绳拴

住悬挂在天花板上，已知绳子与竖直方向夹角为45。，斜面倾角为37。，整个装置处于静止状态。则绳子对

小球的拉力F大小为（sin370=0.6,cos370=0.8）（）

A.20V2NB.30V2NC.40V2ND.50V2N

【答案】B

F________G________

【详解】根据三力平衡及正弦定理得.c—

sin37sin(180-37c-45°)

解得尸=30&N

故选B。

6.（2021•山西太原市•高三一模）如图所示，轻质、不可伸长的细钢丝绳两端分别固定在竖直杆P、Q上

的a、b两点，。点比b点低。脚着粗糙杂技靴的演员在走钢丝表演时，可以在细绳的中点以及杆P、Q的

中间位置保持平衡状态，则演员（）

A.在P、Q中间位置时，左右两侧绳子张力的值相等

B.在P、Q中间位置时，左侧绳子张力的值小于右侧绳子张力的值

C.在细绳的中点时，左右两侧绳子张力的值相等

D.在细绳的中点时，左侧绳子张力的值大于右侧绳子张力的值

【答案】B

【详解】设。到节点的高度为九，〃到节点的高度为生，节点到夕的水平距离为西，节点到。的水平距

离为》2，a端绳子和水平方向的夹角为。，b端绳子和水平方向的夹角为/，对绳子节点进行受力分析，

如图所示

AB.在图中间位置时，根据几何关系tana=4,tanp=&,玉=%

石龙2

因为九＜饱，可得根据平衡条件工cosa=5,cos尸

Facos(3

可得三二—<1’

故A错误，B正确:

GD.在细绳的中点时，设6到节点绳子长度为L,根据几何关系有

\.〃加

sin«=—,sinp=—

LL

因为九〈生，可得。＜/7,根据平衡条件工cosa=6,cos4

Facos夕

可得二=嬴£<1HF。

故CD错误。

故选B。

7.（2021•北京朝阳区•高三一模）2020年11月18日，东北大部分地区发生罕见强雨雪风冻天气，一日

之内温度骤降16国,给生产生活带来诸多不便。如图所示，共享单车上结冻的冰柱都呈现水平方向。若仅从

受力角度分析，下列推理可能正确的是（）

A.风力水平向左B.风力水平向右

C.风力斜向左上D.风力斜向右下

【答案】C

【详解】

雨滴在重力和风力作用下，沿水平方向，由图可知，冰柱的左边更细，由平行四边形定则可知，风力斜

向左上。

故选Co

二、多选题

8.（2021•全国高三课时练习）如图所示为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线，根据图线可以确定

A.弹簧的原长为10cm

B.弹簧的劲度系数为200N/m

C.弹簧伸长15cm时弹力大小为10N

D.弹簧伸长15cm时弹力大小为30N

【答案】ABD

【详解】A.当弹力为零时，弹簧处于原长，则原长为10cm,A正确；

B.当弹簧的长度为5cm时，弹力为10N,此时弹簧压缩量x=10cm-5cm=5cm=0.05m

根据胡克定律尸="

得A=-^-N/m=200N/m

0.05

B正确：

CD.当弹簧伸长量f=15cm=0.15m

根据胡克定律得F=a=200x0.15N=30N

C错误D正确。

故选ABDo

9.（2021•全国高三课时练习）如图所示，四种情境中物体A均处于静止状态，它与外界的接触面（点）

均光滑，其中物体A所受弹力示意图正确的是（）

A._____J__________。为A球的球心，C为A球的重心

B.两球完全相同且接触,。为A球的球心

C.郭。为A球的球心，

墙壁竖直

D.。为半球形的球心,A为一根均匀直棒

XWNXWXv\XX\^NXX>VV\XW\XX\'

【答案】ABC

【详解】

AC.弹力的方向为垂直接触面指向受力物体，与物体的重心无关。AC正确:

B.假设两球间有弹力，两球将分离，所以两球无弹力。B正确；

D.弹力的方向为垂直接触面指向受力物体，所以E应指向球心。D错误。

故选ABC»

10.（2021•沙坪坝区•重庆南开中学高三月考）如图所示，一倾角为。的光滑斜面3固定在水平地面上,

F八

B.若产水平向左，则'一=tan<9

mg

C.若将力F由水平向左沿顺时针缓慢转过90°，则F先变大后变小

D.若将力/由水平向左沿顺时针缓慢转过90°,则尸先变小后变大

【答案】BD

〃吆

若将力尸由水平向左沿顺时针缓慢转过90°时，当尸与&垂直时尸最小，故尸先变小后变大。

故选BD。

11.（2021•山东聊城市•高三一模）筷子是中华饮食文化的标志之一，我国著名物理学家李政道曾夸赞说:

"筷子如此简单的两根木头，却精妙绝伦地应用了物理学杠杆原理。"如图所示，用筷子夹住质量为m的小

球，两根筷子均在竖直平面内，且筷子和竖直方向的夹角均为/已知小球与筷子之间的动摩擦因数为日，

设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g,小球静止。下列说法正确的是（）

mg

A.筷子对小球的最小压力是7^-----

B.当2增大时，筷子对小球的最小压力一定增大

C.当力减小时，筷子对小球的最小压力一定增大

D.要想用筷子夹住小球，必须满足〃>tan。

【答案】BD

【详解】A.左右两边的筷子对球有沿筷子向上的摩擦力尸和垂直筷子指向球心的压力，则对球

2/cos0=mg+2Nsin0

当压力/V最小时，则f-N

、,〃火

解得最小压力为N=-----:.

2（〃cos。-sin。）

选项A错误；

2(〃cos6-sin6)

可知，当e增大时，筷子对小球的最小压力一定增大，选项B正确，c错误;

、，mg

D.要想用筷子夹住小球，某运畏N=K-------A）

2（〃cos，一sin6）

的分母大于