高考物理-竞赛试题引领下的系列力学试题的求解

共点力平衡试题的解答，可以说都是通过平行四边形定则或者三角形定则转化成数学问题来进行的，要用到的数学知识主要有直角三角形边角关系、正弦定理（包含余弦定理）、相似三角形对应边成比例、三角函数的变换、圆的知识（有人称之为辅助圆法，实际还是图解法）等等。解题思路主要是列出解析式定量推导和图解法定性分析结合定量推导，即解析法和图解法，两种方法我们都要熟悉，具体解题需要综合运用。

动力学试题的解答，同样需要在正确分析受力情况的基础上运用平四边形定则或者正交分解法以及牛顿运动定律列出正确的表达式。但要想顺利解题，还需要进行一定的训练，以熟练领会解决问题的思路方法并提高解决问题的能力。

今天，我们将分享一道竞赛试题引领下的几道力学试题。

例题一、由青岛大学学生自主设计研发的墙壁清洁机器人，利用8只“爪子”上的吸盘吸附在接触面上，通过这8只“爪子”的交替伸缩吸附，就能在竖直墙壁和玻璃上行走并完成清洁任务．如图所示，假设这个机器人在竖直玻璃墙面上由A点沿直线“爬行”到右上方B点，在这一过程中，若此机器人8只“爪子”所受玻璃墙对它的摩擦力的合力为F，则下列受力分析图中可能正确的是（

）

A．

B．

C．

D．【答案】AD【难度】0.4【来源】2018年第13届全国高中应用物理竞赛试题【知识点】共点力作用下的物体平衡【详解】略例题二、某同学自主设计了墙壁清洁机器人的模型，利用4个吸盘吸附在接触面上，通过吸盘的交替伸缩吸附，在竖直表面上行走并完成清洁任务，如图所示。假设这个机器人在竖直玻璃墙面上由A点沿直线“爬行”到右上方B点，设墙面对吸盘摩擦力的合力为F，下列分析正确的是（）

A．若机器人匀速运动，则F的方向可能沿AB方向B．若机器人匀速运动，则F的方向一定竖直向上C．若机器人加速运动，则F的方向可能沿AB方向D．若机器人加速运动，则F的方向一定竖直向上【答案】B【难度】0.85【来源】2021届天津市和平区高三下学期第二次质量调研物理试题、四川省乐山沫若中学2023-2024学年高三上学期第一次月考理综物理试题。【知识点】牛顿第二定律的简单应用、平衡状态的定义及条件【详解】AB．若机器人匀速运动，则F与重力相平衡，其方向一定竖直向上，选项A错误，B正确；CD．若机器人加速运动，由于是由A点沿直线“爬行”到右上方B点，则F与重力合力的方向一定沿AB方向，重力竖直向下，所以F的方向不会沿AB方向，也不会竖直向上，选项CD错误。故选B。例题三、我国首台新型墙壁清洁机器人“蜘蛛侠”是由青岛大学学生自主研制开发的，“蜘蛛侠”利用8只“爪子”上的吸盘吸附在接触面上，通过“爪子”交替伸缩，就能在墙壁或玻璃上自由移动。如图所示，假设“蜘蛛侠”在竖直玻璃墙面上由A点沿直线匀速“爬行”到右上方B点，在这一过程中，关于“蜘蛛侠”在竖直面内的受力分析正确的是（）

A．B．C．D．【答案】B【难度】0.85【来源】广东省广州市第二中学2022-2023学年高一上学期期末物理试题【知识点】牛顿定律与直线运动-简单过程【详解】“蜘蛛侠”在竖直玻璃墙面上由A点沿直线匀速“爬行”到右上方B点，“蜘蛛侠”处于平衡状态，故在竖直面内受力平衡。故选B。例题四、义乌市场上热销的擦窗机器人能利用内置吸盘吸附在接触面上，同时驱动系统又能保证机器人在竖直墙壁或玻璃面上自如行走，执行用户设定的清洁任务。假设现在擦窗机器人正在竖直玻璃墙面上由A点沿直线加速运行到右上方的B点，在这一过程中，机器人与玻璃墙之间的摩擦力为F，则下列关于力的分析图中正确的是（）

A．B．C．D．【答案】D【难度】0.65【来源】2021届浙江省金华市义乌市高三下学期适应性考试物理试题【知识点】牛顿第二定律的简单应用【详解】机器人正在竖直玻璃墙面上由A点沿直线加速运行到右上方的B点，则其合外力方向沿AB方向由A指向B，垂直玻璃面的方向的大气压力与弹力相互平衡，则重力与摩擦力所合力就是机器人的合外力，所以摩擦力指向斜上方，则D正确；ABC错误；

故选D。例题四、国内首台新型墙壁清洁机器人——“蜘蛛侠”是由青岛大学学生自主设计研发的，“蜘蛛侠”利用8只“爪子”上的吸盘吸附在接触面上，通过“爪子”交替伸缩，就能在墙壁和玻璃上自由移动。如图所示，“蜘蛛侠”在竖直玻璃墙面上由A点沿直线匀减速爬行到右上方B点，在这一过程中，设“蜘蛛侠”除重力外所受其他各个力的合力为F，下列各图中表示该合力F的方向可能正确的是（）A．B．C．

D．【答案】D【难度】0.85【来源】浙江省杭州市富阳区第二中学2020-2021学年高二下学期4月物理试题【知识点】牛顿第二定律的同向性【详解】由题意知，“蜘蛛侠”由A点沿直线匀减速爬行到右上方B点，即加速度方向和速度方向相反