专题10 受力分析 共点力的平衡（精练）-2019年高考物理双基突破（一）

专题10 受力分析 共点力的平衡（精练）-2019年高考物理双基突破（一）

专题十 受力分析 共点力的平衡（精练）‎ ‎1．如图所示，一质量为m的物体A恰能在倾角为α的斜面体上匀速下滑．若用与水平方向成θ角、大小为F的力推A，使A加速下滑，斜面体始终静止。下列关于斜面体受地面的摩擦力的说法正确的是 A．大小为0‎ B．方向水平向左，大小为Fcosθ C．方向水平向左，大小为mgcosαsinα D．方向水平向右，大小为mgcosαsinα ‎【答案】A ‎2．如图所示，传送带沿逆时针方向匀速转动．小木块a、b用细线连接，用平行于传送带的细线拉住a，两木块均处于静止状态．关于木块受力个数，正确的是 A．a受4个，b受5个 B．a受4个，b受4个 C．a受5个，b受5个 D．a受5个，b受4个 ‎【答案】D ‎【解析】先分析木块b的受力，木块b受重力、传送带对b的支持力、沿传送带向下的滑动摩擦力、细线的拉力，共4个力；再分析木块a的受力，木块a受重力、传送带对a的支持力、沿传送带向下的滑动摩擦力及上、下两段细线的拉力，共5个力，故D正确。‎ ‎3．（多选）如图，两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上，关于斜面体A和B的受力情况，下列说法正确的是 A．A一定受到四个力 ‎ B．B可能受到四个力 C．B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力 D．A与B之间一定有摩擦力 ‎【答案】AD ‎4．如图所示，用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂，小球处于静止状态，弹簧A与竖直方向的夹角为30°，弹簧C水平，则弹簧A、C的伸长量之比为 A．∶4 B．4∶ C．1∶2 D．2∶1‎ ‎【答案】D ‎【解析】这是典型的平衡模型，解题的要点是对两小球进行受力分析，列平衡方程，若取两小球作为一个整体来研究会更方便。‎ 方法1：分别对两小球受力分析，如图所示FAsin 30°－FBsin α＝0 FB′sin α－FC＝0，FB＝FB′‎ 得FA＝2FC，即弹簧A、C的伸长量之比为2∶1，选项D正确。‎ 方法2：将两球作为一个整体进行受力分析，如图所示 由平衡条件知：＝即FA′＝2FC又FA′＝FA，则FA＝2FC，故选项D正确。‎ ‎5．如图，一个家用台灯静止放在桌子上，下列描述中正确的是 A．台灯对桌子的作用力和桌子对台灯的作用力是一对平衡力 B．台灯受到向左的摩擦力 C．旋转点O对灯头的作用力沿AB方向 ‎ D．台灯底座所受合力为零 ‎【答案】D ‎6．如右图所示，物块A、B通过一根不可伸长的细线连接，A静止在斜面上，细线绕过光滑的滑轮拉住B，A与滑轮之间的细线与斜面平行．则物块A受力的个数可能是 A．3个 B．4个 ‎ C．5个 D．2个 ‎【答案】AB ‎【解析】物块A一定受到重力、斜面对A的支持力以及细线的拉力，如果细线对A的拉力恰好等于物块A的重力沿斜面向下的分力，则斜面对A的静摩擦力为零，那么A受力的个数为3个；如果细线对A的拉力大于A物块的重力沿斜面向下的分力，则斜面对A的静摩擦力沿斜面向下，那么A受力的个数为4个；如果细线对A的拉力小于A物块的重力沿斜面向下的分力，则斜面对A的静摩擦力沿斜面向上，那么A受力的个数也为4个．因此，答案为A、B。‎ ‎7．如图所示，甲、乙、丙三个物体叠放在水平面上，用水平力F拉位于中间的物体乙，它们仍保持静止状态，三个物体的接触面均为水平，则乙物体受力的个数为 A．3个 B．4个 C．5个 D．6个 ‎【答案】C ‎8．如图所示，质量分别为m、2m的物体A、B由轻质弹簧相连后放置在匀速上升的电梯内，当电梯钢索断裂的瞬间，物体B的受力个数为 A．2　　 B．3‎ C．4 D．1‎ ‎【答案】B ‎【解析】电梯钢索断裂的瞬间，弹簧上的弹力不变，此时A物体合力为零。假设B物体与电梯间没有作用力，则电梯只受重力作用，其加速度等于重力加速度g，B物体受重力和弹簧向下的压力，其加速度大于重力加速度，故B物体一定压紧电梯，两者之间有弹力作用，故B物体受3个力，B正确。 ‎ ‎9．（多选）如图所示，甲、乙两物体用压缩的轻质弹簧连接静置于倾角为θ的粗糙斜面体上，斜面体始终保持静止，则下列判断正确的是 A．物体甲一定受到4个力的作用 B．物体甲所受的摩擦力方向一定沿斜面向下 C．物体乙所受的摩擦力不可能为零 D．水平面对斜面体无摩擦力作用 ‎【答案】CD ‎10．物体在共点力作用下，下列说法中正确的是 A．物体的速度在某一时刻等于零，物体就一定处于平衡状态 B．物体相对另一物体保持静止时，物体一定处于平衡状态 C．物体所受合力为零，就一定处于平衡状态 D．物体做匀加速运动时，物体处于平衡状态 ‎【答案】C ‎【解析】本题考查对平衡状态的判断。处于平衡状态的物体，从运动形式上是处于静止或匀速直线运动状态，从受力上来看，物体所受合力为零。‎ 某一时刻速度为零的物体，受力不一定为零，故不一定处于平衡状态，A错；物体相对于另一物体静止时，该物体不一定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此物体处于非平衡状态，故B错；C选项符合平衡条件的判断，为正确选项；物体做匀加速运动，所受合力不为零，故不是平衡状态，D错。‎ ‎11．（单选）叠罗汉是一种二人以上层层叠成各种造型的游戏娱乐形式，也是一种高难度的杂技。图示为六人叠成的三层静态造型，假设每个人的重力均为G，下面五人的背部均呈水平状态，则最底层正中间的人的一只脚受到水平地面的支持力约为 A．G　　　B．G　　　C．G　　　D．G ‎【答案】C ‎12．（多选）如图所示，用与竖直方向成θ角（θ＜45°）的倾斜轻绳a和水平轻绳b共同固定一个小球，这时绳b的拉力为T1，现保持小球在原位置不动，使绳b在原竖直平面内逆时转过θ角固定，绳b的拉力变为T2；再转过θ角固定，绳b的拉力为T3，则 A．T1＝T3＞T2 B．T1＜T2＜T3 ‎ C．T1＝T3＜T2 D．绳a的拉力减小 ‎【答案】AD ‎【解析】以小球为研究对象，分析受力：重力、a、b两绳的拉力T、T2，根据平衡条件得知，T和T2的合力方向竖直向上，大小与重力相等，保持不变，作出b绳在三个不同位置时，两个拉力的变化，如图，由图得到，T1＝T3＞T2。由图看出，绳a的拉力减小，故AD正确。‎ ‎13．（多选）如图所示，A、B、C、D四个人做杂技表演，B站在A的肩上，双手拉着C和D，A撑开双手水平支持着C和D。若四个人的质量均为m，他们的臂长相等，重力加速度为g，不计A手掌与C、D身体间的摩擦。则下列结论正确的是 A．A受到地面的支持力为4mg ‎ B．B受到A的支持力为3mg C．B受到C的拉力约为mg ‎ D．C受到A的推力约为mg ‎【答案】ABC ‎14．如图所示，当风水平吹来时，风筝面与水平面成一夹角，人站在地面上拉住连接风筝的细线。则 A．空气对风筝的作用力方向水平向右 ‎ B．地面对人的摩擦力方向水平向左 C．地面对人的支持力大小等于人和风筝的总重力 D．风筝处于稳定状态时，拉直的细线可能垂直于风筝面 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 空气对风筝的作用力应该是垂直于风筝面，方向为斜向右上方，选项A错误；把人和风筝看作一个整体，系统受到竖直向下的重力、地面对系统竖直向上的支持力、空气对系统垂直风筝面斜向上的作用力，要使系统静止，人必然受到地面对他的水平向左的摩擦力，选项B正确；空气对整个系统的作用力有向上的分力，因此地面对人的支持力要小于人和风筝的总重力，选项C错误；以风筝为研究对象，风筝受重力、细线的拉力、空气对风筝垂直风筝面斜向上的作用力，三力的合力为零，所以风筝所受的拉力与空气对风筝的作用力不在一条直线上，即细线不会垂直于风筝面，选项D错误。‎ ‎15．（多选）如图所示，质量分别为M、m的两个木块A、B通过劲度系数为K的轻弹簧连接，木块A放在水平桌面上，木块B用轻绳通过定滑轮在力F的作用下整体处于静止状态，绳与水平方向成α角。不计滑轮与绳间的摩擦，则下列说法正确的是 A．木块A对桌面的压力为N＝Mg＋mg－Fsinα B．轻弹簧处于拉伸状态，弹簧的弹力大小为 C．木块A对桌面的摩擦力大小为f＝Fcosα，方向向左 D．木块A对桌面的摩擦力大小为f＝Fsinα，方向向右 ‎【答案】AB ‎16．用一轻绳将小球P系于光滑墙壁上的O点，在墙壁和球P之间夹有一矩形物块Q，如图所示。P、Q均处于静止状态，则下列说法正确的是 A．Q受到3个力 B．P物体受4个力 C．若绳子变短，Q受到的静摩擦力将增大 D．若绳子变短，绳子的拉力将变小 ‎【答案】B ‎【解析】设物块Q的质量为m1，小球P的质量为m2，对物块Q受力分析，受到重力m1g、墙壁的弹力FN、P的压力FPQ和静摩擦力fPQ，如图甲，由力的平衡条件可知fPQ＝m1g，Q受到的静摩擦力与绳的长短无关；对小球P受力分析，受到重力m2g、Q的支持力FQP、静摩擦力fQP和绳子的拉力FT，当绳子变短时，绳子与竖直方向的夹角变大，由力的平行四边形可知，绳子的拉力将变大，所以正确选项为B。‎ ‎17．（多选）如图所示，质量为m的木块静止地放在半径为R的半球体上，半球体与木块均处于静止状态，已知木块与半球体间的动摩擦因数为μ，木块与球心的连线与水平地面的夹角为θ，则下列说法正确的是 A．地面对半球体的摩擦力方向水平向左 B．木块对半球体的压力大小为mgsinθ C．木块所受摩擦力大小为mgcosθ D．木块所受摩擦力大小为μmgcosθ ‎【答案】BC ‎18．（多选）将某均匀的长方体锯成如图所示的A、B两块后，放在水平桌面上并对放在一起，现用水平力F推B物体，使A、B整体保持矩形沿F方向匀速运动，则 A．物体A在水平方向上受到两个力的作用，且合力为零 B．物体A在水平方向上受到三个力的作用，且合力为零 C．B对A的作用力方向与F方向相同 D．B对A的压力等于桌面对A的摩擦力 ‎【答案】BC ‎19．质量为M，倾角为θ的斜劈静止于粗造平面上，另一质量为m的物体置于斜劈上，如果在物体上施加一沿斜面向上的力F，物体与斜劈仍然保持静状态，求斜劈与水平面间的摩擦力。（如图）‎ ‎【答案】F·cosθ ‎【解析】隔离法：第一步：以物体为对象，其受力情况如图所示。（注：摩擦力f1，可能存在，也可能不存在，现假定存在且方向沿斜面向下 以物体为对象，根据平衡条件有： ‎ F─f1─mg sinθ=0 （1）N 1─mg cosθ=0 （2）‎ 第二步：以斜劈为对象，斜劈受力情况如图右所示。‎ 以斜劈为对象，根据平衡条件有：f1' cosθ+ N 1' sinθ─f=0 (3) ‎ N +f1' sinθ─N1' cosθ─Mg=0 (4)‎ 其中f1 = f1' N 1= N 1' 由（1）、（2）、（3）、（4）式解得：f= F·cosθ 整体法：以M和m所构成的整体为对象，其受力情况如图所示。‎ 根据平衡条件有： F·cosθ─f=0 f＝F·cosθ 说明：比较以上两种方法，不难发现以整体为对象求解共点力作用下连接体的平衡问题时，的确简化了解题过程。‎ ‎20．（多选）如图所示，重物的质量为m，轻细绳AO和BO的A端、B端是固定的。平衡时AO是水平的，BO与水平方向的夹角为θ。AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是 A．F1＝mgcos θ　 B．F1＝ C．F2＝mgsin θ D．F2＝ ‎【答案】BD 方法二：分解法 用效果分解法求解．F2共产生两个作用效果，一个是水平方向沿A→O拉绳子AO，另一个是拉着竖直方向的绳子．如图乙所示，将F2分解在这两个方向上，结合力的平衡等知识得 F1＝F2′＝，F2＝＝.‎ 显然，也可以按F3（或F1）产生的效果分解F3（或F1）来求解此题。‎ 方法三：正交分解法 将O点受的力沿水平方向、竖直方向正交分解，如图丙所示．由力的平衡条件得F2cos θ－F1＝0，F2sin ‎ θ－mg＝0，解得F2＝，F1＝。‎ ‎21．拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具，如图。设拖把头的质量为m，拖杆质量可忽略；拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数μ，重力加速度为g.某同学用该拖把在水平地板上拖地时，沿拖杆方向推拖把，拖杆与竖直方向的夹角为θ。‎ ‎（1）若拖把头在地板上匀速移动，求推拖把的力的大小。‎ ‎（2）设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为λ。已知存在一临界角θ0，若θ≤θ0，则不管沿拖杆方向的推力有多大，都不可能使拖把从静止开始运动。求这一临界角的正切值tan θ0。‎ ‎【答案】（1）mg （2）tan θ0＝λ ‎（2）若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动，应有Fsin θ≤λFN④‎ 这时，①式仍成立．联立①④式得sin θ－λcos θ≤λ ⑤‎ 现求解使⑤式成立的θ角的取值范围。注意到⑤式右边总是大于0，且当F无限大时极限值为0，有 sin θ－λcos θ≤0⑥‎ 使⑥式成立的θ角满足θ≤θ0，这里θ0是题中所定义的临界角，即当θ≤θ0时，不管沿拖杆方向用多大的力都推不动拖把。故临界角的正切值为tan θ0＝λ。‎ ‎22．2012年10月，奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳乘气球升至约39km的高空后跳下，经过4分20秒到达距地面约1.5km的高度处，打开降落伞并成功落地，打破了跳伞运动的多项世界纪录。取重力加速度的大小g＝10m/s2。‎ ‎（1）若忽略空气阻力，求该运动员从静止开始下落至1.5km高度处所需的时间及其在此处速度的大小。‎ ‎（2）实际上，物体在空气中运动时会受到空气的阻力，高速运动时所受阻力的大小可近似表示为Ff＝kv2，其中v为速率，k为阻力系数，其数值与物体的形状、横截面积及空气密度有关，已知该运动员在某段时间内高速下落的v－t图象如图所示，若该运动员和所带装备的总质量m＝100kg，试估算该运动员在达到最大速度时所受的阻力系数。（结果保留1位有效数字）‎ ‎【答案】（1）87s 8.7×102m/s （2）0.008kg/m v＝gt ①‎ s＝gt2 ②‎ 根据题意有s＝3.9×104m－1.5×103m＝3.75×104m ③‎ 由①②③式得 t＝87s ④‎ v＝8.7×102m/s ⑤‎ ‎（2）该运动员达到最大速度vmax时，加速度为零，由牛顿第二定律有 mg＝kv ⑥‎ 由所给v－t图象可读出 vmax＝360m/s ⑦‎ 由⑥⑦式得k＝0.008kg/m ‎23．如图所示，在倾角为θ的粗糙斜面上，一个质量为m的物体被水平力F推着静止于斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，且μ＜tanθ，求力F的取值范围。‎ ‎【答案】 mg≤F≤ mg 由平衡条件：mgsinθ＝Fcosθ＋Ff ①‎ FN＝mgcosθ＋Fsinθ ②‎ Ff＝μFN ③‎ 由①②③得Fmin＝ mg 若物体在力F的作用下刚好不上滑，则物体受沿斜面向下的最大静摩擦力，且此时F最大，对物体受力分析，如图乙所示，‎ 由平衡条件：mgsinθ＋Ff＝Fcosθ ④‎ FN＝mgcosθ＋Fsinθ ⑤‎ Ff＝μFN ⑥‎ 由④⑤⑥得Fmax＝ mg 故： mg≤F≤ mg