回歸教材重難點(diǎn)01 力與物體的平衡-2022年高考政治三輪沖刺過關(guān)（解析版）

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回歸教材重難點(diǎn)01力與物體的平衡

共點(diǎn)力的平衡是高中物理的重要知識，靈活選擇研究對象、正確受力分析、優(yōu)選平衡條件的合適形式來解決問題，能體現(xiàn)考生的物理觀念和科學(xué)思維。

在備考過程中要理解力和力的運(yùn)算法則，會正確受力分析、理解并熟練應(yīng)用力的平衡的各種表達(dá)形式解決具體問題，并形成解決物理問題的基本思路；在解決問題過程中還要體會臨界極值法、函數(shù)法、圖像法、整體法、隔離法等解題方法，多聯(lián)系生活中的平衡現(xiàn)象，提高應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。

知識點(diǎn)一對物體進(jìn)行受力分析的基本思路

知識點(diǎn)二解決平衡問題的常用方法

方法

內(nèi)容

合成法

物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡，則任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小相等，方向相反

效果分解法

物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡，將某一個(gè)力按力的效果分解，則其分力和其他兩個(gè)力滿足平衡條件

正交分解法

物體受到三個(gè)或三個(gè)以上力的作用時(shí)，將物體所受的力分解為相互垂直的兩組，每組力都滿足平衡條件

力的三角形法

對受三力作用而平衡的物體，將力的矢量圖平移使三力組成一個(gè)首尾依次相接的矢量三角形，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識求解未知力

知識點(diǎn)三圖解法分析動(dòng)態(tài)平衡問題

1．動(dòng)態(tài)平衡：是指平衡問題中的一部分力是變力，是動(dòng)態(tài)力，力的大小和方向均要發(fā)生變化，所以叫動(dòng)態(tài)平衡，這是力平衡問題中的一類難題．

2．基本思路：化“動(dòng)”為“靜”，“靜”中求“動(dòng)”．

3．基本方法：圖解法和解析法．

4.圖解法分析動(dòng)態(tài)平衡問題的步驟

(1)選某一狀態(tài)對物體進(jìn)行受力分析；

(2)根據(jù)平衡條件畫出平行四邊形；

(3)根據(jù)已知量的變化情況再畫出一系列狀態(tài)的平行四邊形；

(4)判定未知量大小、方向的變化．

知識點(diǎn)四隔離法和整體法在多體平衡中的應(yīng)用

當(dāng)分析相互作用的兩個(gè)或兩個(gè)以上物體整體的受力情況及分析外力對系統(tǒng)的作用時(shí)，宜用整體法；而在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體(或一個(gè)物體各部分)間的相互作用時(shí)常用隔離法．整體法和隔離法不是獨(dú)立的，對一些較復(fù)雜問題，通常需要多次選取研究對象，交替使用整體法和隔離法．

平衡中的臨界和極值問題

解決動(dòng)態(tài)平衡、臨界與極值問題的常用方法：

方法

步驟

解析法

①列平衡方程求出未知量與已知量的關(guān)系表達(dá)式

②根據(jù)已知量的變化情況來確定未知量的變化情況

圖解法

①根據(jù)已知量的變化情況，畫出平行四邊形的邊角變化

②確定未知量大小、方向的變化

知識點(diǎn)五求解平衡問題的四種特殊方法

求解平衡問題的常用方法有合成與分解法、正交分解法、圖解法、整體與隔離法，前面對這幾種方法的應(yīng)用涉及較多，這里不再贅述，下面介紹四種其他方法.

一、對稱法

某些物理問題本身沒有表現(xiàn)出對稱性，但經(jīng)過采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右赞D(zhuǎn)化，把不具對稱性的問題轉(zhuǎn)化為具有對稱性的問題，這樣可以避開繁瑣的推導(dǎo)，迅速地解決問題．

二、相似三角形法

物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài)，畫出其中任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等值反向的平行四邊形中，可能有力三角形與題設(shè)圖中的幾何三角形相似，進(jìn)而得到對應(yīng)邊成比例的關(guān)系式，根據(jù)此式便可確定未知量．

三、正弦定理法

三力平衡時(shí)，三力合力為零．三個(gè)力可構(gòu)成一個(gè)封閉三角形，若由題設(shè)條件尋找到角度關(guān)系，則可由正弦定理列式求解．

四、三力匯交原理

物體受三個(gè)共面非平行外力作用而平衡時(shí)，這三個(gè)力必為共點(diǎn)力．

1．（2021·廣東卷）唐代《耒耜經(jīng)》記載了曲轅犁相對直轅犁的優(yōu)勢之一是起土省力，設(shè)牛用大小相等的拉力F通過耕索分別拉兩種犁，F(xiàn)與豎直方向的夾角分別為和，，如圖所示，忽略耕索質(zhì)量，耕地過程中，下列說法正確的是（）

A．耕索對曲轅犁拉力的水平分力比對直轅犁的大

B．耕索對曲轅犁拉力的豎直分力比對直轅犁的大

C．曲轅犁勻速前進(jìn)時(shí)，耕索對犁的拉力小于犁對耕索的拉力

D．直轅犁加速前進(jìn)時(shí)，耕索對犁的拉力大于犁對耕索的拉力

【答案】B

【解析】

A．將拉力F正交分解如下圖所示

則在x方向可得出

Fx曲=Fsinα

Fx直=Fsinβ

在y方向可得出

Fy曲=Fcosα

Fy直=Fcosβ

由題知α<β則

sinα<sinβ

cosα>cosβ

則可得到

Fx曲<Fx直

Fy曲>Fy直

A錯(cuò)誤、B正確；

CD．耕索對犁的拉力與犁對耕索的拉力是一對相互作用力，它們大小相等，方向相反，無論是加速還是勻速，則CD錯(cuò)誤。

故選B。

2．（2020·海南卷）如圖，上網(wǎng)課時(shí)小明把手機(jī)放在斜面上，手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。則斜面對手機(jī)的（）

A．支持力豎直向上

B．支持力小于手機(jī)所受的重力

C．摩擦力沿斜面向下

D．摩擦力大于手機(jī)所受的重力沿斜面向下的分力

【答案】B

【解析】

設(shè)手機(jī)的質(zhì)量為m，斜面傾角為θ。對手機(jī)進(jìn)行受力分析，如圖所示

由圖可知支持力方向垂直斜面向上，摩擦力方向沿斜面向上，根據(jù)平衡條件則有

，

因，故，且摩擦力等于手機(jī)所受的重力沿斜面向下的分力

故選B。

3．（2020·北京卷）某同學(xué)利用圖甲所示裝置研究摩擦力的變化情況。實(shí)驗(yàn)臺上固定一個(gè)力傳感器，傳感器用棉線拉住物塊，物塊放置在粗糙的長木板上。水平向左拉木板，傳感器記錄的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）

A．實(shí)驗(yàn)中必須讓木板保持勻速運(yùn)動(dòng)

B．圖乙中曲線就是摩擦力隨時(shí)間的變化曲線

C．最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力之比約為10:7

D．只用圖乙中數(shù)據(jù)可得出物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)

【答案】C

【解析】

AB．為了能研究摩擦力隨時(shí)間的變化曲線，故物塊一直要處于靜止?fàn)顟B(tài)，則向左的摩擦力一直與向右輕繩的拉力平衡，圖乙是向右輕繩的拉力隨時(shí)間變化曲線，故圖乙也可以反映摩擦力隨時(shí)間變化的曲線，由圖可乙知向右輕繩的拉力先增大后減小，最后趨于不變，故物塊先受靜摩擦力作用后受滑動(dòng)摩擦力作用，所以不需要讓木板保持勻速運(yùn)動(dòng)，故AB錯(cuò)誤；

C．由圖可知，最大靜摩擦力約為10N，滑動(dòng)摩擦力約為7N，故最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力之比約為10:7，故C正確；

D．根據(jù):，

可知，由于不知道物塊的重力，故無法求物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)，故D錯(cuò)誤。

故選C。

4．（2020·浙江卷）如圖是“中國天眼”口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡維護(hù)時(shí)的照片。為不損傷望遠(yuǎn)鏡球面，質(zhì)量為m的工作人員被懸在空中的氦氣球拉著，當(dāng)他在離底部有一定高度的望遠(yuǎn)鏡球面上緩慢移動(dòng)時(shí)，氦氣球?qū)ζ溆写笮?、方向豎直向上的拉力作用，使其有“人類在月球上行走”的感覺，若將人視為質(zhì)點(diǎn)，此時(shí)工作人員（）

A．受到的重力大小為 B．受到的合力大小為

C．對球面的壓力大小為 D．對球面的作用力大小為

【答案】D

【解析】

A．工作人員的質(zhì)量為，則工作人員受到的重力：；A錯(cuò)誤；

B．工作人員在球面上緩慢行走，處于平衡狀態(tài)，合力為0，B錯(cuò)誤；

C．工作人員站在的球面位置不水平，對球面的壓力不等于，C錯(cuò)誤；

D．由平衡條件可得球面對工作人員的作用力滿足：

再由牛頓第三定律可得，工作人員對球面的作用力大小為：；D正確。

故選D。

5、（2021·河南省洛陽市三模）如圖所示，一同學(xué)推動(dòng)木箱在水平地面上勻速運(yùn)動(dòng)，關(guān)于該同學(xué)的推力，下列判斷正確的是（）

A.方向水平時(shí)推力最小

B方向斜向下時(shí)可能比方向水平時(shí)推力小

C.方向斜向上時(shí)一定比方向水平時(shí)推力小

D.方向斜向上時(shí)可能比方向水平時(shí)推力小

【答案】D

【解析】

對木箱受力分析，豎直方向，受重力和支持力作用，水平方向滑動(dòng)摩擦力，根據(jù)

當(dāng)推力水平時(shí)，有：

當(dāng)推力斜向下時(shí)，與水平夾角為，有：

當(dāng)推力斜向上時(shí)，與水平夾角為，有：

聯(lián)立可得：

故選D

6、（2021·山東省濟(jì)南市高三下學(xué)期壓軸卷）木塊A、B分別重50N和30N，它們與水平地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.2，與A、B相連接的輕彈簧被壓縮了5cm，系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動(dòng)，已知彈簧的勁度系數(shù)為100N/m。用水平向右的力F＝1N作用在木塊A上，如圖所示，則

A.木塊A所受摩擦力大小是9N，方向向右 B.木塊A所受摩擦力大小是4N，方向向右

C.木塊B所受摩擦力大小是6N，方向向左 D.木塊B所受摩擦力大小是4N，方向向左

【答案】B

【解析】

A、B與地面間的最大靜摩擦力分別為：

fmA=μGA=0.2×50N=10N

fmB=μGB=0.2×30N=6N

根據(jù)胡克定律得，彈簧的彈力大小為

F彈=kx=100×0.05N=5N

當(dāng)F=1N時(shí)，F(xiàn)彈-F=4N＜fmA，F(xiàn)彈＜fmB，所以兩物體都保持靜止?fàn)顟B(tài)。

則由平衡條件得：

AB．木塊A所受摩擦力分別為fA=F彈-F=4N，方向水平向右。選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；

CD．木塊B所受的摩擦力為fB=F彈=5N，方向水平向左；選項(xiàng)CD錯(cuò)誤；

故選B.

7、（2021·山東省煙臺市適應(yīng)性練習(xí)）無人機(jī)經(jīng)常應(yīng)用于應(yīng)急救援物資的輸送。在一次救援物資輸送的過程中，無人機(jī)與下方用輕繩懸掛的救援物資一起在空中沿水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，救援物資受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的空氣阻力作用，當(dāng)無人機(jī)改變速度大小仍然沿水平方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，繩子與豎直方向的夾角變大，則無人機(jī)速度改變后比改變前（）

A.繩子的張力變小

B.救援物資受到的空氣阻力變小

C.無人機(jī)受到的重力和繩子拉力的合力大小變大

D.無人機(jī)受到的重力和繩子拉力的合力大小不變

【答案】C

【解析】

AB．設(shè)細(xì)繩與豎直方向夾角為θ，則水平方向

豎直方向

則當(dāng)繩子與豎直方向的夾角變大時(shí)，繩子的拉力T變大，救援物資受到的空氣阻力f變大，選項(xiàng)AB錯(cuò)誤；

CD．由三力平衡可知，無人機(jī)受到的重力和繩子拉力的合力大小等于受到的阻力大小，則無人機(jī)受到的重力和繩子拉力的合力大小變大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。

故選C。

8、（2021·天津市紅橋區(qū)二檢）如圖所示，質(zhì)量為M的斜面靜置在水平地面上，斜面上有一質(zhì)量為m的小物塊，水平力F作用在小物塊上時(shí)，兩者均保持靜止，斜面受到水平地面的靜摩擦力為f1，小物塊受到斜面的靜摩擦力為f2。現(xiàn)使F逐漸增大，兩者仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，則（）

A.f1、f2都增大

B.f1、f2可能都減小

C.f1一定增大，f2可能減小

D.f1不一定增大，f2一定增大

【答案】C

【解析】

對整體受力分析，受到重力、支持力、靜摩擦力、推力，則有

則增大，一定增大。

再對物塊m受力分析，受重力、支持力、推力，可能有靜摩擦力。

①時(shí)，靜摩擦力沿著斜面向上，大小為

當(dāng)F增大時(shí)，變?。?/p>

②當(dāng)時(shí)，靜摩擦力為零，當(dāng)增大時(shí)，靜摩擦力向下，即變大；

③當(dāng)時(shí)，靜摩擦力沿著斜面向下，大小為

F增大時(shí)，變大，故可能減小，也可能增大；

故選C。

9、（2021·河北省實(shí)驗(yàn)中學(xué)調(diào)研）質(zhì)量為M的半圓柱體P放在粗糙的水平地面上，其右端固定一個(gè)豎直擋板AB，在P上放兩個(gè)大小相同的光滑小球C和D，質(zhì)量均為m，整個(gè)裝置的縱截面如圖所示。開始時(shí)P、C球心連線與水平面的夾角為，點(diǎn)P、D球心連線處于豎直方向，已知重力加速度為g。則下列說法正確的是（）

A.P和擋板對C的彈力分別為和

B.地面對P的摩擦力大小為零

C.使擋板緩慢地向右平行移動(dòng)，但C仍在P和擋板AB作用下懸于半空中，則地面對P的摩擦力將不斷增大

D.使擋板繞B點(diǎn)順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，P始終保持靜止，則D一定緩慢下滑

【答案】C

【解析】

A．由于D處于P的正上方，所以D只能受到重力和P的支持力；則C的受力如圖所示

根據(jù)平衡條件，得

即半圓柱P和擋板對C的彈力大小分別為和，故A錯(cuò)誤；

B．以P、C和D組成的整體為研究對象，可知整體在水平方向受到擋板AB的作用力FA，若要平衡，必定受到向右的摩擦力，故B錯(cuò)誤；

C．使擋板緩慢地向右平移，但C仍在P和擋板AB作用下懸于半空中，則D的運(yùn)動(dòng)可能有兩種情況：

一是D仍然位于P的正上方，保持不動(dòng)，此時(shí)C的球心與P的圓心的連線與水平方向之間的夾角減小，由可知FA增大，P若要平衡，則受到向右的摩擦力必定增大；

二是若D受到擾動(dòng)，可能隨C一起向右滑下，則對C產(chǎn)生向下的壓力，則擋板AB對C的彈力更大，所以地面對P的摩擦力將不斷增大，故C正確；

D．使擋板繞B點(diǎn)順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，P始終保持靜止，則D可能仍然位于P的正上方，保持不動(dòng)，故D錯(cuò)誤。

故選C。

10、（2021·廣東省普寧二中適應(yīng)性考試）如圖，一直梯靠豎直墻壁放置，人站在梯子上，處于靜止?fàn)顟B(tài)，忽略梯子與墻壁間的摩擦力，則下列說法正確的是（）

A.人越重，梯子所受合外力越大

B.地面對梯子支持力的大小與人所站的高度無關(guān)

C.墻壁對梯子彈力方向垂直于梯子所在平面斜向上

D.地面對梯子的摩擦力大于墻壁對梯子的彈力

【答案】B

【解析】

A．梯子處于平衡狀態(tài)，所受合外力總為零，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B．地面對梯子支持力的大小等于人與梯子的重力之和，與人所站的高度無關(guān)，選項(xiàng)B正確；

C．墻壁對梯子的彈力方向垂直于墻壁沿水平方向，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

D．水平方向受力平衡，則地面對梯子的摩擦力等于墻壁對梯子的彈力，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

故選B。

11、（2021·福建省南平市二檢）如圖，一粗糙的固定斜桿與水平方向成θ角，一定質(zhì)量的滑環(huán)A靜止懸掛在桿上某位置?，F(xiàn)用一根輕質(zhì)細(xì)繩AB一端與滑環(huán)A相連，另一端與小球B相連，且輕繩AB與斜桿垂直。另一輕質(zhì)細(xì)繩BC沿水平方向拉小球B，使小球B保持靜止。將水平細(xì)繩BC的C端沿圓弧緩慢移動(dòng)到豎直位置，B的位置始終不變，則在此過程中（）

A.輕繩AB上的拉力先減小后增大

B.輕繩BC上的拉力先增大后減小

C.斜桿對A的支持力一直在減小

D.斜桿對A的摩擦力一直在減小

【答案】C

【解析】

AB．由題意知，小球B處于平衡，對小球受力分析如圖所示

輕繩BC由水平方向變到豎直方向，由矢量三角形的動(dòng)態(tài)分析可以看出，輕繩BC上的拉力先減小后增大；輕繩AB上的拉力一直在減小，故AB錯(cuò)誤；

C．滑環(huán)A處于靜止，對A受力分析如圖所示

由于AB繩對A的拉力T一直在減小，故斜桿對A的支持力也一直在減??；斜桿對A的摩擦力一直等于，保持不變。故C正確，D錯(cuò)誤。

故選C。

12、（2021·北京市朝陽區(qū)二模）如圖所示，用AC、CD兩根輕繩將物塊懸于水平輕桿BC的下方，其中B為光滑轉(zhuǎn)軸，C為結(jié)點(diǎn)，輕桿BC始終保持水平，重物靜止不動(dòng)。已知物塊質(zhì)量為m，重力加速度為g。設(shè)AC、CD繩的拉力分別為FAC、FCD。下列選項(xiàng)正確的是（）

A.FAC>mg B.FCD>mg

C.若A點(diǎn)上移，則FAC變大 D.若A點(diǎn)下移，則FCD變大

【答案】A

【解析】

ABD．C點(diǎn)的受力如圖所示

則有

則

所以

故A正確，BD錯(cuò)誤；

C．若A點(diǎn)上移，α變大，sinα變大，所以FAC變小，故C錯(cuò)誤。

故選A。

13、（2021·安徽省蕪湖市5月質(zhì)檢）2019年11