2023屆高考物理三輪測(cè)試：2 力與物體的平衡含解析物理試題試卷分析

訓(xùn)練2力與物體的平衡一、選擇題(本大題共8小題，每小題8分，共64分．第1～5題只有一項(xiàng)符合題目要求，第6～8題有多項(xiàng)符合題目要求．)1.eq\a\vs4\al(2016·全國(guó)卷Ⅲ)如圖，兩個(gè)輕環(huán)a和b套在位于豎直面內(nèi)的一段固定圓弧上；一細(xì)線(xiàn)穿過(guò)兩輕環(huán)，其兩端各系一質(zhì)量為m的小球．在a和b之間的細(xì)線(xiàn)上懸掛一小物塊．平衡時(shí)，a、b間的距離恰好等于圓弧的半徑．不計(jì)所有摩擦．小物塊的質(zhì)量為()A.eq\f(m,2)B.eq\f(\r(3),2)mC．mD．2m解析：本題考查受力分析、共點(diǎn)力平衡問(wèn)題，意在考查學(xué)生對(duì)平衡條件的理解能力及對(duì)隱含條件的分析判斷能力．由于輕環(huán)不計(jì)重力，故細(xì)線(xiàn)對(duì)輕環(huán)的拉力的合力與圓弧對(duì)輕環(huán)的支持力等大反向，即沿半徑方向；又兩側(cè)細(xì)線(xiàn)對(duì)輕環(huán)拉力相等，故輕環(huán)所在位置對(duì)應(yīng)的圓弧半徑為兩細(xì)線(xiàn)的角平分線(xiàn)，因?yàn)閮奢p環(huán)間的距離等于圓弧的半徑，故兩輕環(huán)與圓弧圓心構(gòu)成等邊三角形；又小球?qū)?xì)線(xiàn)的拉力方向豎直向下，由幾何知識(shí)可知，兩輕環(huán)間的細(xì)線(xiàn)夾角為120°，對(duì)小物塊進(jìn)行受力分析，由三力平衡知識(shí)可知，小物塊質(zhì)量與小球質(zhì)量相等，均為m，C項(xiàng)正確．答案：C2.如圖，一不可伸長(zhǎng)的光滑輕繩，其左端固定于O點(diǎn)，右端跨過(guò)位于O′點(diǎn)的固定光滑軸懸掛一質(zhì)量為M的物體；OO′段水平，長(zhǎng)度為L(zhǎng)；繩上套一可沿繩滑動(dòng)的輕環(huán)．現(xiàn)在輕環(huán)上懸掛一鉤碼，平衡后，物體上升L，則鉤碼的質(zhì)量為()A.eq\f(\r(2),2)MB.eq\f(\r(3),2)MC.eq\r(2)MD.eq\r(3)M解析：如圖所示，輕環(huán)上掛鉤碼后，物體上升L，則根據(jù)幾何關(guān)系可知，三角形OO′A為等邊三角形，根據(jù)物體的平衡條件可知，2Mgcos30°＝mg，求得m＝eq\r(3)M，D項(xiàng)正確．答案：D3．如圖所示，豎直懸掛于C點(diǎn)的小球，另兩根細(xì)繩BC、AC與豎直方向的夾角分別是30°、60°，靜止時(shí)三根繩子的拉力分別為F1、F2、F3(如圖標(biāo)示)，關(guān)于三個(gè)拉力的大小關(guān)系，下列判斷正確的是()A．F1>F2>F3B．F1<F2<F3C．F2>F3>F1D．F2<F1<F3解析：對(duì)結(jié)點(diǎn)C受力分析，三力平衡，F(xiàn)1與F2的合力與F3等大反向，根據(jù)幾何關(guān)系可知：F1＝F3sin60°＝eq\f(\r(3),2)F3，F(xiàn)2＝F3sin30°＝eq\f(1,2)F3，F(xiàn)2<F1<F3，故D正確．答案：D4．如圖所示，輕質(zhì)彈簧一端系在質(zhì)量為m＝1kg的小物塊上，另一端固定在墻上．物塊在斜面上靜止時(shí)，彈簧與豎直方向的夾角為37°，已知斜面傾角θ＝37°，斜面與小物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5，斜面固定不動(dòng)．設(shè)物塊與斜面間的最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小相等，下列說(shuō)法正確的是()A．小物塊可能只受三個(gè)力B．彈簧彈力大小一定等于4NC．彈簧彈力大小可能等于5ND．斜面對(duì)物塊支持力可能為零解析：由于μmgcos37°＝4N，mgsin37°＝6N，故μmgcos37°<mgsin37°，若不受彈簧的壓力則木塊不可能靜止，故物塊一定受彈簧的壓力，還受重力、斜面支持力和靜摩擦力，四個(gè)力的作用而平衡，A錯(cuò)誤；若要物塊靜止，μ(mgcos37°＋FN)≥6N，解得FN≥4N，故B錯(cuò)誤，C正確；由于滑塊此時(shí)受到的摩擦力大小等于重力沿斜面向下的分力，不可能為零，所以斜面對(duì)物塊的支持力不可能為零，D錯(cuò)誤．答案：C5．如圖所示，粗糙程度均勻的絕緣空心斜面ABC放置在水平面上，∠CAB＝30°，斜面內(nèi)部O點(diǎn)(與斜面無(wú)任何連接)固定有一正點(diǎn)電荷，一帶負(fù)電的小物體(可視為質(zhì)點(diǎn))可以分別靜止在M、N、MN的中點(diǎn)P上，OM＝ON，OM∥AB，則下列判斷正確的是()A．小物體分別在三處?kù)o止時(shí)所受力的個(gè)數(shù)一定都是4個(gè)B．小物體靜止在P點(diǎn)時(shí)受到的支持力最大，靜止在M、N點(diǎn)時(shí)受到的支持力相等C．小物體靜止在P點(diǎn)時(shí)受到的摩擦力最大D．當(dāng)小物體靜止在N點(diǎn)時(shí)，地面給斜面的摩擦力為零解析：由共點(diǎn)力平衡可知在M點(diǎn)小物體可以受三個(gè)力的作用，A錯(cuò)誤；根據(jù)幾何關(guān)系，小物體在M、N兩點(diǎn)時(shí)，庫(kù)侖力垂直于AC，方向的分力相同，支持力等于重力的分力加上庫(kù)侖力的分力，所以靜止在M、N點(diǎn)時(shí)受到的支持力相等，OP垂直于AC，故支持力等于重力的分力加上庫(kù)侖力，所以小物體靜止在P點(diǎn)時(shí)受到的支持力最大，故B正確；在P點(diǎn)小物體受靜摩擦力等于重力沿斜面向下的分力，在N點(diǎn)小物體受靜摩擦力等于重力沿斜面向下的分力加庫(kù)侖力的分力，大于在P點(diǎn)所受摩擦力，C錯(cuò)誤；因正點(diǎn)電荷與斜面無(wú)任何連接，小物體靜止在N點(diǎn)時(shí)，地面給斜面向右的靜摩擦力，所以D錯(cuò)誤．答案：B6.如圖所示，質(zhì)量分別為m1、m2的兩個(gè)物體A、B通過(guò)輕彈簧連接，在力F的作用下一起沿水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)(A在地面上，B在空中)，力F與水平方向成θ角．則A所受支持力FN和摩擦力f滿(mǎn)足()A．FN＝m1g＋m2g－FsinθB．FN＝m1g＋m2g－FcosθC．f＝FcosθD．f＝Fsinθ解析：把A、B和彈簧作為整體進(jìn)行受力分析，靜止?fàn)顟B(tài)合力為零，故A、C正確．答案：AC7.質(zhì)量為M的斜面體A放在粗糙水平面上，用輕繩拴住質(zhì)量為m的小球B置于斜面上，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)．已知斜面傾角及輕繩與豎直方向夾角均為θ＝30°.不計(jì)小球與斜面間的摩擦，則()A．輕繩對(duì)小球的作用力大小為eq\f(\r(3),3)mgB．斜面體對(duì)小球的作用力大小為eq\r(2)mgC．斜面體對(duì)水平面的壓力大小為(M＋m)gD．斜面體對(duì)水平面的摩擦力大小為eq\f(\r(3),6)mg解析：小球處于平衡狀態(tài)，支持力垂直于斜面且與豎直方向成30°角，將輕繩的拉力T和斜面對(duì)小球的支持力N進(jìn)行正交分解可得Tcos30°＝Ncos30°＝eq\f(1,2)mg，小球與斜面間沒(méi)有摩擦力，故斜面體和輕繩對(duì)小球的作用力均為eq\f(\r(3),3)mg，A正確，B錯(cuò)誤；對(duì)小球和斜面體整體進(jìn)行受力分析可得C錯(cuò)誤，D正確．答案：AD8.如圖所示，頂端裝有定滑輪的斜面體放在粗糙水平面上，A、B兩物體通過(guò)細(xì)繩相連，并處于靜止?fàn)顟B(tài)(不計(jì)繩的質(zhì)量和繩與滑輪間的摩擦)．現(xiàn)用水平向右的力F作用于物體B上，將物體B緩慢拉高一定的距離，此過(guò)程中斜面體與物體A仍然保持靜止．在此過(guò)程中()A．水平力F一定變小B．斜面體所受地面的支持力不變C．物體A所受斜面體的摩擦力一定變大D．地面對(duì)斜面體的摩擦力一定變大解析：物體B受到三個(gè)力作用，受力平衡，可判斷F逐漸增大，A錯(cuò)誤；斜面體對(duì)物體A的支持力不變，物體A受到的摩擦力情況與初狀態(tài)受到的摩擦有關(guān)，當(dāng)初狀態(tài)摩擦力沿斜面向下時(shí)，摩擦力應(yīng)該是先減小后增大，故C錯(cuò)誤；對(duì)物體A、B和斜面體整體進(jìn)行受力分析，地面對(duì)斜面的摩擦力等于F，逐漸增加，地面對(duì)斜面體的支持力不變，故B、D正確．答案：BD二、計(jì)算題(本大題共2小題，共36分．需寫(xiě)出規(guī)范的解題步驟)9．如圖所示，AC和BC兩輕繩共同懸掛一質(zhì)量為m的物體，若保持AC繩的方向不變，AC繩與豎直方向的夾角為60°，改變BC繩的方向，試求：(1)物體能達(dá)到平衡時(shí)，θ角的取值范圍；(2)θ在0～90°的范圍內(nèi)，求BC繩上拉力的最大值和最小值．解析：(1)改變BC繩的方向時(shí)，AC繩的拉力FTA方向不變，兩繩拉力的合力F與物體的重力平衡，重力大小和方向保持不變，如圖所示，經(jīng)分析可知，θ最小為0°，此時(shí)FTA＝0；且θ必須小于120°，否則兩繩的合力不可能豎直向上，所以θ角的取值范圍是0°≤θ<120°.(2)θ在0～90°的范圍內(nèi)，當(dāng)θ＝90°時(shí)，F(xiàn)TB最大，F(xiàn)max＝mgtan60°＝eq\r(3)mg當(dāng)兩繩垂直時(shí)，即θ＝30°時(shí)，F(xiàn)TB最小，F(xiàn)min＝mgsin60°＝eq\f(\r(3),2)mg.答案：(1)0°≤θ<120°(2)eq\r(3)mgeq\f(\r(3),2)mg10.如圖所示，輕桿BC的C點(diǎn)用光滑鉸鏈與墻壁固定，桿的B點(diǎn)通過(guò)水平細(xì)繩AB使桿與豎直墻壁保持30°的夾角．若在B點(diǎn)懸掛一個(gè)光滑定滑輪(不計(jì)重力)，某人用它勻速地提起重物．已知重物的質(zhì)量m＝30kg，繞繩質(zhì)量不計(jì)，人的質(zhì)量M＝50kg，g取10m/s2.試求：(1)此時(shí)地面對(duì)人的支持力的大??；(2)輕桿BC和繩AB所受力的大?。馕觯?1)因勻速提起重物，則繞繩對(duì)重物的拉力FT＝mg，繞繩對(duì)人的拉力大小為mg，所以地面對(duì)人的支持力為：FN＝Mg－mg＝(50－30)×10N＝200N，方向豎直向上(2)定滑輪對(duì)B點(diǎn)的拉力方向豎直向下，大小為2mg，桿對(duì)