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- 2021-05-14 发布
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1.(多选)(2015·广东·19)如图 1 所示,三条绳子的一端都系在细直杆顶端,另一端都固定在
水平地面上,将杆竖直紧压在地面上,若三条绳长度不同,下列说法正确的有( )
图 1
A.三条绳中的张力都相等
B.杆对地面的压力大于自身重力
C.绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零
D.绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力
2.(2015·山东理综·16)如图 2 所示,滑块 A 置于水平地面上,滑块 B 在一水平力作用下紧靠
滑块 A(A、B 接触面竖直),此时 A 恰好不滑动,B 刚好不下滑.已知 A 与 B 间的动摩擦因
数为 μ1,A 与地面间的动摩擦因数为 μ2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力.A 与 B 的质量之比
为( )
图 2
A. 1
μ1μ2 .1-μ1μ2
μ1μ2
C.1+μ1μ2
μ1μ2 .2+μ1μ2
μ1μ2
1.题型特点
力的合成与分解、共点力的平衡是高考中的热点,主要考查对共点力作用下物体的受力分析
以及平衡条件的应用.以选择题形式呈现,难度相对较低,命题突出对受力分析、力的合成
与分解方法的考查.
2.命题预测
高考仍会以选择题为主,以受力分析、动态平衡为考点.其中拉力方向的变化、斜面倾角的
变化、摩擦力的突变、细绳拉力的突变、弹簧弹力的变化都是动态平衡中常出现的类型.在
平衡问题的分析中,摩擦力方向和大小的变化、滑动摩擦力和静摩擦力之间的转换也需要引
起我们的注意.要求学生灵活、熟练运用平衡问题的常规解法,准确地进行判断与求解.
考题一 受力分析、物体的平衡
1.(多选)(2015·菏泽二模)如图 3 所示,编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的三根圆木粗细相同、质量均为
m.Ⅰ、Ⅱ并排横放在水平地面上,Ⅲ叠放在Ⅰ、Ⅱ上面,三根圆木均处于静止状态.已知重
力加速度 g,以下判断正确的是( )
图 3
A.Ⅰ对Ⅲ的支持力大小为 1
2mg
B.Ⅰ对Ⅲ的支持力大小为 3
3 mg
C.地面对Ⅰ的摩擦力大小为 3
6 mg
D.地面对Ⅰ的摩擦力大小为 0
2.(2015·皖南八校联考)如图 4 所示,在倾角为 θ=30°的斜面上,物块 A 与物块 B 通过轻绳
相连,轻绳跨过光滑的定滑轮,物块 A 的质量为 4kg,物块 A 与斜面间的动摩擦因数为 3
6 ,
设物块 A 与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为使物块 A 静止在斜面上,物块 B 的
质量不可能为( )
图 4
A.1kg B.2kg
C.3kg D.4kg
3.(2015·聊城二模)如图 5 所示,左侧是倾角为 60°的斜面、右侧是1
4圆弧面的物体固定在水
平地面上,圆弧面底端的切线水平,跨过其顶点上小定滑轮的轻绳两端系有质量分别为 m1、
m2 的小球.当它们处于平衡状态时,连接 m2 的轻绳与水平线的夹角为 60°,不计一切摩擦,
两小球可视为质点.则 m1∶m2 等于( )
图 5
A.1∶1 B.2∶3
C.3∶2 D.3∶4
4.(2015·山东省实验中学三诊)如图 6 所示,直角三角形框架 ABC(角 C 为直角)固定在水平
地面上,已知 AC 与水平方向的夹角为 α=30°.小环 P、Q 分别套在光滑臂 AC、BC 上,用
一根不可伸长的细绳连接两小环,静止时细绳恰好处于水平方向,小环 P、Q 的质量分别为
m1、m2,则小环 P、Q 的质量之比为( )
图 6
A.m1
m2= 3 B.m1
m2=3
C.m1
m2= 3
3 D.m1
m2=1
3
1.物体受力分析的常用方法
(1)整体法与隔离法
整体法 隔离法
概念
将加速度相同的几个物体作为一个
整体来分析的方法
将研究对象与周围物体分隔开的方法
选用
原则
研究系统外的物体对系统整体的作
用力或系统整体的加速度
研究系统内物体之间的相互作用力
(2)假设法
在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在或不存在的假设,然后再就该
力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在.
2.v=0 时一定是平衡状态吗?不一定.
3.处理平衡问题的基本方法
(1)物体受三个力平衡时,利用力的合成或分解法比较简单.
(2)解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合,需要分解的力尽可能少,物
体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法.
考题二 物体的动态平衡问题
5.(2015·盐城二模)目前,我市每个社区均已配备了公共体育健身器材.图 7 器材为一秋千,
用两根等长轻绳将一座椅悬挂在竖直支架上等高的两点.由于长期使用,导致两根支架向内
发生了稍小倾斜,如图中虚线所示,但两悬挂点仍等高.座椅静止时用 F 表示所受合力的
大小,F1 表示单根轻绳对座椅拉力的大小,与倾斜前相比( )
图 7
A.F 不变,F1 变小 B.F 不变,F1 变大
C.F 变小,F1 变小 D.F 变大,F1 变大
6.(2015·山西四校第三次联考)如图 8 所示,挡板垂直于斜面固定在斜面上,一滑块 m 放在
斜面上,其上表面呈弧形且左端最薄,一球 M 搁在挡板与弧形滑块上,一切摩擦均不计,
用平行于斜面的拉力 F 拉住弧形滑块,使球与滑块均静止.现将滑块平行于斜面向上拉过
一较小的距离,球仍搁在挡板与滑块上且处于静止状态,则与原来相比( )
图 8
A.滑块对球的弹力增大
B.挡板对球的弹力减小
C.斜面对滑块的弹力增大
D.拉力 F 不变
7.(2015·苏州质检)如图 9 所示,一定质量的物体通过轻绳悬挂,结点为 O,人沿水平方向
拉着 OB 绳,物体和人均处于静止状态.若人的拉力方向不变,缓慢向左移动一小段距离,
下列说法正确的是( )
图 9
A.OA 绳中的拉力先减小后增大
B.OB 绳中的拉力不变
C.人对地面的压力逐渐减小
D.地面给人的摩擦力逐渐增大
1.解析法
画出研究对象的受力示意图,根据动态变化的原因,一般是某一夹角发生变化,用三角函数
表示出各个作用力与变化夹角之间的关系,从而判断各作用力的变化.
2.图解法
当物体受到一个大小方向不变、一个方向不变、一个大小方向都变化的 3 个力作用而处于动
态平衡时,如果题目只要求定性讨论力的大小而不必进行定量计算时,应首先考虑用矢量三
角形方法.考题三 电学中的平衡问题
8.(多选)(2015·武汉四月调研)如图 10 所示,在匀强磁场中(磁场方向没有画出)固定一倾角
为 30°的光滑斜面,一根质量为 m 的通电直导线垂直于纸面水平放置在斜面上,直导线恰好
能保持静止,电流方向垂直于纸面向里,已知直导线受到的安培力和重力大小相等,斜面对
直导线的支持力大小可能是(重力加速度大小为 g)( )
图 10
A.0B.mgC.
3
2 mgD. 3mg
9.(2015·吉林省实验中学二模)如图 11 所示,固定在水平地面上的倾角为 θ 的粗糙斜面上,
有一根水平放在斜面上的导体棒,通有垂直纸面向外的电流,导体棒保持静止.现在空间中
加入竖直向下的匀强磁场,导体棒仍静止不动,则( )
图 11
A.导体棒受到的合力一定增大
B.导体棒一定受 4 个力的作用
C.导体棒对斜面的压力一定增大
D.导体棒所受的摩擦力一定增大
10.(多选)(2015·全国大联考二)如图 12 所示,A、B 两球所带电荷量均为 2×10 -5C,质量
均为 0.72kg,其中 A 球带正电荷,B 球带负电荷,A 球通过绝缘细线吊在天花板上,B 球一
端固定绝缘棒,现将 B 球放在某一位置,能使绝缘细线伸直,A 球静止且与竖直方向的夹角
为 30°,g=10m/s2,则 B 球距离 A 的距离可能为( )
图 12
A.0.5mB.0.8mC.1.2mD.2.5m
电磁学中的物体的平衡问题,除了涉及重力、弹力和摩擦力之外,还涉及电磁学中的静电力、
安培力和洛伦兹力.与力学中的共点力平衡问题一样,电磁学中的物体平衡问题也要遵循合
力为零这一平衡条件,所不同的是除服从力学规律之外,还要服从电磁学规律,这是解决电
磁学中的物体平衡问题的两条主线.
考题四 平衡中的临界、极值问题
11.(2015·雅安三诊)将三根伸长可不计的轻绳 AB、BC、CD 如图 13 所示连接,现在 B 点悬
挂一个质量为 m 的重物,为使 BC 绳保持水平且 AB 绳、CD 绳与水平天花板夹角分别为 60°
和 30°,需在 C 点再施加一作用力,则该力的最小值为( )
图 13
A.mg B.1
2mg
C.
3
3 mg D.
3
6 mg
12.质量为 M 的木楔倾角为 θ,在水平面上保持静止,当将一质量为 m 的木块放在木楔斜
面上时,它正好匀速下滑.如果用与木楔斜面成 α 角的力 F 拉着木块匀速上升,如图 14 所
示(已知木楔在整个过程中始终静止).
图 14
(1)当 α=θ 时,拉力 F 有最小值,求此最小值;
(2)求在(1)条件下木楔对水平面的摩擦力是多少?
1.物体平衡的临界问题:当某一物理量变化时,会引起其他几个物理量跟着变化,从而使
物体所处的平衡状态恰好出现变化或恰好不出现变化.
2.极限分析法:通过恰当地选取某个变化的物理量将其推向极端(“极大”或“极小”、“极
右”或“极左”等).
3.解决中学物理极值问题和临界问题的方法
(1)物理分析方法:就是通过对物理过程的分析,抓住临界(或极值)条件进行求解.
(2)数学方法:例如求二次函数极值、讨论公式极值、三角函数极值.
专题综合练
1.(2015·安徽师大附中二模)如图 15 所示,斜面体 M 放置在水平地面上,位于斜面上的物
块 m 受到沿斜面向上的推力 F 的作用,设物块与斜面之间的摩擦力大小为 Ff1,斜面体与地
面之间的摩擦力大小为 Ff2.增大推力 F,斜面体始终保持静止,下列判断正确的是( )
图 15
A.如果物块沿斜面向上滑动,则 Ff1、Ff2 一定增大
B.如果物块沿斜面向上滑动,则 Ff1、Ff2 一定不变
C.如果物块与斜面相对静止,则 Ff1、Ff2 一定增大
D.如果物块与斜面相对静止,则 Ff1、Ff2 一定不变
2.(2015·全国大联考二)如图 16 所示,内壁及碗口光滑的半球形碗固定在水平面上,碗口保
持水平.A 球、C 球与 B 球分别用两根轻质细线连接.当系统保持静止时,B 球对碗壁刚好
无压力,图中 θ=30°,则 A 球和 C 球的质量之比为( )
图 16
A.1∶2 B.2∶1
C.1∶ 3 D. 3∶1
3.(2015·山东临沂一中二模)如图 17 所示,在高度不同的两水平台阶上放有质量分别为 m1、
m2 的两物体,物体间用轻弹簧相连,弹簧与竖直方向夹角为 θ.在 m1 左端施加水平拉力 F,
使 m1、m2 均处于静止状态,已知 m1 表面光滑,重力加速度为 g,则下列说法正确的是( )
图 17
A.弹簧弹力的大小为m1g
cosθ
B.地面对 m2 的摩擦力大小为 F
C.地面对 m2 的支持力可能为零
D.m1 与 m2 一定相等
4.(多选)(2015·德州模拟)如图 18 所示,用 OA、OB 两根轻绳将花盆悬于两竖直墙之间,开
始时 OB 绳水平.现保持 O 点位置不变,改变 OB 绳长使绳右端由 B 点缓慢上移到 B′点,
此时 OB′与 OA 之间的夹角 θ<90°.设此过程 OA、OB 绳的拉力分别为 FOA、FOB,则下列说
法正确的是( )
图 18
A.FOA 一直减小
B.FOA 一直增大
C.FOB 一直减小
D.FOB 先减小后增大
5.(2015·安康二模)如图 19 所示,横截面为直角三角形的斜劈 A,底面靠在粗糙的竖直墙面
上,力 F 通过球心水平作用在光滑球 B 上,系统处于静止状态.当力 F 增大时,系统仍保
持静止,则下列说法正确的是( )
图 19
A.A 所受合外力增大
B.墙面对 A 的摩擦力一定增大
C.B 对地面的压力一定不变
D.墙面对 A 的摩擦力可能变小
6.(2015·临汾四校二模)如图 20 所示,倾角为 θ 的斜面体 C 置于水平面上,B 置于斜面 C
上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与 A 相连接,连接 B 的一段细绳与斜面平行,A、B、C 都
处于静止状态.则( )
图 20
A.水平面对 C 的支持力等于 B、C 的总重力
B.B 一定受到 C 的摩擦力
C.C 一定受到水平面的摩擦力
D.若将细绳剪断,B 物体开始沿斜面向下滑动,则水平面对 C 的摩擦力可能为零
7.(2015·北京朝阳区高三上学期期末)如图 21 所示,A、B 是两个带异号电荷的小球,其质
量分别为 m1 和 m2,所带电荷量分别为+q1 和-q2,A 用绝缘细线 L1 悬挂于 O 点,A、B 间
用绝缘细线 L2 相连.整个装置处于水平方向的匀强电场中,平衡时 L1 向左偏离竖直方向,
L2 向右偏离竖直方向,则可以判定( )
图 21
A.m1=m2 B.m1>m2
C.q1>q2 D.q1q2E,即 q1>q2,而两球的质量无法比较其大小,故 C 正确,
A、B、D 错误.]
8.AB [若外加匀强磁场的磁感应强度 B 的方向垂直斜面向上,
则沿斜面向上的安培力、支持力与重力处于平衡状态,则 BIL=mgsinα,解得 B=mgsinα
IL ,
故 A 正确;若外加匀强磁场的磁感应强度 B 的方向竖直向上,则水平向右的安培力、支持
力与重力处于平衡状态,则 BIL=mgtanα,解得 B=mgtanα
IL ,故 B 正确;若外加匀强磁场的
磁感应强度 B 的方向垂直斜面向下,则安培力沿斜面向下,导体棒不能平衡,C 错误;若外
加匀强磁场的磁感应强度 B 的方向竖直向下,则安培力水平向左,导体棒不能平衡,D 错
误;故选 A、B.]
9.C [Q 受力如图,由力的合成与平衡条件可知:BO 杆对小球 Q 的弹力
变大,两小球之间的库仑力变大,由库仑定律知,两小球 P、Q 的距离变
小,A、B 错误;对小球 P 受力分析,可得 AO 杆对小球 P 的摩擦力变大,
C 正确;对小球 P、Q 整体受力分析,AO 杆对小球 P 的弹力不变,D 错误.]
10.D [开始时刻小物块受重力、支持力和摩擦力,物块恰好能在斜面上匀速下滑,说明摩
擦力和支持力的合力与重力平衡,是竖直向上的;根据牛顿第三定律,压力和滑块对斜面体
的摩擦力的合力是竖直向下的;增加电场力后,小物块对斜面体的压力和摩擦力正比例增加,
故滑块对斜面体的压力和摩擦力的合力仍然是竖直向下的;再对斜面体受力分析,受重力、
物块对斜面体的压力和摩擦力、支持力,不受地面的摩擦力,否则合力不为零,故 A、B、C
错误,D 正确.]
11.(1)
3
3 (2)60°
解析 (1)物体恰匀速下滑时,由平衡条件有 FN1=mgcos 30°
mgsin 30°=μFN1
则 μ=tan 30°= 3
3 .
(2)设斜面倾角为 α,由平衡条件有 Fcos α=mgsin α+Ff
FN2=mgcos α+Fsin α
静摩擦力 Ff≤μFN2
联立解得 F(cos α-μsin α)≤mgsin α+μmgcos α
要使“不论水平恒力 F 多大”,上式都成立,则有 cos α-μsin α≤0,
所以 tan α≥1
μ= 3=tan 60° 即 θ0=60°