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  • 2021-05-25 发布

高考物理精讲:专题1+受力分析+物体的平衡(高考定位+审题破题,含原创题组及解析)

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高考定位 受力分析、物体的平衡问题是力学的基本问题,在高考中是Ⅱ级要求,主要考查力的产生条 件、力的大小方向的判断(难点:弹力、摩擦力)、力的合成与分解、平衡条件的应用、动态 平衡问题的分析、连接体问题的分析,涉及的思想方法有:整体法与隔离法、假设法、正交 分解法、矢量三角形法、等效思想等.高考试题命题特点:这部分知识单独考查一个知识点 的试题非常少,大多数情况都是同时涉及到几个知识点,而且都是牛顿运动定律、功和能、 电磁学的内容结合起来考查,考查时注重物理思维与物理能力的考核. 考题 1 对物体受力分析的考查 例 1 (双选)如图 1 所示,质量为 m 的木块 A 放在质量为 M 的三角形斜面 B 上,现用大小 均为 F,方向相反的水平力分别推 A 和 B,它们均静止不动,则( ) 图 1 A.A 与 B 之间不一定存在摩擦力 B.B 与地面之间可能存在摩擦力 C.B 对 A 的支持力一定大于 mg D.地面对 B 的支持力的大小一定等于(M+m)g 审题突破 B、D 选项考察地面对 B 的作用力故可以:先对物体 A、B 整体受力分析,根据平 衡条件得到地面对整体的支持力和摩擦力;A、C 选项考察物体 A、B 之间的受力,应当隔离, 物体 A 受力少,故:隔离物体 A 受力分析,根据平衡条件求解 B 对 A 的支持力和摩擦力. 解析 对 A、B 整体受力分析,如图,受到重力(M+m)g、支持力 FN 和已知的两个推力,水 平方向:由于两个推力的合力为零,故整体与地面间没有摩擦力;竖直方向:有 FN=(M+ m)g,故 B 错误,D 正确;再对物体 A 受力分析,受重力 mg、推力 F、斜面体 B 对 A 的支持 力 FN′和摩擦力 f,在沿斜面方向:①当推力 F 沿斜面分量大于重力的下滑分量时,摩擦力 的方向沿斜面向下,②当推力 F 沿斜面分量小于重力的下滑分量时,摩擦力的方向沿斜面向 上,③当推力 F 沿斜面分量等于重力的下滑分量时,摩擦力为零,设斜面倾斜角为θ,在垂 直斜面方向:FN′=mgcos θ+Fsin θ,所以 B 对 A 的支持力不一定大于 mg,故 A 正确,C 错误.故选择 A、D. 答案 AD 1.(单选)(2014·广东·14)如图 2 所示,水平地面上堆放着原木,关于原木 P 在支撑点 M、N 处受力的方向,下列说法正确的是( ) 图 2 A.M 处受到的支持力竖直向上 B.N 处受到的支持力竖直向上 C.M 处受到的静摩擦力沿 MN 方向 D.N 处受到的静摩擦力沿水平方向 答案 A 解析 M 处支持力方向与支持面(地面)垂直,即竖直向上,选项 A 正确;N 处支持力方向与 支持面(原木接触面)垂直,即垂直 MN 向上,故选项 B 错误;摩擦力与接触面平行,故选项 C、D 错误. 2.(单选)如图 3 所示,一根轻杆的两端固定两个质量均为 m 的相同小球 A、B,用两根细绳 悬挂在天花板上,虚线为竖直线,α=θ=30°,β=60°,求轻杆对 A 球的作用力( ) 图 3 A.mg B. 3mg C. 3 3 mg D. 3 2 mg 答案 A 解析 对 A 球受力分析如下图,细绳对小球 A 的力为 F1,杆对 A 的力为 F2,把 F1 和 mg 合 成,由几何知识可得组成的三角形为等腰三角形,故 F2=mg. 3.(单选)如图 4 所示,用质量为 M 的吸铁石,将一张质量为 m 的白纸压在竖直固定的磁性 黑板上.某同学沿着黑板面,用水平向右的恒力 F 轻拉白纸,白纸未移动,则此时黑板对白 纸的摩擦力的大小为( ) 图 4 A.F B.mg C. F2+mg2 D. F2+Mg+mg2 答案 D 解析 对吸铁石和白纸整体进行受力分析,在垂直于黑板平面内受磁引力、黑板表面的支持 力,在平行于黑板平面内受竖直向下的重力(M+m)g、水平拉力 F 和黑板表面的摩擦力 f 作 用,由于纸未被拉动,所以摩擦力为静摩擦力,根据共点力平衡条件可知,摩擦力 f 与(M+ m)g 和 F 的合力等值反向,因此有 f= F2+Mg+mg2,故选项 D 正确. 1.合理的选取研究对象 如果题目中给出的物体不止一个,在分析物体受力情况时,往往不能直接判断它与其接触的 物体间是否有相互作用的弹力和摩擦力,这时可以采用隔离法(或整体法),先分析其他物体(或 整体)的受力情况,再分析被研究物体的受力情况. 2.结合运动状态及时修正 由于弹力和摩擦力都是被动力,它们的方向和大小与物体的运动状态有密切的关系,所以分 析物体的受力情况时,除了根据力产生的条件判断外,还必须根据物体的运动状态,结合牛 顿第二定律及时进行修正. 考题 2 对静态平衡问题的考查 例 2 (单选)如图 5 所示,倾角为 60°的斜面固定在水平面上,轻杆 B 端用铰链固定在竖直 墙上,A 端顶住质量为 m、半径为 R 的匀质球并使之在图示位置静止,此时 A 与球心 O 的高 度差为R 2 ,不计一切摩擦,轻杆可绕铰链自由转动,重力加速度为 g,则有( ) 图 5 A.轻杆与水平面的夹角为 60° B.轻杆对球的弹力大小为 2mg C.斜面对球的弹力大小为 mg D.球所受的合力大小为 mg,方向竖直向上 审题突破 球受力的特点:轻杆 B 端用铰链固定在竖直墙上所以轻杆上的弹力一定沿杆,支 持力垂直斜面向上;由几何知识确定轻杆与水平面的夹角,采用合成法,根据平衡条件求轻 杆对球的弹力和斜面对球的弹力. 解析 设轻杆与水平方向夹角为θ,由 sin θ=h R =1 2 ,θ=30°,故 A 错误;对球由几何知识得, 轻杆对球的弹力大小 FN2=mg,故 B 错误;斜面对球的弹力大小为 mg,C 正确;球处于静止 状态,所受的合力大小为 0,D 错误. 答案 C 4.(单选)完全相同的两物体 P、Q,质量均为 m,叠放在一起置于水平面上,如图 6 所示.现 用两根等长的细线系在两物体上,在细线的结点处施加一水平拉力 F,两物体始终保持静止 状态,则下列说法不正确...的是(重力加速度为 g)( ) 图 6 A.物体 P 受到细线的拉力大小为F 2 B.两物体间的摩擦力大小为F 2 C.物体 Q 对地面的压力大小为 2mg D.地面对 Q 的摩擦力大小为 F 答案 A 解析 两物体都保持静止,对 P、Q 整体受力分析,竖直方向受到重力 2mg 和地面支持力 FN, 根据平衡状态则有 FN=2mg,Q 对地面压力大小等于支持力,选项 C 正确.水平方向受到拉 力 F 和地面摩擦力 f,水平方向受力平衡 f=F,选项 D 正确.两段细线等长,而拉力沿水平 方向.设细线和水平方向夹角为θ,则有细线拉力 FT= F 2cos θ ,选项 A 错误.对 P 受力分析 水平方向受到细线拉力的水平分力 FTcos θ=F 2 和 Q 对 P 的摩擦力 f′,根据 P 静止平衡则有 f′=F 2 ,选项 B 正确. 5.(单选)在如图所示的 A、B、C、D 四幅图中,滑轮本身的重力忽略不计,滑轮的轴 O 安 装在一根轻木杆 P 上,一根轻绳 ab 绕过滑轮,a 端固定在墙上,b 端下面挂一个质量都是 m 的重物,当滑轮和重物都静止不动时,图 A、C、D 中杆 P 与竖直方向夹角均为θ,图 B 中杆 P 在竖直方向上,假设 A、B、C、D 四幅图中滑轮受到木杆弹力的大小依次为 FA、FB、FC、 FD,则以下判断中正确的是( ) A.FA=FB=FC=FD B.FD>FA=FB>FC C.FA=FC=FD>FB D.FC>FA=FB>FD 答案 B 解析 设滑轮两边细绳的夹角为φ,对重物,可得绳子拉力等于重物重力 mg,滑轮受到木杆 弹力 F 等于细绳拉力的合力,即 F=2mgcos φ 2 ,由夹角关系可得 FD>FA=FB>FC,选项 B 正确. 6.(单选)倾角为 45°的斜面固定在墙角,一质量分布均匀的光滑球体在大小为 F 的水平推力 作用下静止在如图 7 所示的位置,F 的作用线通过球心,设球所受重力大小为 G,竖直墙对 球的弹力大小为 F1,斜面对球的弹力大小为 F2,则下列说法正确的是( ) 图 7 A.F1 一定大于 F B.F2 一定大于 G C.F2 一定大于 F D.F2 一定大于 F1 答案 B 解析 以球为研究对象,受力分析,如图所示,根据平衡条件可得: F2sin θ=G F=F1+F2cos θ 所以 F2 一定大于 G,F1 一定小于 F,F2 与 F 的大小关系不确定,F1 和 F2 的大小关系也不确 定,所以 B 正确,A、C、D 错误. 共点力平衡问题的求解思路和方法 1.求解共点力平衡问题的一般思路 物体静止或做匀速直线运动 → 物体处于平衡状态 → 对物体受力分析 → 建立平衡方程 → 对平衡方程求解、讨论 2.常用求解方法 (1)正交分解法 (2)合成法 考题 3 对动态平衡问题的考查 例 3 (双选)如图 8 所示,倾角为θ的斜面体 c 置于水平地面上,小物块 b 置于斜面上,通过 细绳跨过光滑的定滑轮与沙漏 a 连接,连接 b 的一段细绳与斜面平行.在 a 中的沙子缓慢流 出的过程中,a、b、c 都处于静止状态,则( ) 图 8 A.b 对 c 的摩擦力一定减小 B.b 对 c 的摩擦力方向可能平行斜面向上 C.地面对 c 的摩擦力方向一定向右 D.地面对 c 的摩擦力一定减小 审题突破 b 受到 c 的摩擦力不一定为零,与两物体的重力、斜面的倾角有关.对 bc 整体研 究,由平衡条件分析水平面对 c 的摩擦力方向和支持力的大小. 解析 设 a、b 的重力分别为 Ga、Gb.若 Ga=Gbsin θ,b 受到 c 的摩擦力为零;若 Ga≠Gbsin θ, b 受到 c 的摩擦力不为零.若 Ga<Gbsin θ,b 受到 c 的摩擦力沿斜面向上,故 A 错误,B 正 确.对 b、c 整体,水平面对 c 的摩擦力 f=FTcos θ=Gacos θ,方向水平向左.在 a 中的沙子 缓慢流出的过程中,则摩擦力在减小,故 C 错误,D 正确. 答案 BD 7.(单选)如图 9 甲,手提电脑散热底座一般设置有四个卡位用来调节角度.某同学将电脑放 在散热底座上,为了获得更好的舒适度,由原卡位 4 缓慢地调至卡位 1(如图乙),电脑始终静 止在底座上,则( ) 图 9 A.电脑受到的支持力变大 B.电脑受到的摩擦力变小 C.散热底座对电脑的作用力变大 D.散热底座对电脑的作用力不变 答案 D 解析 对笔记本电脑受力分析如图所示,有:FN=mgcos θ、f=mgsin θ.由原卡位 1 调至卡位 4,θ减小,静摩擦力 f 减小、支持力 FN 增加;散热底座对电脑的作用力的合力是支持力和静 摩擦力的合力,与重力平衡,始终是不变的,故 D 正确. 8.(单选)如图 10 将两个质量均为 m 的小球 a、b 用细线相连悬挂于 O 点,用力 F 拉小球 a, 使整个装置处于静止状态,且悬线 Oa 与竖直方向的夹角为θ=30°,则 F 的最小值为( ) 图 10 A. 3 3 mg B.mg C. 3 2 mg D. 2mg 答案 B 解析 以 a、b 两球为一整体进行受力分析:受重力 2mg,绳子的拉力 FT,拉力 F,其中重 力是恒力,绳子拉力 FT 方向恒定,根据平衡条件,整体受合外力为零,所以当 F 的方向与 绳子垂直时最小,如图所示,根据几何关系可得:F=2mgsin 30°=mg,所以 B 正确,A、C、 D 错误. 9.(单选)(2014·山东·14)如图 11 所示,用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点, 制成一简易秋千,某次维修时将两轻绳各剪去一小段,但仍保持等长且悬挂点不变.木板静 止时,F1 表示木板所受合力的大小,F2 表示单根轻绳对木板拉力的大小,则维修后( ) 图 11 A.F1 不变,F2 变大 B.F1 不变,F2 变小 C.F1 变大,F2 变大 D.F1 变小,F2 变小 答案 A 解析 木板静止时,木板受重力 G 以及两根轻绳的拉力 F2,根据平衡条件,木板受到的合力 F1=0,保持不变.两根轻绳的拉力 F2 的合力大小等于重力 G,保持不变,当两轻绳剪去一 段后,两根轻绳的拉力 F2 与竖直方向的夹角变大,因其合力不变,故 F2 变大.选项 A 正确, 选项 B、C、D 错误. 1.当受力物体的状态发生“缓慢”变化时,物体所处的状态仍为平衡状态,分析此类问题的 方法有解析法和矢量三角形法. 2.分析动态平衡问题时需注意以下两个方面: (1)在动态平衡问题中,一定要抓住不变的量(大小或方向),此题中不变的量是力 F3 和 F1′的 合力的大小和方向,然后分析其他量的变化. (2)当物体受到一个大小和方向都不变、一个方向不变、一个大小和方向都变化的三个力作用, 且题目只要求定性讨论力的大小而不必进行定量计算时,首先考虑用图解法. 考题 4 应用平衡条件解决电学平衡问题 例 4 (双选)(6 分)如图 12 所示,粗糙程度均匀的绝缘空心斜面 ABC 放置在水平面上,∠CAB =30°,斜面内部 O 点(与斜面无任何连接)固定一个正点电荷,一带负电可视为质点的小物体 可以分别静止在 M、P、N 点,P 为 MN 的中点,OM=ON,OM∥AB,则下列判断正确的是 ( ) 图 12 A.小物体在 M、P、N 点静止时一定都是受 4 个力 B.小物体静止在 P 点时受到的摩擦力最大 C.小物体静止在 P 点时受到的支持力最大 D.小物体静止在 M、N 点时受到的支持力相等 解析 对小物体分别在三处静止时进行受力分析,如图:结合平衡条件小物体在 P、N 两点 时一定受四个力的作用,而在 M 处不一定,故 A 错误;小物体静止在 P 点时,摩擦力 f=mgsin 30°,设小物体静止在 M、N 点时,库仑力为 F′,则小物体静止在 N 点时 f′=mgsin 30°+ F′cos 30°,小物体静止在 M 点时 f″=mgsin 30°-F′cos 30°,可见小物体静止在 N 点时所 受摩擦力最大,故 B 错误;小物体静止在 P 点时,设库仑力为 F,受到的支持力 FN=mgcos 30°+F,小物体静止在 M、N 点时:FN′=mgcos 30°+F′sin 30°,由库仑定律知 F>F′, 故 FN>FN′,即小物体静止在 P 点时受到的支持力最大,静止在 M、N 点时受到的支持力 相等,故 C、D 正确. 答案 CD (2014·江苏·13)(15 分)如图 13 所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨间距为 L, 长为 3d,导轨平面与水平面的夹角为θ,在导轨的中部刷有一段长为 d 的薄绝缘涂层.匀强 磁场的磁感应强度大小为 B,方向与导轨平面垂直.质量为 m 的导体棒从导轨的顶端由静止 释放,在滑上涂层之前已经做匀速运动,并一直匀速滑到导轨底端.导体棒始终与导轨垂直, 且仅与涂层间有摩擦,接在两导轨间的电阻为 R,其他部分的电阻均不计,重力加速度为 g. 求: 图 13 (1)导体棒与涂层间的动摩擦因数μ; (2)导体棒匀速运动的速度大小 v; (3)整个运动过程中,电阻产生的焦耳热 Q. 答案 (1)tan θ (2)mgRsin θ B2L2 (3)2mgdsin θ-m3g2R2sin2θ 2B4L4 解析 (1)在绝缘涂层上 导体棒受力平衡 mgsin θ=μmgcos θ 解得导体棒与涂层间的动摩擦因数μ=tan θ. (2)在光滑导轨上 感应电动势:E=BLv 感应电流:I=E R 安培力:F 安=BIL 受力平衡的条件是:F 安=mgsin θ 解得导体棒匀速运动的速度 v=mgRsin θ B2L2 . (3)摩擦生热:QT=μmgdcos θ 根据能量守恒定律知:3mgdsin θ=Q+QT+1 2mv2 解得电阻产生的焦耳热 Q=2mgdsin θ-m3g2R2sin2 θ 2B4L4 . 知识专题练 训练 1 题组 1 物体受力分析 1.(单选)如图 1 所示,A、B、C 三物块叠放并处于静止状态,水平地面光滑,其它接触面粗 糙,则( ) 图 1 A.A 与墙面间存在压力 B.A 与墙面间存在静摩擦力 C.A 物块共受 4 个力作用 D.B 物块共受 4 个力作用 答案 D 解析 以三个物块组成的整体为研究对象,水平方向上:地面光滑,对 C 没有摩擦力,根据 平衡条件得知,墙对 A 没有压力,因而也没有摩擦力,故 A、B 错误.对 A 物块,受到重力、 B 的支持力和 B 对 A 的摩擦力三个力作用,故 C 错误.先对 A、B 整体研究:水平方向上, 墙对 A 没有压力,则由平衡条件分析可知,C 对 B 没有摩擦力.再对 B 分析:受到重力、A 的压力和 A 对 B 的摩擦力、C 的支持力,共受四个力作用,故 D 正确. 2.(单选)轻质弹簧 A 的两端分别连在质量均为 m 的小球上,两球均可视为质点.另有两根与 A 完全相同的轻质弹簧 B、C,且 B、C 的一端分别与两个小球相连,B 的另一端固定在天花 板上,C 的另一端用手牵住,如图 2 所示.适当调节手的高度与用力的方向,保持 B 弹簧轴 线跟竖直方向夹角为 37°不变(已知 sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),当弹簧 C 的拉力最小时,B、 C 两弹簧的形变量之比为( ) 图 2 A.1∶1 B.3∶5 C.4∶3 D.5∶4 答案 C 解析 以两球和弹簧 A 组成的整体为研究对象,受力分析如图所示,由合成法知当 C 弹簧与 B 弹簧垂直时,弹簧 C 施加的拉力最小,由几何关系知 FTB∶FTC=4∶3. 3.(双选)如图 3 所示,固定的半球面右侧是光滑的,左侧是粗糙的,O 点为球心,A、B 为 两个完全相同的小物块(可视为质点),小物块 A 静止在球面的左侧,受到的摩擦力大小为 F1, 对球面的压力大小为 FN1;小物块 B 在水平力 F2 作用下静止在球面的右侧,对球面的压力大 小为 FN2,已知两小物块与球心连线和竖直方向的夹角均为θ,则( ) 图 3 A.F1∶F2=cos θ∶1 B.F1∶F2=sin θ∶1 C.FN1∶FN2=cos2θ∶1 D.FN1∶FN2=sin2θ∶1 答案 AC 解析 分别对 A、B 两个相同的小物块受力分析, 如图,由平衡条件,得: F1=mgsin θ FN1=mgcos θ 同理:F2=mgtan θ FN2= mg cos θ 故F1 F2 =mgsin θ mgtan θ =cos θ, FN1 FN2 =cos2θ. 4.(单选)如图 4 所示,在粗糙水平面上放置 A、B、C、D 四个小物块,各小物块之间由四根 完全相同的轻弹簧相互连接,正好组成一个菱形,∠BAD=120°,整个系统保持静止状态.已 知 A 物块所受的摩擦力大小为 f,则 D 物块所受的摩擦力大小为( ) 图 4 A. 3 2 f B.f C. 3f D.2f 答案 C 解析 已知 A 物块所受的摩擦力大小为 f,设每根弹簧的弹力为 F,则有:2Fcos 60°=f,对 D:2Fcos 30°=f′,解得:f′= 3F= 3f. 题组 2 静态平衡问题 5.(单选)如图 5 所示,登山者连同设备总重量为 G.某时刻缆绳和竖直方向的夹角为θ,若登 山者手拉缆绳的力大小也为 G,则登山者脚对岩石的作用力( ) 图 5 A.方向水平向右 B.方向斜向右下方 C.大小为 Gtan θ D.大小为 Gsin θ 答案 B 解析 以登山者为研究对象,受力如图,根据共点力平衡条件得知:FN 与 G 和 FT 的合力大 小相等、方向相反,所以 FN 方向斜向左上方,则由牛顿第三定律得知登山者脚对岩石的作用 力方向斜向右下方.由力的合成法得:FN=2Gcos[1 2(180°-θ)]=2Gsin 1 2θ. 6.(双选)如图 6 所示,质量为 M 的木板 C 放在水平地面上,固定在 C 上的竖直轻杆的顶端 分别用细绳 a 和 b 连接小球 A 和小球 B,小球 A、B 的质量分别为 mA 和 mB,当与水平方向 成 30°角的力 F 作用在小球 B 上时,A、B、C 刚好相对静止一起向右匀速运动,且此时绳 a、 b 与竖直方向的夹角分别为 30°和 60°,则下列判断正确的是( ) 图 6 A.力 F 的大小为 2 mBg B.地面对 C 的支持力等于(M+mA+mB)g C.地面对 C 的摩擦力大小为 3 2 mBg D.mA=mB 答案 CD 解析 对小球 B 受力分析, 水平方向:Fcos 30°=FTbcos 30°,得:FTb=F, 竖直方向:Fsin 30°+FTbsin 30°=mBg,解得:F=mBg, 故 A 错误; 对小球 A 受力分析, 竖直方向:mAg+FTbsin 30°=FTasin 60° 水平方向:FTasin 30°=FTbsin 60° 联立得:mA=mB,故 D 正确; 以 A、B、C 整体为研究对象受力分析, 竖直方向:FN+Fsin 30°=(M+mA+mB)g 可见 FN 小于(M+mA+mB)g,故 B 错误; 水平方向:f=Fcos 30°=mBgcos 30°= 3 2 mBg, 故 C 正确. 7.(单选)体育器材室里,篮球摆放在如图 7 所示的球架上.已知球架的宽度为 d,每个篮球 的质量为 m、直径为 D,不计球与球架之间的摩擦,则每个篮球对一侧球架的压力大小为 ( ) 图 7 A.1 2mg B.mgD d C. mgD 2 D2-d2 D.2mg D2-d2 D 答案 C 解析 篮球受力平衡,设一侧球架的弹力与竖直方向的夹角为θ,如图,由平衡条件,F1= F2= mg 2cos θ , 而 cos θ= D 2 2-d 2 2 D 2 = D2-d2 D , 则 F1=F2= mgD 2 D2-d2 ,选项 C 正确. 8.(双选)如图 8 所示,在粗糙水平地面上放着一个截面为半圆的柱状物体 A,A 与竖直墙之 间放一光滑半圆球 B,整个装置处于静止状态.已知 A、B 两物体的质量分别为 mA 和 mB,则 下列说法正确的是( ) 图 8 A.A 物体对地面的压力大小为 mAg B.A 物体对地面的压力大小为(mA+mB)g C.B 物体对 A 物体的压力大于 mBg D.地面对 A 物体没有摩擦力 答案 BC 解析 对 A、B 整体受力分析,竖直方向:FNA=(mA+mB)g,水平方向:fA=FNB,选项 A、D 错误,选项 B 正确;B 受重力、A 的支持力 FNAB、墙面的弹力 FNB,故 FNAB= mBg2+F2NB, 选项 C 正确. 题组 3 动态平衡问题 9.(单选)如图 9 所示,三根细线共系于 O 点,其中 OA 在竖直方向上,OB 水平并跨过定滑 轮悬挂一个重物,OC 的 C 点固定在地面上,整个装置处于静止状态.若 OC 加长并使 C 点 左移,同时保持 O 点位置不变,装置仍然处于静止状态,则细线 OA 上拉力 FA 和 OC 上的拉 力 FC 与原先相比是( ) 图 9 A.FA、FC 都减小 B.FA、FC 都增大 C.FA 增大,FC 减小 D.FA 减小,FC 增大 答案 A 解析 O 点受 FA、FB、FC 三个力平衡,如图.当按题示情况变化时,OB 绳的拉力 FB 不变, OA 绳拉力 FA 的方向不变,OC 绳拉力 FC 的方向与拉力 FB 方向的夹角减小,保持平衡时 FA、 FC 的变化如虚线所示,显然都是减小了. 10.(双选)如图 10 所示,物体 A、B 用细绳与弹簧连接后跨过滑轮,A 静止在倾角为 45°的粗 糙斜面上,B 悬挂着.已知质量 mA=3mB,不计滑轮摩擦,现将斜面倾角由 45°减小到 30°, 且 A、B 仍处于静止状态,那么下列说法中正确的是( ) 图 10 A.弹簧的弹力大小将不变 B.物体 A 对斜面的压力将减小 C.物体 A 受到的静摩擦力将减小 D.弹簧的弹力及 A 受到的静摩擦力都不变 答案 AC 解析 弹簧弹力等于 B 物体的重力,即弹簧弹力不变,故 A 项正确;对 A 物体进行受力分析, 列平衡方程可知,C 项正确,D 项错误;根据 FN=mAgcos θ,当倾角减小时,A 物体对斜面 压力变大,故 B 项错误. 11.(单选)如图 11 所示,两块相互垂直的光滑挡板 OP、OQ,OP 竖直放置,小球 a、b 固定 在轻弹簧的两端.水平力 F 作用于 b 时,a、b 紧靠挡板处于静止状态.现保证 b 球不动,使 挡板 OP 向右缓慢平移一小段距离,则( ) 图 11 A.弹簧变长 B.弹簧变短 C.力 F 变大 D.b 对地面的压力变大 答案 A 解析 对 a 隔离分析可知,OP 向右缓慢平移时弹簧弹力变小,OP 对 a 的弹力变小,故弹簧 变长,A 正确;对 a、b 整体分析,F 与 OP 对 a 的弹力平衡,故力 F 变小,b 对地面的压力 始终等于 a、b 的总重力,故 D 错误. 题组 4 应用平衡条件解决电学平衡问题 12.(双选)(2014·广东·20)如图 12 所示,光滑绝缘的水平桌面上,固定着一个带电量为+Q 的 小球 P.带电量分别为-q 和+2q 的小球 M 和 N,由绝缘细杆相连,静止在桌面上.P 与 M 相距 L、M 和 N 视为点电荷,下列说法正确的是( ) 图 12 A.M 与 N 的距离大于 L B.P、M 和 N 在同一直线上 C.在 P 产生的电场中,M、N 处的电势相同 D.M、N 及细杆组成的系统所受合力为零 答案 BD 解析 假设 P、M 和 N 不在同一直线上,对 M 受力分析可知 M 不可能处于静止状态,所以 选项 B 正确;M、N 和杆组成的系统,处于静止状态,则系统所受合外力为零,故 kQq L2 =k Q·2q L+x2 , 解得 x=( 2-1)L,所以选项 A 错误,D 正确;在正点电荷产生的电场中,离场源电荷越近, 电势越高,φM>φN,所以选项 C 错误. 13.(双选)(2014·浙江·19)如图 13 所示,水平地面上固定一个光滑绝缘斜面,斜面与水平面的 夹角为θ.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端,另一端系有一个带电小球 A,细线与斜 面平行.小球 A 的质量为 m、电量为 q.小球 A 的右侧固定放置带等量同种电荷的小球 B,两 球心的高度相同、间距为 d.静电力常量为 k,重力加速度为 g,两带电小球可视为点电荷.小 球 A 静止在斜面上,则( ) 图 13 A.小球 A 与 B 之间库仑力的大小为kq2 d2 B.当q d = mgsin θ k 时,细线上的拉力为 0 C.当q d = mgtan θ k 时,细线上的拉力为 0 D.当q d = mg ktan θ 时,斜面对小球 A 的支持力为 0 答案 AC 解析 根据库仑定律,A、B 球间的库仑力 F 库=kq2 d2 ,选项 A 正确;小球 A 受竖直向下的重 力 mg,水平向左的库仑力 F 库=kq2 d2 ,由平衡条件知,当斜面对小球的支持力 FN 的大小等于 重力与库仑力的合力大小时,细线上的拉力等于零,如图所示,则 kq2 d2 mg =tan θ,所以q d = mgtan θ k ,选项 C 正确,选项 B 错误;斜面对小球的支持力 FN 始终不会等于零,选项 D 错误.