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  • 2021-05-26 发布

2020-2021年高三物理考点专项突破:整体与隔离法在两种力学状态下的应用规律

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2020-2021 年高三物理考点专项突破:整体与隔离法在两种力学状态下 的应用规律 1.(2018·重庆市一诊)如图所示,有 8 个完全相同的长方体木板叠放在一起,每个木板的质量为 100 g,某 人用手在这叠木板的两侧各加一水平压力 F,使木板水平静止。若手与木板之间的动摩擦因数为 0.5,木板 与木板之间的动摩擦因数为 0.2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g 取 10 m/s2。则水平压力 F 至少为( ) A.8 N B.15 N C.16 N D.30 N 【答案】B 【解析】:如图甲所示,根据对称性,分析可得 4、5 之间无摩擦力,3 对 4 摩擦力向上 f=mg,4 对 3 摩擦力 向下 f′=mg,1,2 间的摩擦力最大,以 2,3 整体为研究对象,受力分析如图乙所示,则 f″=3mg=0.2F 解得:F =15mg=15 N,B 正确。 甲 乙 2.(2018·连云港高三检测]如图,支架固定在水平地面上,其倾斜的光滑直杆与地面成 30°角,两圆环 A、B 穿在直杆上,并用跨过光滑定滑轮的轻绳连接,滑轮的大小不计,整个装置处于同一竖直平面内。圆环平 衡时,绳 OA 竖直,绳 OB 与直杆间夹角为 30°。则环 A、B 的质量之比为( ) A.1∶ 3 B.1∶2 C. 3∶1 D. 3∶2 【答案】A 【解析】:分别对 A、B 两圆环受力分析如图,以 A 为研究对象,则 A 只能受到重力和绳子的拉力的作用, 杆对 A 没有力的作用,否则 A 水平方向受力不能平衡。所以 T=mAg;以 B 为研究对象,根据共点力平衡条 件,结合图可知,绳子的拉力 T 与 B 受到的支持力 N 与竖直方向之间的夹角都是 30°,所以 T 与 N 大小相 等,得:mBg=2×Tcos30°= 3T,故 mA∶mB=1∶ 3,A 正确。 3.( 2018·长沙模拟)如图所示的是一个力学平衡系统,该系统由三条轻质细绳将质量均为 m 两个小球连接 悬挂组成,小球直径相比轻绳长度可以忽略,轻绳 1 与竖直方向的夹角为 30°,轻绳 2 与竖直方向的夹角大 于 45°,轻绳 3 水平。当此系统处于静止状态时,轻绳 1、2、3 的拉力分别为 F1、F2、F3,比较三力的大小, 下列结论正确的是( ) A.F1F2 D.F1F3,A 错误;对下方小球受力分析,因 F2 是直角三角形的斜边,而 mg 和 F3 是直角边,由轻绳 2 与竖直 方向的夹角 θ>45°,可知 F2>F3,B 错误;对上方小球分析,水平方向:F1sin30°=F2sinθ,因 θ>45°,则 F1>F2, C 正确,D 错误。 4.( 2017·哈尔滨六中摸底)一个截面是直角三角形的木块放在水平面上,在斜面上放一个光滑球,球的一 侧靠在竖直墙上,木块处于静止,如图所示。若在光滑球的最高点施加一个竖直向下的力 F,球仍处于静止, 则木块对地面的压力 N 和摩擦力 f 的变化情况是( ) A.N 增大 B.f 增大 C.N 不变 D.f 不变 【答案】 AB 【解析】以整体为研究对象受力分析如图甲:施加 F 以后很明显地面对木块的支持力由(M+m)g 变为(M+ m)g+F,则木块对地面的压力 N 变大。水平方向 f=FN。 隔离球受力如图乙: 竖直方向:F1cosθ=mg+F 水平方向:F1sinθ=FN 由竖直方向知加 F 后 F1 变大,则由水平方向知 FN 变大,联系整体知木块对地面的摩擦力 f 变大,故选 A、 B。 5.(2018·杭州七校联考)如图所示,甲、乙两个小球的质量均为 m,两球间用细线连接,甲球用细线悬挂在天 花板上。现分别用大小相等的力 F 水平向左、向右拉两球,平衡时细线都被拉紧。则平衡时两球的可能位 置是下面的( ) 【答案】: A 【解析】:用整体法分析,把两个小球看作一个整体,此整体受到的外力为竖直向下的重力 2mg、水平向左 的力 F(甲受到的)、水平向右的力 F(乙受到的)和细线 1 的拉力,两水平力相互平衡,故细线 1 的拉力一定 与重力 2mg 等大反向,即细线 1 一定竖直;再用隔离法,分析乙球受力的情况,乙球受到向下的重力 mg, 水平向右的拉力 F,细线 2 的拉力 F2。 要使得乙球受力平衡,细线 2 必须向右倾斜。 6.(10 分)如图所示,质量 M=2 3 kg 的木块 A 套在水平杆上,并用轻绳将木块 A 与质量 m= 3 kg 的小球 B 相连。今用与水平方向成 α=30°角的力 F=10 3 N,拉着小球带动木块一起向右匀速运动,运动中 A、B 相对位置保持不变,取 g=10 m/s2。求: (1)运动过程中轻绳与水平方向夹角 θ; (2)木块与水平杆间的动摩擦因数 μ。 【答案】 (1)30° (2) 3 5 【解析】(1)设轻绳对 B 的拉力为 FT,以小球为研究对象,分析受力,作出受力图如图甲,由平衡条件可得: Fcos30°=FTcosθ,Fsin30°+FTsinθ=mg 代入解得,FT=10 3 N,tanθ= 3 3 ,即 θ=30°。 (2)以木块和小球组成的整体为研究对象,分析受力情况,如图乙。由平衡条件得 Fcos30°=Ff FN+Fsin30°=(M+m)g, 又 Ff=μFN 解得 μ= Fcos30° M+mg-Fsin30°= 3 5 。 7.(15 分)所受重力 G1=8 N 的物块悬挂在绳 PA 和 PB 的结点上。PA 偏离竖直方向 37°角,PB 在水平方向, 且连在所受重力为 G2=100 N 的木块上,木块静止于倾角为 37°的斜面上,如图所示,试求:(sin53°=0.8, cos53°=0.6,重力加速度 g 取 10 m/s2) (1)木块与斜面间的摩擦力大小; (2)木块所受斜面的弹力大小。 【答案】(1)64.8 N (2)76.4 N 【解析】如图甲所示,分析 P 点受力,由平衡条件可得:FAcos37°=G1,FAsin37°=FB 可解得:FB=6 N。 再分析 G2 的受力情况如图乙所示,由平衡条件可得 Ff=G2sin37°+FB′cos37°,FN+FB′sin37°=G2cos37°, FB′=FB,可求得 Ff=64.8 N,FN=76.4 N。 8.(多选)(2015·新课标全国Ⅱ·20)在一东西向的水平直铁轨上,停放着一列已用挂钩连接好的车厢。当机车在 东边拉着这列车厢以大小为 a 的加速度向东行驶时,连接某两相邻车厢的挂钩 P 和 Q 间的拉力大小为 F; 当机车在西边拉着车厢以大小为2 3a 的加速度向西行驶时,P 和 Q 间的拉力大小仍为 F。不计车厢与铁轨间 的摩擦,每节车厢质量相同,则这列车厢的节数可能为( ) A.8 B.10 C.15 D.18 【答案】: BC 【解析】:设每节车厢的质量为 m,这列车厢的节数为 n,东边车厢的节数为 x,西边车厢的节数为 n-x。 当机车在东边拉车厢时,对西边车厢受力分析,由牛顿第二定律可得 F=(n-x)·ma;当机车在西边拉车厢 时,对东边车厢受力分析,由牛顿第二定律可得 F=2 3max,联立可得 n=5 3x,x 为 3 的倍数,则 n 为 5 的倍 数,选项 B、C 正确,选项 A、D 错误。 9.如图所示,质量分别为 m1、m2 的两个物体通过轻弹簧连接,在力 F 的作用下一起沿水平方向做匀加速直 线运动(m1 在光滑地面上,m2 在空中)。已知力 F 与水平方向的夹角为 θ。则 m1 的加速度大小为( ) A. Fcos θ m1+m2 B. Fsin θ m1+m2 C.Fcos θ m1 D.Fsin θ m2 【答案】: A 【解析】:把 m1、m2 看成一个整体,在水平方向上加速度相同,由牛顿第二定律可得 Fcos θ=(m1+m2)a, 所以 a= Fcos θ m1+m2 ,选项 A 正确。 10.如图所示,有材料相同的 P、Q 两物块通过轻绳相连,并在拉力 F 作用下沿斜面向上运动,轻绳与拉力 F 的方向均平行于斜面。当拉力 F 一定时,Q 受到绳的拉力( ) A.与斜面倾角 θ 有关 B.与动摩擦因数有关 C.与系统运动状态有关 D.仅与两物块质量有关 【答案】: D 【解析】: 设 P、Q 的质量分别为 m1、m2,Q 受到绳的拉力大小为 FT,物块与斜面间的动摩擦因数为 μ。 根据牛顿第二定律,对整体进行分析,有 F-(m1+m2)gsin θ-μ(m1+m2)gcos θ=(m1+m2)a;对 Q 进行分析, 有 FT-m2gsin θ-μm2gcos θ=m2a,解得 FT= m2 m1+m2 F。可见 Q 受到绳的拉力 FT 与斜面倾角 θ、动摩擦因数 μ 和系统运动状态均无关,仅与两物块质量和 F 有关,选项 D 正确。 11.如图甲所示,质量为 m0 的小车放在光滑水平面上,小车上用细线悬吊一质量为 m 的小球,m0>m,用一 力 F 水平向右拉小球,使小球和车一起以加速度 a 向右运动时,细线与竖直方向成 α 角,细线的拉力为 FT。 若用一力 F′水平向左拉小车,使小球和车一起以加速度 a′向左运动时,细线与竖直方向也成 α 角,如图乙 所示,细线的拉力为 FT′。则( ) A.F′=F,FT′=FT B.F′>F,FT′=FT C.F′FT D.F′m,所以 a′>a。对小球与车组成的整体,由牛顿第二定律得 F=(m0+m)a,F′=(m0+m)a′, 所以 F′>F,选项 B 正确。 12.( 2017·福建宁德一模)如图所示,质量为 0.2 kg 的物体 A 静止在竖直的轻弹簧上,质量为 0.6 kg 的物 体 B 由细线悬挂在天花板上,B 与 A 刚好接触但不挤压。现将细线突然剪断,则在剪断细线的瞬间 A、B 间 的作用力大小为(g 取 10 m/s2)( ) A.0.5 N B.2.5 N C.0 D.1.5 N 【答案】D 【解析】剪断细线前,A、B 间无压力,则弹簧的弹力 F=mAg=2 N,在剪断细线的瞬间,对整体受力分析, 得整体加速度 a= mA+mB g-F mA+mB =7.5 m/s2,对 B 隔离分析有 mBg-FN=mBa,解得 FN=mBg-mBa=1.5 N。 故选 D。 13.( 2017·盐城月考)一辆小车静止在水平地面上,bc 是固定在车上的一根水平杆,物块 M 穿在杆上,M 通过细线悬吊着小物体 m,m 在小车的水平底板上,小车未动时细线恰好在竖直方向上。现使小车如下图 分四次分别以 a1、a2、a3、a4 的加速度向右匀加速运动,四种情况下 M、m 均与车保持相对静止,且图甲和 图乙中细线仍处于竖直方向,已知 a1∶a2∶a3∶a4=1∶2∶4∶8,M 受到的摩擦力大小依次为 f1、f2、f3、f4, 则错误的是 ( ) A.f1∶f2=1∶2 B.f1∶f2=2∶3 C.f3∶f4=1∶2 D.tanα=2tanθ 【答案】 B 【解析】甲、乙图中由于 M 水平方向只受静摩擦力,由牛顿第二定律知 f=Ma,所以 f1∶f2=a1∶a2=1∶2, 故 A 正确、B 错误;丙、丁图中以 M、m 整体为研究对象,由牛顿第二定律有:f=(M+m)a,所以 f3∶f4 =a3∶a4=1∶2,故 C 正确;丙、丁图中以 m 为研究对象,由受力分析知受拉力和重力,合力为 F 合=mgtanθ, 所以 a3∶a4=tanθ∶tanα,故tanα tanθ=a4 a3 =2 1,即 tanα=2tanθ,D 正确。 14.( 2017·长春质监二)如图所示,物块 A、B 质量相等,在恒力 F 作用下,在水平面上做匀加速直线运动。 若物块与水平面间接触面光滑,物块 A 的加速度大小为 a1,物块 A、B 间的相互作用力大小为 N1;若物块 与水平面间接触面粗糙,且物块 A、B 与水平面间的动摩擦因数相同,物块 B 的加速度大小为 a2,物块 A、 B 间的相互作用力大小为 N2,则以下判断正确的是( ) A.a1=a2 B.a1>a2 C.N1=N2 D.N13 2μmg 时,A、B 相对地面运动,故 A 错误。对 A、B 整体应用牛顿第二定律,有 F-μ 2×3mg=3ma;对 B,在 A、B 恰好要发生相对运动时,μ×2mg -μ 2×3mg=ma,两式联立解得 F=3μmg,可见,当 F>3μmg 时,A 相对 B 才能滑动,C 正确。当 F=5 2μmg 时,A、B 相对静止,对整体有:5 2μmg-μ 2×3mg=3ma,a=1 3μg,故 B 正确。无论 F 为何值,B 所受最大的 动力为 A 对 B 的滑动摩擦力 2μmg,故 B 的最大加速度 aBm= 2μmg-1 2×3μmg m =1 2μg,可见 D 正确。 17.(2017•海南)如图,水平地面上有三个靠在一起的物块 P、Q 和 R,质量分别为 m、2m 和 3m,物块与 地面间的动摩擦因数都为 μ.用大小为 F 的水平外力推动物块 P,R 和 Q 之间相互作用力 F1 与 Q 与 P 之间 相互作用力 F2 大小之比为 k.下列判断正确的是( ) 5 30: 2 1,0: 5 30: 6 50:     kD kC kB kA 则若 则若 ,则若 ,则若     【答案】:BD 【解析】:将 PQR 看成两部分,PQ 为一部分,R 为一部分,结合结论: QR 之间的力 FF 6 3 1  将 QR 看成一部分,P 看成一部分 PQ 之间的 FF 6 5 2  力: 故 5 3k ,B 正确,又因为 PQR 与水平面间的摩擦因数相同,故 D 也正确;

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