回歸教材重難點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01力與物體的平衡

共點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)用物理知識解決實際問題的能力。

知識點一對物體進(jìn)行受力分析的基本思路

知識點二解決平衡問題的常用方法

方法

內(nèi)容

合成法

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

效果分解法

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

正交分解法

物體受到三個或三個以上力的作用時，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

知識點三圖解法分析動態(tài)平衡問題

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

2．基本思路：化“動”為“靜”，“靜”中求“動”．

3．基本方法：圖解法和解析法．

4.圖解法分析動態(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或兩個以上物體整體的受力情況及分析外力對系統(tǒng)的作用時，宜用整體法；而在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體(或一個物體各部分)間的相互作用時常用隔離法．整體法和隔離法不是獨立的，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

物體受到三個共點力的作用而處于平衡狀態(tài)，畫出其中任意兩個力的合力與第三個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，三力合力為零．三個力可構(gòu)成一個封閉三角形，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

物體受三個共面非平行外力作用而平衡時，這三個力必為共點力．

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，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，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錯誤。

故選B。

2．（2020·海南卷）如圖，上網(wǎng)課時小明把手機(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。實驗臺上固定一個力傳感器，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．實驗中必須讓木板保持勻速運(yùn)動

B．圖乙中曲線就是摩擦力隨時間的變化曲線

C．最大靜摩擦力與滑動摩擦力之比約為10:7

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

【答案】C

【解析】

AB．為了能研究摩擦力隨時間的變化曲線，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間變化曲線，故圖乙也可以反映摩擦力隨時間變化的曲線，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摩擦力作用，所以不需要讓木板保持勻速運(yùn)動，故AB錯誤；

C．由圖可知，最大靜摩擦力約為10N，滑動摩擦力約為7N，故最大靜摩擦力與滑動摩擦力之比約為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摩擦因數(shù)，故D錯誤。

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)鏡球面上緩慢移動時，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，此時工作人員（）

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)推動木箱在水平地面上勻速運(yùn)動，關(guān)于該同學(xué)的推力，下列判斷正確的是（）

A.方向水平時推力最小

B方向斜向下時可能比方向水平時推力小

C.方向斜向上時一定比方向水平時推力小

D.方向斜向上時可能比方向水平時推力小

【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，水平方向滑動摩擦力，根據(jù)

當(dāng)推力水平時，有：

當(dāng)推力斜向下時，與水平夾角為，有：

當(dāng)推力斜向上時，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，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，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A錯誤，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CD錯誤；

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，救援物資受到與運(yùn)動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)動時，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，繩子的拉力T變大，救援物資受到的空氣阻力f變大，選項AB錯誤；

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C正確，D錯誤。

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，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?，F(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，靜摩擦力沿著斜面向上，大小為

當(dāng)F增大時，變??；

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

③當(dāng)時，靜摩擦力沿著斜面向下，大小為

F增大時，變大，故可能減小，也可能增大；

故選C。

9、（2021·河北省實驗中學(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，其右端固定一個豎直擋板AB，在P上放兩個大小相同的光滑小球C和D，質(zhì)量均為m，整個裝置的縱截面如圖所示。開始時P、C球心連線與水平面的夾角為，點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，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點順時針緩慢轉(zhuǎn)動，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)動可能有兩種情況：

一是D仍然位于P的正上方，保持不動，此時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，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點順時針緩慢轉(zhuǎn)動，P始終保持靜止，則D可能仍然位于P的正上方，保持不動，故D錯誤。

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A錯誤；

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C錯誤；

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D錯誤。

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，輕桿BC始終保持水平，重物靜止不動。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。下列選項正確的是（）

A.FAC>mg B.FCD>mg

C.若A點上移，則FAC變大 D.若A點下移，則FCD變大

【答案】A

【解析】

ABD．C點的受力如圖所示

則有

則

所以

故A正確，BD錯誤；

C．若A點上移，α變大，sinα變大，所以FAC變小，故C錯誤。

故選A。

13、（2021·安徽省蕪湖市5月質(zhì)檢）2019年11