高中物理高考二輪復(fù)習(xí)二輪復(fù)習(xí) 2023屆高考二輪復(fù)習(xí) 力與物體的平衡

專題一力與物體的平衡考向預(yù)測(cè)平衡問(wèn)題是歷年高考的重點(diǎn)，特別是受力分析與平衡條件的應(yīng)用在近幾年高考中頻繁考查。本部分內(nèi)容在高考命題中也有兩大趨勢(shì)：一是向著選擇題單獨(dú)考查的方向發(fā)展；二是選擇題單獨(dú)考查與電學(xué)綜合考查并存?？疾榈慕嵌戎饕ǎ阂?、對(duì)各種性質(zhì)的力的理解；二、共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用。用到的思想方法有：整體法和隔離法、假設(shè)法、合成法、正交分解法、矢量三角形法、相似三角形法、等效思想、分解思想等。知識(shí)與技巧的梳理1．處理平衡問(wèn)題的基本思路2．常用的方法(1)在判斷彈力或摩擦力是否存在以及確定它們的方向時(shí)常用假設(shè)法。(2)求解平衡問(wèn)題時(shí)常用二力平衡法、矢量三角形法、正交分解法、相似三角形法、圖解法等。3．帶電體的平衡問(wèn)題仍然滿足平衡條件，只是要注意準(zhǔn)確分析場(chǎng)力——電場(chǎng)力、安培力或洛倫茲力。4．如果帶電粒子在重力場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)三者組成的復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)，則一定是勻速直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)镕洛⊥v。限時(shí)訓(xùn)練經(jīng)典常規(guī)題經(jīng)典常規(guī)題1．如圖所示，豎直桿固定在木塊C上，兩者總重為20N，放在水平地面上。輕細(xì)繩a連接小球A和豎直桿頂端，輕細(xì)繩b連接小球A和B，小球B重為10N。當(dāng)用與水平方向成30°角的恒力F作用在小球B上時(shí)，A、B、C剛好保持相對(duì)靜止且一起水平向左做勻速運(yùn)動(dòng)，繩a、b與豎直方向的夾角分別恒為30°和60°，則下列判斷正確的是()A．力F的大小為10NB．地面對(duì)C的支持力大小為40NC．地面對(duì)C的摩擦力大小為10ND．A球重為10N【解析】以B為研究對(duì)象受力分析，水平方向受力平衡，有：Fcos30°＝Tbcos30°，解得：F＝Tb，豎直方向受力平衡，則有：Fsin30°＋Tbsin30°＝mBg，解得：F＝mBg＝10N，故A正確；以A為研究對(duì)象受力分析，豎直方向上有：Tbsin30°＋mAg＝Tasin60°，水平方向：Tasin30°＝Tbsin60°，聯(lián)立得：mA＝mB，即A球重為10N，故D正確；以A、B、C整體為研究對(duì)象受力分析，水平方向：f＝Fcos30°＝5eq\r(3)N，豎直方向：N＋Fsin30°＝(M＋mA＋mB)g，解得：N＝35N，故B、C錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼D2．用長(zhǎng)為m的輕質(zhì)柔軟絕緣細(xì)線，拴一質(zhì)量為×10－2kg、電荷量為×10－8C的小球，細(xì)線的上端固定于O點(diǎn)?，F(xiàn)加一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，平衡時(shí)細(xì)線與鉛垂線成37°角，如圖所示?，F(xiàn)向左拉小球使細(xì)線水平且拉直，靜止釋放，則(sin37°＝，取g＝10m/s2)()A．該勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為×107N/CB．平衡時(shí)細(xì)線的拉力為NC．經(jīng)過(guò)s，小球的速度大小為m/sD．小球第一次通過(guò)O點(diǎn)正下方時(shí)，速度大小為7m/s【解析】小球處于平衡狀態(tài)時(shí)，受力分析如圖所示，則可知qE＝mgtan37°，則該勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E＝eq\f(mgtan37°,q)＝×106N/C，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；細(xì)線的拉力F＝eq\f(mg,cos37°)＝N，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在外力作用下，小球拉至細(xì)線水平時(shí)，由靜止釋放，如圖所示，小球在電場(chǎng)力和重力的作用下，從A點(diǎn)由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)，∠OAB＝∠OBA＝53°，OA＝OB＝l＝m，在此過(guò)程中，細(xì)線處于松弛狀態(tài)，無(wú)拉力作用，小球運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)，細(xì)線繃緊，勻加速直線運(yùn)動(dòng)結(jié)束。根據(jù)牛頓第二定律可知小球勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度a＝eq\f(F合,m)＝eq\f(F,m)＝eq\f,m/s2＝m/s2，假設(shè)經(jīng)過(guò)s后，小球仍在沿AB方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則小球的速度v＝at＝m/s，經(jīng)過(guò)的距離x＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)××m＝5m，A、B間的距離|AB|＝2×l×cos53°＝m，x＜|AB|，假設(shè)成立，故s時(shí)，小球的速度大小為m/s，故選項(xiàng)C正確；小球運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)，細(xì)線繃緊，小球沿細(xì)線方向的分速度減為零，動(dòng)能減小，假設(shè)細(xì)線繃緊過(guò)程小球機(jī)械能損失ΔE，此后在電場(chǎng)力、重力和細(xì)線拉力作用下沿圓弧運(yùn)動(dòng)至O點(diǎn)正下方，根據(jù)能量守恒定律，可知(qE＋mg)·l－ΔE＝eq\f(1,2)mv2，可得v＜7m/s，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緾高頻易錯(cuò)題高頻易錯(cuò)題1．如圖，在水平晾衣桿(可視為光滑桿)上晾曬床單時(shí)，為了盡快使床單晾干，可在床單間支撐輕質(zhì)細(xì)桿。隨著細(xì)桿位置的不同，細(xì)桿上邊兩側(cè)床單間夾角θ(一般θ＜150°)將不同。設(shè)床單重力為G，晾衣桿所受壓力大小為N，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)θ＝60°時(shí)，N＝eq\f(\r(3),3)GB．當(dāng)θ＝90°時(shí)，N＝eq\f(\r(2),2)GC．只有當(dāng)θ＝120°時(shí)，才有N＝GD．無(wú)論θ取何值，都有N＝G【解析】對(duì)床單受力分析，受豎直向下的重力和晾衣桿豎直向上的支持力，晾衣桿對(duì)床單的支持力始終等于G，則根據(jù)牛頓第三定律知，無(wú)論夾角θ取何值都有N＝G，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。【答案】D2．質(zhì)量為M的斜面體放在光滑水平地面上，其傾角為30°，斜面上放一質(zhì)量為m的物塊，物塊通過(guò)繞過(guò)輕質(zhì)滑輪的輕繩與彈簧測(cè)力計(jì)相連，彈簧測(cè)力計(jì)的另一端與地面上的P點(diǎn)通過(guò)輕繩相連，如圖所示。用水平力F推著斜面體在水平面上緩慢向左移動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是()A．彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不斷減小B．水平力F不斷減小C．地面對(duì)斜面體的支持力不斷減小D．斜面對(duì)物塊的摩擦力不斷增大【解析】滑塊受重力、支持力、拉力和滑動(dòng)摩擦力，在斜面體向左運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，四個(gè)力的方向均不變，根據(jù)平衡條件，拉力T＝mgsin30°＋μmgcos30°QUOTE保持不變，故A錯(cuò)；設(shè)彈簧測(cè)力計(jì)與水平方向的夾角為θQUOTE，對(duì)斜面體和滑塊整體分析，受推力、重力、繩子的拉力、支持力，水平方向，有：F＝TcosθQUOTE，斜面體在水平面上緩慢向左移動(dòng)θ變小，所以推力F增大，故B錯(cuò)；豎直方向：N＝(M＋m)g＋TsinθQUOTE，因?yàn)棣萉UOTE減小，T不變，故N減小，C對(duì)；物塊受到的是滑動(dòng)摩擦力，f＝μmgcos30°，QUOTE大小恒定不變，故D錯(cuò)。【答案】C精準(zhǔn)預(yù)測(cè)題精準(zhǔn)預(yù)測(cè)題1．A、C是兩個(gè)帶電小球，質(zhì)量分別是mA、mC，電荷量大小分別是QA、QC，用兩條等長(zhǎng)絕緣細(xì)線懸掛在同一點(diǎn)O，兩球靜止時(shí)如圖所示，此時(shí)細(xì)線對(duì)兩球的拉力分別為FTA、FTC，兩球連線AC與O所在豎直線的交點(diǎn)為B，且AB<BC，下列說(shuō)法正確的是()A．QA>QCB．mA∶mC＝FTA∶FTCC．FTA＝FTCD．mA∶mC＝BC∶AB【解析】設(shè)兩個(gè)小球之間的庫(kù)侖力為F，利用相似三角形知識(shí)可得，A球所受三個(gè)力F、FTA、mAg構(gòu)成的三角形與三角形OBA相似，eq\f(mAg,OB)＝eq\f(F,AB)＝eq\f(FTA,AO)；C球所受三個(gè)力F、FTC、mCg構(gòu)成的三角形與三角形OBC相似，eq\f(mCg,OB)＝eq\f(F,CB)＝eq\f(FTC,CO)；因OA＝OC，所以mA∶mC＝FTA∶FTC；mA∶mC＝BC∶AB，則選項(xiàng)B、D正確，C錯(cuò)誤；因兩球之間的作用力是相互作用力，則無(wú)法判斷兩球帶電荷量的多少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。【答案】BD2．如圖所示，光滑的輕滑輪通過(guò)支架固定在天花板上，一足夠長(zhǎng)的細(xì)繩跨過(guò)滑輪，一端懸掛小球b，另一端與套在水平細(xì)桿上的小球a連接。在水平拉力F作用下小球a從圖示虛線（最初是豎直的）位置開始緩慢向右移動(dòng)(細(xì)繩中張力大小視為不變)。已知小球b的質(zhì)量是小球a的2倍，滑動(dòng)摩擦力等于最大靜摩擦力，小球a與細(xì)桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μQUOTE。則下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)細(xì)繩與細(xì)桿的夾角為30°時(shí)，桿對(duì)a球的支持力為零B．支架對(duì)輕滑輪的作用力大小逐漸增加C．支架對(duì)a球的摩擦力先減小后增加D．當(dāng)時(shí)，拉力F先減小后增加【答案】AC【解析】設(shè)a的質(zhì)量為m，則b的質(zhì)量為2m，以b為研究對(duì)象，豎直方向受力平衡，可得繩子拉力始終等于b的重力，即T＝2mg，保持不變；以a為研究對(duì)象，受力如圖所示，設(shè)繩子與水平方向夾角為θ，支持力FN＝2mgsinθ－mgQUOTE，向右緩慢拉動(dòng)的過(guò)程中，θ角逐漸減小，當(dāng)FN＝0QUOTE時(shí)QUOTE得sinθ＝QUOTE，即θ＝QUOTE30°，故A正確；向右緩慢拉動(dòng)的過(guò)程中，兩個(gè)繩子之間的夾角逐漸增大，繩子的拉力不變，所以繩子的合力減小，則繩子對(duì)滑輪的作用力逐漸減小，故B錯(cuò)誤；由圖可知，角度θ從90°QUOTE變到0°QUOTE，根據(jù)f＝μFN＝μ(2mgsinθ－mg)QUOTE可知，當(dāng)角度θ從90°QUOTE變到30°時(shí)FNQUOTE一直減小到零，當(dāng)角度θ從30°QUOTE變到0°時(shí)FNQUOTE反向增大，故摩擦力先減小后增大，故C正確；由受力分析圖，可知水平方向：F＝f＋2mgcosθ＝2mg(cosθ＋μsinθ)－μmgQUOTE，由于，而tanφ＝μQUOTE，若QUOTE，則φ＝30°QUOTE，故拉力為QUOTE，角度θ從90°QUOTE變到0°的過(guò)程中，當(dāng)θ＝φ＝30°QUOTE時(shí)QUOTE為最大，則拉力最大，當(dāng)角度繼續(xù)減小時(shí)，QUOTE開始減小，則拉力也開始減小，故拉力F先增大后減小，故D錯(cuò)誤。3．如圖所示，有一四分之一球體置于粗糙的水平面上，兩質(zhì)量均為m的小球A、B(均可看作質(zhì)點(diǎn))通過(guò)柔軟光滑的輕繩連接，且與球體一起靜止在水平面上。B球與球心O的連線與水平方向成θ＝37°角(拉B球的輕繩與OB連線垂直)。已知重力加速度為g，sin37°＝，cos37°＝。下列關(guān)于系統(tǒng)中各物體受力的說(shuō)法正確的是()A．四分之一球體一定受到水平面的摩擦力作用，方向水平向右B．小球A受到三個(gè)力的作用C．小球B受到四分之一球體摩擦力的大小為eq\f(1,5)mg，方向沿曲面切線斜向下D．四分之一球體對(duì)小球B作用力的大小為eq\f(\r(10),5)mg【解析】以整個(gè)系統(tǒng)為研究對(duì)象，因系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以在水平方向不受外力作用，即球體不受水平面的摩擦力作用，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由小球A處于靜止?fàn)顟B(tài)可知，它受重力和輕繩拉力兩個(gè)力作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；將小球B的重力分解，沿切線方向F1＝mgcos37°＝eq\f(4,5)mg，垂直切線方向F2＝mgsin37°＝eq\f(3,5)mg，因小球B處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以小球B受摩擦力的作用，其方向沿曲面切線斜向下，大小為fB＝mg－eq\f(4,5)mg＝eq\f(1,5)mg，選項(xiàng)C正確；四分之一球體對(duì)小球B的作用力FB是球體對(duì)小球B的支持力FNB和摩擦力fB的合力，其中FNB＝mgsinθ＝eq\f(3,5)mg，則FB＝eq\f(\r(10),5)mg，選項(xiàng)D正確?！敬鸢浮緾D4．如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，絕緣細(xì)線下面懸掛一質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的導(dǎo)線，導(dǎo)線中有垂直紙面向里的恒定電流I，靜止時(shí)細(xì)線偏離豎直方向θ角，現(xiàn)將磁場(chǎng)沿逆時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)動(dòng)到水平向右，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小不變，在此過(guò)程中下列說(shuō)法正確的是()A．導(dǎo)線受到的安培力逐漸變大B．絕緣細(xì)線受到的拉力逐漸變大C．絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角θ先增大后減小D．導(dǎo)線受到的安培力與絕緣細(xì)線受到的拉力的合力大小不變，方向隨磁場(chǎng)的方向的改變而改變【解析】導(dǎo)線受到的安培力F安＝BIl大小不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；磁場(chǎng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中，F(xiàn)安方向逐漸由水平向左變?yōu)樨Q直向下，由于變化緩慢，所以F安與mg的合力F合與FT大小相等，方向相反，由圖可知，F(xiàn)合大小逐漸增大，θ逐漸減小，所以FT大小逐漸增大，選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；F安與FT的合力總是與重力大小相等，方向相反，即豎直向上，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽5．如圖所示，ACD、EFG為兩根相距L的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌，它們被豎直固定在絕緣水平面上，CDGF面與水平面成θ角。兩導(dǎo)軌所在空間存在垂直于CDGF平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。兩根質(zhì)量均為m、長(zhǎng)度均為L(zhǎng)的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，兩金屬細(xì)桿的電阻均為R，導(dǎo)軌電阻不計(jì)。當(dāng)ab以速度v1沿導(dǎo)軌向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也正好以速度v2向下勻速運(yùn)動(dòng)。重力加速度為g。以下說(shuō)法正確的是()A．回路中的電流為QUOTEB．a(chǎn)b桿所受摩擦力為mgsinθQUOTEC．cd桿所受摩擦力為QUOTED．μ與v1大小的關(guān)系為QUOTE【解析】ab桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中感應(yīng)電流，故A錯(cuò)；ab桿勻速下滑，受力平衡條件，ab桿所受的安培力大小，方向沿軌道向上，則由平衡條件得：ab所受的摩擦力大小，故B錯(cuò)；cd桿所受的安培力大小也等于F安，方向垂直于導(dǎo)軌向下，則cd桿所受摩擦力，故C對(duì)；根據(jù)cd桿受力平衡得，則得μ與v1大小的關(guān)系為，故D對(duì)?！敬鸢浮緾D6．如圖所示，在一豎直平面內(nèi)，豎直y軸左側(cè)有一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為E1和一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，y軸右側(cè)有一豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為E2，一電荷量為q(電性未知)、質(zhì)量為m的微粒從x軸上A點(diǎn)以一定初速度與水平方向成θ＝37°角沿直線經(jīng)P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到圖中C點(diǎn)，其中m、q、B均已知，sin37°＝，cos37°＝，重力加速度為g，則()A．微粒一定帶負(fù)電B．電場(chǎng)強(qiáng)度E2的方向一定豎直向上C．