高考物理二輪復習 專題一 力與運動 第1講 力與物體的平衡試題試題

專題一力與運動第1講力與物體的平衡一、選擇題(1～7題為單項選擇題，8～10題為多項選擇題)1.如圖1所示，一豎直放置的大圓環(huán)，在其水平直徑上的A、B兩端系著一根不可伸長的柔軟輕繩，繩上套有一光滑小鐵環(huán)?，F(xiàn)將大圓環(huán)在豎直平面內(nèi)繞O點順時針緩慢轉(zhuǎn)過一個微小角度，則關于輕繩對A、B兩點拉力FA、FB的變化情況，下列說法正確的是()圖1 A．FA變小，F(xiàn)B變小 B．FA變大，F(xiàn)B變大 C．FA變大，F(xiàn)B變小 D．FA變小，F(xiàn)B變大 解析柔軟輕繩上套有光滑小鐵環(huán)，兩側(cè)輕繩中拉力相等。將大圓環(huán)在豎直平面內(nèi)繞O點順時針緩慢轉(zhuǎn)過一個微小角度，A、B兩點之間的水平距離減小，光滑小鐵環(huán)兩側(cè)輕繩間夾角2α減小，由2Fcosα＝mg可知，輕繩中拉力F減小，輕繩對A、B兩點的拉力FA和FB都變小，選項A正確。 答案A2．如圖2所示，一光滑小球靜置在光滑半球面上，被豎直放置的光滑擋板擋住，現(xiàn)水平向右緩慢地移動擋板，則在小球運動的過程中(該過程小球未脫離球面且球面始終靜止)，擋板對小球的推力F、半球面對小球的支持力FN的變化情況是()圖2 A．F增大，F(xiàn)N減小 B．F增大，F(xiàn)N增大 C．F減小，F(xiàn)N減小 D．F減小，F(xiàn)N增大解析某時刻小球的受力如圖所示，設小球與半球面的球心連線跟豎直方向的夾角為α，則F＝mgtanα，F(xiàn)N＝eq\f(mg,cosα)，隨著擋板向右移動，α越來越大，則F和FN都要增大。 答案B3．如圖3所示，在水平地面上靜止著一質(zhì)量為M、傾角為θ的斜面，自由釋放質(zhì)量為m的滑塊能在斜面上勻速下滑(斜面始終靜止)，則下列說法中正確的是()圖3 A．滑塊對斜面的作用力大小等于mgcosθ，方向垂直斜面向下 B．斜面對滑塊的作用力大小等于mg，方向豎直向上 C．斜面受到地面的摩擦力水平向左，大小與m的大小有關 D．滑塊能勻速下滑，則水平地面不可能是光滑的解析因滑塊在重力、斜面的摩擦力及斜面的支持力作用下勻速下滑，如圖所示，所以斜面對滑塊的作用力大小等于滑塊重力mg，方向豎直向上，B項正確；而滑塊對斜面的作用力與斜面對滑塊的作用力是一對作用力與反作用力，所以A項錯誤；又因斜面及滑塊均處于平衡狀態(tài)，所以可將兩者看成一個整體，則整體在豎直方向受重力和地面的支持力作用，水平方向不受力的作用，即水平地面對斜面沒有摩擦力作用，C、D項錯誤。 答案B4．如圖4所示，絕緣水平桌面上放置一長直導線a，導線a的正上方某處放置另一長直導線b，兩導線中均通以垂直紙面向里的恒定電流?，F(xiàn)將導線b向右平移一小段距離，若導線a始終保持靜止，則()圖4A．導線b受到的安培力方向始終豎直向下B．導線b受到的安培力逐漸減小C．導線a對桌面的壓力減小D．導線a對桌面的摩擦力方向水平向左解析導線a、b均處在對方產(chǎn)生的磁場中，故兩導線均會受到安培力作用，由“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”可知，當導線b未移動時，其受到的安培力方向豎直向下指向?qū)Ь€a，當導線b向右平移一小段距離后，導線b受到的安培力仍會指向?qū)Ь€a，選項A錯誤；由于導線a、b之間的距離增大而導線中的電流不變，故兩導線之間的相互作用力減小(安培力F＝BIl)，選項B正確；導線b向右平移后導線a的受力情況如圖所示，由于導線a始終在桌面上保持靜止，所以有FN＝G－Fsinθ，因為安培力F減小，sinθ減小，所以桌面對導線a的支持力增大，由牛頓第三定律可知，導線a對桌面的壓力增大，選項C錯誤；由圖可知，桌面對導線a的靜摩擦力方向水平向左，故導線a對桌面的摩擦力方向水平向右，選項D錯誤。 答案B5．如圖5所示，粗糙水平地面上的長方體物塊將一重為G的光滑圓球抵在光滑豎直的墻壁上，現(xiàn)用水平向右的拉力F緩慢拉動長方體物塊，在圓球與地面接觸之前，下面的相關判斷正確的是()圖5A．球?qū)Ρ诘膲毫χ饾u減小B．水平拉力F逐漸減小C．地面對長方體物塊的摩擦力逐漸增大D．地面對長方體物塊的支持力逐漸增大 解析對球進行受力分析，如圖甲所示。 FN1＝Gtanθ，F(xiàn)N2＝eq\f(G,cosθ)。當長方體物塊向右運動中，θ增大，F(xiàn)N1、FN2均增大，由牛頓第三定律知，球?qū)Ρ诘膲毫χ饾u增大，選項A錯誤；圓球?qū)ξ飰K的壓力在豎直方向的分力FN2′cosθ＝G等于重力，在拉動長方體物塊向右運動的過程中，對物塊受力分析如圖乙所示，物塊與地面之間的壓力FN＝G1＋FN2′cosθ＝G1＋G不變，滑動摩擦力f＝μFN不變，選項C錯誤；又由于圓球?qū)ξ飰K的壓力在水平方向的分力FN2′sinθ逐漸增大，所以水平拉力F＝f－FN2′sinθ逐漸減小，選項B正確；由于物塊與地面之間的壓力不變，由牛頓第三定律可知，地面對物塊的支持力不變，選項D錯誤。 答案B6．如圖6所示，一個半球形的碗固定在桌面上，碗口水平，O點為其球心，碗的內(nèi)表面及碗口是光滑的。一根細線跨在碗口上，線的兩端分別系有質(zhì)量分別為m1和m2的小球A、B。當它們處于平衡狀態(tài)時，碗內(nèi)的細線與水平方向的夾角為60°，小球B位于水平地面上，設此時半球形的碗對A的彈力為F，小球B對地面的壓力大小為FN，細線的拉力大小為T，則下列說法中正確的是()圖6 A．FN＝(m2－m1)g B．FN＝m2g－eq\f(\r(3),3)m1g C．T＝0 D．F＝eq\f(2\r(3),3)m1g 解析分析小球A的受力情況，由平衡條件可得，細線的拉力T＝F，F(xiàn)sin60°＋Tsin60°＝m1g，解得T＝F＝eq\f(\r(3),3)m1g，選項C、D錯誤；分析小球B的受力情況，由平衡條件可得T＋FN＝m2g，即FN＝m2g－eq\f(\r(3),3)m1g，故A錯誤，B正確。 答案B7．(2016·安徽皖南八校二次聯(lián)考)如圖7所示，三角形ABC是固定在水平面上的三棱柱的橫截面，∠A＝30°，∠B＝37°，C處有光滑小滑輪，質(zhì)量分別為m1、m2的兩物塊通過細線跨放在AC面和BC面上，且均恰好處于靜止狀態(tài)，已知AC面光滑，物塊2與BC面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則兩物塊的質(zhì)量比m1∶m2不可能是()圖7 A．1∶3 B．3∶5 C．5∶3 D．2∶1 解析物塊1受重力m1g、細線拉力T和斜面支持力FN作用處于平衡狀態(tài)，則T＝m1gsin30°，物塊2受重力m2g、細線拉力T、斜面支持力FN′及摩擦力Ff作用處于平衡狀態(tài)，當m1較大時，最大靜摩擦力方向沿斜面向下，此時有T＝m2gsin37°＋μm2gcos37°，即eq\f(m1,m2)＝2；當m1較小時，最大靜摩擦力方向沿斜面向上，此時有T＝m2gsin37°－μm2gcos37°，即eq\f(m1,m2)＝eq\f(2,5)，所以eq\f(2,5)≤eq\f(m1,m2)≤2。 答案A8．如圖8所示，一根通電的導體棒放在傾斜的粗糙斜面上，置于圖示方向的勻強磁場中，處于靜止狀態(tài)。現(xiàn)增大電流，導體棒仍靜止，則在增大電流過程中，導體棒受到的摩擦力的大小變化情況可能是()圖8 A．一直增大 B．先減小后增大 C．先增大后減小 D．始終為零 解析若F安＜mgsinα，因安培力方向向上，則摩擦力方向向上，當F安增大時，F(xiàn)摩減小到零，再向下增大，B項對，C、D項錯；若F安＞mgsinα，摩擦力方向向下，隨F安增大而一直增大，A項對。 答案AB9.如圖9所示，帶電物體P、Q可視為點電荷，電荷量相同。傾角為θ、質(zhì)量為M的斜面體放在粗糙水平面上，將質(zhì)量為m的物體P放在粗糙的斜面體上。當物體Q放在與P等高(PQ連線水平)且與物體P相距為r的右側(cè)位置時，P靜止且受斜面體的摩擦力為0，斜面體保持靜止，靜電力常量為k，則下列說法正確的是()圖9A．P、Q所帶電荷量為eq\r(\f(mgr2tanθ,k))B．P對斜面的壓力為0C．斜面體受到地面的摩擦力為0D．斜面體對地面的壓力為(M＋m)g 解析設P、Q所帶電荷量為q，對物體P受力分析如圖所示，受到水平向左的庫侖力F＝keq\f(q2,r2)、豎直向下的重力mg、支持力FN，由平衡條件可得tanθ＝eq\f(F,mg)，解得q＝eq\r(\f(mgr2tanθ,k))，選項A正確；斜面對P的支持力FN＝mgcosθ＋Fsinθ，由牛頓第三定律可知，P對斜面的壓力為FN′＝mgcosθ＋Fsinθ，選項B錯誤；對P和斜面體整體受力分析，可知水平方向受到Q對P向左的庫侖力F＝keq\f(q2,r2)和地面對斜面體水平向右的摩擦力，由平衡條件可知，斜面體受到水平向右的摩擦力大小為f＝keq\f(q2,r2)，選項C錯誤；對P和斜面體整體受力分析，豎直方向受到豎直向下的重力(M＋m)g和水平面的支持力，由平衡條件可得，水平面支持力等于(M＋m)g，根據(jù)牛頓第三定律，斜面體對地面的壓力大小為(M＋m)g，選項D正確。 答案AD10．如圖10所示，用兩根完全相同的橡皮筋M、N將兩個質(zhì)量均為m＝1kg的可視為質(zhì)點的小球A、B拴接在一起，并懸掛在水平天花板上，在小球A上施加一水平向左的恒力F，當系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)時，橡皮筋M與豎直方向的夾角為60°。假設兩橡皮筋的勁度系數(shù)均為k＝5N/cm，且始終處在彈性限度以內(nèi)，重力加速度取g＝10m/s2。則()圖10A．橡皮筋M的伸長量為4cmB．橡皮筋N的伸長量為2cmC．水平恒力的大小為10eq\r(3)ND．如果將水平恒力撤去，則小球B的瞬時加速度為零解析先對小球B進行受力分析，小球B受重力mg和橡皮筋N的拉力F1，根據(jù)平衡條件，有F1＝mg＝10N，又F1＝kxN，解得橡皮筋N的伸長量xN＝eq\f(F1,k)＝2cm，選項B正確；再將小球A、B看成一個整體，整體受重力2mg、水平恒力F和橡皮筋M的拉力F2，如圖所示，根據(jù)平衡條件，有F＝2mgtan60°＝2eq\r(3)mg＝20eq\r(3)N，選項C錯誤；橡皮筋M的彈力F2＝eq\f(2mg,cos60°)＝4mg＝40N，根據(jù)胡克定律有F2＝kxM，解得橡皮筋M的伸長量xM＝eq\f(F2,k)＝8cm，選項A錯誤；小球B受重力和橡皮筋N的拉力，撤去水平恒力的瞬間，小球B的重力和橡皮筋N的拉力都不變，故小球仍處于平衡狀態(tài)，加速度為零，選項D正確。 答案BD二、非選擇題11．如圖11所示，一質(zhì)量為M＝2kg的鐵塊套在傾斜放置的桿上，桿與水平方向的夾角θ＝60°，一輕繩一端連在鐵塊上，一端連在一質(zhì)量為m＝1kg的小球上，一水平力F作用在小球上，連接鐵塊與球的輕繩與桿垂直，鐵塊和球都處于靜止狀態(tài)。(g取10m/s2)求：圖11 (1)拉力F的大??； (2)桿對鐵塊的摩擦力的大小。 解析(1)對B球受力分析如圖所示。 根據(jù)力的平衡F＝mgtanθ解得F＝10eq\r(3)N (2)由于繩對鐵塊的拉力垂直于桿，且鐵塊處于靜止狀態(tài)，因此鐵塊受到的摩擦力等于鐵塊的重力沿斜面向下的分力，即Ff＝Mgsinθ Ff＝10eq\r(3)N 答案(1)10eq\r(3)N(2)10eq\r(3)N12．如圖12所示，兩平行金屬導軌間的距離d＝1.0m，導軌所在平面與水平面之間的夾角為θ＝53°，在導軌所在的空間內(nèi)分布著磁感應強度大小為B＝1.5T，方向垂直于導軌所在平面向上的勻強磁場，導軌的一端接有電動勢E＝6.0V，內(nèi)阻r＝1.0Ω的直流電源?，F(xiàn)將一質(zhì)量m＝0.5kg，電阻R＝3.0Ω，長度為1.0m的導體棒ab垂直導軌放置，開關S接通后導體棒剛好能保持靜止。已知電路中定值電阻R0＝6.0Ω，重力加速度g＝10m/s2，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6，導體棒受到的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，求：圖12 (1)導體棒中通過的電流大??； (2)導體棒與導軌間的動摩擦因數(shù)。 解析(1)由電路知識可知，導體棒與定值電阻R0并聯(lián)后接在電源兩端，設電路中的總電阻為R總，則有R總＝eq\f(RR0,R＋R0)＋r，代入數(shù)據(jù)可得R總＝3Ω，由閉合電路歐姆定律可知，電路中的總電流I＝eq\f(E,R總)＝2A，導體棒ab兩端的電壓為Uab＝E－Ir，代入數(shù)據(jù)可得Uab＝4V，所以流經(jīng)導體棒的電流IR＝eq\f(Uab,R)＝eq\f(4,3)A。 (2)對導體棒進行受力分