2023年高考物理母題題源解密（全國通用）專題02 受力分析 共點(diǎn)力的平衡（解析版）

專題二受力分析共點(diǎn)力的平衡目錄：真題考查解讀2023年真題展現(xiàn)考向一豎直平衡與生活、高科技實(shí)際考向二三力靜態(tài)平衡考向三連接體平衡與生產(chǎn)實(shí)際近年真題對(duì)比考向一靜態(tài)平衡考向二動(dòng)態(tài)平衡及平衡的臨界極值問題命題規(guī)律解密名校模擬探源易錯(cuò)易混速記【命題意圖】2023年受力分析與共點(diǎn)力的平衡考題結(jié)合生活實(shí)際考查受力分析、一條直線受力平衡和三個(gè)力共點(diǎn)力的平衡條件的簡(jiǎn)單應(yīng)用，意在考查考生對(duì)力學(xué)基本知識(shí)的掌握情況，以及運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力?！究疾橐c(diǎn)】受力分析和共點(diǎn)力的平衡問題是高中物理的基礎(chǔ)，也是高考考查的重點(diǎn)。受力分析是解決動(dòng)力學(xué)問題的關(guān)鍵，單獨(dú)命題時(shí)往往和實(shí)際問題結(jié)合在一起。共點(diǎn)力的平衡問題，單獨(dú)命題時(shí)往往和實(shí)際問題結(jié)合在一起，但是考查更多的是融入到其他物理模型中間接考查，如，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)命題，或者出現(xiàn)在導(dǎo)軌模型中等?！菊n標(biāo)鏈接】①掌握受力分析的方法和共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用。②會(huì)用整體法與隔離法、三角形法、正交分解法等分析和處理共點(diǎn)力的平衡問題。考向一豎直平衡與生活、高科技實(shí)際1．（2023·山東卷·第2題）.餐廳暖盤車的儲(chǔ)盤裝置示意圖如圖所示，三根完全相同的彈簧等間距豎直懸掛在水平固定圓環(huán)上，下端連接托盤。托盤上疊放若干相同的盤子，取走一個(gè)盤子，穩(wěn)定后余下的正好升高補(bǔ)平。已知單個(gè)盤子的質(zhì)量為300g，相鄰兩盤間距1.0cm，重力加速度大小取10m/s2。彈簧始終在彈性限度內(nèi)，每根彈簧的勁度系數(shù)為（）A.10N/m B.100N/m C.200N/m D.300N/m【答案】B【解析】【詳解】由題知，取走一個(gè)盤子，穩(wěn)定后余下的正好升高補(bǔ)平，則說明一個(gè)盤子的重力可以使彈簧形變相鄰兩盤間距，則有mg=3?kx解得k=100N/m故選B。2.（2023·江蘇卷·第7題）.如圖所示，“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器靜止在月球平坦表面處。已知探測(cè)器質(zhì)量為m，四條腿與豎直方向的夾角均為θ，月球表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的。每條腿對(duì)月球表面壓力的大小為（）A. B. C. D.【答案】D【解析】【詳解】對(duì)“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器受力分析有FN=mg月則對(duì)一條腿有根據(jù)牛頓第三定律可知每條腿對(duì)月球表面的壓力為。故選D?？枷蚨o態(tài)平衡3．（2023·1月浙江卷·第2題）如圖所示，輕質(zhì)網(wǎng)兜兜住重力為G的足球，用輕繩掛于光滑豎直墻壁上的A點(diǎn)，輕繩的拉力為，墻壁對(duì)足球的支持力為，則（）A．B．C．D．【答案】C【解析】對(duì)網(wǎng)兜和足球受力分析，設(shè)輕繩與豎直墻面夾角為θ，由平衡條件可得，據(jù)此可知，，選項(xiàng)C正確。4．（2023·浙江卷·第6題）如圖所示，水平面上固定兩排平行的半圓柱體，重為G的光滑圓柱體靜置其上，a、b為相切點(diǎn)，，半徑Ob與重力的夾角為37°。已知，，則圓柱體受到的支持力F、F大小為（

）A．， B．，C．， D．，【答案】D【詳解】對(duì)光滑圓柱體受力分析如圖

由題意有，故選D?？枷蛉B接體平衡與生產(chǎn)實(shí)際5．（2023·海南卷·第3題）如圖所示，工人利用滑輪組將重物緩慢提起，下列說法正確的是（）A.工人受到的重力和支持力是一對(duì)平衡力B.工人對(duì)繩的拉力和繩對(duì)工人的拉力是一對(duì)作用力與反作用力C.重物緩慢拉起過程，繩子拉力變小D.重物緩慢拉起過程，繩子拉力不變【答案】B【解析】【詳解】AB．對(duì)人受力分析有則有FN＋FT=mg其中工人對(duì)繩的拉力和繩對(duì)工人的拉力是一對(duì)作用力與反作用力，A錯(cuò)誤、B正確；CD．對(duì)滑輪做受力分析有則有則隨著重物緩慢拉起過程，θ逐漸增大，則FT逐漸增大，CD錯(cuò)誤。故選B?？枷蛞混o態(tài)平衡1.（2022·廣東卷·T1）圖是可用來制作豆腐的石磨。木柄靜止時(shí)，連接的輕繩處于繃緊狀態(tài)。O點(diǎn)是三根輕繩的結(jié)點(diǎn)，F(xiàn)、和分別表示三根繩的拉力大小，且。下列關(guān)系式正確的是（）A. B. C. D.【答案】D【解析】以點(diǎn)為研究對(duì)象，受力分析如圖由幾何關(guān)系可知由平衡條件可得聯(lián)立可得故D正確，ABC錯(cuò)誤。故選D。2.（2022·浙江6月卷·T10）如圖所示，一輕質(zhì)曬衣架靜置于水平地面上，水平橫桿與四根相同的斜桿垂直，兩斜桿夾角°。一重為的物體懸掛在橫桿中點(diǎn)，則每根斜桿受到地面的（）A.作用力為 B.作用力為C.摩擦力為 D.摩擦力為【答案】B【解析】設(shè)斜桿的彈力大小為，以水平橫桿和重物為整體，豎直方向根據(jù)受力平衡可得解得以其中一斜桿為研究對(duì)象，其受力如圖所示可知每根斜桿受到地面的作用力應(yīng)與平衡，即大小為，每根斜桿受到地面的摩擦力為B正確，ACD錯(cuò)誤；故選B。3．（2022·海南·高考真題）我國的石橋世界聞名，如圖，某橋由六塊形狀完全相同的石塊組成，其中石塊1、6固定，2、5質(zhì)量相同為m，3、4質(zhì)量相同為，不計(jì)石塊間的摩擦，則為（

）A． B． C．1 D．2【答案】D【詳解】六塊形狀完全相同的石塊圍成半圓對(duì)應(yīng)的圓心角為，每塊石塊對(duì)應(yīng)的圓心角為，對(duì)第塊石塊受力分析如圖結(jié)合力的合成可知對(duì)第2塊和第三塊石塊整體受力分析如圖，解得故選D?？枷蚨?dòng)態(tài)平衡及平衡的臨界極值問題4.（2022·河北·T7）如圖，用兩根等長(zhǎng)的細(xì)繩將一勻質(zhì)圓柱體懸掛在豎直木板的點(diǎn)，將木板以直線為軸向后方緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)直至水平，繩與木板之間的夾角保持不變，忽略圓柱體與木板之間的摩擦，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中（）A.圓柱體對(duì)木板的壓力逐漸增大 B.圓柱體對(duì)木板的壓力先增大后減小C.兩根細(xì)繩上的拉力均先增大后減小 D.兩根細(xì)繩對(duì)圓柱體拉力逐漸增大【答案】B【解析】設(shè)兩繩子對(duì)圓柱體的拉力的合力為，木板對(duì)圓柱體的支持力為，繩子與木板夾角為，從右向左看如圖所示在矢量三角形中，根據(jù)正弦定理在木板以直線為軸向后方緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)直至水平過程中，不變，從逐漸減小到0，又且可知?jiǎng)t可知從銳角逐漸增大到鈍角，根據(jù)由于不斷減小，可知不斷減小，先增大后減小，可知先增大后減小，結(jié)合牛頓第三定律可知，圓柱體對(duì)木板的壓力先增大后減小，設(shè)兩繩子之間的夾角為，繩子拉力為，則可得不變，逐漸減小，可知繩子拉力不斷減小，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B5.（2022·浙江1月卷·T5）如圖所示，學(xué)校門口水平地面上有一質(zhì)量為m的石墩，石墩與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，工作人員用輕繩按圖示方式勻速移動(dòng)石墩時(shí)，兩平行輕繩與水平面間的夾角均為，則下列說法正確的是（）A.輕繩的合拉力大小為B.輕繩的合拉力大小為C.減小夾角，輕繩的合拉力一定減小D.輕繩的合拉力最小時(shí)，地面對(duì)石墩的摩擦力也最小【答案】B【解析】AB．對(duì)石墩受力分析，由平衡條件可知聯(lián)立解得故A錯(cuò)誤，B正確；C．拉力的大小為其中，可知當(dāng)時(shí)，拉力有最小值，即減小夾角，輕繩的合拉力不一定減小，故C錯(cuò)誤；D．摩擦力大小為可知增大夾角，摩擦力一直減小，當(dāng)趨近于90°時(shí)，摩擦力最小，故輕繩的合拉力最小時(shí)，地面對(duì)石墩的摩擦力不是最小，故D錯(cuò)誤；故選B。6.（2021·湖南·高考真題）質(zhì)量為的凹槽靜止在水平地面上，內(nèi)壁為半圓柱面，截面如圖所示，為半圓的最低點(diǎn)，為半圓水平直徑的端點(diǎn)。凹槽恰好與豎直墻面接觸，內(nèi)有一質(zhì)量為的小滑塊。用推力推動(dòng)小滑塊由A點(diǎn)向點(diǎn)緩慢移動(dòng)，力的方向始終沿圓弧的切線方向，在此過程中所有摩擦均可忽略，下列說法正確的是（）A．推力先增大后減小B．凹槽對(duì)滑塊的支持力先減小后增大C．墻面對(duì)凹槽的壓力先增大后減小D．水平地面對(duì)凹槽的支持力先減小后增大【答案】C【詳解】AB．對(duì)滑塊受力分析，由平衡條件有，滑塊從A緩慢移動(dòng)B點(diǎn)時(shí)，越來越大，則推力F越來越大，支持力N越來越小，所以AB錯(cuò)誤；C．對(duì)凹槽與滑塊整體分析，有墻面對(duì)凹槽的壓力為則越來越大時(shí)，墻面對(duì)凹槽的壓力先增大后減小，所以C正確；D．水平地面對(duì)凹槽的支持力為，則越來越大時(shí)，水平地面對(duì)凹槽的支持力越來越小，所以D錯(cuò)誤；故選C。

分析近三年的高考試題，高考對(duì)受力分析共點(diǎn)力的平衡的考查主要是選擇題的形式出現(xiàn)，偶爾也在計(jì)算題中也作為一個(gè)力學(xué)或電學(xué)考點(diǎn)命題。試題往往是以生活生產(chǎn)實(shí)際或力、電平衡模型為背景的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)平衡問題，考查受力分析、平衡條件的應(yīng)用以及處理平衡問題用到的整體法與隔離法、合成法、正交分解法等等。1．（2023·四川成都·統(tǒng)考三模）2023年的春晚舞蹈《錦繡》，藝術(shù)地再現(xiàn)了古代戍邊將士與西域各民族化干戈為玉帛并建立深厚友誼的動(dòng)人故事。圖（a）是一個(gè)優(yōu)美且難度極大的后仰動(dòng)作，人后仰平衡時(shí)，可粗略認(rèn)為頭受到重力、肌肉拉力和頸椎支持力。如圖（b），若彎曲后的頭頸與水平方向成角，與水平方向成角，則可估算出的大小為（）

A． B． C． D．【答案】A【詳解】由力的平衡條件可得，解得故選A。2．（2023·山東濟(jì)南·濟(jì)南市歷城第二中學(xué)?？寄M預(yù)測(cè)）孔府是中國傳統(tǒng)建筑的杰出代表，采用了瓦片屋頂，屋頂結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為如圖，弧形瓦片靜止在兩根相互平行的傾斜椽子正中間。已知椽子與水平面夾角均為θ，瓦片質(zhì)量為m，重力加速度為g，則（）A．每根椽子對(duì)瓦片的摩擦力大小為B．每根椽子對(duì)瓦片的支持力大小為C．椽子對(duì)瓦片支持力的合力大小為D．椽子對(duì)瓦片作用力的合力大小為【答案】A【詳解】A．兩根椽子對(duì)瓦片的摩擦力的合力為，摩擦力方向與椽子平行，所以每根椽子對(duì)瓦片的摩擦力大小為。故A正確；BC．兩根椽子對(duì)瓦片的支持力的合力為，瓦片有弧度，所以每根椽子對(duì)瓦片的支持力大小不是。故BC錯(cuò)誤；D．椽子對(duì)瓦片的作用力包括支持力和摩擦力，合力大小為mg。故D錯(cuò)誤。故選A。3．（2023·重慶·統(tǒng)考三模）某瓜子破殼機(jī)如圖甲，將瓜子放入兩圓柱體所夾的凹槽之間，按壓瓜子即可破殼。破殼機(jī)截面如圖乙，瓜子的剖面可視作頂角為的扇形，將其豎直放入兩完全相同的水平等高圓柱體A、B之間，并用豎直向下的恒力F按壓瓜子且保持靜止，若此時(shí)瓜子殼未破開，忽略瓜子自重，不計(jì)摩擦，則（）A．若僅增大A、B距離，瓜子對(duì)圓柱體A的壓力增大B．若僅增大A、B距離，瓜子對(duì)圓柱體A的壓力減小C．若A、B距離不變，頂角越大，瓜子對(duì)圓柱體B的壓力越小D．若A、B距離不變，頂角越大，瓜子對(duì)圓柱體B的壓力越大【答案】C【詳解】AB．瓜子處于平衡狀態(tài)，若僅增大A、B距離，A、B對(duì)瓜子的彈力方向始終垂直于接觸面，大小也不變，AB錯(cuò)誤；CD．若A、B距離不變，頂角越大，則A、B對(duì)瓜子壓力的夾角減小，合力不變，瓜子對(duì)圓柱體B的壓力越小，C正確，D錯(cuò)誤。故選C。4．（2023·貴州畢節(jié)·統(tǒng)考三模）拖把是由拖桿和拖把頭構(gòu)成的擦地工具。某同學(xué)用該拖把在水平地板上拖地，當(dāng)沿拖桿方向施加大小為F的水平推力時(shí)，拖把頭在地板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)沿拖桿方向施加大小仍為F，方向與豎直方向成θ=60°角的拉力時(shí)，拖把頭也恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。拖把頭與水平地板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為（）A． B． C． D．【答案】B【詳解】施加大小為的水平推力時(shí)，根據(jù)受力平衡可得施加大小仍為F，方向與豎直方向成角的拉力時(shí)，根據(jù)受力平衡可得，聯(lián)立解得拖把頭與水平地板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為故選B。5．（2023·重慶沙坪壩·重慶一中?？寄M預(yù)測(cè)）這是一木馬搖椅簡(jiǎn)化圖。A、B、C三個(gè)物體疊放在一起如圖所示，C為半圓柱體，外力作用在物體C上讓整體保持靜止?fàn)顟B(tài)，C的MN邊與水平方向夾角為θ，A物體質(zhì)量為m，重力加速度為g。此時(shí)B對(duì)A的摩擦力為（）

A．0 B．mg C．mgsinθ D．mgcosθ【答案】C【詳解】對(duì)A受力分析，根據(jù)平衡條件，此時(shí)B對(duì)A的摩擦力為f=mgsinθ故選C。6．（2023·浙江·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，有兩本書疊放在一起靜止放置于傾角為θ的傾斜桌面上，上面書本質(zhì)量為M，下面書本質(zhì)量為m，下面書本有二分之一伸出桌面，桌面與書本之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1，書本與書本之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2，已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g。下列說法正確的是（

）

A．下面書本受到的支持力大小為B．桌面對(duì)上面書本的作用力方向一定豎直向上C．逐漸增大桌面傾斜的角度，上面書本一定比下面書本先滑動(dòng)D．上面書本受到的摩擦力大小為Mgsinθ【答案】D【詳解】A．將兩本書看作一個(gè)整體則，下面書本受到的支持力大小為FN=(m＋M)gcosθ，A錯(cuò)誤；B．桌面與上面書本沒有相互作用，B錯(cuò)誤；C．逐漸增大桌面傾斜的角度，當(dāng)書恰好要滑動(dòng)時(shí)，對(duì)上面的書有Mgsinθ=μ1Mgcosθ對(duì)于下面的書有(m＋M)gsinθ=μ2(m＋M)gcosθ，但由于不知道μ1、μ2間的大小關(guān)系，則無法判斷哪本書先滑動(dòng)，C錯(cuò)誤；D．由于書本靜止，則對(duì)上面書本有f=Mgsinθ，D正確。故選D。7．（2023·遼寧沈陽·沈陽二中校考三模）如圖，繩下端掛一物體，用力F拉物體使懸線偏離豎直方向的夾角為，且保持其平衡。保持60°不變，當(dāng)拉力F有極小值時(shí)，F(xiàn)與水平方向的夾角應(yīng)是（）A．0 B．90° C．60° D．45°【答案】C【詳解】根據(jù)題意可知，點(diǎn)受三個(gè)拉力處于平衡，向上的兩個(gè)拉力的合力大小等于物體的重力，方向豎直向上，如圖所示當(dāng)與天花板相連的繩子垂直時(shí)，拉力最小，根據(jù)幾何關(guān)系知故選C。8．（2023·全國·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，半徑為R的光滑圓環(huán)豎直固定，原長(zhǎng)為的輕質(zhì)彈簧一端固定在圓環(huán)的最高點(diǎn)A，另一端與套在環(huán)上的質(zhì)量為m的小球相連。小球靜止在B點(diǎn)時(shí)，彈簧與豎直方向夾角θ=30°，已知重力加速度大小為g，則（）A．小球?qū)A環(huán)的彈力方向背離圓心B．圓環(huán)對(duì)小球的彈力大小為C．彈簧的勁度系數(shù)為D．若換用原長(zhǎng)相同，勁度系數(shù)更大的輕質(zhì)彈簧，小球?qū)⒃贐點(diǎn)下方達(dá)到受力平衡【答案】C【詳解】A．彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，彈簧彈力F的方向如圖所示小球處于平衡狀態(tài)，合力為0，故圓環(huán)對(duì)小球的彈力沿半徑向外，由牛頓第三定律知小球?qū)A環(huán)的彈力方向指向圓心，故A錯(cuò)誤；B．由相似三角形法得，可得，故B錯(cuò)誤；C．彈簧的長(zhǎng)度為，彈簧的形變量為由胡克定律F=kx，可得解得，故C正確；D．換用勁度系數(shù)更大的某輕質(zhì)彈簧，若拉伸到同樣的長(zhǎng)度，小球?qū)⑸弦?，則小球?qū)⒃贐點(diǎn)上方達(dá)到受力平衡，故D錯(cuò)誤。故選C。9．（2023·全國·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，不計(jì)重力的輕桿能以為軸在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，端懸掛一重物，另用一根輕繩通過定滑輪系在端。當(dāng)和豎直方向的夾角緩慢逐漸增大時(shí)（），桿的彈力和繩子的張力的大小變化是（

）A．先變小后變大，變大 B．先變小后變大，不變C．先變大后變小，不變 D．不變，變大【答案】D【詳解】對(duì)點(diǎn)受力分析，設(shè)桿的彈力為，繩子的拉力為，如圖，根據(jù)平衡條件知，合力為零，三角形與圖中矢量三角形相似，故有解得，由圖看出，、不變，則桿的支持力不變，變大，則繩子拉力變大。故選D。故選BC。10．（2023·安徽·模擬預(yù)測(cè)）如圖，半徑為R、質(zhì)量為m的半圓柱體A放在粗糙的水平地面上，A與豎直墻面間有一半徑為R、質(zhì)量為m的光滑圓柱體B，A和B的質(zhì)量分布都均勻。改變半圓柱體A距豎直墻面的距離，使A、B仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，半圓柱體A的圓心距豎直墻面的最遠(yuǎn)距離為。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則半圓柱體A與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為（）

A． B． C． D．【答案】D【詳解】對(duì)AB整體受力分析如圖：

可知地面對(duì)A的支持力摩擦力對(duì)B受力分析如圖：

由幾何關(guān)系可知，則，又聯(lián)立解得故選D。11．（2023·湖南衡陽·衡陽縣第三中學(xué)?？寄M預(yù)測(cè)）如圖所示，質(zhì)量為2m的物塊C置于傾角為37°的斜面D上，C通過一細(xì)線繞過光滑定滑輪系于P點(diǎn)，P為細(xì)線QP、EP、BP的結(jié)點(diǎn)，質(zhì)量為m的小球B置于光滑的半球體A上，半球體A的半徑為R，O為球心。已知，，EP水平，PQ豎直，且Q、P、O在同一直線上，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，小球B可視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度為g，sin37°=0.6，cos37°=0.8，則下列說法正確的是（）A．細(xì)線PB的拉力大小為B．細(xì)線PE和細(xì)線PB的拉力大小相等C．半球體A受到地面的摩擦力和斜面D受到地面的摩擦力大小相等D．物塊C受到斜面D的摩擦力方向沿斜面向下【答案】C【詳解】A．對(duì)小球B做受力分析，如圖所示

由于力的三角形與相似，可得，解得，，故A錯(cuò)誤；B．對(duì)結(jié)點(diǎn)P受力分析，線PE的拉力大小等于細(xì)線PB的拉力在水平方向的分力大