2025屆高中物理三輪沖刺練習(xí)-專(zhuān)題一微專(zhuān)題1力與物體的平衡習(xí)題

專(zhuān)題一力與運(yùn)動(dòng)微專(zhuān)題1力與物體的平衡1.物體處于平衡狀態(tài)的常見(jiàn)情況：(1)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)；(2)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)；(3)動(dòng)態(tài)平衡(物體緩慢移動(dòng))；(4)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)。2.物體處于平衡狀態(tài)的條件：合力始終為零。3.解決平衡問(wèn)題的步驟和方法4.注意點(diǎn)(1)力的分析順序：先整體后隔離；先分析其他力再分析摩擦力；(2)靜電力、安培力或洛倫茲力的出現(xiàn)可能對(duì)彈力或摩擦力產(chǎn)生影響；(3)出現(xiàn)“最大”“最小”“恰好”等文字時(shí)，一般為臨界問(wèn)題?？键c(diǎn)一受力分析靜態(tài)平衡問(wèn)題1.(2024·河北卷·5)如圖，彈簧測(cè)力計(jì)下端掛有一質(zhì)量為0.20kg的光滑均勻球體，球體靜止于帶有固定擋板的斜面上，斜面傾角為30°，擋板與斜面夾角為60°。若彈簧測(cè)力計(jì)位于豎直方向，讀數(shù)為1.0N，g取10m/s2，擋板對(duì)球體支持力的大小為：A.33N B.1.0C.233N D.2.0N

2.(2024·河北保定市一模)如圖所示，質(zhì)量為m的均勻直木桿靜置在水平地面與傾角為37°的光滑斜面之間，已知斜面對(duì)木桿的支持力大小為F，重力加速度為g，sin37°=0.6，cos37°=0.A.木桿處于四力平衡狀態(tài)B.水平地面可能是光滑的C.水平地面對(duì)木桿的支持力大小為mg-0.6FD.水平地面對(duì)木桿的摩擦力大小為0.8F【點(diǎn)撥·提煉】共點(diǎn)力問(wèn)題中，把物體在不同接觸面的受力平移到重心上進(jìn)行分析，較為有效。3.(2024·江蘇南京市零模)如圖所示，有4042個(gè)質(zhì)量均為m的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))，將它們用長(zhǎng)度相等的輕繩依次連接，再將其左端固定在天花板上，右端施加一水平力使全部小球靜止。已知連接天花板的輕繩與水平方向的夾角為60°，設(shè)第2021個(gè)小球和第2022個(gè)小球之間的輕繩的彈力大小是4042個(gè)小球的總重力的k倍，則k值為：A.12 B.712 C.734.(2024·湖北卷·6)如圖所示，兩拖船P、Q拉著無(wú)動(dòng)力貨船S一起在靜水中沿圖中虛線方向勻速前進(jìn)，兩根水平纜繩與虛線的夾角均保持為30°。假設(shè)水對(duì)三艘船在水平方向的作用力大小均為Ff，方向與船的運(yùn)動(dòng)方向相反，則每艘拖船發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力大小為：A.33Ff B.213C.2Ff D.3Ff考點(diǎn)二動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題5.(2024·黑龍江哈爾濱市一模)如圖甲所示，直導(dǎo)線P、Q分別被兩根等長(zhǎng)且平行的絕緣輕繩懸掛于水平軸上，且P固定于水平軸正下方，兩組繩長(zhǎng)也相同且都與水平軸垂直，其截面圖如圖乙所示，導(dǎo)線P通以垂直紙面向里的電流；導(dǎo)線Q電流方向未知，平衡時(shí)兩導(dǎo)線位于同一平面，且Q的兩根絕緣輕繩與豎直方向夾角均為θ。已知Q的質(zhì)量為m，重力加速度為g。下列說(shuō)法正確的是：A.導(dǎo)線Q中電流方向垂直紙面向里B.導(dǎo)線P、Q間的安培力大小為2mgsinθC.僅使導(dǎo)線P中電流I緩慢增大且θ不超過(guò)90°，導(dǎo)線Q對(duì)輕繩的拉力大小逐漸增大D.當(dāng)導(dǎo)線P中電流突然消失的瞬間，導(dǎo)線Q受到兩繩的拉力大小之和為mgsinθ6.(多選)(2024·河南省信陽(yáng)高級(jí)中學(xué)二模)如圖所示，兩質(zhì)量相等的光滑小圓環(huán)A、B用細(xì)線相連，水平橫桿穿過(guò)圓環(huán)A，豎直桿穿過(guò)圓環(huán)B。開(kāi)始時(shí)，細(xì)線貼著豎直桿處于豎直方向?，F(xiàn)在細(xì)線某點(diǎn)上施加一水平向右的拉力F，使兩環(huán)緩慢移動(dòng)，則在這一移動(dòng)過(guò)程中：A.水平向右的拉力F逐漸增大B.橫桿對(duì)環(huán)A的彈力逐漸增大C.細(xì)線對(duì)環(huán)B的拉力逐漸增大D.細(xì)線對(duì)球A的拉力逐漸增大7.(2024·湖南長(zhǎng)沙市二模)圖(a)所示的采棉機(jī)在運(yùn)輸圓柱形棉包的過(guò)程中緩慢經(jīng)過(guò)一段如圖(b)所示路面(運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓柱形棉包在前，路段足夠長(zhǎng))，CD、EF為水平路面，M點(diǎn)為傾角最大的位置，傾角為30°。棉包放在如圖(c)所示的“V”形擋板上，兩板間夾角恒為120°，初始時(shí)OA與水平面的夾角為30°。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，棉包不脫離擋板，忽略“V”形擋板對(duì)棉包的摩擦力，已知重力加速度為g。則：A.從D到M斜面對(duì)采棉機(jī)的作用力越來(lái)越小B.從D到M棉包對(duì)OA板的壓力先增大后減小C.從D到M棉包對(duì)OB板的壓力一直增大D.采棉機(jī)在EF段做減速運(yùn)動(dòng)，加速度大小可以為3g考點(diǎn)三平衡中的臨界和極值問(wèn)題8.(2024·江蘇鎮(zhèn)江市一模)如圖所示，寬為l的光滑導(dǎo)軌與水平面成α角，質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的金屬桿水平放置在導(dǎo)軌上?？臻g存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，當(dāng)回路中電流為I時(shí)，金屬桿恰好能靜止，已知重力加速度為g。勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不可能是下列選項(xiàng)中的：A.mgIlsinαC.mgIl D.9.(2024·廣西桂林市一模)在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，網(wǎng)上購(gòu)物已經(jīng)成為一種常見(jiàn)的消費(fèi)方式，網(wǎng)購(gòu)也促進(jìn)了快遞業(yè)發(fā)展。如圖，一快遞小哥在水平地面上拖拉一個(gè)貨箱，貨箱和里面快遞的總質(zhì)量為30kg，貨箱與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=33。若該小哥拉著貨箱在水平地面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，取g=10m/s2A.大小為100N，方向指向左上方與水平方向的夾角成30°B.大小為100N，方向指向左上方與水平方向的夾角成60°C.大小為150N，方向指向左上方與水平方向的夾角成30°D.大小為150N，方向指向左上方與水平方向的夾角成60°【點(diǎn)撥·提煉】在力的方向發(fā)生變化的平衡問(wèn)題中求拉力的極小值時(shí)，常利用：(1)三角函數(shù)極值法(輔助角法或求導(dǎo)法)；(2)摩擦角法：利用“摩擦角”將四力平衡轉(zhuǎn)化為三力平衡。物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，θ角改變，求拉力F的最小值。設(shè)支持力與摩擦力的合力為F'，F(xiàn)'與豎直方向的夾角為θ則tanθ=FfF當(dāng)拉力F與F'垂直時(shí)拉力最小，F(xiàn)min=mgsinθ。1.(2024·山東卷·2)如圖所示，國(guó)產(chǎn)人形機(jī)器人“天工”能平穩(wěn)通過(guò)斜坡。若它可以在傾角不大于30°的斜坡上穩(wěn)定地站立和行走，且最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則它的腳和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)不能小于：A.12 B.33 C.222.(2024·貴州遵義市一模)如圖甲，燃?xì)庠罹哂兴膫€(gè)相同的支撐架，支撐架均勻分布。假設(shè)支撐架上部分為一斜面，且該斜面與豎直方向的夾角為θ，如圖乙所示?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m的半球形鍋正放在燃?xì)庠钌?，且鍋與支撐架斜面接觸，重力加速度大小為g，下列說(shuō)法正確的是：A.每個(gè)支撐架給鍋的作用力大小為14B.每個(gè)支撐架給鍋的彈力大小為14mgsinC.每個(gè)支撐架與鍋之間存在摩擦力D.無(wú)論支撐架斜面光滑與否，每個(gè)支撐架給鍋的作用力大小不變3.(2024·浙江1月選考·6)如圖所示，在同一豎直平面內(nèi)，小球A、B上系有不可伸長(zhǎng)的細(xì)線a、b、c和d，其中a的上端懸掛于豎直固定的支架上，d跨過(guò)左側(cè)定滑輪、c跨過(guò)右側(cè)定滑輪分別與相同配重P、Q相連，調(diào)節(jié)左、右兩側(cè)定滑輪高度達(dá)到平衡。已知小球A、B和配重P、Q質(zhì)量均為50g，細(xì)線c、d平行且與水平成θ=30°(不計(jì)摩擦)，重力加速度g=10m/s2，則細(xì)線a、b的拉力分別為：A.2N1N B.2N0.5NC.1N1N D.1N0.5N4.(多選)(2024·寧夏銀川一中、云南昆明一中二模聯(lián)考)壓蹺蹺板是小朋友們特別喜歡的娛樂(lè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，蹺蹺板在幼兒園以及公共娛樂(lè)健身場(chǎng)所都可以見(jiàn)到。某實(shí)驗(yàn)小組利用該娛樂(lè)設(shè)施進(jìn)行物理研究，如圖所示。質(zhì)量為m的小球B置于光滑半球形凹槽A內(nèi)，凹槽放置在蹺蹺板上，凹槽的質(zhì)量為M，當(dāng)板的傾角為α=30°時(shí)，凹槽恰好靜止。令最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g，則在緩慢壓低蹺蹺板的Q端至跟P端等高的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是：A.開(kāi)始時(shí)凹槽受到沿蹺蹺板向上的摩擦力大小為MgB.凹槽與蹺蹺板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為3C.小球?qū)Π疾鄣膲毫Υ笮∈冀K為mgD.蹺蹺板對(duì)凹槽的作用力逐漸增大5.(2024·安徽黃山市模擬)如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為M和m的小球帶同種電荷，電荷量分別為Q和q，用長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2的輕繩懸掛于同一點(diǎn)，平衡時(shí)，兩繩與豎直方向的夾角分別是α和β，則sinαA.mM B.Mm C.mL6.(2024·河北保定市二模)如圖所示，傾角為θ的斜面固定在水平地面上，兩個(gè)物塊A、B用與斜面平行的輕質(zhì)彈簧連接，兩物塊恰好能靜止在斜面上。已知物塊A的質(zhì)量為1kg，物塊A與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4，物塊B與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.8，兩物塊受到的摩擦力方向相同，滑動(dòng)摩擦力等于最大靜摩擦力，取重力加速度大小g=10m/s2，sinθ=0.6，下列說(shuō)法正確的是：A.彈簧可能處于壓縮狀態(tài)B.彈簧中的彈力大小為2.4NC.物塊B的質(zhì)量為7kgD.物塊B受到的摩擦力大小為56N7.(2024·廣東佛山市二模)如圖，用AB與AC兩根輕繩懸掛一質(zhì)量分布不均(重心偏左)的矩形畫(huà)框，畫(huà)框底部需保持與水平地面平行。若保持AB繩長(zhǎng)不變，將C端左移，AC繩縮短至某一長(zhǎng)度(但AC繩仍長(zhǎng)于AB繩)后懸掛畫(huà)框，畫(huà)框保持原狀態(tài)不動(dòng)，則改變AC繩長(zhǎng)前后：A.AB繩的拉力大小總等于AC繩的拉力大小B.AB繩的拉力大小總小于AC繩的拉力大小C.AB繩的拉力大小不變D.AC繩的拉力大小可能相等

答案精析高頻考點(diǎn)練1.A[對(duì)小球受力分析如圖所示由幾何關(guān)系可得力F與力FN與豎直方向的夾角均為30°，因此將力F和FN正交分解可得FNsin30°=Fsin30°，F(xiàn)Ncos30°+Fcos30°+FT=mg解得F=FN=33N，故選A。2.A[根據(jù)題意，對(duì)木桿受力分析，受重力、斜面的支持力和水平地面的支持力，由于斜面光滑，木桿和斜面間沒(méi)有摩擦力，由平衡條件可知，水平地面一定給木桿水平向右的摩擦力，如圖所示，可知，木桿處于四力平衡狀態(tài)，且水平地面不可能是光滑的，故A正確，B錯(cuò)誤；由平衡條件有Ff=Fsin37°=0.6F，F(xiàn)N+Fcos37°=mg，解得FN=mg-0.8F，故C、D錯(cuò)誤。]3.B[以4042個(gè)小球組成的整體為研究對(duì)象，分析受力情況，如圖甲所示，根據(jù)平衡條件得F=40423mg，再以第2022個(gè)到第4042個(gè)小球共2021個(gè)小球組成的整體為研究對(duì)象，分析受力情況，如圖乙所示，則有FT2=73·2021mg，所以k=FT24042mg=712，故B正確，4.B[根據(jù)題意對(duì)S受力分析如圖甲正交分解可知2FTcos30°=Ff所以有FT=33F對(duì)P受力分析如圖乙根據(jù)平衡條件：Fcosα=FTcos30°+FfFsinα=FTsin30°聯(lián)立解得F=21Ff3，5.B[對(duì)Q進(jìn)行受力分析可知，P對(duì)Q的力為斥力，由安培定則和左手定則可知，兩導(dǎo)線的電流方向相反，即導(dǎo)線Q中電流方向垂直紙面向外，故A錯(cuò)誤；設(shè)導(dǎo)線Q受到兩繩的拉力之和為FT，導(dǎo)線P、Q間的安培力為F，對(duì)Q進(jìn)行受力分析，根據(jù)三角形定則，受力如圖所示，由于兩組繩長(zhǎng)相同，則根據(jù)幾何知識(shí)可得FT=mg，F(xiàn)=2mgsinθ2，故B正確；由上述分析可知，導(dǎo)線Q受到兩繩的拉力之和FT始終為mg，與電流I和角度θ無(wú)關(guān)，則導(dǎo)線Q對(duì)輕繩的拉力大小不變，故C錯(cuò)誤；當(dāng)導(dǎo)線P中電流突然消失的瞬間，導(dǎo)線P、Q間的安培力消失，此時(shí)導(dǎo)線Q沿兩繩方向上的合力為零，則導(dǎo)線Q受到兩繩的拉力大小之和為mgcosθ，故D6.AC[由于A受到重力、支持力和細(xì)線拉力作用平衡，所以拉A的細(xì)線豎直。任意狀態(tài)的受力如圖甲所示，對(duì)B受力分析如圖乙，可以構(gòu)成如圖丙所示矢量三角形設(shè)與B相連的細(xì)線與豎直方向的夾角為θ，當(dāng)F繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，則θ增大，由FT2=Gcosθ得出FT2變大，故設(shè)F與細(xì)線的作用點(diǎn)為O點(diǎn)，對(duì)O點(diǎn)受力分析如圖丁三力平衡有F=FT2'sinθFT1'=FT2'cosθ又FT2'=FT2則F=Gtanθ，F(xiàn)T1'=G隨著θ增大，則F增大，細(xì)線對(duì)A的拉力FT1'不變，故A受的彈力FN1=FT1'+G=2G不變，故A正確，B、D錯(cuò)誤。]7.C[采棉機(jī)在斜面上緩慢行駛時(shí)受到重力和斜面對(duì)采棉機(jī)的作用力，受力平衡，所以斜面對(duì)采棉機(jī)的作用力與重力等大、反向，故從D到M斜面對(duì)采棉機(jī)的作用力不變，故A錯(cuò)誤；采棉機(jī)從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)的過(guò)程中，棉包重力大小和方向不變，OA板、OB板對(duì)棉包的作用力夾角不變，F(xiàn)OA與豎直方向的夾角變大，作出力矢量三角形的外接圓如圖甲所示，由圖可知，F(xiàn)OA一直減小，F(xiàn)OB一直增大，根據(jù)牛頓第三定律可得，棉包對(duì)OA板的壓力一直減小，棉包對(duì)OB板的壓力一直增大，故B錯(cuò)誤，C正確；采棉機(jī)在EF段做減速運(yùn)動(dòng)，擋板OB對(duì)棉包的支持力為0時(shí)，棉包受力如圖乙所示，根據(jù)牛頓第二定律可得mgtan60°=ma，解得a=33g，當(dāng)加速度大于33g時(shí)，棉包會(huì)從采棉機(jī)上滾下來(lái)，故8.D[當(dāng)安培力的方向沿斜面向上時(shí)，安培力最小，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，由mgsinα=BminIl，可得Bmin=mgsinαIl，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不可能是mg9.C[方法一：三角函數(shù)極值法根據(jù)題意，設(shè)施加拉力為F，方向與水平面夾角為θ，則有Fcosθ=μ(mg-Fsinθ)，整理可得F=μmgμsinθ+cosθ，由數(shù)學(xué)知識(shí)，令sinα=11+μ2=32，cosα=μ1+μ2=12，則有F=μmg1+μ2sin(θ+α)，當(dāng)θ+α方法二：摩擦角法貨箱受四個(gè)力作用：重力mg，支持力FN，摩擦力Ff，斜向左上的拉力F，設(shè)FN與Ff的合力F'與豎直方向的夾角為θ，則tanθ=FfFN=μ=33，所以θ=30°，貨箱等效為受到mg、其矢量圖如圖所示，當(dāng)F⊥F'時(shí)，F(xiàn)最小，此時(shí)Fmin=mgsin30°=150N，F(xiàn)min與水平方向的夾角成30°。]補(bǔ)償強(qiáng)化練1.B[根據(jù)題意可知機(jī)器人“天工”可以在傾角不大于30°的斜坡上穩(wěn)定地站立和行走，對(duì)“天工”分析有mgsin30°≤μmgcos30°可得μ≥tan30°=3故選B。]2.D[假設(shè)支撐面光滑，則支撐架與鍋可以保持靜止，因此支撐架給鍋的摩擦力為0，C錯(cuò)誤；設(shè)每個(gè)支撐架與鍋之間的彈力為FN，則彈力與水平方向的夾角為θ，豎直方向根據(jù)平衡條件可得4FNsinθ=mg，每個(gè)支撐架給鍋的彈力大小為mg4sinθ，B錯(cuò)誤；由于摩擦力為0，因此支撐架對(duì)鍋的作用力等于支撐架對(duì)鍋的彈力，A錯(cuò)誤；無(wú)論支撐架斜面光滑與否，摩擦力均為0，因此每個(gè)支撐架給鍋的作用力大小不變，均為mg3.D[由題意可知細(xì)線c對(duì)A的拉力和細(xì)線d對(duì)B的拉力大小相等、方向相反，對(duì)A、B整體分析可知細(xì)線a的拉力大小為FTa=(mA+mB)g=1N，設(shè)細(xì)線b與水平方向夾角為α，對(duì)A、B分析分別有FTbsinα+FTcsinθ=mAg，F(xiàn)Tbcosα=FTdcosθ，解得FTb=0.5N，故D正確。]4.BC[將小球跟凹槽視為整體，開(kāi)始時(shí)恰好靜止，那么根據(jù)受力平衡知Ff=(m+M)gsinα=m+M2g，故A錯(cuò)誤；根據(jù)平衡條件有(m+M)gsinα-μ(m+M)gcosα=0，解得μ=33，故B正確；小球所在處的凹槽切線總是水平的，那么小球?qū)Π疾鄣膲毫Υ笮∈冀K等于小球的重力，故C正確；由于小球、凹槽整體的重力不變化，與蹺蹺板的