备战2020年高考物理 一遍过考点09 受力分析共点力平衡（含解析）

受力分析，共点力平衡一、受力分析1基本步骤：（1）确定研究对象点、单个物体或系统；（2）隔离物体分析先分析场力（重力、电场力、磁场力），再分析接触力（先弹力后摩擦力），最后分析其他力；（3）画受力示意图。2关键条件：光滑不计摩擦；轻重力不计；忽略空气阻力等。二、共点力平衡1整体法和隔离法：当分析相互作用的两个或两个以上的物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法；在分析系统内各物体（或一个物体各部分）间的相互作用时常用隔离法。对一些较复杂问题，通常需要多次选取研究对象，交替使用整体法和隔离法。2动态平衡分析方法：（1）解析法：列平衡方程求出未知量与已知量的关系式，根据函数关系分析判断。（2）图解法：根据平行四边形定则或三角形定则作出变化的图示，由几何关系分析判断。3临界、极值问题：（1）两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0（主要体现为两物体间的弹力为0）；（2）绳子断与不断的临界条件为绳中张力达到最大值；（3）绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为0；（4）存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大；（5）由平衡条件列方程，物理量在数学上有极值（如三角函数）。如图所示，将某均匀长方体锯成A、B两块后，在水平桌面上并对放在一起，现用水平力F推B，使A、B整体保持长方体沿F方向匀速运动，则AA在水平方向受到三个力的作用，且合力为零BA在水平方向受到五个力的作用，且合力为零CA对B的作用力方向与A、B接触面垂直DB对A的弹力大于桌面对A的摩擦力【参考答案】A【详细解析】对A受力分析，在水平方向上受B对A的弹力，桌面的滑动摩擦力，B对A的静摩擦力，在三个力的作用下处于平衡，受力如图，故A正确，B错误。B对A的弹力和静摩擦力的合力与桌面的滑动摩擦力等值反向，与F的方向相同；根据牛顿第三定律可知，A对B的作用力方向与F的方向相反，不是A、B接触面垂直，故C错误。因为B对A的弹力与B对A的摩擦力垂直，二者的合力等于桌面对A的摩擦力，所以B对A的弹力小于桌面对A的摩擦力，故D错误。1（2019广东省潮州市高一期末）如图所示，放在斜面体上的物块A和斜面体B一起在光滑水平面上向右做匀速直线运动。关于物块A和斜面B的受力情况的分析正确是A物块A对斜面体B的摩擦力沿斜面向上B斜面体B对A的支持力方向竖直向上C物块A受到4个力的作用D斜面体B受到A的作用力的合力在竖直方向上【答案】D【解析】放在斜面体上的物块A和斜面体B一起在光滑水平面上向右作匀速直线运动，A和B都受力平衡，B对A的摩擦力方向沿斜面向上，则A对B的摩擦力方向沿斜面向下，故A错误；斜面体B对A的支持力方向垂直于斜面向上，故B错误；物块A受到重力、支持力和摩擦力3个力的作用，故C错误；物体A受力平衡，则B对A的作用力方向竖直向上，根据牛顿第三定律可得斜面体B受到A的作用力的合力竖直向下，故D正确。如图，一质量为m的正方体物块置于风洞内的水平面上，其右侧面与风速垂直，当风速为时刚好能推动该物块。已知风对物块的推力F正比于Sv2(其中v为风速、S为物块迎风面积)，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现有质量为64m的同一材料做成的另一正方体物块，刚好把该物块吹动需要的风速为A2v0B4v0C8v0D16v0【参考答案】A【详细解析】物块刚好被推动，根据平衡条件有：，设物块边长为a，其中：，有。质量变成64倍，体积变成64倍，则边长变成4倍，解得风速变为原来的2倍，选项A正确，BCD错误。1（2019广东省汕头市高三模拟）重力都为G的两个小球A和B用三段轻绳如图连接后悬挂在O点上，O、B间的绳子长度是A、B间的绳子长度的2倍，将一个拉力F作用到小球B上，使三段轻绳都伸直且O、A间和A、B间的两端绳子分别处于垂直和水平方向上，则拉力F的最小值为ABCD【答案】A【解析】因OA竖直，则AB无拉力，则B球受三个力作用，当力F的方向与OB方向垂直时，力F最小；则由平衡知识可知，故选A。【名师点睛】此题是关于共点力的平衡问题；关键是知道当OA竖直时，AB无拉力，且当F垂直OB时，力F最小即可解答。叠放在水平地面上的四个完全相同的排球如图所示，质量均为m，相互接触，球与地面间的动摩擦因数均为，则A上方球与下方3个球间均没有弹力B下方三个球与水平地面间均没有摩擦力C水平地面对下方三个球的支持力均为4mg/3D水平地面对下方三个球的摩擦力均为4mg/3【参考答案】C【详细解析】上方的球肯定受重力作用，如果下方的球对其没有作用力，则不会保持静止状态，A错误；对下方任意球受力分析，如图所示，球肯定受到竖直向下的重力，地面给的竖直向上的支持力，以及上方球给的弹力，如果地面对球没有摩擦力，则这三个力合力不为零，下方的球不能处于静止状态，故B错误；将三者看做一个整体，在竖直方向上：整体受到竖直向下的重力4mg，竖直向上的支持力，而在水平方向上，受到三个夹角为120的等大的摩擦力，根据共点力平衡条件可得，而地面对每个球的支持力相等，故每个球受到的支持力为，C正确；由于球受到的是静摩擦力，不能根据计算，故D错误。1（2019山东省青岛市高三三模）胶州湾大桥是青岛市境内黄岛区、城阳区以及李沧区的跨海通道，对进一步加快山东半岛城市群建设有着重要意义。如图，设桥体中三块相同的钢箱梁1、2、3受到钢索a、b、c拉力的方向相同，相邻钢箱梁间的作用力均沿水平方向，下列说法正确的是A钢箱梁1对2的作用力大于钢箱梁2对1的作用力B钢箱梁3所受合力最大C钢箱梁2、3间作用力大于钢箱梁1、2间作用力D钢索c上的拉力大于钢索b上的拉力【答案】C【解析】钢箱梁1对2的作用力与钢箱梁2对1的作用力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反，故选项A错误；每个钢箱梁都处于平衡状态，合力均为零，故选项B错误；对钢箱梁2受力分析，设钢索的拉力与水平方向的夹角为，由平衡条件知，所以钢箱梁1、2间作用力小于钢箱梁2、3间作用力，故选项C正确；由竖直方向受力平衡知，可得，钢索拉力的方向相同，所以三块钢箱梁受到钢索的拉力大小相等，故选项D错误。（2019四川省威远中学高三第一次月考）如图所示，物体的重力为G，保持细绳AO的位置不变，让细绳BO的B端沿四分之一圆周从D点缓慢向E点移动。在此过程中A细绳BO上的张力先增大后减小B细绳BO上的张力先减小后增大C细绳AO上的张力一直增大D细绳AO上的张力一直减小【参考答案】BC【详细解析】以结点O为研究对象，分析受力情况：重力G、绳AO的张力F1和绳BO的张力F2，作出BO在三个不同位置时受力图，如图：由图看出，BO绳上的张力F2先减小后增大，而AO绳上的张力一直增大，故选BC。1如图所示，一只松鼠沿着较粗均匀的树枝从右向左缓慢爬行，在松鼠从A运动到B的过程中，下列说法正确的是A松鼠对树枝的弹力保持不变B松鼠对树枝的弹力先减小后增大C松鼠对树枝的摩擦力先减小后增大D树枝对松鼠的作用力先减小后增大【答案】C【解析】设树枝的切线与水平方向的夹角为，松鼠所受的弹力，从A到B的过程中，先减小后增大，则弹力先增大后减小，AB错误；松鼠所受的摩擦力，从A到B的过程中，先减小后增大，则摩擦力先减小后增大，C正确；树枝对松鼠的作用力与松鼠的重力等大反向，所以树枝对松鼠的作用力大小不变，D错误。如图所示，倾角为的薄木板固定在水平面上，板上有一小孔B，不可伸长的轻绳一端系一物体A，另一端穿过小孔B竖直下垂。开始时，板上方的细线水平伸直。现慢慢拉动细绳下垂端，在物体缓慢到达小孔B的过程中，轨迹正好是一个半圆周，则物体与斜面间的动摩擦因数为ABCD【参考答案】C【详细解析】物体在斜面上缓慢运动时，受到4个力：重力G，绳子的拉力F1，斜面的支持力F2，物体在运动时受到的摩擦力F3，这四个力的合力近似为零；其中F1和F3同斜面平行，F2同斜面垂直，G同斜面成（90）。在垂直斜面方向，有：，因此有摩擦力；平行于斜面的方向上，为了简化问题状态，以A点处的系统状态来进行分析，此时时摩擦力和重力在斜面平行方向上的力是反向、等大的，即应该是近似平衡的，有：，因此；故选C。1（2019山东省淄博市淄川中学高二月考）如图所示，两个小球a、b质量均为m，用细线相连并悬挂于O点，现用一轻质弹簧给小球a施加一个力F，使整个装置处于静止状态，且Oa与竖直方向夹角为=60，已知弹簧劲度系数为k，则弹簧形变量可能是ABCD【答案】A【解析】以小球ab整体为研究对象，分析受力，作出F在几个方向时整体的受力图；根据平衡条件得知：F与T的合力与整体重力2mg总是大小相等、方向相反，由力的合成图可知，当F与绳子oa垂直时，F有最小值，即图中2位置，F的最小值为：Fmin=2mgsin=mg。根据胡克定律：Fmin=kxmin，所以：；F的最大值为2mg，则，则A可能，BCD不可能，故选A。1如图所示，重力为G的质点M，与三根劲度系数相同的轻质弹簧A、B、C相连，C处于竖直方向，静止时，相邻弹簧间的夹角均为120，已知弹簧A和B对质点的作用力的大小均为2G，则弹簧C对质点的作用力大小可能为A0BGC2GD3G2（2019河南省新乡市高三第三次模拟）如图所示，斜面体A与楔形物体B叠放在一起置于水平面上，且B的上方连一轻弹簧，弹簧上端固定在天花板上，弹簧处于自由伸长状态，A与B均保持静止。A、B的受力个数分别为A4 3B3 4C3 3D4 43（2019贵州省六盘水七中高三第二次月考）图所示，粗糙斜劈C放在粗糙水平面上，物体A放在斜面上，轻质细线一端固定在物体A上，另一端绕过光滑的滑轮悬挂物体B。现在水平外力F作用下使小球B缓慢升高，整个系统始终处于静止状态，则在小球B缓慢升高的过程中A细线对A的拉力增大B物体A与C之间的摩擦力增大C地面对C的摩擦力先增大后减小D连接滑轮的轻杆对滑轮的作用力方向始终竖直向上4如图所示，木板P下端通过光滑铰链固定于水平地面上的O点，物体A、B叠放在木板上且处于静止状态，此时物体B的上表面水平。现使木板P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，物体A、B仍保持静止，与原位置的情况相比AB对A的支持力不变BB对A的支持力减小C木板对B的支持力增大D木板对B的摩擦力增大5如图所示，物块A放在直角三角形斜面体B上面，B放在轻弹簧上面并紧挨着竖直粗糙墙壁，处于静止状态，弹簧竖直。现用力F沿斜面向上推A，但A、B仍处于静止状态。下列说法正确的是A施加F前，B可能受6个力B施加F后，A、B之间的摩擦力一定变小C施加F后，B受到弹簧的弹力可能变小D施加F后，B与墙之间的摩擦力一定小于F6（2019湖南长沙一中高三第二次月考）如图所示，两个完全相同的小球、，放置在墙壁和斜木板之间，当斜木板和竖直墙壁的夹角缓慢减小时（），下列说法错误的是A墙壁、木板受到球的压力均增大B墙壁、木板受到球的压力均减小C球对球的压力增大，对木板的压力减小D球受到墙壁、木板和球的作用力的合力不变7（2019浙江省高三第一次统考）如图，质量分别为mA、mB的A、B两个楔形物体叠放在一起，B靠在竖直墙壁上，在水平力F的作用下，A、B静止不动，则AA物体受力的个数可能为3BB受到墙壁的摩擦力方向可能向上，也可能向下C力F增大（A、B仍静止），A对B的压力也增大D力F增大（A、B仍静止），墙壁对B的摩擦力也增大8（2019新课标全国卷）用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示。两斜面I、固定在车上，倾角分别为30和60。重力加速度为g。当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面I、压力的大小分别为F1、F2，则ABCD9（2019天津卷）2018年10月23日，港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索（所有钢索均处在同一竖直面内）斜拉桥，其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是（ ）A增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力B为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度C索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下D为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布10（2019江苏卷）如图所示，一只气球在风中处于静止状态，风对气球的作用力水平向右细绳与竖直方向的夹角为，绳的拉力为T，则风对气球作用力的大小为ABCTsinDTcos11（2018天津卷）明朝谢肇淛五杂组中记载：“明姑苏虎丘寺庙倾侧，议欲正之，非万缗不可。一游僧见之，曰：无烦也，我能正之。”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为，现在木楔背上加一力F，方向如图所示，木楔两侧产生推力FN，则A若F一定，大时大B若F一定，小时大C若一定，F大时大D若一定，F小时大12（2017天津卷）如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，悬挂衣服的衣架钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是A绳的右端上移到，绳子拉力不变B将杆N向右移一些，绳子拉力变大C绳的两端高度差越小，绳子拉力越小D若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移13（2017新课标全国卷）一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm的两点上，弹性绳的原长也为80 cm。将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为100 cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为（弹性绳的伸长始终处于弹性限度内）A86 cmB92 cmC98 cmD104 cm14（2016新课标全国卷）如图，一光滑的轻滑轮用细绳OO悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。外力F向右上方拉b，整个系统处于静止状态。若F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b仍始终保持静止，则A绳OO的张力也在一定范围内变化B物块b所受到的支持力也在一定范围内变化C连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化D物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化15（2016海南卷）如图，在水平桌面上放置一斜面体P，两长方体物块a和b叠放在P的斜面上，整个系统处于静止状态。若将a和b、b与P、P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2和f3表示。则Af1=0，f20，f30Bf10，f2=0，f3=0Cf10，f20，f3=0Df10，f20，f3016（2016新课标全国卷）如图，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球。在a和b之间的细线上悬挂一小物块。平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径。不计所有摩擦。小物块的质量为ABCmD2m1BD【解析】若弹簧A和B对质点的作用力为拉力，对M，由平衡条件可得FC=G+2Fcos 60=3G，D正确；若弹簧A和B对质点的作用力为推力，对M，由平衡条件可得FC=2Fcos60G=G，B正确。2A【解析】以B为研究对象，弹簧处于自由伸长状态，B不受弹簧的弹力，B受到重力、斜面的支持力和摩擦力3个力作用；以A为研究对象，A受到重力、地面的支持力、B对A的压力和摩擦力4个力作用，故选A。3A【解析】对B球受力分析，可得，F=mgtan，则随着角增大，T和F都逐渐变大，即细线对A的拉力增大，选项A正确；因开始时AC之间的摩擦力方向不确定，则当用水平力拉B的过程中随着T的增大，物体A与C之间的摩擦力可能增大，也可能先减小后增加，选项B错误；对ABC的整体，水平方向受力F和地面对C的摩擦力作用，则随着F的增加，地面对C的摩擦力逐渐增大，选项C错误；滑轮处于平衡状态，连接滑轮的轻杆对滑轮的作用力与两边绳子的合力等大反向，则轻杆对滑轮的作用力方向不是始终竖直向上，选项D错误。4BC【解析】开始时，A只受到重力和支持力作用而处于平衡状态，所以B对A的支持力与A的重力大小相等、方向相反，A不受B的摩擦力作用，P转动后，A受到重力、B对A的支持力和摩擦力作用而平衡，此时B对A的支持力和摩擦力的合力与A的重力大小相等，所以B对A的支持力一定减小了，B正确，A错误；以整体为研究对象，受到总重力G、板的支持力N和摩擦力f作用，设板的倾角为，由平衡条件有N=Gcos ，f=Gsin ，减小，N增大，f减小，C正确，D错误。5D【解析】开始时A静止，A受重力、B对A的支持力和摩擦力作用，根据平衡条件可知，B对A的支持力与摩擦力的合力方向竖直向上；开始时B也静止，则B受重力、弹簧的弹力、A对B的压力与摩擦力作用，B受4个力的作用，A错误；施加F后，A受重力、F、B对A的支持力和摩擦力作用而平衡，由平衡条件有F=mAgsin +f，若F2mAgsin ，则A、B之间的摩擦力大小为f=FmAgsin mAgsin ，变大，B错误；A与B始终静止，可知弹簧的形变量没有变化，根据胡克定律可知，B受到弹簧的弹力不变，C错误；对整体，开始弹簧的弹力等于A、B的总重力，施加F后，弹簧的弹力不变，总重力不变，但F有竖直向上的分力，根据平衡条件可知，B与墙之间一定有摩擦力且大小等于F沿竖直方向的分力，D正确。6B【解析】以两个小球整体为研究对象进行受力分析如图所示，由图可知，墙壁给球的压力F2逐渐增大，挡板给球的支持力F1逐渐增大，根据牛顿第三定律可知墙壁受到的压力增大，木板受到的压力增大，故B错误，A正确；以Q为研究对象，根据力的合成与分解可得Q球对P球的压力为F3=mQgcos，对木板的压力F4=mQgsin，减小，则Q球对P球的压力增大，对木板的压力减小，故C正确；整个运动过程中，P始终处于平衡状态，P球受到墙壁、木板和Q球的作用力的合力等于其重力，始终不变，故D正确。此题选择错误的选项，故选B。7AC【解析】隔离A物体，受重力、B对A的支持力和外力F，三个力作用；若AB间存在静摩擦力，则有：A受四个力，A正确，将AB看作一个整体，整体在竖直方向上受到重力和摩擦力，所以墙对B的摩擦力方向只能向上，B错误；若F增大，则F在垂直B斜面方向的分力增大，所以对B的压力增大，C正确；先对AB整体受力分析，由平衡条件知，竖直方向：，因此当水平力F增大，墙壁对B的摩擦力仍不变，D错误。8D【解析】对圆筒进行受力分析知圆筒处于三力平衡状态，受力分析如图，由几何关系可知，。解得，由牛顿第三定律知，故D正确9C【解析】以桥身为研究对象，钢索对桥身的拉力的合力与桥身的重力等大反向，则钢索对索塔的向下的压力数值上等于桥身的重力，增加钢索的数量钢索对索塔的向下的压力数值不变，故A错误；由图甲可知，当索塔高度降低后，变大， 变小，故T变大，故B错误；由B的分析可知，当钢索对称分布时，钢索对索塔的合力竖直向下，故C正确；受力分析如图乙，由正弦定理可知，只要 ，钢索AC、AB的拉力FAC、FAB进行合成，合力竖直向下，钢索不一定要对称分布，故D错误；综上分析：答案为C。10C【解析】对气球受力分析，由水平方向平衡条件可得：，故C正确。11BC【解析】由于木楔处在静止状态，故可将力F沿与木楔的斜面垂直且向上的方向进行分解，根据平行四边形定则，画出力F按效果分解的图示并且可据此求出木楔两侧产生的推力选木楔为研究对象，木楔受到的力有：水平向右的F、和两侧给它的与木楔的斜面垂直的弹力，由于木楔处于平衡状态，所以两侧给木楔的斜面垂直的弹力与F沿两侧分解的推力是相等的，力F的分解如图：则，故解得，所以F一定时，越小， 越大；一定时，F越大，越大，BC正确。12AB【解析】设两杆间距离为d，绳长为l，左右两段长度分别为la和lb，则，两部分绳子与竖直方向夹角分别为和，绳子中各部分张力相等，则，满足，即，d和l均不变，则sin 为定值，为定值，cos 为定值，绳子的拉力保持不变，衣服的位置不变，A正确，CD错误；将杆N向右移一些，d增大，则sin 增大，cos 减小，绳子的拉力增大，B正确。13B【解析】设弹性绳的劲度系数为k，左、右两半段绳的伸长量，由共点力的平衡条件可知，钩码的重力，将弹性绳的两端缓慢移至天花板上同一点时，钩码的重力，解得，则弹性绳的总长度变为，故选B。14BD【解析】物块b始终保持静止，物块a也始终保持静止，滑轮两侧绳子的夹角不变，连接物块a和b的绳的张力等于物块a的重力，所以连接物块a和b的绳的张力保持不变，绳OO的张力也不变，AC错误；对物块b进行受力分析如图所示，若F方向不变，大小在一定范围内变化，重力mg和绳子的拉力FT保持不变，所以物块b所受到的支持力在一定范围内变化，物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化，BD正确。15C【解析】对整体受力分析可知，整体相对地面没有相对运动趋势，故f3=0；再将a和b看成一个整体，a、b整体有相对斜面向下运动的趋势，故b与P之间有摩擦力，即f20；再对a受力分析可知，a相对于b有向下运动的趋势，a和b之间存在摩擦力作用，即f10；选C。16C【解析】根据题意设悬挂小物块的点为O，圆弧的圆心为O，由于ab=R，所以三角形Oab为等边三角形，根据几何知识可得aOb=120，而一条绳子上的拉力相等，故T=mg，小物块受到两条绳子的拉力作用且两力大小相等，夹角为120，故受到的拉力的合力等于mg，因为小物块受到绳子的拉力和重力作用，处于静止状态，故拉力的合力等于小物块的重力，为mg，所以小物块的质量为m，C正确。18