2019-2020年高考物理二轮复习 专题一 力与运动 第2讲 力和物体的平衡名师讲练.doc

2019-2020年高考物理二轮复习 专题一 力与运动 第2讲 力和物体的平衡名师讲练选考考点分布章知识内容考试要求历次选考统计必考加试xx/10xx/04xx/10xx/04xx/11相互作用重力、基本相互作用cc23弹力cc摩擦力cc13力的合成cc1713力的分解cc137牛顿运动定律共点力平衡条件及应用cc1113105考点一重力、弹力、摩擦力及受力分析1. (xx浙江4月选考7)如图1所示，重型自卸车利用液压装置使车厢缓慢倾斜到一定角度，车厢上的石块就会自动滑下以下说法正确的是()图1A在石块下滑前后自卸车与石块整体的重心位置不变B自卸车车厢倾角越大，石块与车厢的动摩擦因数越小C自卸车车厢倾角变大，车厢与石块间的正压力减小D石块开始下滑时，受到的摩擦力大于重力沿斜面方向的分力答案C解析物体的重心的位置跟形状还有质量分布有关，石块下滑前后，质量分布变化，形状变化，所以重心改变，选项A错；动摩擦因数与倾角无关，B错如图，FNGcos ，倾角变大，所以车厢与石块间的正压力减小，所以C正确；石块下滑时，重力沿斜面方向的分力大于受到的摩擦力，D错2. (xx浙江10月学考3)中国女排在xx年奥运会比赛中再度夺冠图2为比赛中精彩瞬间的照片，此时排球受到的力有()图2A推力B重力、推力C重力、空气对球的作用力D重力、推力、空气对球的作用力答案C解析此时手与球并没有接触，所以没有推力，故C选项正确3. (xx浙江10月学考13)将质量为1.0 kg的木板放在水平长木板上，用力沿水平方向拉木块，拉力从0开始逐渐增大，木块先静止后相对木板运动用力传感器采集木块受到的拉力和摩擦力的大小，并用计算机绘制出摩擦力大小Ff随拉力大小F变化的图象，如图3所示木块与木板间的动摩擦因数为(g取10 m/s2)()图3A0.3 B0.5 C0.6 D1.0答案A解析由图可知最大静摩擦力为5 N，滑动摩擦力为3 N，且滑动摩擦力满足公式Ffmg，所以0.3.4(xx浙江“七彩阳光”联考)“跑酷”是一项深受年轻人喜爱的运动，如图4为运动员在空中跳跃过程中的照片，此时运动员受到的力有()图4A重力B重力、向前冲力C重力、空气作用力D重力、向前冲力、空气作用力答案C5(xx台州市9月选考)足球运动是目前全球体育界最具影响力的项目之一，深受青少年喜爱如图5所示的四种与足球有关的情景其中正确的是()图5A如图甲所示，静止在草地上的足球，受到的弹力就是它受到的重力B如图乙所示，静止在光滑水平地面上的两个足球，因接触受到弹力作用C如图丙所示，踩在脚下且静止在水平草地上的足球，可能受到3个力的作用D如图丁所示，落在球网中的足球受到弹力，是由于足球发生了形变答案C6. (xx湖州市期末)如图6所示，某人手拉弹簧，使其伸长了5 cm(在弹性限度内)，若此时弹簧的两端所受拉力各为10 N，则()图6A弹簧所受的合力大小为10 NB弹簧的劲度系数为200 N/mC弹簧的劲度系数为400 N/mD弹簧的劲度系数随弹簧的拉力的增大而增大答案B解析弹簧所受合力大小为零；由Fkx知k200 N/m，弹簧的劲度系数与拉力大小无关，和弹簧本身的因素有关7(xx金华市高三期末)如图7所示，铁质的棋盘竖直放置，每个棋子都是一个小磁铁，能吸在棋盘上，不计棋子间的相互作用力，下列说法正确的是()图7A小棋子共受三个力作用B棋子对棋盘的压力大小一定等于重力C磁性越强的棋子所受的摩擦力越大D质量不同的棋子所受的摩擦力不同答案D解析小棋子受重力、棋盘的吸引力、棋盘的弹力、摩擦力，共四个力，选项A错误；棋盘对棋子吸引力的大小与磁铁内部的分子结构有关，而棋子对棋盘的压力大小等于棋盘对棋子的吸引力的大小，与重力大小无关，选项B错误；摩擦力的大小总是等于重力，不会变化，选项C错误；摩擦力的大小等于重力，则质量不同的棋子所受摩擦力不同，选项D正确1.弹力有无的判断“三法”(1)条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力此方法多用来判断形变较明显的情况(2)假设法：对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处一定有弹力(3)状态法：根据物体的运动状态，利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在2静摩擦力的有无及方向的判断方法(1)假设法(2)状态法：静摩擦力的大小与方向具有可变性明确物体的运动状态，分析物体的受力情况，根据平衡方程或牛顿第二定律求解静摩擦力的大小和方向(3)牛顿第三定律法：此法的关键是抓住“力是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力的方向3弹力大小的计算方法(1)根据胡克定律进行求解(2)根据力的平衡条件进行求解(3)根据牛顿第二定律进行求解4摩擦力大小的计算方法(1)首先分清摩擦力的种类，因为只有滑动摩擦力才能用公式FfFN求解，静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿运动定律来求解(2)公式FfFN中，FN为两接触面间的正压力，与物体的重力没有必然联系，不一定等于物体的重力大小(3)滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关，与接触面积的大小也无关考点二平衡条件的应用1. (xx浙江11月选考5)叠放在水平地面上的四个完全相同的排球如图8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()图8A上方球与下方三个球间均没有弹力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mgD水平地面对下方三个球的摩擦力均为mg答案C解析将四个球看成一个整体，地面的支持力与球的重力平衡，设下方三个球中的一个球受到的支持力大小为FN，因此3FN4mg，即FNmg，所以选项C正确由力的平衡条件知，下面三个球对最上面的球有弹力，故最上面的球对下面三个球肯定有弹力，选项A错误对地面上的其中一个球进行受力分析，如图所示由受力分析可知，选项B错误；由于小球是受到地面的静摩擦力，因此不能通过FfFN求解此摩擦力，选项D错误2. (xx浙江4月选考10)重力为G的体操运动员在进行自由体操比赛时，有如图9所示的比赛动作，当运动员竖直倒立保持静止状态时，两手臂对称支撑，夹角为，则()图9A当60时，运动员单手对地面的正压力大小为B当120时，运动员单手对地面的正压力大小为GC当不同时，运动员受到的合力不同D当不同时，运动员与地面之间的相互作用力不相等答案A解析单手对地面的正压力大小，与无关，如图F1F2而手臂受力与夹角有关，所以选项A正确，B错误；不管角度如何，运动员受到的合力为零，选项C错误；不管角度如何，运动员与地面之间的相互作用力总是等大，选项D错误3. (xx浙江10月学考13)如图10所示，质量为m、电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，带有电荷量也为q的小球B固定在O点正下方绝缘柱上其中O点与小球A的间距为l，O点与小球B的间距为l.当小球A平衡时，悬线与竖直方向夹角30.带电小球A、B均可视为点电荷，静电力常量为k.则()图10AA、B间库仑力大小为FBA、B间库仑力大小为FC细线拉力大小为FTD细线拉力大小为FTmg答案B解析根据题意，OAl，OBl.当小球A平衡时，悬线与竖直方向夹角30，由几何关系可知，AOB为等腰三角形，ABAOl，对小球A受力分析如图所示，由库仑定律得：F，故A错误；AOB为等腰三角形，由于对称性，绳子拉力等于库仑力，且根据平衡条件得：Fcos 30FTcos 30mg，即FFT，故B正确，C、D错误4. (xx浙江10月学考11)如图11所示，一质量为m、电荷量为Q的小球A系在长为l的绝缘轻绳下端，另一电荷量也为Q的小球B位于悬挂点的正下方(A、B均视为点电荷)，轻绳与竖直方向成30角，小球A、B静止于同一高度已知重力加速度为g，静电力常量为k，则两球间的静电力为()图11A. B.Cmg D.mg答案A解析根据库仑定律公式得F，A选项正确，B选项错误由于小球A、B均静止，对球A受力分析如图所示，由平衡条件得FTsin 30F，FTcos 30mg联立解得Fmg，C、D选项错误5. (人教版必修1P61插图改编)两小孩共提总重力为G的一桶水匀速前行，如图12所示，两人手臂用力大小均为F，手臂间的夹角为.则()图12A当60时，FB当90时，F有最小值C当120时，FGD越大时，F越小答案C解析根据平衡条件得：2Fcos G, 解得：F，当0时，cos 值最大，则F，即为最小，当为60时，FG，当90时，FG；当为120时，FG，当越大时，则F越大，故A、B、D错误，C正确6. (xx浙江台州中学期中)如图13所示是磁悬浮地球仪，地球仪依靠它与底座之间的磁力悬浮在底座的正上方保持静止，已知地球仪的质量为m，底座的质量为M，则底座对水平地面的作用力大小为()图13A0 BmgCMg D(mM)g答案D解析将地球仪和底座看作整体，整体受到的重力为(mM)g，支持力为FN，满足FN(mM)g，根据牛顿第三定律可知底座对水平地面的作用力大小为(mM)g，选项D正确7. (xx浙江绍兴一中期中)如图14所示，小球A、B带等量同种电荷，质量均为m，都用长为L的绝缘细线挂在绝缘的竖直墙上O点，A球靠墙且其悬线刚好竖直，B球悬线偏离竖直方向角而静止，此时A、B两球之间的库仑力为F.由于外部原因小球B的电荷量减少，使两球再次静止时它们之间的库仑力变为原来的一半，则小球B的电荷量减少为原来的()图14A. B. C. D.答案C解析小球B受力如图所示两绝缘细线的长度都是L，则OAB是等腰三角形，根据力的合成及几何关系可知B球悬线的拉力FT与B球的重力mg大小相等，即mgFT，小球B处于平衡状态，则库仑力F2mgsin ，设原来小球带电荷量为q，A、B间的距离是r，则r2Lsin ，由库仑定律得Fk，后来库仑力变为原来的一半，则2mgsin ，r2Lsin ，k，解得qBq，故选C.8. 如图15所示，倾角为、质量为m的直角三棱柱ABC置于粗糙水平地面上，柱体与水平地面间的动摩擦因数为.现施加一个垂直于BC面向下的外力F，柱体仍保持静止，则地面对柱体的摩擦力大小等于()图15Amg BFsin CFcos D(Fcos mg)答案B解析对三棱柱受力分析如图所示FfFsin ，故B选项正确9. (xx湖州市期末)如图16所示，质量为m的光滑小球放在斜面和竖直挡板之间，当挡板从竖直位置逆时针缓慢转动到水平位置的过程中，斜面和挡板对小球的弹力大小的变化是()图16A斜面的弹力逐渐变大B斜面的弹力先变小后变大C挡板的弹力先变小后变大D挡板的弹力逐渐变大答案C解析小球受力如图甲所示，因挡板是缓慢转动，所以小球处于动态平衡状态，在转动过程中，此三力(重力、斜面支持力、挡板弹力)组成矢量三角形的变化情况如图乙所示(重力大小、方向均不变，斜面对其支持力方向始终不变)，由图可知此过程中斜面对小球的支持力不断减小，挡板对小球的弹力先减小后增大动态平衡问题分析的常用方法1解析法：一般把力进行正交分解，两个方向上列平衡方程，写出所要分析的力与变化角度的关系，然后判断各力的变化趋势2图解法：能用图解法分析动态变化的问题有三个显著特征：(1)物体一般受三个力作用；(2)其中有一个大小、方向都不变的力；(3)还有一个方向不变的力考点三平衡中的临界与极值问题1. 如图17所示，质量m2.2 kg的金属块放在水平地板上，在与水平方向成37角斜向上、大小为F10 N的拉力作用下，以速度v5.0 m/s向右做匀速直线运动(cos 370.8，sin 370.6，取g10 m/s2)求：图17(1)金属块与地板间的动摩擦因数；(2)现换用另一个力F施加在金属块上，为使金属块向右做匀速直线运动，求F的最小值答案(1)0.5(2) N解析(1)设地板对金属块的支持力为FN，金属块与地板间的动摩擦因数为，因为金属块匀速运动，所以有Fcos FNmgFsin FN解得：0.5.(2)分析金属块的受力，如图所示竖直方向：Fsin FNmg水平方向：Fcos FN联立可得：F所以F的最小值为 N.2如图18所示，质量均为m的小球A、B用两根不可伸长的轻绳连接后悬挂于O点，在外力F的作用下，小球A、B处于静止状态若要使两小球处于静止状态且悬线OA与竖直方向的夹角保持30不变，则外力F的大小不可能为()图18A.mg B.mgC.mg Dmg答案A解析将A、B两球作为一个整体，受力分析如图所示，由图可以看出，外力F与悬线OA垂直时最小，Fmin2mgsin mg，所以外力F应大于或等于mg，不可能为选项A.3如图19所示，重50 N的物体A放在倾角为37的粗糙斜面上，有一根原长为10 cm，劲度系数为800 N/m的弹簧，其一端固定在斜面顶端，另一端连接物体A后，弹簧长度为14 cm，现用力F沿斜面向下拉物体，若物体与斜面间的最大静摩擦力为20 N，当弹簧的长度仍为14 cm时，F的大小不可能为()图19A10 N B20 N C40 N D0 N答案C解析A在斜面上处于静止状态时合外力为零，A在斜面上受五个力的作用，分别为重力、支持力、弹簧弹力、摩擦力和拉力F，当摩擦力的方向沿斜面向上时，Fmgsin 37Ffmk(ll0)，解得F22 N，当摩擦力沿斜面向下时，F最小值为零，即拉力的取值范围为0F22 N，故选C.1.临界与极值问题解题流程(1)对物体初始状态受力分析，明确所受各力的变化特点(2)由关键词判断可能出现的现象或状态变化(3)据初始状态与可能发生的变化间的联系，判断出现变化的临界条件或可能存在的极值条件(4)选择合适的方法作图或列方程求解2解决临界与极值问题的常用方法(1)解析法：利用物体受力平衡写出未知量与已知量的关系表达式，根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况，利用临界条件确定未知量的临界值(2)图解法：根据已知量的变化情况，画出平行四边形的边角变化，确定未知量大小、方向的变化，确定未知量的临界值专题强化练(限时：30分钟)1(xx浙江名校协作体联考)鱼在水中沿直线水平向左减速游动过程中，水对鱼的作用力方向合理的是()答案C解析鱼在水中沿直线水平向左减速游动过程中，水对鱼的作用力和重力的合力产生向右的加速度，水对鱼的作用力方向斜向右上方2. (xx金华市期末)第31届夏季奥林匹克运动会于2016年8月5日至21日在巴西里约热内卢举行中国选手王嘉男在跳远比赛中跳出了8米17的好成绩，排名第5.图1为王嘉男比赛精彩瞬间，针对此时王嘉男受力情况的分析合理的是()图1A只受重力B受重力和空气阻力C受重力、空气阻力、沙子的支持力D受重力、空气阻力、沙子的支持力和摩擦力答案B3(xx浙江“七彩阳光”联考)在弹簧测力计指针前的滑槽中嵌一块轻质小泡沫，测力计便增加了“记忆”功能用该测力计沿水平方向拉木块在拉力F增大到一定值之前，木块不会运动继续缓慢增大拉力，木块开始运动，能观察到指针会突然回缩一下，之后弹簧测力计上的泡沫与指针位置如图2所示下列判断正确的是()图2A小泡沫的左边缘“记忆”的示数等于最大静摩擦力B小泡沫的左边缘“记忆”的示数等于滑动摩擦力C小泡沫的右边缘“记忆”的示数等于最大静摩擦力D小泡沫的右边缘“记忆”的示数等于滑动摩擦力答案C解析木块刚要开始运动时，弹簧秤的示数为最大静摩擦力；小泡沫的右边缘“记忆”的示数等于最大静摩擦力4. (xx浙江“超级全能生”联考)有些自动扶梯是阶梯状的，人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，如图3所示以下说法正确的是()图3A人受到的合外力不为零B人受到重力和支持力的作用C人受到的合外力方向与速度方向相同D人受到重力、支持力和摩擦力的作用答案B解析由于匀速运动，人受到的合外力为零，不可能有摩擦力，否则不平衡了5. (xx宁波市诺丁汉大学附中高三上期中)如图4，球静置于水平地面OA上并紧靠斜面OB，一切摩擦不计，则()图4A小球只受重力和地面支持力B小球一定受斜面的弹力C小球受重力、地面支持力和斜面弹力D小球受到的重力和对地面的压力是一对平衡力答案A解析小球只受重力和地面支持力，斜面对球无弹力作用，选项A正确，B、C错误；小球受到的重力和地面对小球的支持力是一对平衡力，选项D错误；故选A.6(xx台州市9月选考)某木箱静止在水平地面上，对地面的压力大小为200 N，木箱与地面间的动摩擦因数为0.45，与地面间的最大静摩擦力为95 N，小孩分别用80 N、100 N的水平力推木箱，木箱受到的摩擦力大小分别为()A80 N和90 N B80 N和100 NC95 N和90 N D90 N和100 N答案A7(xx诸暨市联考)如图5所示，用相同的弹簧测力计将同一个重物m，分别按甲、乙、丙三种方式悬挂起来，读数分别是F1、F2、F3、F4，已知30，则有()图5AF4最大 BF3F2CF2最大 DF1比其他各读数都小答案C解析由平衡条件可知：F1mgtan ，F2cos mg,2F3cos mg，F4mg，因此可知F1mg，F2mg，F3mg，故选项A、B、D错误，C正确8. (xx温州市十校期末联考)如图6所示，A、B为同一水平线上的两个固定绕绳装置，转动A、B，使光滑挂钩下的重物C缓慢竖直上升，下列说法正确的是()图6A绳子拉力大小不变B绳子拉力大小逐渐减小C两段绳子合力逐渐减小D两段绳子合力不变答案D解析重物受三个力，重力和两个拉力，重物C缓慢竖直上升时三力平衡，即有两个拉力的合力与重力平衡，所以两个拉力的合力一定，而两个拉力的夹角不断增大，故拉力不断增大，故D正确，A、B、C错误9. (xx金华市义乌模拟)在2015年9月3日抗战胜利70周年阅兵中，20架直升机组成数字“70”字样飞过天安门上空如图7所示，为了使领航的直升机下悬挂的国旗不致上飘，在国旗的下端悬挂了重物，假设国旗与悬挂物(可看成一个物体)的质量为m，直升机的质量为M，直升机水平匀速飞行，在飞行过程中，悬挂国旗的细线始终与竖直方向的夹角为.以下说法正确的是()图7A国旗受到2个力的作用B细线的拉力大于mgC空气对国旗的阻力大小为mgcos D空气给直升机的力方向竖直向上答案B解析对国旗受力分析如图，国旗受三个力，重力、绳子的拉力和空气阻力，其中空气阻力与运动的方向相反，沿水平方向根据共点力平衡得F，Ffmgtan ，故B正确，A、C、D错误10(xx浙江名校协作体模拟)浙江省某中学校园环境优美，景色宜人，如图8甲所示，淡如桥是同学们必走之路，淡如桥是座石拱桥，图乙是简化图，用四块相同的坚固石块垒成圆弧形的石拱，其中第3、4块固定在地基上，第1、2块间的接触面是竖直的，每块石块的两个侧面间所夹的圆心角为30.假定石块间的摩擦力忽略不计，则第1、2石块间的作用力和第1、3石块间的作用力大小之比为()甲乙图8A. B. C. D.答案C解析对石块1受力分析，由FN12FN13sin 60知C正确11. (xx杭州市学考模拟)一串小灯笼(五只)彼此用轻绳连接，并悬挂在空中在稳定水平风力作用下发生倾斜，绳与竖直方向的夹角为30，如图9所示设每只灯笼的质量均为m.由上往下第一只灯笼对第二只灯笼的拉力大小为()图9A2mg B.mgC.mg D8mg答案C解析以下面四个灯笼作为研究对象，受力分析如图由FTcos 304mg，得FTmg，故C正确12. 如图10所示，质量为m的正方体和质量为M的正方体放在两竖直墙和水平面间，处于静止状态m和M的接触面与竖直方向的夹角为，重力加速度为g，若不计一切摩擦，下列说法正确的是()图10A水平面对正方体M的弹力大小大于(Mm)gB水平面对正方体M的弹力大小为(Mm)gcos C墙面对正方体m的弹力大小为mgtan D墙面对正方体M的弹力大小为答案D解析由于两墙面竖直，对M和m整体受力分析可知，水平面对M的弹力大小等于(Mm)g，A、B错误；在水平方向，墙对M和m的弹力大小相等、方向相反，对m受力分析如图所示，根据平行四边形定则可得m受到的墙对它的弹力大小为，所以M受到墙面的弹力大小也为，C错误，D正确13. (xx浙江北仑中学期末)如图11所示，一个铁架台放在水平地面上，其上用轻质细线悬挂一个小球，开始时细线竖直现将水平力F作用于小球上，使其缓慢地由实线位置运动到虚线位置，铁架台始终保持静止则在这一过程中()图11A水平拉力F先变小后变大B细线的拉力不变C铁架台对地面的压力变大D铁架台所受地面的摩擦力变大答案D解析对小球受力分析，如图所示，小球受细线拉力、重力、水平力F.根据平衡条件，有Fmgtan ，逐渐增大，则F逐渐增大，故A错误；由图可知，细线的拉力FT，增大，FT增大，故B错误；以整体为研究对象，根据平衡条件得FfF，则Ff逐渐增大，FN(Mm)g，FN保持不变，故D正确，C错误14. 如图12所示，三根长度均为l的轻绳分别连接于C、D两点，A、B两端被悬挂在水平天花板上，相距2l.现在C点上悬挂一个质量为m的重物，为使CD绳保持水平，在D点上可施加的力的最小值为()图12Amg B.mgC.mg D.mg答案C解析分析结点C的受力如图甲所示，由题意可知，绳CA与竖直方向间夹角为30，则可得：FDmgtan mg，再分析结点D的受力如图乙所示，由图可知，FD与FD大小相等且方向恒定，FB的方向不变，当在D点施加的拉力F与绳BD垂直时，拉力F最小，即FFDcos 30mg，C正确15. 如图13所示，位于竖直侧面的物体A的质量mA0.2 kg，放在水平面上的物体B的质量mB1.0 kg，绳和滑轮间的摩擦不计，且绳的OB部分水平，OA部分竖直，A和B恰好一起匀速运动，g取10 m/s2.图13(1)求物体B与水平面间的动摩擦因数(2)如果用水平力F向左拉物体B，使物体A和B做匀速运动需多大的拉力？答案(1)0.2(2)4 N解析(1)因物体A和B恰好一起匀速运动，所以物体A、B均处于平衡状态由平衡条件得对A：FTmAg0对B：FTFN0FNmBg0解得：0.2(2)如果用水平力F向左拉物体B，使物体A和B做匀速运动，此时水平绳的拉力与滑动摩擦力的大小均不变，对物体B由平衡条件得FFTFN0解得：F4 N.16. (xx金华市十校模拟)如图14所示，某同学用大小为5 N、方向与竖直黑板面成53的力将黑板擦沿黑板表面竖直向上缓慢推动，黑板擦无左右运动趋势已知黑板的规格为4.51.5 m2，黑板的下边缘离地的高度为0.8 m，黑板擦(可视为质点)的质量为0.1 kg，g10 m/s2，sin 530.8，cos 530.6.图14(1)求黑板擦与黑板间的动摩擦因数；(2)当她擦到离地高度2.05 m时，黑板擦意外脱手沿黑板面竖直向下滑落，求黑板擦砸到黑板下边缘前瞬间的速度大小答案(1)0.5(2)5 m/s解析(1)对黑板擦受力分析如图所示：水平方向：Fsin FN竖直方向：Fcos mgFf另有：FfFN联立可得：0.5(2)由受力分析可知：黑板擦脱手后做自由落体运动自由落体：v22gh代入数据可得：v5 m/s.