2020版高考物理大二轮复习专题一力与运动第一讲力与物体的平衡教学案
高考物理
第一讲 力与物体的平衡
[答案] (1)场力
32
高考物理
(2)接触力
32
高考物理
(3)按顺序找力
①分析场力，如：重力、电场力、磁场力；
②分析已知外力；
③分析接触力：先分析弹力，后分析摩擦力．
(4)受力分析的注意事项
①只分析受力物体，不分析施力物体；
32
高考物理
②只分析性质力，不分析效果力，如向心力等；
③只分析外力，不分析内力；
④分析物体受力时，应关注物体的运动状态(如物体静止、加速与减速、直线与曲线运动等)．
(5)平衡条件：F合＝0(正交分解Fx＝0，Fy＝0)．
(6)平衡状态：物体处于静止或匀速直线运动的状态.
热点考向一 重力、弹力、摩擦力作用下的平衡问题
【典例】 (多选)(2019·全国卷Ⅰ)如图，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮．一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块N，另一端与斜面上的物块M相连，系统处于静止状态．现用水平向左的拉力缓慢拉动N，直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°.已知M始终保持静止，则在此过程中( )
A．水平拉力的大小可能保持不变
B．M所受细绳的拉力大小一定一直增加
C．M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加
D．M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加
[思路引领] 对N进行受力分析，N的重力不变，水平向左的拉力方向不变，可考虑用图解法分析．
32
高考物理
[解析] 对N进行受力分析如图所示，因为N的重力与水平拉力F的合力和细绳的拉力T是一对平衡力，从图中可以看出水平拉力的大小逐渐增大，细绳的拉力也一直增大，选项A错误，B正确；M的质量与N的质量的大小关系不确定，设斜面倾角为θ，若mNg≥mMgsinθ，则M所受斜面的摩擦力大小会一直增大，若mNg
μ.要使汽车匀速运动时的牵引力最小，角α应为( )
32
高考物理
A．0° B．30°
C．45° D．60°
[解析] 隔离汽车，由平衡条件得水平方向有
F＝k(m0g＋F1sinα)＋F1cosα
隔离物体，由平衡条件得水平方向有
F1cosα＝μ(mg－F1sinα)
解得F＝km0g＋μmg＋F1(k－μ)sinα，式中
F1(k－μ)>0，则sinα＝0，即α＝0°时，牵引力F最小(临界点)．故选项A正确．
[答案] A
2．(2019·吉林松原模拟)倾角为θ＝37°的斜面在水平面保持静止，斜面上有一重为G的物体A，物体A与斜面间的动摩擦因数μ＝0.4.现给A施以一水平力F，如图所示．设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，如果物体A能在斜面上静止，水平力F与G的比值不可能是( )
A．3 B．2 C．1 D．0.5
[解析] 设物体刚好不下滑时F＝F1，物体受力如图1所示，由平衡条件得
F1cosθ＋μN1＝Gsinθ，N1＝F1sinθ＋Gcosθ.
32
高考物理
得＝＝＝；
设物体刚好不上滑时F＝F2，物体受力如图2所示，则F2cosθ＝μN2＋Gsinθ，
N2＝F2sinθ＋Gcosθ，
得＝＝＝2，即≤≤2.
所以不可能的是3.故选A.
[答案] A
专题强化训练(一)
一、选择题
1．(2019·河北名校联盟质检)如图所示，光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内，A端与水平面相切．穿在轨道上的小球在拉力F作用下，缓慢地由A向B运动，F始终沿轨道的切线方向，轨道对球的弹力为N.在运动过程中( )
32
高考物理
A．F增大，N减小 B．F减小，N减小
C．F增大，N增大 D．F减小，N增大
[解析]
由题意知，小球在由A运动到B的过程中始终处于平衡状态．设某一时刻小球运动至如图所示位置，则对球由平衡条件，得F＝mgsinθ，N＝mgcosθ，在运动过程中，θ增大，故F增大，N减小，A项正确．
[答案] A
2．(2019·葫芦岛重点高中期中联考)用右图所示简易装置可以测定水平风速，在水平地面上竖直固定一直杆，半径为R、质量为m的空心塑料球用细线悬于杆顶端O.当风沿水平方向吹来时，球在风力的作用下飘了起来．已知风力大小与“风速”和“球正对风的截面积”均成正比，当风速v0＝3 m/s时，测得球平衡时细线与竖直方向的夹角θ＝30°，则( )
32
高考物理
A．风速v＝4.5 m/s时，细线与竖直方向的夹角θ＝45°
B．若风速增大到某一值时，细线与竖直方向的夹角θ可能等于90°
C．若风速不变，换用半径更大、质量不变的球，则夹角θ增大
D．若风速不变，换用半径相等、质量更大的球，则夹角θ增大
[解析] 对小球受力分析如图，
由平衡条件可得风力大小F＝mgtanθ，而由题意知F∝Sv，又S＝πR2，则F＝kπR2v(k为常数)，则有mgtanθ＝kπR2v，由此可知：当风速由3 m/s增大到4.5 m/s时，＝，可得tanθ＝，A错误．因小球所受重力方向竖直向下，而风力方向水平向右，则知细线与水平方向的夹角θ不可能等于90°，B错误．由mgtanθ＝kπR2v可知，当v、m不变，R增大时，θ角增大；当v、R不变，m增大时，θ角减小，C正确，D错误．
[答案] C
3．(2019·上饶重点高中一模)如图所示，在斜面上等高处，静止着两个相同的质量为m的物块A和B.两物块之间连接着一个劲度系数为k的轻质弹簧，斜面的倾角为θ，两物块和斜面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度为g，则弹簧的最大伸长量是( )
32
高考物理
A. B.
C. D.
[解析] 物块静止在斜面上，在斜面所在平面内受三个力作用，一个是重力沿斜面向下的分力mgsinθ，静摩擦力f≤fm＝μmgcosθ，方向不确定，水平方向的弹簧弹力kx，则物块所受静摩擦力f大小等于kx与mgsinθ的合力，当静摩擦力最大时有kx＝，可得x＝，故D正确．
[答案] D
4．(多选)(2019·河北五校联考)如图所示，形状和质量完全相同的两个圆柱体a、b靠在一起，表面光滑，重力为G，其中b的下半部分刚好固定在水平面MN的下方，上边露出另一半，a静止在水平面上，现过a的轴心施加一水平作用力F，可缓慢地将a拉离水平面一直滑到b的顶端，对该过程分析，则应有( )
A．拉力F先增大后减小，最大值是G
B．开始时拉力F最大为G，以后逐渐减小为0
C．a、b间的压力开始最大为2G，而后逐渐减小到G
D．a、b间的压力由0逐渐增大，最大为G
[解析] 要把a拉离水平面，在刚拉离时水平面MN对a的支持力应为零，因此对a
32
高考物理
受力分析如图甲所示，则sinθ＝＝，所以θ＝30°，拉力F＝＝G；当a逐渐上移时用图解法分析可知F逐渐减小至零(如图乙所示)；在开始时，a、b间的压力FN＝＝2G，以后逐渐减小至G.因此选项B、C正确，A、D错误．
[答案] BC
5．(2019·河北五校联考)如图所示，质量为M的半圆形框架竖直放置在粗糙的水平地面上，质量为m的光滑小球P在水平外力F的作用下处于静止状态，P与圆心O的连线与水平面的夹角为θ，将力F在竖直面内沿顺时针方向缓慢地转过90°，框架与小球始终保持静止状态，在此过程中下列说法正确的是( )
A．框架对小球的支持力一直减小
B．力F的最小值为mgsinθ
C．地面对框架的摩擦力先减小后增大
D．框架对地面的压力一直增大
[解析] 用图解法求解，
32
高考物理
对小球受力分析如图所示，力F顺时针转过90°的过程中，先减小后增大，最小值为mgcosθ；框架对小球的支持力FN一直减小，A正确，B错误．以框架为研究对象，由平衡条件得地面对框架的摩擦力大小等于FNcosθ，随FN减小，FNcosθ减小，C错误；框架对地面的压力等于Mg＋FNsinθ，随FN的减小而减小，D错误．
[答案] A
6．(2019·河北五校联考)如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的．一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m1和m2的小球．当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为α＝90°，质量为m2的小球位于水平地面上，设此时质量为m2的小球对地面的压力大小为FN，细线的拉力大小为FT，则( )
A．FN＝(m2－m1)g B．FN＝m2g
C．FT＝m1g D．FT＝g
[解析] 分析小球(m1)的受力情况，由物体的平衡条件可得，线的拉力FT＝0，故C、D均错误；分析小球(m2)的受力情况，由平衡条件可得FN＝FN′＝m2g，故A错误、B正确．
[答案] B
7．(2019·宝鸡质检)如右图所示，轻杆A端用铰链固定，滑轮在A点正上方(滑轮大小及摩擦均可不计)，轻杆B端吊一重物，现将轻绳的一端拴在杆的B端，用拉力F将B
32
高考物理
端缓慢上拉(均未断)，在轻杆达到竖直前，以下分析正确的是( )
A．轻绳的拉力越来越大 B．轻绳的拉力越来越小
C．轻杆的弹力越来越大 D．轻杆的弹力越来越小
[解析] 以B点为研究对象，
它受三个力的作用而处于动态平衡状态，其中一个是轻杆的弹力F，一个是轻绳斜向上的拉力T，一个是轻绳竖直向下的拉力F′(大小等于重物所受的重力)，如图所示，根据相似三角形法，可得＝＝，由于OA和AB不变，OB逐渐减小，因此轻杆的弹力大小不变，而轻绳的拉力越来越小，故选项B正确，A、C、D错误．
[答案] B
8．(2019·山西六校联考)如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上；a、b带正电，电荷量均为q，c带负电．整个系统置于方向水平的匀强电场中．已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为( )
32
高考物理
A. B. C. D.
[解析]
带电小球a、b在c球位置处的场强大小均为Ea＝，方向如图所示，根据平行四边形定则，其合电场强度大小为Eab＝，该电场应与外加的匀强电场E等大反向，即E＝，B项正确．
[答案] B
9.(2019·池州二模)如图所示，在倾角为θ＝37°的斜面上，固定一平行金属导轨，现在导轨上垂直导轨放置一质量m＝0.4 kg的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，导轨接电源E，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，滑动变阻器的阻值符合要求，现闭合开关S，要保持金属棒ab在导轨上静止不动，则( )
32
高考物理
A．金属棒所受安培力的方向水平向左
B．金属棒所受到的摩擦力方向一定沿平行斜面向上
C．金属棒所受安培力的取值范围是 N≤F≤8 N
D．金属棒受到的安培力的最大值为16 N
[解析] 由左手定则可以判断金属棒所受安培力的方向水平向右，故选项A错误；当金属棒刚好不向上运动时，金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向下，设金属棒受到的安培力大小为F1，其受力分析如图甲所示，则由平衡条件得FN＝F1sinθ＋mgcosθ，F1cosθ＝mgsinθ＋fmax，fmax＝μFN，联立解得F1＝8 N；当金属棒刚好不向下运动时，设金属棒受到的安培力大小为F2，其受力分析如图乙所示，则由平衡条件得FN′＝F2sinθ＋mgcosθ，F2cosθ＋fmax′＝mgsinθ，fmax′＝μFN′，联立解得F2＝ N，所以金属棒受到的安培力的取值范围为 N≤F≤8 N，故选项C正确，B、D错误．
[答案] C
10．(多选)(2019·辽宁五校联考)如图所示，在半径为R的光滑半球形碗的最低点P处固定两原长相同的轻质弹簧，弹簧的另一端与质量均为m的两小球相连，当两小球分别在A、B两点静止不动时，OA、OB与OP之间的夹角满足α<β
32
高考物理
，已知弹簧不弯曲且始终在弹性限度内，则下列说法正确的是( )
A．静止在B点的小球对碗内壁的压力较小
B．两小球对碗内壁的压力一样大
C．静止在A点的小球受到弹簧的弹力较大
D．P、B之间弹簧的劲度系数比A、P之间的弹簧的劲度系数大
[解析] 两小球在A、B两点的受力分析如图所示．
设碗内壁对小球的支持力分别为F1、F2，弹簧对小球的弹力分别为FA、FB，对A点的小球，由力的矢量三角形与几何三角形相似可得＝＝，同理对B点的小球有＝＝，可得F1＝F2，由牛顿第三定律可知，两小球对碗内壁的压力一样大，选项A错误，B正确；又有＝，因为α<β，所以xBP>xAP，FB>FA，选项C错误；因两弹簧原长相等，xBP>xAP，所以B、P间的弹簧压缩量xB小于A、P间弹簧压缩量xA，又FA
查看更多
