人教版物理高三二轮复习专题训练受力分析与共点力的平衡.docx
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人教版物理高三二轮复习专题训练受力分析与共点力的平衡
受力分析与共点力的平衡
专题训练
1.冰壶是冬奥会的正式比赛项目。
运动员将冰壶推出后,冰壶在滑行途中水平方向受到的力有( B )
A.推力
B.阻力
C.向前的惯性力
D.推力和阻力
解析:
冰壶被推出后不再受推力,竖直方向重力与支持力平衡,水平方向受到空气阻力与冰面的阻力;而惯性是物体的一种固有属性,不是力;故B正确,A,C,D错误。
2.某人骑自行车沿平直坡道向下滑行,其车把上挂有一只水壶,若滑行过程中悬绳始终竖直,如图所示,不计空气阻力,则下列说法错误的是( A )
A.壶身中轴一定与坡道垂直
B.壶内水面一定水平
C.水壶及水整体的重心一定在悬绳正下方
D.自行车一定做匀速运动
解析:
由于水壶悬线始终竖直,说明人骑自行车匀速运动,壶身中轴不一定与坡道垂直,故A错误,D正确;由于水壶水平方向不受力,所以壶内水面一定水平,故B正确;水壶受到的重力和绳子拉力在同一直线上,则水壶及水整体的重心一定在悬绳正下方,故C正确。
3.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μ,则( C )
A.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
mg
D.水平地面对下方三个球的摩擦力均为
μmg
解析:
将四个球看做一个整体,地面的支持力与小球重力平衡,设其中一个球受的支持力大小为FN,因此3FN=4mg,则FN=
mg,所以选项C正确;上方球对下方三个球肯定有弹力,选项A错误;对下方三个球的其中一个球做受力分析,如图所示,由此受力分析可知,选项B错误;由于小球受到的是静摩擦力,因此不能通过Ff=μFN求解摩擦力的大小,选项D错误。
4.在男子体操吊环比赛中有一个高难度动作:
先双手撑住吊环,此时两绳与肩同宽,且平行,如图甲;然后身体下移,双臂缓慢张开到如图乙所示的位置。
则在两手之间的距离增大的过程中,每根绳的拉力F及两绳的合力F合的大小变化情况为( C )
A.F增大,F合减小B.F增大,F合增大
C.F增大,F合不变D.F减小,F合不变
解析:
对人受力分析可知,两绳的拉力的合力与人的重力大小相等,人的重力的大小是不变的,所以它们的合力不变;当双臂缓慢张开时绳之间的夹角变大,两个分力都要变大,所以C正确。
5.如图所示,小车内有一固定光滑斜面,一个小球通过细绳与车顶相连,细绳始终保持竖直,关于小球的受力情况,下列说法中正确的是( B )
A.若小车静止,绳对小球的拉力可能为零
B.若小车静止,斜面对小球的支持力一定为零
C.若小车向右运动,小球一定受两个力的作用
D.若小车向右运动,小球一定受三个力的作用
解析:
小车静止时,小球受力平衡,只受重力和绳子拉力两个力的作用,故选项A错误,B正确;小车向右运动可能有三种运动形式:
向右匀速运动、向右加速运动和向右减速运动。
当小车向右匀速运动时,小球受力平衡,只受重力和绳子拉力两个力的作用;当小车向右加速运动时,小球有向右的合力,但由细绳始终保持竖直状态和斜面形状可知,该运动形式不存在;当小车向右减速运动时,小球有向左的合力,则一定受重力和斜面的支持力,可能受绳子的拉力,也可能不受绳子的拉力,故选项C,D错误。
6.如图所示,工作人员将小车和冰球推进箱式吊车并运至冰雕顶部安装,先后经历了向右匀速、向右匀减速、向上匀加速、向上匀减速直线运动四个过程。
冰球与水平底板和右侧斜挡板始终保持接触但摩擦不计。
关于冰球的受力情况,下列判断错误的是( A )
A.向右匀速过程,冰球一定受到三个力
B.向右匀减速过程,冰球可能受到两个力
C.向上匀加速过程,冰球一定受到两个力
D.向上匀减速过程,冰球可能受到一个力
解析:
向右匀速运动,冰球受重力与支持力两个力,选项A错误;冰球向右匀减速过程,有可能只受重力和右侧斜挡板对它的弹力,这两个力的合力恰好水平向左,故选项B正确;冰球向上匀加速运动的过程,受重力和支持力两个力,合力向上,故选项C正确;如果冰球向上匀减速运动的加速度为g,则冰球就只受重力,选项D正确。
7.如图所示,纯净水桶和简易金属支架静置于水平桌面上,则( B )
A.桌面对支架的摩擦力水平向左
B.水桶对支架的作用力竖直向下
C.支架对水桶的作用力斜向右上方
D.支架对桌面的压力大小等于支架的重力
解析:
对水桶和支架整体,受重力和支持力,二力平衡,故桌面对支架没有摩擦力,支架对桌面的压力等于整体的重力,大于支架的重力,故A,D错误。
水桶受重力和支架的作用力,根据平衡条件,支架的作用力与重力等值、反向、共线,故支架对水桶的作用力竖直向上,根据牛顿第三定律,水桶对支架的作用力竖直向下,故B正确,C错误。
8.如图所示,水平天花板下用长度相同的绝缘细线悬挂两个相同的带电小球A,B,左边放一个带正电的固定球+Q时,两悬线都保持竖直方向,小球A与固定球+Q的距离等于小球A与小球B的距离。
下列说法中正确的是( B )
A.A球带正电,B球带负电,并且A球带电荷量较大
B.A球带负电,B球带正电,并且A球带电荷量较小
C.A球带负电,B球带正电,并且A球带电荷量较大
D.A球带正电,B球带负电,并且A球带电荷量较小
解析:
由于悬挂两球的细线保持竖直方向,则三带电小球遵循“两同夹异,两大夹小”关系,即A应该带负电,B带正电,所以选项A,D均错误;对于A球来说,与两边带电球的间距相等,即B球带电荷量与+Q球的电荷量相等;对于B球来说,因为A离B较近,故要想与+Q球产生相等的力,A球的电荷量比+Q球的电荷量要少,所以A球所带的电荷量较少,选项B正确,C错误。
9.如图所示,固定在水平地面上的物体P,左侧是光滑圆弧面,一根轻绳跨过物体P顶点上的小滑轮,一端系有质量为m=4kg的小球,小球与圆心连线跟水平方向的夹角θ=60°,绳的另一端水平连接物块3,三个物块重均为50N,作用在物块2的水平力F=20N,整个系统处于平衡状态,取g=10m/s2,则以下说法正确的是( B )
A.1和2之间的摩擦力是20N
B.2和3之间的摩擦力是20N
C.3与桌面间的摩擦力为20N
D.物块3受6个力作用
解析:
对小球受力分析,由几何关系可知绳的拉力等于20N,将三个物块看成一个整体,可知水平方向整体受到力F和绳的拉力的作用,整体受力平衡,则与桌面间没有摩擦力,故物块3与桌面间的摩擦力为0,C错误;由于物块1,2之间没有相对运动的趋势,故物块1和2之间没有摩擦力的作用,A错误;对物块1,2整体,水平方向受力平衡,可知物块2和3之间摩擦力的大小是20N,B正确;物块3受重力、桌面的支持力、物块2的压力、物块2的摩擦力、绳的拉力5个力作用,D错误。
10.如图所示,斜面顶端固定有半径为R的轻质滑轮,用不可伸长的轻质细绳将半径为r的球沿斜面缓慢拉升。
不计各处摩擦,且R>r。
设绳对球的拉力为F,斜面对球的支持力为FN,则关于F和FN的变化情况,下列说法正确的是( A )
A.F一直增大,FN一直减小
B.F一直增大,FN先减小后增大
C.F一直减小,FN保持不变
D.F一直减小,FN一直增大
解析:
球受重力、支持力和拉力,如图所示,当球沿斜面缓慢拉升时,绳与斜面的夹角不断增大,故F一直增大,FN一直减小,选项A正确。
11.如图所示,用一根细线系住重力为G的小球,开始细线在作用于O点的拉力下保持竖直位置,小球与倾角为α的光滑斜面体接触,处于静止状态,小球与斜面的接触面非常小。
现保持小球位置不动,沿顺时针方向改变拉力方向,直到拉力方向与斜面平行。
在这一过程中,斜面保持静止。
下列说法正确的是( D )
A.细线对小球的拉力先减小后增大
B.斜面对小球的支持力先增大后减小
C.斜面对地面的摩擦力一直减小,方向向右
D.细线对小球的拉力的最小值等于Gsinα
解析:
以小球为研究对象,对其受力分析,如图所示,因保持小球位置不动,故小球处于动态平衡,由图知在改变拉力的过程中,FT一直减小,FN一直增大,当细线与斜面平行时,FT与FN垂直,FT有最小值,且FTmin=Gsinα,故选项A,B错误,D正确;选整体为研究对象,细线的拉力在水平方向的分量一直在增大,方向向右,所以地面对斜面的摩擦力一直增大,方向向左,根据牛顿第三定律,斜面对地面的摩擦力一直增大,方向向右,选项C错误。
12.如图所示,斜面固定在地面上,倾角为θ=37°。
质量为1kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行,斜面足够长,该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8,则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图象是(取初速度v0的方向为正方向,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)( B )
解析:
滑块上升过程中受滑动摩擦力,由Ff=μFN和FN=mgcosθ得Ff=6.4N,方向沿斜面向下,当滑块的速度减为零后,由于mgsinθ<μmgcosθ,则滑块静止,滑块受的摩擦力为Ff′=mgsinθ,即Ff′=6N,方向为沿斜面向上,故选项B正确.
13.如图所示,一个同学用双手水平地夹住一叠书,已知他用手在这叠书的两端施加的最大水平压力为F=400N,每本书的质量为0.50kg,手与书之间的动摩擦因数为μ1=0.40,书与书之间的动摩擦因数为μ2=0.25,则该同学最多能水平夹住多少本书(已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2)( B )
A.48B.42C.40D.30
解析:
先将所有的书(设有n本)当作整体,竖直方向受重力、静摩擦力,二力平衡,有2μ1F≥nmg
对除最外侧两本书(n-2本)外的整体,同理有
2μ2F≥(n-2)mg
解得n≤42,
故最多可以有42本书。
14.如图所示,一物块A放在固定于水平地面上的斜面体B上,处于静止状态。
现用力F沿不同方向作用在A上,物体A始终保持静止。
则施加力F后,物块A受到的摩擦力一定增大且数值最小的是( D )
解析:
设斜面倾角为α,对A项,开始时静摩擦力方向向上,大小为FfA=mgsinα,施加F后,若静摩擦力方向仍向上,则F+FfA′=mgsinα,得FfA′=mgsinα-F,可知物块A受到的静摩擦力减小;对C项,施加力F后,若静摩擦力方向仍向上,则静摩擦力FfC=mgsinα-Fcosα,物块A受到的静摩擦力减小;对B项,施加力F后,静摩擦力FfB=mgsinα+F,物块A受到的静摩擦力增大;对D项,施加力F后,静摩擦力FfD=(mg+F)sinα,物块A受到的静摩擦力增大,经过比较可知FfD 15.如图所示,质量为m的带电滑块,沿绝缘斜面匀速下滑。 当带电滑块滑到有着理想边界的方向竖直向下的匀强电场区域时,滑块的运动状态为(电场力小于重力)( A ) A.将继续匀速下滑 B.将加速下滑 C.将减速下滑 D.上述三种情况都有可能发生 解析: 没有电场时,滑块沿绝缘斜面匀速下滑,受力平衡,设斜面的倾角为θ,根据平衡条件得mgsinθ=μmgcosθ,即sinθ=μcosθ,当滑块滑至竖直向下匀强电场区域时,设滑块受到的电场力大小为F,滑块受到的沿斜面向下的力为(mg+F)sinθ,沿斜面向上的力为μ(mg+F)cosθ,由于sinθ=μcosθ,所以(mg+F)sinθ=μ(mg+F)cosθ,即受力仍平衡,所以滑块仍做匀速运动,A正确。 16.如图所示,AC和BC两轻绳共同悬挂一质量为m的物体,若保持AC绳的方向不变,AC与竖直方向的夹角为60°,改变BC绳的方向,试求: (1)物体能达到平衡时,θ角的取值范围; (2)θ在0°~90°的范围内,BC绳上拉力的最大值和最小值。 解析: (1)改变BC绳的方向时,AC绳的拉力FTA方向不变,两绳拉力的合力F与物体的重力平衡,重力大小和方向保持不变,如图所示,经分析可知,θ最小为0°,此时FTA=0;且θ必须小于120°,否则两绳的合力不可能竖直向上,所以θ角的取值范围是0°≤θ<120°。 (2)θ在0°~90°的范围内,当θ=90°时,FTB最大, Fmax=mgtan60°= mg 当两绳垂直时,即θ=30°时,FTB最小, Fmin=mgsin60°= mg。 答案: (1)0°≤θ<120° (2) mg mg 17.如图所示,一质量为m的带电小球,用长为L的绝缘细线悬挂在水平向右、电场强度大小为E的匀强电场中处于静止,其悬线与竖直方向成θ=37°角。 (sin37°=0.6,cos37°=0.8)求: (1)小球的电性及所带电荷量的大小; (2)如果保持小球的电荷量不变,在纸面内调整电场强度的大小和方向,要使小球仍能在原位置平衡,则电场强度最小为多少? 方向如何? (请画出两个问题的相应的受力分析图) 解析: (1)小球受力如图甲所示, 小球带负电,且有qE=mgtanθ 解得q= tanθ= 。 (2)电场强度最小时,小球受力如图乙所示, 根据平衡条件得 qE′=mgsinθ 解得E′= Esinθ= E 方向垂直细线斜向下。 答案: (1)小球带负电,q= 受力见解析 (2) E,方向垂直细线斜向下,受力见解析 18.如图所示,质量为M的斜劈倾角为θ,在水平面上保持静止,当将一质量为m的木块放在斜面上时正好匀速下滑。 如果用与斜面成α角的力F拉着木块沿斜面匀速上滑。 (1)求拉力F的大小; (2)若m=1kg,θ=15°,g=10m/s2,求F的最小值以及对应的α的取值。 解析: (1)由木块在斜面上匀速向下滑动可得 mgsinθ=μmgcosθ 在拉力F作用下匀速向上滑动时,有 Fcosα=mgsinθ+Ff Fsinα+FN=mgcosθ Ff=μFN 联立解得 F= 。 (2)当α=θ时,F有最小值, 即当α=15°时,F有最小值, Fmin=mgsin2θ 代入数据,可解得Fmin=5N。 答案: (1) (2)5N 15°
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