2023年高考物理一轮复习课时练06《受力分析 共点力的平衡》(含答案详解)

2023年高考物理一轮复习课时练06《受力分析共点力的平衡》一 、选择题LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示的是一个力学平衡系统，该系统由三条轻质细绳将质量均为m的两个小球连接悬挂组成，小球直径相比轻绳长度可以忽略，轻绳1与竖直方向的夹角为30°，轻绳2与竖直方向的夹角大于45°，轻绳3水平。当此系统处于静止状态时，轻绳1、2、3的拉力分别为F1、F2、F3，比较三力的大小，下列结论正确的是()A.F1<F3B.F2<F3C.F1>F2D.F1<F2LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，有一轻圆环和插栓，在甲、乙、丙三个力作用下平衡时，圆环紧压着插栓。不计圆环与插栓间的摩擦，若只调整两个力的大小，欲移动圆环使插栓位于圆环中心，下列说法中正确的是()A.增大甲、乙两力，且甲力增大较多B.增大乙、丙两力，且乙力增大较多C.增大乙、丙两力，且丙力增大较多D.增大甲、丙两力，且甲力增大较多LISTNUMOutlineDefault\l3表面光滑、半径为R的半球固定在水平地面上，球心O的正上方O′处有一无摩擦定滑轮，轻质细绳两端各系一个可视为质点的小球挂在定滑轮上，如图所示。两小球平衡时，若滑轮两侧细绳的长度分别为L1=2.4R和L2=2.5R，则这两个小球的质量之比为eq\f(m1,m2)，小球与半球之间的压力之比为eq\f(N1,N2)，则以下说法正确的是()A.eq\f(m1,m2)=eq\f(24,25)B.eq\f(m1,m2)=eq\f(25,24)C.eq\f(N1,N2)=1D.eq\f(N1,N2)=eq\f(24,25)LISTNUMOutlineDefault\l3设雨点下落过程中受到的空气阻力与雨点(可看成球形)的横截面积S成正比，与下落速度v的二次方成正比，即f=kSv2，其中k为比例常数，且雨点最终都做匀速运动。已知球的体积公式为V=eq\f(4,3)πr3(r为半径)。若两个雨点的半径之比为1∶2，则这两个雨点的落地速度之比为()A.1∶eq\r(2)B.1∶2C.1∶4D.1∶8LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，在一水平长木板上放一木块P，缓慢抬起木板的右端，木块P和木板始终相对静止，则()A.木块受到木板的支持力减小、摩擦力减小B.木块受到木板的支持力增大、摩擦力增大C.木块受到木板的作用力大小不变、方向不变D.木块受到木板的作用力大小变化、方向变化LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，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点上可施加力的最小值为()A.mgB.eq\f(\r(3),3)mgC.eq\f(1,2)mgD.eq\f(1,4)mgLISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，一质量为m的沙袋用不可伸长的轻绳悬挂在支架上，一练功队员用垂直于绳的力将沙袋缓慢拉起，使绳与竖直方向的夹角为θ＝30°，且绳绷紧，则练功队员对沙袋施加的作用力大小为()A.eq\f(mg,2)B.eq\f(\r(3),2)mgC.eq\f(\r(3),3)mgD.eq\r(3)mgLISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，光滑斜面的倾角为30°，轻绳通过两个滑轮与A相连，轻绳的另一端固定于天花板上，不计轻绳与滑轮的摩擦。物块A的质量为m，不计滑轮的质量，挂上物块B后，当动滑轮两边轻绳的夹角为90°时，A、B恰能保持静止，则物块B的质量为()A.eq\f(\r(2),2)mB.eq\r(2)mC.mD.2mLISTNUMOutlineDefault\l3(多选)如图，柔软轻绳ON的一端O固定，其中间某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N。初始时，OM竖直且MN被拉直，OM与MN之间的夹角为α（α>eq\f(π,2)）。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中()A.MN上的张力逐渐增大B.MN上的张力先增大后减小C.OM上的张力逐渐增大D.OM上的张力先增大后减小LISTNUMOutlineDefault\l3(多选)如图所示为内壁光滑的半球形凹槽M，O为球心，∠AOB=60°，OA水平，小物块在与水平方向成45°角的斜向上的推力F作用下静止于B处。在将推力F沿逆时针缓慢转到水平方向的过程中装置始终静止，则()A.M槽对小物块的支持力逐渐减小B.M槽对小物块的支持力逐渐增大C.推力F先减小后增大D.推力F逐渐增大LISTNUMOutlineDefault\l3(多选)如图所示，质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜面体B上，现用大小不相等、方向相反的水平力F1、F2分别推A和B，它们均静止不动，且F1<F2，重力加速度为g，则()A.A受到四个力的作用B.B对A的摩擦力方向一定沿斜面向下C.地面对B的摩擦力方向水平向右，大小为F2－F1D.地面对B的支持力大小一定等于(M＋m)gLISTNUMOutlineDefault\l3(多选)如图所示，三个重均为100N的物块，叠放在水平桌面上，各接触面水平，水平拉力F＝20N作用在物块2上，三条轻质绳结于O点，与物块3连接的绳水平，与天花板连接的绳与水平方向成45°角，竖直绳悬挂重为20N的小球P。整个装置处于静止状态。则()A.物块1和2之间的摩擦力大小为20NB.与物块3相连的轻质绳的拉力大小为20NC.桌面对物块3的支持力大小为320ND.物块3受5个力的作用三 、计算题LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为θ。质量为m的光滑球B放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，则地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少？LISTNUMOutlineDefault\l3如图所示，质量M=2eq\r(3)kg的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块A与质量m=eq\r(3)kg的小球相连。今用与水平方向成α=30°角的力F=10eq\r(3)N，拉着球带动木块一起向右匀速运动，运动中M、m相对位置保持不变，取g=10m/s2。求：(1)运动过程中轻绳与水平方向的夹角θ；(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ。LISTNUMOutlineDefault\l3质量为M的木楔倾角为θ，在水平面上保持静止，当将一质量为m的木块放在木楔斜面上时，它正好匀速下滑。如果用与木楔斜面成α角的力F拉着木块匀速上升，如图所示(已知木楔在整个过程中始终静止)。(1)当α＝θ时，拉力F有最小值，求此最小值；(2)求此时木楔对水平面的摩擦力是多少？

LISTNUMOutlineDefault\l3\s0答案解析LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：C；解析：对两球整体受力分析，根据平衡条件可知F1=eq\f(2mg,cos30°)=eq\f(4\r(3),3)mg；F3=2mgtan30°=eq\f(2\r(3),3)mg，则F1>F3，选项A错误；对下方小球受力分析，因F2是直角三角形的斜边，而mg和F3是直角边，由轻绳2与竖直方向的夹角θ>45°，可知F2>F3，选项B错误；对上方小球分析，水平方向：F1sin30°=F2sinθ，因θ>45°，则F1>F2，选项C正确，D错误。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：D；解析：根据题意可知，轻圆环受甲、乙、丙三个力及插栓的弹力作用，处于平衡状态，根据共点力平衡条件的推论可知，甲、乙、丙三个力的合力必与插栓对轻圆环的弹力等大、反向，该弹力方向为沿轻圆环半径方向向外，要通过移动圆环使插栓位于圆环中心，则甲、乙、丙三个力的合力需变为零，此时可同时增大甲、丙两力且增加量的合力应与消失的弹力等大、同向，或同时减小乙、丙两力，且减小量的合力应与消失的弹力等大、反向，且甲力增加得多或乙力减小得多，故选项A、B、C错误，选项D正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：B；解析：先以左侧小球为研究对象，分析受力情况：重力m1g、绳子的拉力T和半球的支持力N1，作出受力示意图。由平衡条件得知，拉力T和支持力N1的合力与重力m1g大小相等、方向相反。设OO′=h，根据三角形相似得：eq\f(T,L1)=eq\f(m1g,h)=eq\f(N1,R)，同理，对右侧小球，有：eq\f(T,L2)=eq\f(m2g,h)=eq\f(N2,R)，解得：m1g=eq\f(Th,L1)，①m2g=eq\f(Th,L2)②N1=eq\f(m1gR,h)③N2=eq\f(m2gR,h)④由①∶②得：m1∶m2=L2∶L1=25∶24，由③∶④得：N1∶N2=m1∶m2=L2∶L1=25∶24，故A、C、D错误，B正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：A；解析：当雨点做匀速直线运动时，重力与阻力相等，即f=mg，故k×πr2×v2=mg=ρ×eq\f(4,3)πr3×g，即v2=eq\f(4gρr,3k)，由于半径之比为1∶2，则落地速度之比为1∶eq\r(2)，选项A正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：C；解析：对本块受力分析可知，木块受到重力、支持力和沿斜面向上的摩擦力的作用，木块开始滑动前，木块受力平衡，所以摩擦力和重力沿斜面向下的分力相等，即f=mgsinθ，所以夹角增大的过程中，木块所受的摩擦力一直在增大；木块受到的支持力FN=mgcosθ，由于运动过程中，夹角增大，故支持力减小，故A、B错误；由于木块一直处于平衡状态，故木块受到木板的作用力始终等于重力，故木块受到木板的作用力大小不变、方向不变，故C正确，D错误。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：C；解析：由题图可知，要使CD水平，各绳均应绷紧，则AC与水平方向的夹角为60°；结点C受力平衡，受力分析如图所示，则CD绳的拉力FT=mgtan30°=eq\f(\r(3),3)mg；D点受绳子拉力大小等于FT，方向向左；要使CD水平，D点两绳的拉力与外界的力的合力为零，则绳子对D点的拉力可分解为沿BD绳的F1，及另一分力F2，由几何关系可知，当力F2与BD垂直时，F2最小，而F2的大小即为拉力的大小；故最小力F=FTsin60°=eq\f(1,2)mg。故C正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：A解析：如图，建立直角坐标系对沙袋进行受力分析，由平衡条件有：Fcos30°－FTsin30°＝0，FTcos30°＋Fsin30°－mg＝0，联立可解得：F＝eq\f(mg,2)，故选A。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：A解析：先以A为研究对象，由A物块受力及平衡条件可得，绳中张力FT＝mgsin30°。再以动滑轮为研究对象，分析其受力并由平衡条件有mBg＝eq\r(2)FT，解得mB＝eq\f(\r(2),2)m，A正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：AD；解析：设重物的质量为m，绳OM中的张力为Teq\a\vs4\al(OM)，绳MN中的张力为TMN。开始时，Teq\a\vs4\al(OM)=mg，TMN=0。由于缓慢拉起，则重物一直处于平衡状态，两绳张力的合力与重物的重力mg等大、反向。如图所示，已知角α不变，在绳MN缓慢拉起的过程中，角β逐渐增大，则角(α－β)逐渐减小，但角θ不变，在三角形中，利用正弦定理得：eq\f(TOM,sinα－β)=eq\f(mg,sinθ)，(α－β)由钝角变为锐角，则TOM先增大后减小，选项D正确；同理知eq\f(TMN,sinβ)=eq\f(mg,sinθ)，在β由0变为eq\f(π,2)的过程中，TMN一直增大，选项A正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：BC；解析：以小物块为研究对象，分析受力情况，如图所示，物块受到重力G、支持力FN和推力F三个力作用，根据平衡条件可知，FN与F的合力与G大小相等，方向相反。将推力F沿逆时针缓慢转到水平方向的过程中(F由位置1→3)，根据作图可知，M槽对小物块的支持力FN逐渐增大，推力F先减小后增大，当F与FN垂直时，F最小。故A、D错误，B、C正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：CD解析：以A为研究对象进行受力分析，如图所示。沿斜面方向，F1的分力和重力的分力大小关系不确定，所以B和A之间有无摩擦也不确定，故A、B错误；以整体为研究对象，水平方向：Ff＝F2－F1，方向向右，竖直方向：FN＝(M＋m)g，故C、D正确。LISTNUMOutlineDefault\l3答案为：BD解析：以结点O为研究对象，受力分析如图所示，由平衡条件可求出与物块3相连的轻质绳的拉力大小为F1＝GP＝20N，再以物块1、2、3为研究对象，由平衡条件可知，物块3与桌面之间的摩擦力为零，所以物块3受5个力的作用，且桌面对物块3的支持力FN＝300N，故B、D正确，C错误；以物块1为研究对象，由平衡条件可知Ff＝0，A错误。三 、计算题LISTNUMOutlineDefault\l3解：选取A和B整体为研究对象，它受到重力(M＋m)g，地面支持力FN，墙壁的弹力F和地面的摩擦力Ff的作用，处于平衡状态，如图所示，根据平衡条件有：FN－(M＋m)g＝0，F＝Ff，可得FN＝(M＋m)g。再以B为研究对象，它受到重力mg，三棱柱对它