高考的一个重点-高中物理物体平衡问题专题分析

...wd......wd......wd...高中物理物体平衡问题专题高中物理平衡问题是高考的一个重点，平衡问题的考察表达出对受力分析的重视。对平衡问题进展分类能够更好的应对考试和学习受力分析。根据教学实际和多年高考试题分析，将平衡问题分为以下几类，希望对考生有所帮助。单个物体的平衡〔三个力和三个以上力〕例题1、〔三个力的平衡〕如以下列图，能承受最大拉力为10N的细绳OA与竖直方向成45°角，能承受最大拉力为5N的细绳OB水平，细绳OC能承受足够大的拉力，为使OA、OB均不被拉断，OC下端所悬挂物体的最大重力是多少解析：方法一、将绳子的拉力F1和F2合成，其合力必然与第三个力大小相等方向相反。解析：当OC下端所悬挂物重不断增大时，细绳OA、OB所受的拉力同时增大，为了判断哪根细绳先断，可选O点为研究对象，其受力分析如图9，假设OB不会被拉断，且OA上的拉力先到达最大值，即，根据平衡条件有。由于F2大于OB能承受的最大拉力，所以在物体重力不断增加时，OA被拉断前细绳OB先被拉断。那么假设OB绳上的拉力刚好到达最大值，处于被拉断的临界状态，根据平衡条件有，再选重物为研究对象，由平衡条件得以上三式联立解得。方法二、正交分解法：受力分析如以下列图，将F2沿水平方向和竖直方向政教分解为Fx和Fy，列平衡方程得：F1=FxG=Fy当F2=10N时，F1=5N超过最大值，所以当F1=5N时，G有最大值5N.单体平衡问题见习题1、2、3、4、5、6、7、8、9、10〔高考原题〕1、半球形容器固定在水平面上，O为球心，如以下列图，一质量为m的物体静止在P点，OP与水平方向的夹角为θ。物体所受支持力为F，所受摩擦力为f。以下关系正确的选项是〔〕A．B．C．D．2、如图，重量为Ｇ的物体A在大小为F的水平向左恒力作用下，静止在倾角为α的光滑斜面上。以下关于物体对斜面压力Ｎ大小的表达式，正确的选项是Ａ．Ｂ．Ｃ．D．图中重物的质量为m，轻细线AO和BO的A、B端是固定的．平衡时AO是水平的，BO与水平面的夹角为θ．AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是：A.F1＝mgcosθB.F1＝mg/tanθC.F2＝mgsinθD.F2＝两根长度相等的轻绳，下端悬挂一质量为m的物体，上端分别固定在水平天花板上的M、N点，M、N两点间的距离为s，如以下列图．两绳所能承受的最大拉力均为T，那么每根绳的长度不得短于。5、〔2010年新课标卷选择题18.〕如以下列图，一物块置于水平地面上.当用与水平方向成角的力拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成角的力推物块时，物块仍做匀速直线运动.假设和的大小相等，那么物块与地面之间的动摩擦因数为A、B、C、D、1-6、〔2010江苏卷〕3、如以下列图，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机，三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成角，那么每根支架中承受的压力大小为〔A〕〔B〕〔C〕〔D〕θF7、〔2011安徽第1题〕．一质量为m的物块恰好静止在倾角为的斜面上。现对物块施加一个竖直向下的恒力F，如以下列图。那么物块θFA．仍处于静止状态B．沿斜面加速下滑C．受到的摩擦力不便D．受到的合外力增大8、〔2011海南第4题〕.如图，墙上有两个钉子a和b,它们的连线与水平方向的夹角为45°，两者的高度差为l。一条不可伸长的轻质细绳一端固定于a点，另一端跨过光滑钉子b悬挂一质量为m1的重物。在绳子距a端得c点有一固定绳圈。假设绳圈上悬挂质量为m2的钩码，平衡后绳的ac段正好水平，那么重物和钩码的质量比为A.B.2C.D.9、如以下列图，物体质量为m，靠在粗糙的竖直墙上，物体与墙间的动摩擦因数为μ，要使物体沿墙匀速滑动，那么外力F的大小可能是()A.B.C.D.10、如以下列图，两光滑平板MO、NO构成一具有固定夹角θ0＝75°的V形槽，一球置于槽内，用θ表示NO板与水平面之间的夹角．假设球对板NO压力的大小正好等于球所受重力的大小，那么θ值应该是〔〕A．15°

B．30°

C．45°

D．60°参考答案：1、C2、ABD3、BD4、5、B6、D7、A8、C9、CD10、B单体平衡之动态平衡：例题2、如图，质量为m的球放在倾角的光滑斜面上，当挡板AO逐渐逆时针转动时，试分析斜面对球的支持力和挡板的弹力如何变化。解析：以小球为研究对象，受重力、斜面的支持力、挡板的弹力作用，其中重力是恒力〔大小和方向不变〕，斜面的支持力方向不变〔永远垂直斜面〕，挡板的弹力是变力〔至少方向在改变〕—第一类动态平衡问题。这类问题解决方法有平行四边形定那么和三角形法那么，对于初学者建议用平行四边形的方法。以恒定的重力和恒定方向的支持力为邻边做四边形，对角线是第三个力的方向和大小。而当挡板的弹力与斜面的支持力垂直是挡板弹力最小的条件。〔这是考试中经常用到的一个结论〕这类习题关键是受力分析是注意几个力的特点，针对性习题如11、12、13、14题。11、用与竖直方向成θ角〔θ＜45°〕的倾斜轻绳a和水平轻绳b共同固定一个小球，这时绳b的拉力为F1。现保持小球在原位置不动，使绳b在原竖直平面内逆时转过θ角后固定，绳b的拉力变为F2；再转过θ角固定，绳b的拉力为F3，那么〔〕A．F1=F3>F2B．F1<F2<F3C．F1=F3<F2D．F1>F2>F312、如图3所示，用轻绳把一个小球悬挂在O点，用力F拉小球使悬线偏离竖直方向30°，小球处于平衡状态，力F与竖直方向成角。要使F取最小值，的值应是〔〕A.30°B.60°C.90°D.0°13、如以下列图，电灯悬挂于两墙之间，更换绳OA，使连接点A向上移，但保持O点位置不变，那么A点向上移时，绳OA的拉力：A.逐渐增大B.逐渐减小C.先增大后减小D.先减小后增大14、一根轻弹簧上端固定在O点，下端栓一个钢球P，球处于静止状态。现对球施加—个向右的外力F，使球缓慢偏移依次至A点和B点，如以下列图。在移动中的每一个时刻，都可以认为钢球处于平衡状态。假设外力F方向始终水平，移动中弹簧与竖直方向的夹角<90°且弹簧的伸长量不超过弹性限度，那么关于A、B两点的竖直高度，以下说法中正确的选项是〔〕A．A点比B点高B．A点比B点低C．A点与B点高度一样D．A点和B点的高度由水平拉力F的大小决定，故无法比较例题3、如以下列图，固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固定一个小定滑轮，细绳一端拴一小球，小球置于半球面上的A点，另一端绕过光滑的定滑轮，如以下列图。今缓慢拉绳使小球从A点滑向半球顶点〔未到顶点〕，那么此过程中，小球对半球的压力大小N及细绳的拉力T大小的变化情况是A．FN变大B．T变大C．FN不变D．T变小解析：这是高考中的原题，小球的受力特点是重力保持不变，绳的弹力方向一直改变，球面对小球的支持力垂直于球面，并且反向延长线过球面的圆心〔方向也在改变〕这是动态平衡的第二种—只有一个恒力。这类问题的方法比较单一，用到三角形相似。这种方法在考试中没有想到的话，这类问题基本束手无策。可见FN保持不变，T变小。此类习题见15、1615、如以下列图，固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔。质量为m的小球套在圆环上。一根细线的下端系着小球，上端穿过小孔用手拉住。现拉动细线，使小球沿圆环缓慢上移。在移动过程中手对线的拉力F和轨道对小球的弹力N的大小变化情况是()A．F不变，N增大B．F不变，N减小C．F减小，N不变D．F增大，N减小16、如以下列图，带有同种电荷的小球A、B,用绝缘绳悬挂在竖直墙壁上，由于A球漏电，B球悬线的张角逐渐变小，那么悬挂B球的细线的弹力〔〕例题4、。长直木板的上外表的一端放有一铁块，木板此端由水平位置缓慢向上转动〔即木板与水平面的夹角变大〕，另一端不动，如图5。那么铁块受到的摩擦力随角度的变化图象可能正确的选项是〔设最大静摩擦力等于滑动摩擦力〕：ABCD解析：这是不同于以上两种类型的动态平衡问题，这类问题和前两类有不同之处在于，有一个恒力，虽然另外两个力的方向都在改变，但是另外两个力的夹角并不改变，因此这类问题多用正交分解的方法来解决。这类习题见17、18、19、2017、我国国家大剧院外部呈椭球形，假设国家大剧院的屋顶为半球形，一警卫员为执行特殊任务，必须冒险在半球形屋顶上向上缓慢爬行〔如以下列图〕，他在向上爬的过程中A.屋顶对他的支持力变大B.屋顶对他的支持力变小C.屋顶对他的摩擦力变大D.屋顶对他的摩擦力变小18、如以下列图，物块A放在倾斜的木板上，木板的倾角α分别为300和450时物块所受摩擦力的大小恰好一样，那么物块和木板间的动摩擦因数为()A、1/2B、/2C、/2D．/219、如以下列图，光滑的金属环套在细绳上，细绳的一段固定在数值墙壁上A点，另一端B点可沿竖直墙壁移动，当B点逐渐向下移动绳的弹力〔〕〔保持细绳的长度不变〕20、如以下列图，长为l的细绳一端固定于天花板上的C点，另一端拴在套于杆上的可以沿杆AB上下滑动的轻环P上。吊有重物的光滑轻滑轮放在绳子上。在环P从与C等高的B点沿杆缓慢下滑的过程中，两段绳子之间的夹角θ的变化情况是()A．一直增大B．一直减小C．不变D．先变小后变大11至20参考答案11、A12、B13、C14、B15、C16、保持不变17、AD18、C19、保持不变20、C特列：在第16届广州亚运会体操男子单杠决赛中，中国选手张成龙以16.225分的成绩获得冠军.如以下列图，他双手握住单杠，双臂平行使身体悬空，当他两手之间的距离增大、身体悬空并处于静止时，单杠对手臂的力T及它们的合力F的大小变化情况为A．T增大，F增大B．T减小，F不变C．T增大，F减小D．T增大，F不变物体平衡问题之连接体连接体的平衡问题解决方法分为整体法和隔离法，其中隔离法是基本方法。解决连接体的平衡问题基本顺序是先整体、后隔离。例题5：有一个直角支架AOB，AO水平放置，外表粗糙，OB竖直向下，外表光滑．AO上套有小环P，OB上套有小环Q，两环质量均为m，两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡〔如以下列图〕．现将P环向左移一小段距离，两环再次到达平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力FN和细绳上的拉力T的变化情况是〔〕A．N不变，T变大B．N不变，T变小C．N变大，T变大D．N变大，T变小解析：AO杆对P环的支持力FN是P、Q这个整体所受的外力，而细绳上的拉力是整体的内力，因此先用整体法分析外力，如以下列图：建议将要研究的整体用圆先圈起来，按照重力〔提示：一定是整体的重力〕、弹力、摩擦力的顺序分析。关键是弹力的方向和摩擦力的方向，在整体分析时千万不要分析细绳的弹力〔这是内力〕，然后列平衡方程：2mg=FN,F=f由此可见FN保持不变。分析细绳的弹力时应用隔离法，分析Q的受力〔因为Q受三个力，比起P受力少〕受力分析如以下列图：通过图示可以看出细绳的拉力变小。连接体平衡见习题1、2、3、4、5、6、7、8、9、101、如以下列图，轻绳一端系在质量为m的物块A上，另一端系在一个套在粗糙竖直杆MN的圆环上．现用水平力F拉住绳子上一点O，使物块A从图中实线位置缓慢下降到虚线位置，但圆环仍保持在原来位置不动．在这一过程中，环对杆的摩擦力F1和环对杆的压力F2的变化情况是A．F1保持不变，F2逐渐增大B．F1保持不变，F2逐渐减小C．F1逐渐增大，F2保持不变D．F1逐渐减小，F2保持不变2、如图，柱体A的横截面是圆心角为π/2的扇形面，其弧形外表光滑，而与地面接触的下外表粗糙；在光滑竖直墙壁与柱体之间放置一质量为m的球体，系统处于平衡状态。假设使柱体向左缓慢移动少许〔球体未与地面接触〕，系统仍处于平衡状态，那么〔〕A．球对墙的压力减小B．柱体与球之间的作用力增大C．柱体所受的摩擦力减小D．柱体对地面的压力减小3、〔2006年全国二〕如以下列图，位于水平桌面上的物块P，由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连，从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的。Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是，两物块的质量都是m，滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计。假设用一水平向右的力F拉Q使它做匀速运动，那么F的大小为〔〕A．B．C．D．4、如图，三块质量一样的木块A．B．C叠放在水平桌面上，水平衡力F作用在木块B上，三木块以共同速度v沿水平桌面匀速移动，以下说法正确的选项是〔〕A．B作用于A的静摩擦力为零B．B作用于C的静摩擦力为FC．B作用于C的静摩擦力为D．B作用于A的静摩擦力为5、如以下列图，a．b两个质量一样的球用线连接，a球用线挂在天花板上，b球放在光滑斜面上，系统保持静止，以以以下列图示哪个正确〔〕6、在固定于地面的斜面上垂直安放一个挡板，截面为1/4圆的柱状物体甲放在斜面上，半径与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间，没有与斜面接触而处于静止状态，如以下列图。现在从球心O1处对甲施加一平行于斜面向下的力F，使甲沿斜面方向极其缓慢地移动，直至甲与挡板接触为止。设乙对挡板的压力F1，甲对斜面的压力为F2