2023版高考物理二轮复习重点讲练专题一力与物体的平衡课时作业

PAGEPAGE2专题一力与物体的平衡一、选择题(共11个小题，1－9为单项选择，10－11为多项选择，每题5分共55分)1．(2022·广西桂林月考)如下图，斜面体A上的物块P，用平行于斜面体的轻弹簧拴接在挡板B上，在物块P上施加水平向右的推力F，整个系统处于静止状态，以下说法正确的选项是()A．物块P与斜面之间一定存在摩擦力B．轻弹簧一定被拉长C．地面对斜面体A一定存在摩擦力D．假设增大推力F，那么弹簧弹力一定减小答案C解析假设物块P受到弹簧的弹力与物块的重力及推力F、支持力平衡，那么不受摩擦力，选项A错误；假设物块P受到支持力与物块的重力及推力F三力平衡，那么无弹簧弹力，选项B错误；物块P、斜面A及弹簧相对静止，可看成一整体，受到的水平面的摩擦力等于推力F，选项C正确；增大推力F，根据此时静摩擦力的特点，即f≤fm，判断弹簧弹力减小、不变或者增大都有可能，选项D错误．2．(2022·大庆实验中学三模)如图甲所示，在粗糙水平面上静置一个截面为等腰三角形的斜劈A，其质量为M，两个底角均为30°.两个完全相同的、质量均为m的小物块p和q恰好能沿两侧面匀速下滑．假设现在对两物块同时各施加一个平行于斜劈侧面的恒力F1、F2，且F1>F2，如图乙所示，那么在p和q下滑的过程中，以下说法正确的选项是()A．斜劈A对地向右运动B．斜劈A受到地面向右的摩擦力作用C．斜劈A对地面的压力大小等于(M＋2m)gD．斜劈A对地面的压力大于(M＋2m)g答案C解析甲图中，三个物体都处于平衡状态，故可以对三个物体的整体受力分析，受重力和支持力，故支持力为(M＋2m)g，地面对A没有摩擦力；在图乙中，物体p、q对斜劈的压力和摩擦力不变，故斜劈受力情况不变，故斜劈A仍保持静止，斜劈A对地面的压力大小等于(M＋2m)g，与地面间没有摩擦力；故C项正确，A、B、D项错误．3.如图，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()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增大答案A解析小球一直受到重力、支持力、拉力作用，根据共点力平衡，有F＝mgsinα，N＝mgcosα(α是支持力与竖直方向的夹角)，随着夹角的增大，支持力逐渐减小，拉力逐渐增大，A项正确．4．(2022·烟台高考测试)如下图，斜面上放有两个完全相同的物体a、b，两物体间用一根细线连接，在细线的中点加一与斜面垂直的拉力F，使两物体均处于静止状态．那么以下说法正确的选项是()A．a、b两物体的受力个数一定相同B．a、b两物体对斜面的压力相同C．a、b两物体受到的摩擦力大小一定相等D．当逐渐增大拉力F时，物体b先开始滑动答案B解析A项，对a、b进行受力分析，如下图：b物体处于静止状态，当绳子沿斜面向上的分量与重力沿斜面向下的分量相等时，摩擦力为零，所以b可能只受3个力作用，而a物体必定受到摩擦力作用，肯定受4个力作用，故A项错误；B项，a、b两个物体，垂直于斜面方向受力都平衡，那么有N＋Tsinθ＝mgcosα，解得N＝mgcosα－Tsinθ，那么a、b两物体对斜面的压力相同，故B项正确；C项，根据A的分析可知，b的摩擦力可以为零，而a的摩擦力一定不为零，故C项错误；D项，对a沿斜面方向有Tcosθ＋mgsinα＝fa，对b沿斜面方向有Tcosθ－mgsinα＝fb.正压力相等，所以最大静摩擦力相等，那么a先到达最大静摩擦力，先滑动，故D项错误．5．(2022·湖南浏阳月考)如下图，物体B通过动滑轮悬挂在细绳上，整个系统处于静止状态，动滑轮的质量和一切摩擦均不计．如果将绳的左端点由P点缓慢地向右移到Q点，整个系统重新平衡后，绳的拉力F和绳子与竖直方向的夹角θ的变化情况是()A．F变大，θ变大 B．F变小，θ变小C．F不变，θ变小 D．F不变，θ变大答案B解析整个系统处于静止状态，设两侧绳子的夹角为β，滑轮两侧绳的拉力F＝eq\f(mBg,2cos\f(β,2))，左端移动到Q点后，根据几何关系可知，此时两绳的夹角β减小，所以两侧绳的拉力变小，由几何知识可知，图中角θ大小是两绳的夹角大小的一半，由于滑轮两侧绳的夹角减小，所以角θ减小，故B项正确，故A、C、D项错误．6.(2022·山东)如图，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑．A与B间的动摩擦因数为μ1，A与地面间的动摩擦因数为μ2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．A与B的质量之比为()A.eq\f(1,μ1μ2) B.eq\f(1－μ1μ2,μ1μ2)C.eq\f(1＋μ1μ2,μ1μ2) D.eq\f(2＋μ1μ2,μ1μ2)答案B解析对物体A、B整体在水平方向F＝μ2(mA＋mB)g；对物体B在竖直方向有μ1F＝mBg；联立解得eq\f(mA,mB)＝eq\f(1－μ1μ2,μ1μ2)，选项B正确．7．(2022·河北省保定市高三调研)如下图，木板P下端通过光滑铰链固定于水平地面上的O点，物体A、B叠放在木板上且处于静止状态，此时物体B的上外表水平．现使木板P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，物体A、B仍保持静止，与原位置的情况相比()A．A对B的作用力减小 B．B对A的支持力减小C．木板对B的支持力减小 D．木板对B的摩擦力增大答案B解析开始和转到虚线位置，A对B的作用力都等于A的重力，大小不变，选项A错；木板转到虚线位置后倾角减小，B受到的摩擦力Ff＝μ(mA＋mB)gsinθ减小，即木板对B的摩擦力减小，B对木板的压力FN＝(mA＋mB)gcosθ增大，木板对B的支持力也增大，选项C、D错；转到虚线位置时物体B的上外表倾斜，对A受力分析，易知，B对A的支持力减小，选项B正确．8．(2022·江西省吉安市高三上学期质检)如下图，质量为m的物体A静止在倾角为θ＝30°、质量为M的斜面体B上．现用水平力F推物体A，在F由零增大至eq\r(3)mg再逐渐减为零的过程中，A和B始终保持静止．对此过程以下说法正确的选项是()A．地面对B的支持力大于(M＋m)gB．A对B的压力的最小值为eq\f(\r(3),2)mg，最大值为eq\f(3\r(3),4)mgC．A受到摩擦力的最小值为0，最大值为eq\f(1,4)mgD．A受到摩擦力的最小值为0，最大值为mg答案D解析对A、B整体应用平衡条件可得地面对B的支持力等于(M＋m)g，A项错误；对A受力分析如下图．当F＝0时，A对B的压力最小，如图(1)为FN1＝mgcosθ＝eq\f(\r(3),2)mg，当F＝eq\r(3)mg，A对B的压力最大，如图(2)为FN2＝mgcos30°＋eq\r(3)mgsin30°＝eq\r(3)mg，B项错误；当Fcos30°＝mgsin30°，即F＝eq\f(\r(3),3)mg(在0～eq\r(3)mg之间)时，A受的静摩擦力为零，当F＝eq\r(3)mg时，如图(2)，由平衡条件得：摩擦力Ff＝Fcos30°－mgsin30°＝mg，最大，故C项错，D项正确．9．(2022·宿迁市三校检测)如图，用OA、OB两根轻绳将花盆悬于两竖直墙之间，开始时OB绳水平．现保持O点位置不变，改变OB绳长使绳右端由B点缓慢上移至B′点，此时OB′与OA之间的夹角θ<90°.设此过程中OA、OB绳的拉力分别为FOA、FOB，那么以下说法正确的选项是()A．FOA一直减小 B．FOA一直增大C．FOB一直减小 D．FOB先增大后减小答案A解析以结点O为研究对象，分析受力：重力G、绳OA的拉力FOA和绳BO的拉力FOB，如下图，根据平衡条件知，两根绳子的拉力的合力与重力大小相等、方向相反，作出轻绳OB在两个位置时力的合成图如图，由图看出，FOA逐渐减小，FOB先减小后增大，当θ＝90°时，FOB最小．举一反三此题运用图解法研究动态平衡问题，也可以根据几何知识得到两绳垂直时，轻绳OB的拉力最小来判断．10．如下图，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为θ.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球A，细线与斜面平行．小球A的质量为m、电量为q.小球A的右侧固定放置带等量同种电荷的小球B，两球心的高度相同、间距为d.静电力常量为k，重力加速度为g，两带电小球可视为点电荷．小球A静止在斜面上，那么()A．小球A与B之间库仑力的大小为kq2/d2B．当eq\f(q,d)＝eq\r(\f(mgsinθ,k))时，细线上的拉力为0C．当eq\f(q,d)＝eq\r(\f(mgtanθ,k))时，细线上的拉力为0D．当eq\f(q,d)＝eq\r(\f(mg,ktanθ))时，斜面对小球A的支持力为0答案AC解析点电荷库仑定律F＝kq2/d2，所以A项正确；当细线上的拉力为0的时候，小球A受到库仑力、斜面支持力、重力，具体关系为kq2/d2＝mgtanθ，即C项正确．由受力分析可知，斜面对小球的支持力不可能为0，所以D项错误．11.如下图，光滑绝缘的水平桌面上，固定着一个带电量为＋Q的小球P，带电量分别为－q和＋2q的小球M和N，由绝缘细杆相连，静止在桌面上，P与M相距L，P、M和N视为点电荷，以下说法正确的选项是()A．M与N的距离大于LB．P、M和N在同一直线上C．在P产生的电场中，M、N处的电势相同D．M、N及细杆组成的系统所受合外力为零答案BD解析对小球M、N和杆组成的整体，由题意可知keq\f(Qq,L2)＝keq\f(Q·2q,〔L＋x〕2)，得x<L，那么A项错；假设P、M和N不在同一直线上那么不能平衡，所以B项正确；在＋Q的电场中φM>φN，那么C项错误；M、N及细杆静止于光滑绝缘桌面上，所以系统所受合外力为零，D项正确．二、计算题(共3个小题，12题12分，13题15分，14题18分，共45分)12．(2022·北京市海淀区)如下图，在匀强磁场中倾斜放置的两根平行光滑的金属导轨，它们所构成的导轨平面与水平面成θ＝30°角，平行导轨间距L＝1.0m．匀强磁场方向垂直于导轨平面向下，磁感应强度B＝0.20T．两根金属杆ab和cd可以在导轨上无摩擦地滑动．两金属杆的质量均为m＝0.20kg，电阻均为R＝0.20Ω.假设用与导轨平行的拉力作用在金属杆ab上，使ab杆沿导轨匀速上滑并使cd杆在导轨上保持静止，整个过程中两金属杆均与导轨垂直且接触良好．金属导轨的电阻可忽略不计，取重力加速度g＝10m/s(1)cd杆受安培力F安的大小；(2)通过金属杆的感应电流I；(3)作用在金属杆ab上拉力的功率P.答案(1)1.0N(2)5.0A(3)20解析(1)金属杆cd静止在金属导轨上，所受安培力方向与导轨平面平行向上．那么F安＝mgsin30°解得：F安＝1.0N(2)F安＝BIL，解得I＝5.0(3)金属杆ab所受安培力方向与导轨平面平行向下，金属杆ab匀速上滑，那么F＝BIL＋mgsin30°，根据电磁感应定律，金属棒ab上产生的感应电动势为E感＝BLv.根据闭合电路欧姆定律，通过金属杆ab的电流I＝eq\f(E感,2R)，根据功率公式：P＝Fv.解得：P＝20W考点定位闭合电路欧姆定律，电磁感应定律13．(2022·天津)如下图，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小为E＝5eq\r(3)N/C，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B＝0.5T．有一带正电的小球，质量m＝1.0×10－6kg，电荷量q＝2×10－6C，正以速度v在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象)取g＝10m/s2，求(1)小球做匀速直线运动的速度v的大小和方向；(2)从撤掉磁场到小球再次穿过P点所在的这条电场线经历的时间t.答案(1)20m/s与电场方向成60°角斜向上(2)3.5s解析(1)小球匀速直线运动时受力如图，其所受的三个力在同一平面内，合力为零，有qvB＝eq\r(q2E2＋m2g2)①代入数据解得v＝20m/s速度v的方向与电场E的方向之间的夹角满足tanθ＝eq\f(qE,mg)③代入数据解得tanθ＝eq\r(3)θ＝60°④(2)解法一：撤去磁场，小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动，如下图，设其加速度为a，有a＝eq\f(\r(q2E2＋m2g2),m)⑤设撤去磁场后小球在初速度方向上的分位移为x，有x＝vt⑥设小球在重力与电场力的合力方向上分位移为y，有y＝eq\f(1,2)at2⑦a与mg的夹角和v与E的夹角相同，均为θ，又tanθ＝eq\f(y,x)⑧联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据解得t＝2eq\r(3)s＝3.5s⑨解法二：撤去磁场后，由于电场力垂直于竖直方向，它对竖直方向的分运动没有影响，以P点为坐标原点，竖直向上为正方向，小球在竖直方向上做匀减速运动，其初速度为vy＝vsinθ⑤假设使小球再次穿过P点所在的电场线，仅需小球的竖直方向上分位移为零，那么有vyt－eq\f(1,2)gt2＝0⑥联立⑤⑥式，代入数据解得t＝2eq\r(3)