2023版高考物理一轮复习第二章相互作用冲刺训练

PAGEPAGE2第二章相互作用易出错的4类组合体的受力分析准确地受力分析是正确解答物理问题的前提和保证，作答前养成良好的受力分析习惯，可以帮助我们减少错误，还可以在分析中获得便捷思路。而受力分析容易出错的问题一般都是涉及多物体组合的情景，下面根据物理情景分4类组合体进行研究。滑块组合类1.如下图，在水平桌面上叠放着质量相等的A、B两块木板，在木板A上放着质量为m的物块C，木板和物块均处于静止状态。A、B、C之间以及B与地面之间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g，现用水平恒力F向右拉木板A，那么以下判断正确的选项是()A．不管F多大，木板B一定保持静止B．B受到地面的摩擦力大小一定小于FC．A、C之间的摩擦力大小一定等于μmgD．A、B之间的摩擦力大小不可能等于F解析：选A以A、B、C整体为研究对象，假设整体静止不动，那么地面对B的静摩擦力大小等于F，此时A、B之间的静摩擦力大小也为F，B、D均错误；假设拉力足够大，使A、C之间发生了相对滑动时，A、C之间的摩擦力大小才等于μmg，C错误；因A对B的最大静摩擦力μ(m＋M板)g小于B所受地面的最大静摩擦力μ(m＋2M板)g，故无论F多大，木板B一定保持静止，A正确。2.(多项选择)如下图，质量为m的木块在质量为M的长木板上向右滑行，木块同时受到向右的拉力F的作用，长木板处于静止状态。木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数为μ2，以下几种说法正确的选项是()A．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ1mgB．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m＋M)gC．当F>μ2(m＋M)g时，木板便会开始运动D．无论怎样改变F的大小，木板都不可能运动解析：选AD由于木板静止，所以地面给木板的静摩擦力大小等于木块给长木板的滑动摩擦力，选项A正确，B错误；由题意易知，木板所受木块的摩擦力小于木板所受地面的最大静摩擦力，木板会不会动，完全取决于木板的受力，故木板不可能运动，因此选项C错误，D正确。3.(多项选择)如下图，质量均为m的两木块a与b叠放在水平面上，a受到斜向上与水平方向成θ角的力作用，b受到斜向下与水平方向成θ角的力作用，两力大小均为F，两木块保持静止状态，那么()A．a、b之间一定存在静摩擦力B．b与水平之间一定存在静摩擦力C．b对a的支持力一定小于mgD．水平面对b的支持力一定大于2mg解析：选AC对a受力分析，a受重力、支持力、拉力而处于平衡，由于F有水平方向的分力，故a有向右运动的趋势，故a一定受到b向左的摩擦力，故A正确；对整体受力分析可知，整体受重力、支持力、两个拉力，将拉力沿水平和竖直方向分解可知，其水平分量相等，故整体在水平方向受力平衡，故水平面对b没有摩擦力，B错误；F向上的分量使a受到的支持力小于重力，故C正确；竖直方向，两分力的分量相互抵消，故b受水平面的支持力等于2mg，故D错误。[题后悟通](1)在分析物体间的摩擦力大小时应先分清是静摩擦力，还是滑动摩擦力，只有滑动摩擦力才可利用Ff＝μFN计算大小。(2)只有物体间的静摩擦力到达最大静摩擦力时物体间才可能发生相对滑动。如第1题中，B与地面间的静摩擦力最大为μ(m＋M板)g，达不到B与地面间的最大静摩擦力μ(m＋2M板)g，故B木块与斜面组合类4.如下图，质量为m的硬纸面字典A对称跨放在硬纸面的书本B上。将书本B的一端缓慢抬高至字典刚要滑动，此时书脊与水平面的夹角为θ。以下说法正确的选项是()A．B对A的作用力为零B．B的一个侧面对A的弹力为mgcosθC．B对A的最大静摩擦力的合力为mgsinθD．A受到三个力的作用解析：选C字典A受重力、两侧面的弹力、两侧面的静摩擦力，共五个力的作用，由平衡条件可知，A受两侧面的最大静摩擦力的合力为mgsinθ，B对A的作用力等于mg，选项C正确，A、D错误；A受两侧面的弹力的合力为mgcosθ，选项B错误。5.如下图，光滑斜面固定于水平面，滑块A、B叠放后一起冲上斜面，且始终保持相对静止，A上外表水平，那么在斜面上运动时，B受力的示意图为()解析：选A滑块A、B一起冲上光滑斜面，以A、B为整体研究，整体做匀减速直线运动，加速度沿斜面向下，a＝gsinθ，由于B的加速度方向沿斜面向下，根据牛顿第二定律知，B受的合力沿斜面向下，那么B一定受到水平向左的摩擦力以及重力和支持力，故A正确，B、C、D错误。6.如下图，物体B叠放在物体A上，A、B的质量均为m，且上、下外表均与斜面平行，它们以共同速度沿倾角为θ的固定斜面C匀速下滑，那么()A．A、B间没有静摩擦力B．A受到B的静摩擦力方向沿斜面向上C．A受到斜面的滑动摩擦力大小为2mgsinθD．A与B间的动摩擦因数μ＝tanθ解析：选C当A、B以共同速度沿倾角为θ的固定斜面C匀速下滑时，A受到斜面的滑动摩擦力大小为2mgsinθ，C正确；A对B的静摩擦力等于B的重力沿斜面方向的分力，A错误；由牛顿第三定律，A受到B的静摩擦力方向沿斜面向下，B错误；A与B的摩擦力是静摩擦力，故不能确定A、B之间的动摩擦因数，D错误。7．(多项选择)(2022·临汾调研)如下图，倾角为θ的斜面c置于水平地面上，小物块b置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与沙漏a连接，连接b的一段细绳与斜面平行。在a中的沙子缓慢流出的过程中，a、b、c都处于静止状态，那么()A．b对c的摩擦力一定减小B．b对c的摩擦力方向可能平行斜面向上C．地面对c的摩擦力方向一定向右D．地面对c的摩擦力一定减小解析：选BD假设mag>mbgsinθ，那么b对c的摩擦力平行于斜面向上，且随a中的沙子缓慢流出，b对c的摩擦力减小；假设mag<mbgsinθ，那么b对c的摩擦力平行于斜面向下，且随a中的沙子缓慢流出，b对c的摩擦力增大，A错误，B正确；以b、c为整体受力分析，应用平衡条件可得：地面对c的摩擦力方向一定水平向左，且Ff＝magcosθ，随ma的减小而减小，C错误，D正确。[题后悟通](1)物体刚要沿斜面滑动时仍处于平衡状态，沿斜面方向所受的合力仍为零，如第4题的C选项。(2)物体保持平衡态，平衡条件是所受合力为0，未知力必与其他力的合力反向等值；物体处于匀变速状态，利用牛顿运动定律F合＝ma求解。(3)巧用牛顿第三定律的相互性，在判断某些“疑难杂症〞力时非常方便。杆与球(环)组合类8．(2022·苏北三市联考)如下图，一个质量m＝1kg的小环套在倾角为37°的光滑固定直杆上，为使小环能够静止不动，需对它施加一个水平拉力F。重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6。那么F的大小和方向分别是()A．7.5N，水平向左 B．7.5N，水平向右C．13.3N，水平向左 D．13.3N，水平向右解析：选A对小环受力分析，根据平衡知识可知：F＝mgtan37°＝10×eq\f(3,4)N＝7.5N，方向水平向左，应选A。9．(2022·山西质量监测)如下图，质量为m的小球套在竖直固定的光滑圆环上，轻绳一端固定在圆环的最高点A，另一端与小球相连。小球静止时位于环上的B点，此时轻绳与竖直方向的夹角为60°，那么轻绳对小球的拉力大小为()A.eq\f(\r(3),2)mg B．mgC.eq\r(3)mg D．2mg解析：选B小球B受到竖直向下的重力mg，沿BA方向的拉力和沿OB方向的支持力，两两夹角为120°，由几何知识易知，轻绳对小球的拉力大小为mg，B项正确。10.质量不计的棒AB的一端A固定于水平地面，可绕A点无摩擦地转动，B端靠在物体C上，物体C靠在光滑的竖直墙上，如下图。假设在物体C上再放一个小物体，整个装置仍保持平衡，那么B端与物体C之间的弹力大小将()A．变大 B．变小C．不变 D．无法确定解析：选A对物体C受力分析如下图，有G＝FN2cosα，所以当在物体C上再放一个小物体，相当于G增大，那么FN2增大。应选A。11.(2022·沈阳四校联考)如下图，一轻杆两端分别固定着质量为mA和mB的两个小球A和B(可视为质点)。将其放在一个直角形光滑槽中，轻杆与槽右壁成α角，槽右壁与水平地面成θ角时，两球刚好能平衡，且α≠θ，那么A、B两球质量之比为()A.eq\f(sinα·cosθ,cosα·sinθ)B.eq\f(cosα·cosθ,sinα·sinθ)C.eq\f(cosα·sinθ,sinα·cosθ)D.eq\f(sinα·sinθ,cosα·cosθ)解析：选D设杆对A球的力为FA，对B球的力为FB，那么FA＝FB，对A球在沿槽方向应用平衡条件得FAsinα＝mAgcosθ，对B球在沿槽方向应用平衡条件得FBcosα＝mBgsinθ，联立可得两球的质量之比为eq\f(sinα·sinθ,cosα·cosθ)，D正确。12．(2022·泰安检测)如下图，一小车上有一个固定的水平横杆，左边固定一轻杆且与竖直方向成θ角，轻杆下端连接一质量为m的小球P。横杆右边用一根细线吊一相同的小球Q。当小车沿水平面做加速运动时，细线与竖直方向的夹角保持为α。θ<α，那么以下说法正确的选项是()A．小车一定向右做匀加速运动B．轻杆对小球P的弹力沿轻杆方向C．小球P受到的合力大小为mgtanθD．小球Q受到的合力大小为mgtanα解析：选D对细线吊着的小球Q研究，小球Q与小车具有共同的水平方向的加速度，故小球Q受到的合外力方向水平向右，根据牛顿第二定律，得mgtanα＝ma，得到a＝gtanα，加速度向右，小车可能向右加速，也可能向左减速，故A项错误；对小球P研究，小球P也具有水平向右的加速度a＝gtanα，设轻杆对小球P的弹力与竖直方向的夹角为β，由牛顿第二定律，得mgtanβ＝ma，得到β＝α>θ，那么轻杆对小球P的弹力方向与细线方向平行，故B项错误；由牛顿第二定律可知F＝ma＝mgtanα，故C项错误，D项正确。[题后悟通](1)假设小球套在杆或环上，那么杆或环对小球的弹力一定垂直于杆或沿环在此点的半径方向。(2)假设小球固定在杆上，那么杆对小球的弹力是拉力还是压力，方向是否沿杆的方向都具有不确定性，要根据题目条件具体分析。(3)一端用铰链连接的杆处于平衡状态时，其两端对杆作用力的方向一定沿杆方向。有质量的绳、含弹簧的组合类13．(2022·新泰三模)粗细均匀的电线架在A、B两根电线杆之间。由于热胀冷缩，电线在夏、冬两季呈现如下图的两种形状，假设电线杆始终处于竖直状态，以下说法中正确的选项是()A．冬季，电线对电线杆的拉力较大B．夏季，电线对电线杆的拉力较大C．夏季与冬季，电线对电线杆的拉力一样大D．夏季，电线杆对地面的压力较大解析：选A以整条电线为研究对象，受力分析如下图，由共点力的平衡条件知，两电线杆对电线的弹力的合力与其重力平衡，由几何关系得：Fcosθ＝eq\f(mg,2)，即：F＝eq\f(mg,2cosθ)。由于夏季气温较高，电线的体积会膨胀，两电线杆正中部位电线下坠的距离h变大，那么电线在杆上固定处的切线方向与竖直方向的夹角θ变小，故eq\f(mg,2cosθ)变小，所以两电线杆处的电线拉力与冬季相比是变小。电线杆上的电线的质量一定，受力平衡，夏季、冬季电线杆对地面的压力相等。所以选项B、C、D错误，A正确。14.(2022·银川模拟)如下图，轻质弹簧一端系在质量为m＝1kg的小物块上，另一端固定在墙上。物块在斜面上静止时，弹簧与竖直方向的夹角为37°，斜面倾角θ＝37°，斜面与小物块间的动摩擦因数μ＝0.5，斜面固定不动。设小物块与斜面间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，以下说法正确的选项是()A．小物块可能只受三个力B．弹簧弹力大小一定等于4NC．弹簧弹力大小可能等于5ND．斜面对物块支持力可能为零解析：选C由于μmgcos37°＝4N，mgsin37°＝6N，故μmgcos37°＜mgsin37°，假设不受弹簧的压力那么小物块不可能静止，故小物块一定受弹簧的压力，还受重力、斜面支持力和静摩擦力共四个力的作用而平衡，A错误；假设要小物块静止，μ(mgcos37°＋FN)≥6N，解得FN≥4N，故B错误，C正确；由于小物块此时受到的摩擦力大小等于其重力沿斜面向下的分力，不可能为零，所以斜面对小物块的支持力不可能为零，D错误。15.(2022·河北正定中学检测)两个中间有孔质量为M的小球A、B用一轻弹簧相连，套在水平光滑横杆上。两个小球下面分别连一轻弹簧。两轻弹簧下端系在一质量为m的小球C上，如下图。3根轻弹簧的劲度系数都为k,3根轻弹簧刚好构成一等边三角形。以下说法正确的选项是()A．水平横杆对质量为M的小球的支持力为Mg＋mgB．连接质量为m的小球的轻弹簧的弹力为eq\f(mg,3)C．连接质量为m的小球的轻弹簧的伸长量为eq\f(\r(3),3k)mgD．套在水平光滑横杆上的轻弹簧的形变量为eq\f(\r(3),3k)mg解析：选C对整体进行受力分析得，水平横杆对质量为M的小球的支持力FN＝eq\f(1,2)×(2M＋m)g，A错误；对小球C受力分析，设轻弹簧的弹力为F，那么2Fcos30°＝mg，那么F＝eq\f(\r(3),3)mg，B错误；连接质量为m的小球的轻弹簧的伸长量为eq\f(\r(3),3k)mg，C正确；再对A受力分析，设水平轻弹簧的弹力为F′，那么Fcos60°＝F′，故水平轻弹簧的形变量为