专题02-受力分析-共点力的平衡-备战2023年高考物理母题题源解密(全国通用)(原卷版)

专题02受力分析共点力的平衡考向一静态平衡【母题来源一】2022年高考广东卷【母题题文】（2022·广东卷·T1）图是可用来制作豆腐的石磨。木柄静止时，连接的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点，F、和分别表示三根绳的拉力大小，且。下列关系式正确的是（）A. B. C. D.【母题来源二】2022年高考浙江卷【母题题文】（2022·浙江6月卷·T10）如图所示，一轻质晒衣架静置于水平地面上，水平横杆与四根相同的斜杆垂直，两斜杆夹角°。一重为的物体悬挂在横杆中点，则每根斜杆受到地面的（）A.作用力为 B.作用力为C.摩擦力为 D.摩擦力为【命题意图】本题结合生活实际考查受力分析、共点力的平衡条件，涉及正交分解法的简单应用，意在考查考生对力学基本知识的掌握情况，以及运用物理知识解决实际问题的能力。【考试方向】受力分析和共点力的平衡问题是高中物理的基础，也是高考考查的重点。受力分析是解决动力学问题的关键，单独命题时往往和实际问题结合在一起。共点力的平衡问题，单独命题时往往和实际问题结合在一起，但是考查更多的是融入到其他物理模型中间接考查，如，结合运动学命题，或者出现在导轨模型中等。【得分要点】受力分析，要按照一定的顺序进行，特别注意弹力和摩擦力有无以及它们方向的判断。对于共点力的平衡问题，常用方法有：（1）正交分解法：适用于三力或三力以上平衡问题，可用于求解大小、方向确定的力的问题。（2）矢量三角形法：适用于三力平衡问题，该方法有时涉及正弦定理的运用，有时利用矢量三角形和几何三角形的相似性来求解力。注意：涉及滑动摩擦力的四力平衡问题中，可以把滑动摩擦力Ff和正压力FN合成为一个力F，只要Ff和FN方向不变，则F的方向不变。这样就可以把四力平衡转化为三力平衡问题。1．中学物理中的各种性质的力种类大小方向说明重力G＝mg（不同高度、纬度、星球，g不同）竖直向下微观粒子的重力一般可忽略，带电小球、微粒的重力一般不能忽略弹簧的弹力F＝kx（x为形变量）沿弹簧轴线大小、方向都能够发生变化静摩擦力0＜Ff静≤Fmax与相对运动趋势方向相反没有公式，只能由牛顿运动定律求解滑动摩擦力Ff滑＝μFN与相对运动方向相反一般情况下FN≠mg万有引力F＝Geq\f(m1·m2,r2)沿质点间的连线适用于质点之间、质量均匀分布的球体之间引力的求解库仑力F＝keq\f(q1·q2,r2)沿点电荷间的连线适用于真空中点电荷间库仑力的求解电场力F电＝qE正（负）电荷与电场强度方向相同（相反）带电体处于电场中一定受电场力安培力F＝BIL当B∥I时，F＝0左手定则，安培力（洛伦兹力）的方向总是垂直于B与I（或B与v）决定的平面电流或电荷处于磁场中不一定受磁场力洛伦兹力F洛＝qvB当B∥v时，F洛＝02．受力分析的常用方法（1）整体法与隔离法整体法隔离法概念将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力（2）假设法在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在或不存在的假设，然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在。（3）转换研究对象法当直接分析一个物体的受力不方便时，可转换研究对象，先分析另一个物体的受力，再根据牛顿第三定律分析该物体的受力。考向二动态平衡及平衡的临界极值问题【母题来源三】2022年高考浙江卷【母题题文】（2022·浙江1月卷·T5）如图所示，学校门口水平地面上有一质量为m的石墩，石墩与水平地面间的动摩擦因数为，工作人员用轻绳按图示方式匀速移动石墩时，两平行轻绳与水平面间的夹角均为，则下列说法正确的是（）A.轻绳的合拉力大小为B.轻绳的合拉力大小为C.减小夹角，轻绳的合拉力一定减小D.轻绳的合拉力最小时，地面对石墩的摩擦力也最小【母题来源四】2022年高考河北卷【母题题文】（2022·河北·T7）如图，用两根等长的细绳将一匀质圆柱体悬挂在竖直木板的点，将木板以直线为轴向后方缓慢转动直至水平，绳与木板之间的夹角保持不变，忽略圆柱体与木板之间的摩擦，在转动过程中（）A.圆柱体对木板的压力逐渐增大 B.圆柱体对木板的压力先增大后减小C.两根细绳上的拉力均先增大后减小 D.两根细绳对圆柱体拉力逐渐增大【命题意图】本题结合生活实际考查动态平衡及平衡的临界极值问题，意在考查考生推理能力，以及运用物理知识解决实际问题的能力。【考试方向】动态平衡及平衡的临界极值问题是相互作用的难点，考查中多在新情境中考查，与生产、生活实际相联系的的平衡问题。主要表现在将实际情境抽象成物理模型。【得分要点】求解动态平衡及平衡的临界极值问题一定要掌握以下方法1．动态平衡问题分析方法2．分析动态平衡中极值与临界问题三种方法1．（2022·四川省内江市第六中学模拟预测）如图所示，木块、和沙桶通过不可伸长的轻质细绳和轻质光滑滑轮连接，处于静止状态。其中细绳的端与滑轮的转轴连接，端固定于天花板上。现向沙桶内加入少量沙子后，系统再次处于平衡状态。下列关于各物理量变化的说法，正确的是（

）A．斜面对木块的摩擦力增大B．细绳对沙桶的拉力不变C．地面对斜面体的支持力增大D．绳与竖直方向的夹角增大2．（2022·安徽淮北·二模）如图所示，质量为m的手机静置在支架斜面上，斜面与水平面的夹角为，手机与接触面的动摩擦因数为，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A．支架对手机的作用力方向垂直于斜面向上，大小为mgcosB．支架斜面对手机的摩擦力大小为，方向沿斜面向上C．手持支架向左做匀速直线运动且手机与支架间无相对滑动，手机所受摩擦力水平向右D．手持支架向上做匀速直线运动且手机与支架间无相对滑动，支架对手机的作用力方向竖直向上，大小为mg3．（2022·上海黄浦·二模）如图，一粗糙斜面固定在地面上，一细绳一端悬挂物体P，另一端跨过斜面顶端的光滑定滑轮与物体Q相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力F缓慢拉动P至细绳与竖直方向成45°角，Q始终静止，设Q所受的摩擦力大小为f、在这一过程中（）A．F一定增大、f一定增大B．F可能不变、f一定增大C．F一定增大、f可能先减小后增大D．F可能不变、f可能先减小后增大4．（2022·黑龙江·哈尔滨三中模拟预测）哈尔滨太阳岛是全国著名的旅游景点，太阳岛上的太阳桥图1是国内设计最为独特的桥梁之一，它位于太阳岛靠松花江处的河口，桥塔为单个斜臂桥塔，斜拉索全集中在桥塔的钝角一侧。太阳桥全长460米，宽15.5米，主塔高93.5米，悬索30根，是亚洲第一座钢结构独塔无背双索面斜拉桥。太阳桥的受力原理可以简化为图2所示结构，均匀桥板aO重为G，三根平行钢索均与桥面成30°角，间距ab=bc=cd=dO，桥板a点不受地面作用力，O为可自由无摩擦转动的转轴，若每根钢索受力相同，则每根钢索受力大小为（）A． B． C． D．G5．（2022·上海嘉定·二模）如图所示，一根粗糙的水平横杆上套有A、B两个轻环，系在两环上的等长细绳将书本静止悬挂，现将两环距离变大后书本仍处于静止状态，若杆对A环的支持力为FN，杆对A环的摩擦力为Ff，则（）A．FN减小，Ff不变 B．FN减小，Ff增大C．FN不变，Ff不变 D．FN不变，Ff增大6．（2022·北京·清华附中三模）如图，黑板擦在手施加的恒力F作用下匀速擦拭黑板。已知黑板擦与竖直黑板间的动摩擦因数为μ，不计黑板擦的重力，则它所受的摩擦力大小为（）A．μF B． C． D．7．（2022·湖南岳阳·模拟预测）如图所示，质量为的物块A静置于水平台面上，质量为的半球体C静置于水平地面上，质量为m的光滑小球B（可视为质点）放在半球体C上，P点为三根轻绳PA、PB、PO的结点。系统在图示位置处于静止状态，P点位于半球体球心的正上方，PO竖直，PA水平，PB刚好与半球体相切且与竖直方向的夹角。已知物块A与台面间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g，则（）A．绳的拉力大小为B．受到的摩擦力大小为C．受到的摩擦力大小为D．地面对的支持力大小为8．（2022·上海交大附中模拟预测）如图所示，一定质量的风筝用绳子固定于地面P点，风产生的力F垂直作用于风筝表面AB，并支持着风筝使它平衡。已知绳与水平地面的夹角α和风筝与水平面的夹角φ都为锐角，不计绳子所受的重力，设绳子产生的拉力为T，则T和F的大小关系是（）A．T一定小于F B．T一定等于FC．T一定大于F D．以上三种情况都有可能9．（2022·青海·海东市第一中学二模）如图甲所示，一名登山爱好者正沿着竖直崖壁向上攀爬，绳的一端固定在较高处的A点，另一端拴在人的腰间C点（重心处）。在人向上攀爬的过程中可以把人简化为乙图所示的物理模型：脚与崖壁接触点为O点，人的重力G全部集中在C点，O到C点可简化为轻杆，AC为轻绳。已知OC长度不变，人向上攀爬过程中的某时刻AOC构成等边三角形，则（）A．轻绳对人的拉力与人对轻绳的拉力是一对平衡力B．在此时刻，轻绳对人的拉力大小等于GC．在虚线位置时，轻绳AC承受的拉力更小D．在虚线位置时，OC段承受的压力不变10．（2022·山西·怀仁市第一中学校模拟预测）某班物理兴趣小组在研究三力作用下的平衡问题时，设计了如图所示的简单而常见的情景模型：将一可视为质点的质量为m的小球用轻质柔软的细线悬挂于天花板上的O点，在外力F、细线拉力FT和重力mg的作用下处于平衡状态。细线与竖直方向的夹角为，与F的夹角为，开始时F水平。小组成员经过讨论形成了如下结论，你认为正确的是（）

A．保持θ角及小球位置不变，逐渐缓慢减小角直至F竖直向上，则F、FT都逐渐减小B．保持F水平，逐渐缓慢增大θ角，则F、FT都逐渐增大C．保持角不变，逐渐缓慢增大θ角，直至悬线水平，则FT逐渐减小，F逐渐增大D．只增加细线的长度，其他条件不变，F、FT都减小11．（2022·四川·遂宁安居育才卓同国际学校模拟）如图所示，轻绳MN的两端固定在水平天花板上，物体m1系在轻绳MN的某处，悬挂有物体m2的光滑轻滑轮跨在轻绳MN上。系统静止时的几何关系如图。则m1与m2的质量之比为（）A．1：1 B．1：2 C．1： D．：212．（2022·湖南岳阳·模拟）如图所示，质量为的物块A静置于水平台面上，质量为的半球体C静置于水平地面上，质量为m的光滑小球B（可视为质点）放在半球体C上，P点为三根轻绳PA、PB、PO的结点。系统在图示位置处于静止状态，P点位于半球体球心的正上方，PO竖直，PA水平，PB刚好与半球体相切且与竖直方向的夹角。已知物块A与台面间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g，则（）A．绳的拉力大小为B．受到的摩擦力大小为C．受到的摩擦力大小为D．地面对的支持力大小为13．（2022·湖北武汉·模拟）如图所示，MON是一固定在竖直平面内的“∧”形框架，框架光滑且足够长，MO、NO与竖直方向的夹角均为。A、B两个轻质小环分别套在MO、NO上，两根轻绳的一端分别系在A、B环上，另一端分别连接质量均为m的小球C、D。小球C、D之间再用一轻绳相连。当两个小球静止时，连接小球C、D的轻绳的张力大小为（）A． B． C． D．14．（2022·河南·洛宁县第一高级中学模拟）劳动教育应从娃娃抓起，如图所示，一位小朋友在家用拖把拖地，拖把头的质量为，拖杆的质量可以忽略，小朋友沿杆方向对拖把头施加大小为的推力，此时推力与水平方向的夹角为，拖把头沿水平地面做匀速直线运动，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（）A．地面对拖把头的支持力与拖把头受到的重力大小相等B．拖把头对地面的摩擦力大于C．若只增大推力，则拖把头受到的摩擦力一定增大D．拖把头与地面间