考向04受力分析共点力平衡-2023年高考物理一轮复习考点微（全国通用）（解析版）

考向04受力分析共点力平衡

【重点知识点目录】

1.物体的受力分析

2.解决平衡问题的常用方法

3.解决动态平衡问题的常用方法

4.平衡中的临界和极值问题

1.（2021•广东）唐代《耒相经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力。设牛用

大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁，F与竖直方向的夹角分别为a和0,a<p,

如图所示。忽略耕索质量，耕地过程中，下列说法正确的是（）

曲辕犁直辕犁

A.耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大

B.耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大

C.曲辕犁匀速前进时，耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力

D.直辕犁加速前进时，耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力

【答案】Bo

【解析】解：A、耕索对曲辕犁拉力的水平分力大小为Fi=Fsina,耕索对直辕犁拉力的

水平分力大小为F2=Fsinp,由于a<0,则耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁拉

力的水平分力小，故A错误；

B、耕索对曲辕犁拉力的在竖直方向的分力大小为Fi'=Fcosa,耕索对直辕犁拉力的竖

直方向分力大小为F2'=FCOS0,由于a<0,则耕索对曲辕犁拉力的竖直方向的分力比

对直辕犁拉力在竖直方向的分力大，故B正确;

曲辕犁直辕犁

CD、无论曲辕犁匀速前进或直辕犁加速前进，耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力属于物

体间的相互作用力，总是大小相等、方向相反，故CD错误。

2.（2020•浙江）如图是“中国天眼”500m口径球面射电望远镜维护时的照片。为不损伤

望远镜球面，质量为m的工作人员被悬在空中的氨气球拉着，当他在离底部有一定高度

的望远镜球面上缓慢移动时，氮气球对其有大小为$mg、方向竖直向上的拉力作用，使

6

其有“人类在月球上行走”的感觉，若将人视为质点，此时工作人员（）

A.受到的重力大小为^mg

B.受到的合力大小为2mg

6

C.对球面的压力大小为工mg

6

D.对球面的作用力大小为-Img

6

【答案】D。

【解析】解：A、工作人员的质量为m,则工作人员受到的重力为：G=mg,故A错误；

B、工作人员在球面上缓慢行走，处于平衡状态，合力为0,故B错误；

C、工作人员站在的球面位置不水平，对球面的压力不等于工1ng，故C错误；

6

D、球面对工作人员的作用力为F,由平衡条件得：旦1ng+F=mg,解得：F小mg，根

66

据牛顿第三定律可得，工作人员对球面的作用力大小为F'=F=lnig,故D正确。

6

3.（2020•全国）用两根长度相等的轻绳将一吊灯悬挂在天花板下，轻绳与竖直方向的夹角

均为30°,绳的张力大小分别为T1和T2,如图（a）所示。现将其中一根绳的悬挂点移

到竖直墙面上，绳沿水平方向张紧，另一根绳仍与竖直方向成30°夹角，两绳的张力大

小分别为T1'和T2',如图（b）所示。则（）

A.Ti'=Ti,T2'=2T2B.TI'=2TI,T2'=3T2

C.T「=2TI,T2'=2T2D.TI'=2Ti,T2'=T2

【答案】D。

【解析】解：图（a）和图（b）两个图中的吊灯都受到重力、两根轻绳的拉力，如图1,

图2所示：

图1图2

对于图1,竖直方向根据平衡条件可得：Ticos300+T2cos30°=mg,根据对称性可知Ti

=T2,

解得：Ti=T2=%=®mg

V33

对于图2,根据平衡条件可得：T/=—三_=2器，T2'=mgtan30°=但嗯

cos30v33

所以=2Ti,T2'=T2,故ABC错误、D正确。

（1）受力分析步骤

物体的受力分析是解决力学问题的基础，同时也是关键所在，一般对物体进行受力分析

的步骤如下：

①明确研究对象。

在进行受力分析时，研究对象可以是某一个物体，也可以是保持相对静止的若干个物体。

在解决比较复杂的问题时，灵活地选取研究对象可以使问题简化。研究对象确定以后，

只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力（既研究对象所受的外力），而不分析研

究对象施予外界的力。

②按顺序找力。

必须是先场力（重力、电场力、磁场力），后接触力；接触力中必须先弹力，后摩擦力

（只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力）。

③画出受力示意图，标明各力的符号。

④需要合成或分解时，必须画出相应的平行四边形。

注意：

①只分析物体受到的力，不分析物体力对其他物体的力。只分析外力,不分析内力。性质力

和效果力不可重复分析。分力与合力不可重复分析。

②物体处于平衡状态时，所受合力一定为零，物体所受合力为零时,也一定处于平衡状态，即

合力为零是平衡状态的充要条件。

③三力首尾相连，构成封闭三角形。

（2）隔离法与整体法

①整体法：以几个物体构成的整个系统为研究对象进行求解。在许多问题中用整体法比

较方便，但整体法不能求解系统的内力。

②隔离法：从系统中选取一部分（其中的一个物体或两个物体组成的整体，少于系统内

物体的总个数）进行分析。隔离法的原则是选取受力个数最少部分的来分析。

③通常在分析外力对系统作用时，用整体法；在分析系统内各物体之间的相互作用时，

用隔离法。有时在解答一个问题时要多次选取研究对象，需要整体法与隔离法交叉使用。

注意：本考点考查考生的基本功：受力分析，受力分析是处理力学问题的关键和基础，

所以要熟练掌握物体受力分析的一般步骤和方法。

（3）三力平衡的基本解题方法

①力的合成、分解法：即分析物体的受力，把某两个力进行合成，将三力转化为二力，

构成一对平衡力，二是把重力按实际效果进行分解，将三力转化为四力，构成两对平衡

力。

②相似三角形法：利用矢量三角形与几何三角形相似的关系，建立方程求解力的方法。

应用这种方法，往往能收到简捷的效果。

（4）多力平衡的基本解题方法：正交分解法

利用正交分解方法解体的一般步骤：

①明确研究对象；

②进行受力分析；

③建立直角坐标系，建立坐标系的原则是让尽可能多的力落在坐标轴上，将不在坐标轴

上的力正交分解；

④x方向，y方向分别列平衡方程求解。

注意：求解平衡问题关键在于对物体正确的受力分析，不能多力，也不能少力，对于三

力平衡，如果是特殊角度，一般采用力的合成、分解法，对于非特殊角，可采用相似三

角形法求解，对于多力平衡，一般采用正交分解法。

（5）动态平衡

求解三个力的动态平衡问题，一般是采用图解法，即先做出两个变力的合力（应该与不

变的那个力等大反向）然后过合力的末端画方向不变的那个力的平行线，另外一个变力

的末端必落在该平行线上，这样就能很直观的判断两个变力是如何变化的了，如果涉及

到最小直的问题，还可以采用解析法，即采用数学求极值的方法求解。

（6）连接体的平衡问题

当一个系统（两个及两个以上的物体）处于平衡状态时，系统内的每一个物体都处于平

衡状态，当求系统内各部分相互作用时用隔离法（否则不能暴露物体间的相互作用），

求系统受到的外力时，用整体法，即将整个系统作为一个研究对象，具体应用中，一般

两种方法交替使用。

（7）平衡的临界问题

由某种物理现象变化为另一种物理现象或由某种物理状态变化为另一种物理状态时，发

生转折的状态叫临界状态，临界状态可以理解为"恰好出现"或“恰好不出现”某种现象的状

态。平衡物体的临界状态是指物体所处的平衡状态将要发生变化的状态。往往利用“恰

好出现"或“恰好不出现”的条件。

（8）平衡的极值问题

极值是指研究平衡问题中某物理量变化情况时出遭到的最大值或最小值。可分为简单极

值问题和条件极值问题。

共点力作用下物体的平衡条件

①物体受到的合外力为零。即F合=0；其正交分解式为F合x=0；F合y=0；

②某力与余下其它力的合力平衡（即等值、反向）。

二力平衡：这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，并作用于同一物

体。

（栗注意与一对作用力与反作用力的区别）。

三力平衡：三个力的作用线（或者反向延长线）必交于一个点，且三个力共面。

称为汇交共面性。其力大小符合组成三角形规律。

三个力平移后构成一个首尾相接、封闭的矢量形；任意两个力的合力与第三个

力等大、反向（即是相互平衡）。

（2）物体平衡条件的相关推论

①二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小相

等，方向相反。

②三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任意两个力的合

力一定与第三个力大小相等、方向相反。

③多力平衡:如果物体受多个力作用处于平衡状态，其中任何一个力与其余力的合

力大小相等，方向相反。

④非平行的三个力作用于物体而平衡，则这三个力一定共点。

⑤几个共点力作用于物体而平衡，其中任意几个力的合力与剩余几个力（一个力）

的合力一定等值反向。

三力汇交原理：当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时，这三个力必交于

—占•

，、、、*

说明：

①物体受到N个共点力作用而处于平衡状态时，取出其中的一个力，则这个力

必与剩下的（N-1）个力的合力等大反向。

②若采用正交分解法求平衡问题，则其平衡条件为：FX合=0,FY合=0;

求解平衡问题的一般步骤：选对象，画受力图，建坐标，列方程。

,易错,，

易错题【01】

受力分析时容易漏掉力，受力分析不全面

易错题【02】

解题方法选择不恰当，比如正交分解，正弦定理，三角形相似等方法，在不同

的情境下选择不同的解题方法。

易错题【03】

在动态分析时，不能准确画出力的矢量图，在判断力如何变化时容易错

易错题【04】

这类题型对数学的三角函有一定的要求，容易因不熟悉相关数学知识而出错。

4.(2022•定远县校级一模)如图所示，清洗楼房玻璃的工人常用根绳索将自己悬在空中，

工人及其装备的总重量为80kg,当悬绳与竖直墙壁的夹角为30°,悬绳对工人的拉力大

小为FT,墙壁对工人的弹力大小为FN,忽略一切摩擦，重力加速度g取10m/s24iJ()

A.FT=1600N

B.FN=800N

C.若缓慢减小悬绳的长度，FT与FN的合力不变

D.若缓慢减小悬绳的长度，FT减小，FN增大

【答案】Co

【解析】解：A.工人受重力、支持力和拉力三个力的作用，如图所示，支持力与水平方

向成60°角；由数学知识得an600=器，则得到F„=~唯k=

trN

FNtan60

跑泮N=80°百N，故A错误。

V33

B.由数学知识得sin60°=詈，则F；晶亭段~储吗遂N,故B错误。

1~2~

C.根据平衡条件，无论悬索的长度增加或减小，FT与FN的合力始终等于重力，大小和方

向都不不变，故C正确。

D.若缓慢减小悬绳的长度，悬绳与竖直墙壁的夹角将增大，采用作图法来分析；作出如

图右下所示力的动态平衡图，由图知，拉力FT、支持力FN都增大，故D错误.

（多选）5.（2021•湖北）如图所示，一匀强电场E大小未知、方向水平向右。两根长度

均为L的绝缘轻绳分别将小球M和N悬挂在电场中，悬点均为O。两小球质量均为m、

带等量异号电荷，电荷量大小均为q（q>0）。平衡时两轻绳与竖直方向的夹角均为。

=45°。若仅将两小球的电荷量同时变为原来的2倍，两小球仍在原位置平衡。已知静

电力常量为k,重力加速度大小为g,下列说法正确的是（）

【答案】BCo

【解析】解：AB、两小球带等量异号电荷，根据“异种电互相吸引”可知两个小球相互

吸引，所以匀强电场对M的电场力方向向左，故M带负电；匀强电场对N的电场力方

向向右，故N带正电，故A错误、B正确;

CD、设匀强电场的电场强度为E,根据几何关系可得两个小球之间的距离为：r=J，L;

当两个小球带电荷量大小均为q时，对M受力分析如图所示，根据平衡条件可得：

（qE-F库）tan0=mg,其中F库二女

仅将两小球的电荷量同时变为原来的2倍，两小球仍在原位置平衡，对M根据平衡条件

可得：

（2qE-F库'）tan0=mg,其中Fj，=公；

r

联立解得：q=L悟,故C正确、D错误。

6.（2022•鹿城区校级模拟）如图，木板AB上固定一垂直于板面的挡板，小球紧靠挡板静

止在木板上，不计球与木板和挡板间的摩擦。现保持木板A端的位置不变，缓慢抬高木

A.木板和挡板对球作用力的合力增大

B.球对木板的压力减小

C.球对挡板的压力先增大后减小

D.球对挡板的压力大小不变

【答案】B«

【解析】解：A、小球处于平衡状态，木板和挡板对球作用力的合力始终等于小球的重力，

故保持不变，故A错误；

BCD、小球受到木板的作用力Fi和挡板的作用力F2,由平衡条件可得：

Fi=mgcos6

F2=mgsin0

缓慢太高木板B端的过程中，e增大，则Fi减小，F2增大，故球对木板的压力减小，球

对挡板的压力增大，故B正确，CD错误；

7.（2022•山东模拟）如图所示，置于水平地面上的竖直圆形金属环内用三根细绳OA、OB、

OC悬挂一质量为物体，物体可看做质点。OB绳处于水平方向，NAOB=120°,设OA、

OB绳的拉力大小为Fi、F2,现将金属圆环在竖直面内缓慢逆时针转过90。，在此过程

中（）

B.Fi一直增大

C.F2先增大后减小D.F!先增大后减小

【答案】C»

【解析】解：由题图对O点受力分析，由平衡条件可得，三个力组成矢量三角形平衡图,

如图所示:

由图可知，将金属圆环在竖直面内缓慢逆时针转过90°,绳OC的拉力大小和方向都不

变，可知。角增大，F2先增大后减小，Fi一直减小，故ABD错误，C正确;

8.（2022•辽宁模拟）如图所示，倾角为。的固定细杆上套有一小球P,小球P可以沿细杆

滑动，另一个小球Q通过轻质细线与小球P连接，当对小球Q施加一个水平向右的作用

力F时细线恰好与细杆垂直，两小球均处于静止状态。已知两小球的质量相同，重力加

速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则小球P和细杆之间动摩擦因数的最小值为

Asin8cos8Bsin8cos8

cos29+1sin29+1

Csin8cos8Dsin8cos8

cos9+1sin8+1

【答案】Ao

【解析】解：对小球Q受力分析，设细线的拉力为T,水平方向有：Tsin6=F

竖直方向上：Tcos0=mg

解得：T二受

COS0

对小球P进行受力分析，则

沿细杆方向上：mgxinO=f

垂直细杆方向有：N=mgcos0+T=mgcos0+―

cos0

又因为f=pN

联立解得：呼血8咨6.,故A正确，BCD错误；

cos29+1

9.（2022•山东模拟）如图所示，将两个相同的木块P、Q置于粗糙斜面上，P、Q中间有

一处于压缩状态的弹簧，弹簧不与P、Q栓接。木块P受到一个沿斜面向下的恒定拉力F,

P、Q均静止。下列说法正确的是（）

A.P一定受到5个力的作用

B.Q一定受到4个力的作用

C.只移去弹簧后P可能会沿斜面下滑

D.只移去弹簧后P所受摩擦力可能不变

【答案】Ao

【解析】解：A、P受到力有：竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力、沿斜面向下的

弹簧弹力、沿斜面向上的摩擦力及沿斜面向下的拉力，共五个力，故A正确；

B、Q受到力有：竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力、眼斜面向上的弹簧弹力，若

弹簧弹力与重力沿斜面的分力相等时，斜面对Q的摩擦力为零，所以Q可能受到三个力

或四个力，故B错误；

C,P具有沿斜面下滑的趋势，弹簧弹力沿斜面向下，若撤去弹簧弹力，静摩擦力减小,

P一定保持静止，故C错误：

D、弹簧弹力、拉力、重力的下滑分力沿斜面向下，摩擦力沿斜面向上，合力为零。移去

弹簧后P沿斜面的下滑趋势减小，所受摩擦力减小，故D错误。

10.（2022春•浙江期中）如图所示，将两个质量分别为m、2m的小球a、b用细线相连后，

再用细线悬挂于。点。用力F拉下侧小球b,使两个小球在图示位置处于静止状态，且

细线0a与竖直方向的夹角保持9=30°,则力F达到最小值时细线0a上的拉力为（）

C.3mgD.3mg

24

【答案】A«

【解析】解：以两个小球组成的整体为研究对象，分析受力，作出F在三个方向时整体

的受力图,

根据平衡条件得知：F与T的合力与重力3mg总是大小相等、方向相反，由力的合成图

可知，当F与绳子0a垂直时，F有最小值，即图中2位置，根据平衡条件得

故A正确，BCD错误:

11.（2022•湖南模拟）如图所示，两轻质肩带将裙子对称地悬挂在三角形衣架上晾晒每根

肩带倾斜，A处与衣架臂的夹角为0,则（）

B

A.若8=90°,裙子受5个力作用

B.若。=90°,A处肩带所受支持力小于肩带的拉力大小

C.若。＞90°,A处肩带所受的摩擦力等于肩带的拉力

D.若。＞90。，A处肩带所受支持力小于肩带的拉力大小

【答案】D»

【解析】解：A、若。=90°,肩带对晾衣架的弹力与腺衣架垂直，则二者间没有摩擦力,

故裙子受重力和两个弹力，故A错误；

B、若。=90°,A处肩带所受支持力和肩带的拉力是一对作用力和反作用力，大小相等，

故B错误；

C、若。＞90°,A处肩带对晾衣架的弹力存在斜向下的分力，该分力等于肩带所受的摩

擦力，故C错误；

D、若。＞90°,A处肩带所受支持力等于肩带的拉力垂直于晾衣架的分力，则A处肩带

所受支持力小于肩带的拉力大小，故D正确。

12.（2022•沧州二模）如图所示，四根等长的细绳一端分别系于水桶上关于桶面圆心对称

的两点，另一端被两人用同样大小的力Fi、F2提起，使桶在空中处于静止状态，其中F1、

F2与细绳之间的夹角均为。，相邻两细绳之间的夹角均为a,不计绳的质量，下列说法正

确的是（）

A.保持0角不变，逐渐缓慢增大a角，则桶所受合力逐渐增大

B.保持。角不变，逐渐缓慢增大a角，则细绳上的拉力逐渐增大

C.若仅使细绳长变长，则细绳上的拉力变大

D.若仅使细绳长变长，则Fi变大

【答案】Bo

【解析】解：AB、保持。角不变，逐渐增大a角，由于桶的重力不变，则Fi、F2会变

大，绳上的拉力变大，但桶处于平衡状态，合力为零，故A错误、B正确；

CD、保持a角不变，则Fi、F2大小不变，若仅使绳长变长，则。角变小，根据平行四

边形法则可知，绳上的拉力变小，故CD错误。

13.（2022•浙江三模）我国元宵节素有猜灯谜的习俗。如图所示，用1、2、3、4四根轻质

细绳悬挂三个质量相等的彩灯，其中最右端的绳子沿水平方向，绳1和绳3与竖直方向

B.COS0I=3COS03

C.tan03=3tan0i

D.绳1拉力一定是绳3拉力的2倍

【答案】Co

【解析】解：对三个彩灯整体受力分析，受重力和1、4两个轻绳的拉力，如图1所示:

根据平衡条件，有：T4=3mgtan0i

再对最下面的彩灯受力分析，受重力和两个轻绳的拉力，如图2所示:

图2

根据平衡条件结合图中几何关系可得：

T3cos03=mg,

T3sin03=T4>

联立解得：T4=mgtan03

所以有：3mgtan。i=mgtan03

BP：tan03=3tan0i,故C正确、ABD错误。

J提升前

14.（2022春•恩施州期中）如图所示，A,B两木块放在粗糙水平面上，它们之间用不可

伸长的轻绳相连，两次连接情况中轻绳倾斜方向不同，已知两木块与水平面间的动摩擦

因数分别为RA和“B,且0<UB<“A,先后用水平拉力Fi和F2拉着A、B一起水平向右

匀速运动，则匀速运动过程中（）

D.无法确定

【答案】Ao

【解析】解：设两绳子与水平夹角为。，对第一个图进行受力分析，根据平衡条件可得:

Fl=fA+fB

其中：fA=HA(niAg-Tisin0),fB="B(mBg+Tisin。)

联立解得:Fi=|iAinAg+HBmBg+(|1B-|1A)TisinQ

同理可知，第二个图的拉力：F2=|iAmAg+UBmBg-(HB-|IA)TisinQ

由题意可知0<NB<RA可知，FI<F2,故BCD错误，A正确.

15.（2021秋•临沐县期末）如图所示，在一水平面上放置了一个顶端固定有滑轮的斜面,

物块B、C重叠放置在斜面上，细绳的一端与B物块相连，另一端有结点O,结点处还

有两段细绳，一段连接重物A,另一段用外力F拉住。现让外力F将物块A缓慢向上运

动，拉至00'水平，拉动过程中始终保证夹角a=120°,且绳子0。始终拉直，物块B

和C以及斜面体始终静止，则下列说法正确的是（）

A.绳子00'的拉力始终增大

B.B对C的摩擦力可能在减小

C.斜面对B的摩擦力可能先增大后减小

D.地面对斜面体的摩擦力可能先减小后增大

【解析】解：A、以结点0为研究对象，受到两段细绳的拉力和外力F,其中0A段的拉

力大小等于mg,如图所示；

根据平衡条件解得正弦定理可以推导出:一V：—^，由于。和mg不变,则一^

sinBsinClsinP

为定值；

让外力F将物块A缓慢向上运动，拉至OCT水平的过程中，0的变化范围为60°〜150°,

所以sin0先增大后减小，所以绳子00,的拉力先增大后减小，故A错误；

B、对C受力分析，B对C的摩擦力始终等于C的重力沿斜面向下的分力，一直不变，

故B错误；

C、对B、C整体受力分析可知，沿斜面方向根据平衡条件可知，斜面对B的摩擦力大小

等于绳子00,的拉力与B、C重力沿斜面向下分力的合力，绳子OCT的拉力先增大后减小，

所以斜面对B的摩擦力可能先增大后减小，故C正确；

D、对B、C以及斜面整体分析，绳子对整体水平方向的拉力先增大后减小，则地面对斜

面体的摩擦力先增大后减小，故D错误。

16.（2022•凌源市开学）如图所示为两个挡板夹一个小球的纵截面图，每个挡板和竖直方

向的夹角均为0.挡板与小球间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，小球静止不动，小球的质

量为m,与两挡板之间的动摩擦因数均为H，重力加速度为g,则每个挡板弹力N的范

围是（）

A.WNW_________ID?_________

2(sin8+cos8)2(sin8-Wcos8)

B...................———................—

sin9+M-cos9sin©-cos9

C.-------------------------------------------WNW-----------------

sin6+P-cos6sin6-P-cos6

D.-_…二％

sin©+l-tcos0l-tcos0

【答案】Ao

【解析】解：挡板对小球的压力最小时，小球受力如图所示,

小球受力平衡，由平衡条件得2Nminsin0+2fcos0=mg,

最大静摩擦力F=FlNmin,

联立并代入数据得Nmin=mg

2(sin8+|1cos8)

挡板对小球的压力最大时，摩擦力沿挡板向下，由平衡条件得2Nmaxsin9=2『cose+mg,

最大静摩擦力f，=|lNma:

联立并代入数据得Nmaxmg

2(sin8-11cos0)

则每个挡板对小球的压力N的取值范围为/.小嗯-----------<NW

2(sin8+乩cos0)

mg故BCD错误，A正确。

2(sin9-Ucos8)

（多选）17.（2022•武陵区校级模拟）如图，两个半径均为r的光滑球a、b放在半径为R

（R>2r）的半球形容器内，均静止时a、b与半球的接触点P、Q与半球球心O的连线

与水平方向的夹角为a和B（a<p）若两球的质量用ma、mb,两球对容器的压力大小

用FNa、FNb表示，则（）

B—a=cosB

mbcosa

D=cosB

FNbcos。

【解析】解：分别对光滑球a、b的受力分析如图所示，其中：Fab与Fba是球a、b之间

相互作用的弹力，这两个力均沿着两球圆心的连线AB,容器对两球的支持力分别为F'

Na、F'Nb,两球的重力分别为mag、mbg。

根据平衡条件，球a受到的三个力可围成力的矢量三角形（图中蓝色三角形），此矢量

三角形与几何三角形△OAC相似（点A、B分别为球a、b的球心，OC沿竖直方向），

则可得:

mag=FNa_Fab

-0^-0A-Ic"

同理，球b受到的三个力也可围成力的矢量三角形（图中红色三角形），此矢量三角形

与几何三角形AOBC相似，则可得：

叱g_FNbJba

~6c~~OB

由几何关系得：OA=r-R,OB=r-R,可得：OA=OB

乂有Fab与Fba是一对相互作用力，即Fab=Fba

可得：&叁

mbFNbAC

根据正弦定理，

在aOAC中有：4-=——”—

sin（900-a）sin/OCA

在△OBC中有：里-=——皿——

sin（900-P）sin/OCB

因为NOCA+NOCB=180°,所以sinNOCA=sinNOCB

可得：BC二cosB

ACcosa

则有：区上g=cosB

mbFMbcosa

TTIT，o

由牛顿第三定律可得：一强=_11=£2且邑，故BD正确，AC错误。

FNbFNbcos。

（多选）18.（2022•河南三模）如图所示，光滑的轻滑轮通过支架固定在天花板上，一足

够长的细绳跨过滑轮，一端悬挂小球b,另一端与套在水平细杆上的小球a连接。在水平

拉力F作用下小球a从图示虚线位置开始缓慢向右移动（细绳中张力大小视为不变）。

已知小球b的质量是小球a的2倍，滑动摩擦力等于最大静摩擦力，小球a与细杆间的

动摩擦因数为近.则下列说法正确的是（）

3

B.支架对轻滑轮的作用力大小逐渐增大

C.拉力F的大小一直增大

D.拉力F的大小先减小后增大

【答案】ACo

【解析】解：A、当细绳与细杆的夹角为60°时，拉力F的大小为:F=2mg(cos0+psin0)

-|img=2mg(cos60°+^^-sin60°)-^^-mg=(2-mg.故A正确；

B、向右缓慢拉动的过程中，两个绳子之间的夹角逐渐增大，绳子的拉力不变，所以绳子

的合力减小，则绳子对滑轮的作用力逐渐减小，根据共点力平衡的条件可知，支架对轻

滑轮的作用力大小逐渐减小，故B错误：

CD、设a的质量为m,则b的质量为2m；以b为研究对象，竖直方向受力平衡，可得

绳子拉力始终等于b的重力，即T=2mg,保持不变；

以a为研究对象，受力如图所示，

设绳子与水平方向夹角为。，支持力FN=2mgsin。-mg,向右缓慢拉动的过程中，6角

逐渐减小；

水平方向：F=f+2mgcos0=2mgcos0+n(2mgsin0-mg)=2mg(cosO+|isin0)-pmg

Eh：cos0+nsin0=cos0+^^-sin0=—^=-(sin60°cos0+cos6O°sin0)=—^sin(60°+0)

3V3V3

由于。从90°开始逐渐减小，可知。增大，则(600+0)从150°逐渐减小时sin(60°

+0)逐渐增大；

当9<30°后，F=f+2mgcos0=2mgcos0+p(mg-2mgsin0)=2mg(cos0-nsin0)+pmg

由于：cos0-Lisin0=cos0-^^-sin0=—(cos60°cos0-sin60°sinO)=&cos(60°

3V3

+9)

当e从30°逐渐减小的过程中，cos(60°+6)逐渐增大，所以当。从30°逐渐减小的

过程中F仍然逐渐增大。

可知水平拉力一直增大；故C正确，D错误;

19.(2021秋•新邱区校级期末)如图甲所示，轻杆OB可绕B点自由转动，另一端O点用

细绳0A拉住，固定在左侧墙壁上，质量为m的重物用细绳OG悬挂在轻杆上的O点。

OA与轻杆的夹角NBOA=30°,轻杆OB水平。图乙中水平轻杆OB一端固定在竖直墙

壁上，另一端O装有小滑轮,用一根细绳跨过滑轮后悬挂一质量为m的重物。图中/BOA

（1）图甲、乙中细绳0A的拉力各是多大？

（2）图甲中轻杆受到的弹力是多大？

（3）图乙中轻杆对滑轮的作用力是多大？

【答案】（1）图甲、乙中细绳0A的拉力分别为2mg、mg；

（2）图甲中轻杆受到的弹力是J§mg；

（3）图乙中轻杆对滑轮的作用力是mg。

【解析】解（1）图甲中,以0点为研究对象，受力分析，根据平衡条件得:

T=.器。=2mg，N=mgcot30。=Emg,

图乙中，对绳子上的O点，受力平衡，有：T=mg,

（2）由牛顿第三定律：图甲中OB杆受到的弹力N'=N=V3mg

（3）乙图中，由题意可得，对0点受力分析：

F

取

、、

、、

滑轮受到绳子的作用力应为图中两段绳中拉力Fi和F2的合力F,

因同一根绳张力处处相等，都等于物体的重量，即Fi=F2=G=mg。

用平行四边形定则作图，由于拉力Fi和F2的夹角为120°,则由几何知识得：F=mg。

20.(2022春•西城区校级期中)如图1,一杂技演员利用动滑轮让自己悬挂在细绳的最低

点以完成各种杂技表演。绳子两端分别固定在两根竖直杆上的a、b两点，绳子的质量可

忽略不计，绳子不可伸长。己知杂技演员的质量为m,重力加速度为go当杂技演员静

止不动时，绳与水平方向夹角为a。不计动滑轮重力和动滑轮与绳间的摩擦。

(1)若保持绳子a端、b端在杆上位置不变，将右侧杆向左缓慢平移到虚线位置，使两

杆之间的距离减小。请分析判断此过程中：①夹角a大小的变化情况，并画出杆在虚线

位置时，绳子和杂技演员的位置分布图景；②两绳上张力F的合力的变化情况；③每根

绳子上张力F大小的变化情况。

(2)若保持杆不动，将绳的右端缓慢上移到b‘位置，请分析判断此过程中：①夹角a

大小的变化情况，并画出绳的右端在b'位置时，绳子和杂技演员的位置分布图景；②两

绳上张力F的合力的变化情况；③每根绳子上张力F大小的变化情况。

【答案】(1)若保持绳子a端、b端在杆上位置不变，将右侧杆向左缓慢平移到虚线位

置，使两杆之间的距离减小。分析判断此过程中：①夹角a大小变大，绳子和杂技演员

的位置分布图景见解析图3：②两绳上张力F的合力不变；③每根绳子上张力F大小变

小。

(2)若保持杆不动，将绳的右端缓慢上移到b'位置，分析判断此过程中：①夹角a大

小不变，绳子和杂技演员的位置分布图景见解析图4；②两绳上张力F的合力不变；③

每根绳子上张力F大小不变。

图3

图4

【解析】解：(1)①夹角a变大。如图3所示：

分析过程：由于滑轮与绳子间没有摩擦力，对演员受力分析可知，合力为零，水平和竖

直合力都为零，所以两边绳子与水平方向的夹角相等。

设改变前两边绳子的长度分别为Li、L2,绳子与水平方向的夹角为a,两杆之间的水平

距离为x；改变后两边绳子的长度分别为Li'、L2',绳子与水平方向的夹角为a',

两杆之间的水平距离为x'。根据数学几何关系可得:x=Licosa+L2cosa=(Li+L2)cosa,

x'=Li'cosa'+L2'cosa'=(Li'+L2')cosa,

已知lx>x',绳子总长度相等故Ll+L2=L1'+L2'

则cosa>cosa',根据三角函数得a<a',故夹角a变大。

②两绳上张力F的合力保持不变。

分析过程：由力的平衡条件可知，两绳上张力F的合力等于杂技演员的重力，故两绳上

张力的合力保持不变。

③每根绳子上张力F变小。

分析过程：由力的平衡可知，两边每根绳子上的张力F大小相等。

设改变前每根绳子上的张力为F,改变后每根绳子上的张力为F'。则有：

2Fsina=mg

2F'sina'=mg

得Fsina=F'sina'

由于a<af,则F>F'

故每根绳子上张力F变小。

(2)①夹角a不变。如图4所示。

分析过程：由于滑轮与绳子间没有摩擦力，所以两边绳子与水平方向的夹角相等。

设改变前两边绳子的长度分别为Li、L2,绳子与水平方向的夹角为a,两杆之间的水平

距离为x；改变后两边绳子的长度分别为Li'、L2',绳子与水平方向的夹角为a',

两杆之间的水平距离为x'。根据数学儿何关系可得：

x=Licosa+L2cosa=(L1+L2)cosa

x'=Li'cosa'+L2'cosa'=(Li'+L21)cosa'

已知x=x',LI+L2=LI'+L2'

故cosa=cosa',根据三角函数得a=a'

故夹角a不变。

②两绳上张力F的合力保持不变。

分析过程：由力的平衡条件可知，两绳上张力F的合力等于杂技演员的重力，故两绳上

张力的合力保持不变。

③每根绳子上张力F不变。

分析过程：由力的平衡可知，两边每根绳子对演员的张力F大小相等。

设改变前每根绳子上的张力为F,改变后每根绳子上的张力为F'。则有：

2Fsina=mg

2F'sina'=mg

得Fsina=F'sina1

又因为a=a',故F=F',故每根绳子上张力F不变。

21.(2021秋•成都期末)如图，质量为mi=1kg的物体A叠放在质量为m2=2kg的物体

B上,B叠放在质量为m3=5.2kg的木板C上,C放在倾角为6=37°的固定光滑斜面上，

B、C通过绕过光滑定滑轮的细绳相连，连接A与挡板、B与C的细绳均与斜面平行。

已知C匀速下滑时，A处于静止状态，A与B之间的动摩擦因数为阳=0.9,重力加速度

g=10m/s2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin37°=0.6,cos37°=0.8。求：

（1）A受到细绳的拉力大小；

（2）B与C之间的动摩擦因数0；

（3）若C与斜面之间的动摩擦因数为2=0.15,C的材料不变，质量可为任意大小，要

使整个装置保持静止状态，则C的质量的取值范围。

【答案】（1）A受到细绳的拉力大小为1.2N；

（2）B与C之间的动摩擦因数为0.25；

（3）若C与斜面之间的动摩擦因数为2=0.15,C的材料不变，质量可为任意大小，要

使整个装置保持静止状态，则C的质量的取值范围为0.33kg〈mcW7.25kg。

【解析】解：（1）对A进行受力分析，如图1

因为A处于静止状态，根据平衡条件有：FT+migsin0-fAB=0

NAB-migcos0=O

fAB—IIINAB

代入数据解得：FT=1.2N

（2）因为C匀速下滑，则B会在细绳拉力下匀速上滑

对B进行受力分析，如图2

NBC

he)

'加

2g

图2

根据平衡条件有：F