专题02 力学-2020-2024年五年高考物理真题分类汇编（解析版）

2020-2024年五年高考真题分类汇编PAGEPAGE1专题02力学考点五年考情（2020-2024）命题趋势考点1重力、弹力（含实验）、摩擦力、牛顿第三定律、受力分析2020年北京卷；2021年广东卷；2022年浙江卷、湖南卷；2023年山东卷；2024年黑吉辽卷、广东卷等本章知识方面的考查主要在受力分析、牛顿第三定律、力的合成与分解、共点力的平衡问题分析等，能力的考查主在物理方法（整体与隔离法、假设法、正交分解法、等效替代法等）的运用能力、空间想象力和建模能力等，实验的考查要在探究弹簧弹力与形变量的关系和探究两个互成角度的力的合成规律两个实验。对于重力、弹力和摩擦力，单独考较少，主要是以模型或情境为载体综合其他知识点考查：对干力的合成与分解，主要考查其在分析受力时的应用；对于顿第三定律和共点力的平衡，常以生产生活、现代科技、体育运动传统文化等为情境设题，比如石桥、“中国天眼”射电远镜的维护、冰上接力比赛、曲辕型与直辕型等素材，结合的模型有单物体模型和多物体模型，比如绳或弹簧的连接体模斜面+板块模型等。其中共点力的平衡是高考的热点与重点，且静态、动态平衡问题仍然是今后高考的命题重点。考点2力的合成与分解（含实验）2021年广东卷；2022年浙江卷、广东卷、辽宁卷；2023年全国乙卷等共点力的平衡2020年山东卷；2021年浙江卷、湖南卷；2022年浙江卷、河北卷；2023年浙江卷等考点01重力、弹力（含实验）、摩擦力、牛顿第三定律、受力分析1．(2023·山东卷·2)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g，相邻两盘间距1.0cm，重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为()A．10N/m B．100N/mC．200N/m D．300N/m【答案】B【解析】由题知，取走一个盘子，稳定后余下的盘子正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使三根弹簧发生形变的形变量恰好等于相邻两盘间距，则有mg＝3kx，解得k＝100N/m，故选B。2．(2020·北京理综卷·11)某同学利用如图1甲所示装置研究摩擦力的变化情况．实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上．水平向左拉木板，传感器记录的F－t图像如图乙所示．下列说法正确的是()图1A．实验中必须让木板保持匀速运动B．图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数【答案】C【解析】实验中让物块处于平衡状态即可，没有必要让木板保持匀速运动，故A错误；由于物块处于平衡状态，故其水平方向上受的拉力(传感器的示数)等于摩擦力，但摩擦力的方向与拉力的方向相反，所以摩擦力随时间变化的图线应和题图乙中图线关于横轴对称，故B错误；由题图乙知，最大静摩擦力约为10N，滑动摩擦力约为7N，二者之比约为10∶7，故C正确；由于不知道物块的质量，无法求出物块对木板的正压力，因此只用题图乙中数据无法求出物块与木板间的动摩擦因数，故D错误．3．(2024·黑吉辽高考)利用砚台将墨条磨成墨汁，墨条速度方向水平向左时，（）A.砚台对墨条的摩擦力方向水平向左B.桌面对砚台的摩擦力方向水平向左C.桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力D.桌面对砚台的支持力与墨条对砚台的压力是一对平衡力【答案】C【解析】当墨条速度方向水平向左时，墨条相对于砚台向左运动，故砚台对墨条的摩擦力方向水平向右，故A错误；根据牛顿第三定律，墨条对砚台的摩擦力方向水平向左，由于砚台处于静止状态，故桌面对砚台的摩擦力方向水平向右，故B错误；由于砚台处于静止状态，水平方向桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力，故C正确；桌面对砚台的支持力大小等于砚台的重力加上墨条对其的压力，故桌面对砚台的支持力大于墨条对砚台的压力，故D错误。4．（2024·广西高考真题·）工人卸货时常利用斜面将重物从高处滑下。如图，三个完全相同的货箱正沿着表面均匀的长直木板下滑，货箱各表面材质和粗糙程度均相同。若1、2、3号货箱与直木板间摩擦力的大小分别为、和，则（）A. B.C. D.【答案】D【解析】根据滑动摩擦力的公式，可知滑动摩擦力的大小与接触面积无关，只与接触面的粗糙程度和压力大小有关，由题可知三个货箱各表面材质和祖糙程度均相同，压力大小也相同，故摩擦力相同，即，D正确。5．（2022·浙江卷·4）如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是（）

A.水桶自身重力的大小B.水管每秒出水量的大小C.水流对桶撞击力的大小D.水桶与水整体的重心高低【答案】D【解析】水管口持续有水流出而过一段时间桶会翻转一次，说明主要原因是装的水到一定量之后，导致水桶与水整体的重心往上移动，竖直向下的重力作用线偏离中心转轴，导致水桶不能稳定平衡，发生翻转，故选D。6.（2022·湖南高考真题·11）小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图(a)所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量．主要实验步骤如下：(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05g；(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表：序号12345硬币数量n/枚510152025长度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线；(4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示，此时橡皮筋的长度为________cm；(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为________g(计算结果保留3位有效数字)．【答案】(3)见解析图(4)15.35(5)128【详析】(3)根据表格数据描点连线如图(4)由题图(c)可知刻度尺的分度值为1mm，故读数l＝15.35cm；(5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为l0，则n1mg＝k(l1－l0)，n2mg＝k(l2－l0)则橡皮筋的劲度系数为k＝eq\f(n2－n1mg,l2－l1)从作出的l－n图线读取数据则可得k＝eq\f(n2－n1mg,l2－l1)＝eq\f(10,3)mg(N/cm)，l0＝eq\f(n2l1－n1l2,n2－n1)＝9.00cm设冰墩墩的质量为m1，则有m1g＝k(l－l0)可得m1＝eq\f(10,3)×6.05×(15.35－9.00)g≈128g.7.（2021·广东高考真题·11）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图1所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端．实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln，数据如表所示．实验过程中弹簧始终处于弹性限度内．采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数．图1n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1,2,3)计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03cm，ΔL2＝6.08cm，ΔL3＝________cm，压缩量的平均值eq\x\to(ΔL)＝eq\f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝________cm；(2)上述eq\x\to(ΔL)是管中增加________个钢球时产生的弹簧平均压缩量；(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80m/s2，该弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字)．【答案】(1)6.046.05(2)3(3)48.6【解析】(1)ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05)cm＝6.04cm压缩量的平均值为eq\x\to(ΔL)＝eq\f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝eq\f(6.03＋6.08＋6.04,3)cm＝6.05cm(2)因三个ΔL是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量；(3)根据钢球的平衡条件有3mgsinθ＝k·eq\x\to(ΔL)，解得k＝eq\f(3mgsinθ,\x\to(ΔL))＝eq\f(3×0.2×9.80×sin30°,6.05×10－2)N/m≈48.6N/m.考点02力的合成与分解1.（2021·广东高考真题·3）唐代《耒耜经》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α和β，α<β，如图1所示，忽略耕索质量，耕地过程中，下列说法正确的是()图1A．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】B【解析】将拉力F正交分解如图所示则在x方向可得出Fx曲＝FsinαFx直＝Fsinβ在y方向可得出Fy曲＝FcosαFy直＝Fcosβ由题知α<β，则sinα<sinβcosα>cosβ则可得到Fx曲<Fx直Fy曲>Fy直A错误，B正确；耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力是一对相互作用力，它们大小相等，方向相反，与加速还是匀速前进无关，C、D错误．2.(2022·广东高考卷·1)图是可用来制作豆腐的石磨．木柄AB静止时，连接AB的轻绳处于绷紧状态．O点是三根轻绳的结点，F、F1和F2分别表示三根绳的拉力大小，F1＝F2且∠AOB＝60°.下列关系式正确的是()A．F＝F1 B．F＝2F1C．F＝3F1 D．F＝eq\r(3)F1【答案】D【解析】以O点为研究对象，受力分析如图所示，由几何关系可知θ＝30°，在竖直方向上，由平衡条件可得F1cos30°＋F2cos30°＝F，又F1＝F2，可得F＝eq\r(3)F1，故D正确，A、B、C错误．3.（2022·辽宁高考卷·4）如图所示，蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上，并处于静止状态．蛛丝OM、ON与竖直方向夹角分别为α、β(α>β)．用F1、F2分别表示OM、ON的拉力，则()A．F1的竖直分力大于F2的竖直分力B．F1的竖直分力等于F2的竖直分力C．F1的水平分力大于F2的水平分力D．F1的水平分力等于F2的水平分力【答案】D【详析】对结点O受力分析可得，水平方向有F1sinα＝F2sinβ，即F1的水平分力等于F2的水平分力，选项C错误，D正确；对结点O受力分析可得，竖直方向有F1cosα＋F2cosβ＝mg，联立解得F1＝eq\f(mgsinβ,sin（α＋β）)，F2＝eq\f(mgsinα,sin（α＋β）)，则F1的竖直分量F1x＝eq\f(mgsinβcosα,sin（α＋β）)，F2的竖直分量F2x＝eq\f(mgsinαcosβ,sin（α＋β）)，因sinαcosβ－cosαsinβ＝sin(α－β)>0，可知F2x>F1x，选项A、B错误．4．（2023·全国乙卷·22）在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：(1)用图钉将白纸固定在水平木板上。(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并________。(填正确答案标号)A．用刻度尺量出橡皮条的长度B．用刻度尺量出两细线的长度C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。(4)选择合适标度，由步骤(2)的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。(5)比较F′和F的________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。【答案】(2)CD(3)相同位置(5)大小和方向【详析】(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向，故选C、D。(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。(5)比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。5．（2022·浙江高考真题·17）(1)①“探究小车速度随时间变化的规律”实验装置如图甲所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行．图乙是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为________cm.由图丙中小车运动的数据点，求得加速度为________m/s2(保留两位有效数字)．②利用图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是________．A．换成质量更小的车B．调整长木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码D．改变连接小车的细绳与长木板的夹角(2)“探究求合力的方法”的实验装置如图丁所示，在该实验中，①下列说法正确的是________；A．拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点C．测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦D．测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要________(选填“2”、“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到O.【答案】(1)①6.20(6.15～6.25均可)1.9(1.7～2.1均可)②BC(2)①D②3【详析】(1)①由题图乙可得打计数点B时小车位移大小为6.20cm，考虑到偶然误差，在6.15～6.25cm的范围内均可；由题图丙中小车运动的数据点，有a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(1.05－0.30,0.4)m/s2＝1.9m/s2考虑到偶然误差，在1.7～2.1m/s2的范围内均可．②利用题图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要将钩码更换成砝码盘和砝码，应满足小车的质量远远大于砝码和砝码盘的总质量，所以不需要换质量更小的车，故A错误，C正确；利用题图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要利用小车斜向下的分力以平衡摩擦阻力，所以需要将长木板安装打点计时器一端较安装滑轮一端适当的高一些，故B正确；实验过程中，需让连接砝码盘和小车的细绳跟长木板始终保持平行，故D错误．(2)①在不超出弹簧秤的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些，不必使两只弹簧秤的示数相同，故A错误；在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的一个点就可以了，故B错误；实验中弹簧秤外壳与木板之间是否存在摩擦不影响实验结果，故C错误；为了减小实验误差，拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，故D正确．②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧秤拉住另一条细绳，互成角度的拉橡皮条，使其结点达到某一点O，记下位置O和弹簧秤示数F1和两个拉力的方向；交换弹簧秤和手所拉细绳的位置，再次将结点拉至O点，使两力的方向与原来两力方向相同，并记下此时弹簧秤的示数F2；再仅用一个弹簧秤将结点拉至O点，并记下此时弹簧秤的示数F的大小及方向；所以若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到O.考点03共点力的平衡1．（2022·河北高考真题·7）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P点，将木板以底边MN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的合力保持不变【答案】B【详析】设两绳子对圆柱体拉力的合力大小为FT，木板对圆柱体的支持力大小为FN，绳子与木板间的夹角不变，α也不变，从右向左看如图所示，在矢量三角形中，根据正弦定理有eq\f(sinα,mg)＝eq\f(sinβ,FN)＝eq\f(sinγ,FT)，在木板以底边MN为轴向后方缓慢转动直至水平过程中，α不变，γ从90°逐渐减小到0，又γ＋β＋α＝180°，且α<90°，可知90°<γ＋β<180°，则0<β<180°可知β从锐角逐渐增大到钝角，根据eq\f(sinα,mg)＝eq\f(sinβ,FN)＝eq\f(sinγ,FT)，由于sinγ不断减小，可知FT逐渐减小，sinβ先增大后减小，可知FN先增大后减小，结合牛顿第三定律可知，圆柱体对木板的压力先增大后减小，设两绳子之间的夹角为2θ，绳子拉力大小为FT′，则2FT′cosθ＝FT，可得FT′＝eq\f(FT,2cosθ)，θ不变，FT逐渐减小，可知绳子拉力不断减小，故B正确，A、C、D错误．2．（2022·浙江高考真题·10）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θ＝60°.一重为G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eq\f(\r(3),3)G B．作用力为eq\f(\r(3),6)GC．摩擦力为eq\f(\r(3),4)G D．摩擦力为eq\f(\r(3),8)G【答案】B【详析】设斜杆的弹力大小为F，以水平横杆和物体为整体，在竖直方向上根据受力平衡可得4Fcos30°＝G，解得F＝eq\f(\r(3),6)G，以其中一斜杆为研究对象，其受力如图所示，可知每根斜杆受到地面的作用力应与F平衡，即大小为eq\f(\r(3),6)G，每根斜杆受到地面的摩擦力大小为Ff＝Fsin30°＝eq\f(\r(3),12)G，B正确，A、C、D错误．3．（2023·浙江高考真题·6）如图所示，水平面上固定两排平行的半圆柱体，重为G的光滑圆柱体静置其上，a、b为相切点，∠aOb＝90°，半径Ob与重力的夹角为37°。已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，则圆柱体受到的支持力Fa、Fb大小为()A．Fa＝0.6G，Fb＝0.4GB．Fa＝0.4G，Fb＝0.6GC．Fa＝0.8G，Fb＝0.6GD．Fa＝0.6G，Fb＝0.8G【答案】D【详析】对光滑圆柱体受力分析如图，由题意有Fa＝Gsin37°＝0.6G，Fb＝Gcos37°＝0.8G，故选D。4．（2020·山东高考真题·8）如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为m和2m的物块A、B，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B间的接触面和轻绳均与木板平行．A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力．当木板与水平面的夹角为45°时，物块A、B刚好要滑动，则μ的值为()A.13B.14【答案】C【详析】A、B刚要滑动时受力平衡，受力如图所示．对A：FT＝mgsin45°＋μmgcos45°对B：2mgsin45°＝FT＋3μmgcos45°＋μmgcos45°整理得，μ＝155．（2021·湖南高考真题·5）质量为M的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图1所示，A为半圆的最低点，B为半圆水平直径的端点．凹槽恰好与竖直墙面接触，内有一质量为m的小滑块．用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动，力F的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是()图1A．推力F先增大后减小B．凹槽对滑块的支持力先减小后增大C．墙面对凹槽的压力先增大后减小D．水平地面对凹槽的支持力先减小后增大【答案】C【详析】对滑块受力分析，由平衡条件有F＝mgsinθ，FN＝mgcosθ，θ为F与水平方向的夹角，滑块从A缓慢移动到B点时，θ越来越大，则推力F越来越大，支持力FN越来越小，所以A、B错误；对凹槽与滑块整体受力分析，墙面对凹槽的压力为FN′＝Fcosθ＝mgsinθcosθ＝eq\f(1,2)mgsin2θ，则θ越来越大时，墙面对凹槽的压力先增大后减小，所以C正确；水平地面对凹槽的支持力为FN地＝(M＋m)g－Fsinθ＝(M＋m)g－mgsin2θ则θ越来越大时，水平地面对凹槽的支持力越来越小，所以D错误．6．（2021·浙江高考真题·2）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【答案】B【解析】对石墩受力分析，由平衡条件可知，，联立解得，故A错误，B正确；拉力的大小为，其中，可知当时，拉力有最小值，即减小夹角，轻绳的合拉力不一定减小，故C错误；摩擦力大小为，可知增大夹角，摩擦力一直减小，当趋近于90°时，摩擦力最小，故轻绳的合拉力最小时，地面对石墩的摩擦力不是最小，故D错误。专题02力学考点五年考情（2020-2024）命题趋势考点1重力、弹力（含实验）、摩擦力、牛顿第三定律、受力分析2020年北京卷；2021年广东卷；2022年浙江卷、湖南卷；2023年山东卷；2024年黑吉辽卷、广东卷等本章知识方面的考查主要在受力分析、牛顿第三定律、力的合成与分解、共点力的平衡问题分析等，能力的考查主在物理方法（整体与隔离法、假设法、正交分解法、等效替代法等）的运用能力、空间想象力和建模能力等，实验的考查要在探究弹簧弹力与形变量的关系和探究两个互成角度的力的合成规律两个实验。对于重力、弹力和摩擦力，单独考较少，主要是以模型或情境为载体综合其他知识点考查：对干力的合成与分解，主要考查其在分析受力时的应用；对于顿第三定律和共点力的平衡，常以生产生活、现代科技、体育运动传统文化等为情境设题，比如石桥、“中国天眼”射电远镜的维护、冰上接力比赛、曲辕型与直辕型等素材，结合的模型有单物体模型和多物体模型，比如绳或弹簧的连接体模斜面+板块模型等。其中共点力的平衡是高考的热点与重点，且静态、动态平衡问题仍然是今后高考的命题重点。考点2力的合成与分解（含实验）2021年广东卷；2022年浙江卷、广东卷、辽宁卷；2023年全国乙卷等共点力的平衡2020年山东卷；2021年浙江卷、湖南卷；2022年浙江卷、河北卷；2023年浙江卷等考点01重力、弹力（含实验）、摩擦力、牛顿第三定律、受力分析1．(2023·山东卷·2)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g，相邻两盘间距1.0cm，重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为()A．10N/m B．100N/mC．200N/m D．300N/m【答案】B【解析】由题知，取走一个盘子，稳定后余下的盘子正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使三根弹簧发生形变的形变量恰好等于相邻两盘间距，则有mg＝3kx，解得k＝100N/m，故选B。2．(2020·北京理综卷·11)某同学利用如图1甲所示装置研究摩擦力的变化情况．实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上．水平向左拉木板，传感器记录的F－t图像如图乙所示．下列说法正确的是()图1A．实验中必须让木板保持匀速运动B．图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数【答案】C【解析】实验中让物块处于平衡状态即可，没有必要让木板保持匀速运动，故A错误；由于物块处于平衡状态，故其水平方向上受的拉力(传感器的示数)等于摩擦力，但摩擦力的方向与拉力的方向相反，所以摩擦力随时间变化的图线应和题图乙中图线关于横轴对称，故B错误；由题图乙知，最大静摩擦力约为10N，滑动摩擦力约为7N，二者之比约为10∶7，故C正确；由于不知道物块的质量，无法求出物块对木板的正压力，因此只用题图乙中数据无法求出物块与木板间的动摩擦因数，故D错误．3．(2024·黑吉辽高考)利用砚台将墨条磨成墨汁，墨条速度方向水平向左时，（）A.砚台对墨条的摩擦力方向水平向左B.桌面对砚台的摩擦力方向水平向左C.桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力D.桌面对砚台的支持力与墨条对砚台的压力是一对平衡力【答案】C【解析】当墨条速度方向水平向左时，墨条相对于砚台向左运动，故砚台对墨条的摩擦力方向水平向右，故A错误；根据牛顿第三定律，墨条对砚台的摩擦力方向水平向左，由于砚台处于静止状态，故桌面对砚台的摩擦力方向水平向右，故B错误；由于砚台处于静止状态，水平方向桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力，故C正确；桌面对砚台的支持力大小等于砚台的重力加上墨条对其的压力，故桌面对砚台的支持力大于墨条对砚台的压力，故D错误。4．（2024·广西高考真题·）工人卸货时常利用斜面将重物从高处滑下。如图，三个完全相同的货箱正沿着表面均匀的长直木板下滑，货箱各表面材质和粗糙程度均相同。若1、2、3号货箱与直木板间摩擦力的大小分别为、和，则（）A. B.C. D.【答案】D【解析】根据滑动摩擦力的公式，可知滑动摩擦力的大小与接触面积无关，只与接触面的粗糙程度和压力大小有关，由题可知三个货箱各表面材质和祖糙程度均相同，压力大小也相同，故摩擦力相同，即，D正确。5．（2022·浙江卷·4）如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是（）

A.水桶自身重力的大小B.水管每秒出水量的大小C.水流对桶撞击力的大小D.水桶与水整体的重心高低【答案】D【解析】水管口持续有水流出而过一段时间桶会翻转一次，说明主要原因是装的水到一定量之后，导致水桶与水整体的重心往上移动，竖直向下的重力作用线偏离中心转轴，导致水桶不能稳定平衡，发生翻转，故选D。6.（2022·湖南高考真题·11）小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图(a)所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量．主要实验步骤如下：(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05g；(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表：序号12345硬币数量n/枚510152025长度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线；(4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示，此时橡皮筋的长度为________cm；(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为________g(计算结果保留3位有效数字)．【答案】(3)见解析图(4)15.35(5)128【详析】(3)根据表格数据描点连线如图(4)由题图(c)可知刻度尺的分度值为1mm，故读数l＝15.35cm；(5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为l0，则n1mg＝k(l1－l0)，n2mg＝k(l2－l0)则橡皮筋的劲度系数为k＝eq\f(n2－n1mg,l2－l1)从作出的l－n图线读取数据则可得k＝eq\f(n2－n1mg,l2－l1)＝eq\f(10,3)mg(N/cm)，l0＝eq\f(n2l1－n1l2,n2－n1)＝9.00cm设冰墩墩的质量为m1，则有m1g＝k(l－l0)可得m1＝eq\f(10,3)×6.05×(15.35－9.00)g≈128g.7.（2021·广东高考真题·11）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图1所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端．实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln，数据如表所示．实验过程中弹簧始终处于弹性限度内．采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数．图1n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1,2,3)计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03cm，ΔL2＝6.08cm，ΔL3＝________cm，压缩量的平均值eq\x\to(ΔL)＝eq\f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝________cm；(2)上述eq\x\to(ΔL)是管中增加________个钢球时产生的弹簧平均压缩量；(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80m/s2，该弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字)．【答案】(1)6.046.05(2)3(3)48.6【解析】(1)ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05)cm＝6.04cm压缩量的平均值为eq\x\to(ΔL)＝eq\f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝eq\f(6.03＋6.08＋6.04,3)cm＝6.05cm(2)因三个ΔL是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量；(3)根据钢球的平衡条件有3mgsinθ＝k·eq\x\to(ΔL)，解得k＝eq\f(3mgsinθ,\x\to(ΔL))＝eq\f(3×0.2×9.80×sin30°,6.05×10－2)N/m≈48.6N/m.考点02力的合成与分解1.（2021·广东高考真题·3）唐代《耒耜经》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α和β，α<β，如图1所示，忽略耕索质量，耕地过程中，下列说法正确的是()图1A．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】B【解析】将拉力F正交分解如图所示则在x方向可得出Fx曲＝FsinαFx直＝Fsinβ在y方向可得出Fy曲＝FcosαFy直＝Fcosβ由题知α<β，则sinα<sinβcosα>cosβ则可得到Fx曲<Fx直Fy曲>Fy直A错误，B正确；耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力是一对相互作用力，它们大小相等，方向相反，与加速还是匀速前进无关，C、D错误．2.(2022·广东高考卷·1)图是可用来制作豆腐的石磨．木柄AB静止时，连接AB的轻绳处于绷紧状态．O点是三根轻绳的结点，F、F1和F2分别表示三根绳的拉力大小，F1＝F2且∠AOB＝60°.下列关系式正确的是()A．F＝F1 B．F＝2F1C．F＝3F1 D．F＝eq\r(3)F1【答案】D【解析】以O点为研究对象，受力分析如图所示，由几何关系可知θ＝30°，在竖直方向上，由平衡条件可得F1cos30°＋F2cos30°＝F，又F1＝F2，可得F＝eq\r(3)F1，故D正确，A、B、C错误．3.（2022·辽宁高考卷·4）如图所示，蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上，并处于静止状态．蛛丝OM、ON与竖直方向夹角分别为α、β(α>β)．用F1、F2分别表示OM、ON的拉力，则()A．F1的竖直分力大于F2的竖直分力B．F1的竖直分力等于F2的竖直分力C．F1的水平分力大于F2的水平分力D．F1的水平分力等于F2的水平分力【答案】D【详析】对结点O受力分析可得，水平方向有F1sinα＝F2sinβ，即F1的水平分力等于F2的水平分力，选项C错误，D正确；对结点O受力分析可得，竖直方向有F1cosα＋F2cosβ＝mg，联立解得F1＝eq\f(mgsinβ,sin（α＋β）)，F2＝eq\f(mgsinα,sin（α＋β）)，则F1的竖直分量F1x＝eq\f(mgsinβcosα,sin（α＋β）)，F2的竖直分量F2x＝eq\f(mgsinαcosβ,sin（α＋β）)，因sinαcosβ－cosαsinβ＝sin(α－β)>0，可知F2x>F1x，选项A、B错误．4．（2023·全国乙卷·22）在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：(1)用图钉将白纸固定在水平木板上。(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并________。(填正确答案标号)A．用刻度尺量出橡皮条的长度B．用刻度尺量出两细线的长度C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。(4)选择合适标度，由步骤(2)的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。(5)比较F′和F的________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。【答案】(2)CD(3)相同位置(5)大小和方向【详析】(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向，故选C、D。(3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。(5)比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。5．（2022·浙江高考真题·17）(1)①“探究小车速度随时间变化的规律”实验装置如图甲所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行．图乙是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为________cm.由图丙中小车运动的数据点，求得加速度为________m/s2(保留两位有效数字)．②利用图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是________．A．换成质量更小的车B．调整长木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码D．改变连接小车的细绳与长木板的夹角(2)“探究求合力的方法”的实验装置如图丁所示，在该实验中，①下列说法正确的是________；A．拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点C．测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦D．测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要________(选填“2”、“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到O.【答案】(1)①6.20(6.15～6.25均可)1.9(1.7～2.1均可)②BC(2)①D②3【详析】(1)①由题图乙可得打计数点B时小车位移大小为6.20cm，考虑到偶然误差，在6.15～6.25cm的范围内均可；由题图丙中小车运动的数据点，有a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(1.05－0.30,0.4)m/s2＝1.9m/s2考虑到偶然误差，在1.7～2.1m/s2的范围内均可．②利用题图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要将钩码更换成砝码盘和砝码，应满足小车的质量远远大于砝码和砝码盘的总质量，所以不需要换质量更小的车，故A错误，C正确；利用题图甲装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要利用小车斜向下的分力以平衡摩擦阻力，所以需要将长木板安装打点计时器一端较安装滑轮一端适当的高一些，故B正确；实验过程中，需让连接砝码盘和小车的细绳跟长木板始终保持平行，故D错误．(2)①在不超出弹簧秤的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些，不必使两只弹簧秤的示数相同，故A错误；在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的一个点就可以了，故B错误；实验中弹簧秤外壳与木板之间是否存在摩擦不影响实验结果，故C错误；为了减小实验误差，拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，故D正确．②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧秤拉住另一条细绳，互成角度的拉橡皮条，使其结点达到某一点O，记下位置O和弹簧秤示数F1和两个拉力的方向；交换弹簧秤和手所拉细绳的位置，再次将结点拉至O点，使两力的方向与原来两力方向相同，并记下此时弹簧秤的示数F2；再仅用一个弹簧秤将结点拉至O点，并记下此时弹簧秤的示数F的大小及方向；所以若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到O.考点03共点力的平衡1．（2022·河北高考真题·7）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P点，将木板以底边MN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的合力保持不变【答案】B【详析】设两绳子对圆柱体拉力的合力大小为FT，木板对圆柱体的支持力大小为FN，绳子与木板间的夹角不变，α也不变，从右向左看如图所示，在矢量三角形中，根据正弦定理有eq\f(sinα,mg)＝eq\f(sinβ,FN)＝eq\f(sinγ,FT)，在木板以底边MN为轴向后方缓慢转动直至水平过程中，α不变，γ从90°逐渐减小到0，又γ＋β＋α＝180°，且α<90°，可知90°<γ＋β<180°，则0<β<180°可知β从锐角逐渐增大到钝角，根据eq\f(sinα,mg)＝eq\f(sinβ,FN)＝eq\f(sinγ,FT)，由于sinγ不断减小，可知FT逐渐减小，sinβ先增大后减小，可知FN先增大后减小，结合牛顿第三定律可知，圆柱体对木板的压力先增大后减小，设两绳子之间的夹角为2θ