重难点01 力与物体的平衡 （教师版含解析）-高考物理专练(新高考专用)

高考物理【热点·重点·难点】专练(新高考专用)重难点01力与物体的平衡【知识梳理】一、受力分析(1)受力分析的基本思路(2)受力分析的思路和技巧进行受力分析应注意以下几个方面：①明确研究对象(可以是一个点、一个物体或一个系统等)．②按顺序找力(一“重”、二“弹”、三“摩擦”、四“其他”)。③画好受力图后，要检查，防止多力和少力．④受力分析口诀：地球周围受重力，绕物一周找弹力，考虑有无摩擦力，其他外力细分析，合力分力不重复，只画受力抛施力．⑤在受力分析的过程中，要注意题目给出的物理条件(如光滑——不计摩擦；轻物——重力不计；运动时空气阻力忽略等)．⑥只分析根据性质命名的力(如重力、弹力、摩擦力等)，不分析按效果命名的力(如下滑力、动力、阻力等)．二、平衡问题的常用处理方法平衡问题是指当物体处于平衡状态时，利用平衡条件求解力的大小或方向的问题．处理方法常有力的合成法、正交分解法、三角形法则．1、整体法与隔离法在平衡问题中的应用(1)对整体法和隔离法的理解整体法是指将相互关联的各个物体看成一个整体的方法，整体法的优点在于只需要分析整个系统与外界的关系，避开了系统内部繁杂的相互作用．隔离法是指将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析该物体的方法，隔离法的优点在于能把系统内各个物体所处的状态、物体状态变化的原因以及物体间的相互作用关系表达清楚．(2)整体法和隔离法的使用技巧当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法；而在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法．整体法和隔离法不是独立的，对一些较复杂问题，通常需要多次选取研究对象，交替使用整体法和隔离法．2、共点力作用下物体平衡的一般解题思路3、共点力平衡中的临界与极值问题的处理方法(1)临界问题当某物理量变化时，会引起其他几个物理量的变化，从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”，在问题的描述中常用“刚好”、“刚能”、“恰好”等语言叙述．常见的临界状态有：①两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0(主要体现为两物体间的弹力为0)；②绳子断与不断的临界条件为绳中张力达到最大值；绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为0；③存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大．研究的基本思维方法：假设推理法．(2)极值问题平衡物体的极值，一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题．一般用图解法或解析法进行分析．三、用图解法进行动态平衡的分析1．动态平衡：是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题．2．基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”．3．基本方法：图解法和解析法．解析动态平衡问题的常用方法方法步骤解析法(1)列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式(2)根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况图解法(1)根据已知量的变化情况，画出平行四边形边、角的变化(2)确定未知量大小、方向的变化【命题特点】这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及到几个知识点，而且都是牛顿运动定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核.【限时检测】(建议用时：30分钟)一、单项选择题：本题共4小题。1．光滑斜面上有一个小球被轻绳拴住悬挂在天花板上，已知绳子与竖直方向的夹角为，斜面倾角为，整个装置处于静止状态，当把两个角互换后小球仍然静止，关于绳对小球的拉力T和斜面对小球的支持力变化情况正确的是()A．T减小，增大 B．T增大，减小C．T和均增大 D．T和均减小【答案】B【详解】采用图解法分析如下，拉力、支持力如实线所示，两个角互换后拉力和支持力如图中虚线所示根据三角形边角关系，大角对应大边，可知两个角互换后拉力增大，支持力减小。故选B。2．如图，半圆柱P和竖直挡板放在粗糙的水平面上，挡板在O点与P相切，光滑小球Q静止在P和挡板之间。已知Q的质量为m，重力加速度大小为g，P与Q的半径之比4∶1，则()A．Q对竖直挡板的压力大小为mgB．Q对P的压力大小为mgC．若将竖直挡板向右移动少许，半圆柱仍静止不动，则Q对P和竖直挡板的压力均增大D．若将竖直挡板向右移动少许，半圆柱仍静止不动，则P与地面间的作用力不变【答案】C【详解】受力分析如图所示竖直挡板对Q的压力大小为P对Q的压力大小为AB．设Q的半径为r，根据几何关系得解得，根据牛顿第三定律，AB错误；C．将竖直挡板向右移动少许，将减小，Q对P和竖直挡板的压力均增大，C正确；D．对P与Q做整体分析，地面对P的支持力与系统的重力平衡，地面对P的摩擦力与挡板对Q的支持力平衡，将竖直挡板向右移动少许，系统重力不变，但挡板对Q的支持力变大，所以地面对P的作用力变大。D错误。故选C。3．用轻弹簧竖直悬挂质量为1.5kg的物体，静止时弹簧伸长量为x0，现用该弹簧沿固定的斜面拉住质量为2kg的物体，如图所示，弹簧的轴线平行于斜面，系统静止时弹簧伸长量也为x0。已知斜面倾角为30°，取重力加速度大小g=10m/s2，则物体所受的摩擦力()A．方向沿斜面向下，大小为5NB．方向沿斜面向上，大小为5NC．方向沿斜面向下，大小为10ND．方向沿斜面向上，大小为10N【答案】A【详解】弹簧竖直悬挂物体时，对物体受力分析，由共点力平衡条件可得弹簧的弹力现用该弹簧沿固定的斜面拉住质量为2kg的物体，系统静止时弹簧伸长量也为x0，说明弹簧的弹力仍为kx0=15N，假设摩擦力沿斜面向上，如图所示，由平衡条件得F+Ff−mgsin30°=0其中m=2kg，解得Ff=−5N说明摩擦力的方向是沿斜面向下，A正确，BCD错误。故选A。4．如图所示，木板的左端垂直固定着一个挡板，先将木板右端抬起一个角度θ，然后将三个完全相同表面光滑、质量均为m的匀质圆柱形工件置于木板上，三个工件叠放且保持静止。若改变木板与水平面间的夹角θ，仍使三个工件保持静止，重力加速度为g，则挡板受到的最大弹力为()A．mg B．mg C．3mg D．mg【答案】A【详解】越大，左侧挡板受到的弹力越大。若太大，上面圆柱将分开，靠左的两个圆柱圆心连线竖直时为临界情况，此时，最上面的圆柱受到两个力的作用恰好处于平衡状态，最上面的圆柱与右侧圆柱间相互接触但无弹力，此时整体对挡板的弹力最大，为故选A。二、多项选择题：本题共2小题。5．如图所示，两个质量均为的小球a、b用一根细线相连，用一根劲度系数为的轻弹簧把小球a吊在天花板上，对小球b施加一个外力F使弹簧与水平天花板的夹角为，细线与竖直方向的夹角也是，弹簧形变均在弹性限度内，g取。以下说法正确的是()A．F的大小为B．F与竖直方向的夹角为C．细线中的拉力大小为D．轻弹簧的伸长量为1cm【答案】BD【详解】CD．对小球a受力分析如图甲所示，与T夹角为60°，有反向延长线过和的角平分线，根据平衡条件有联立解得弹簧的伸长量为故C错误，D正确；AB．对小球b受力分析如图乙所示，三个力互成120°角，三个力大小相等，故F的大小为，故A错误，B正确。故选BD。6．如图所示，细线AB的两端固定在天花板上的A、B两点，在线上的C、D两点悬挂质量相等的物体a、b，并处于静止状态，CD段细线严格水平。若将b物体的质量增大后，为了保持CD段细线严格水平，整个系统处于静止状态，则()A．应将悬挂点D适当向B移动，减少BD的长度B．应将悬挂点C适当向A移动，减少AC的长度C．细线AC的张力大于细线BD的张力D．细线AC的张力小于细线BD的张力【答案】AD【详解】AB．设a、b的质量分别为M、m，如图所示根据平衡条件有解得，m增大，应减小β，应将悬挂点D适当向B移动，减少BD的长度，A正确，B错误；CD．由平衡条件得解得，β减小，F2增大，，细线AC的张力小于细线BD的张力，C错误，D正确。故选AD。三、解答题：本题共2小题。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。7．如图所示，两根细绳AO和BO连接于O点，O点的下方用细绳CO悬挂一花盆并处于静止状态。已知花盆的总质量为m，细绳AO与竖直方向的夹角为α，细绳BO沿水平方向。(1)画出O点的受力示意图；(2)求细绳BO受到的拉力FBO；(3)若已知各段细绳能承受的最大拉力均为F0，则细绳不被拉断的情况下，求花盆的最大质量。【答案】(1)；(2)；(3)【详解】(1)如图，O点受到三个力拉力作用F1、F2、F3(2)由平衡得则由牛顿第三定律得，细绳BO受到的拉力(3)在三条细绳中，细绳AO受到的力最大，则得令，则得8．如图，质量为m的物体置于倾角为的固定斜面上，物体与斜面之间的动摩擦因数为，如图甲所示，先用平行于斜面的推力作用于物体上，使其能沿斜面匀速