专题能力提升练(一)　力与物体的平衡-2025版高考物理二轮复习

12专题能力提升练·阶段滚动过关练·思维进阶强化练专题能力提升练(一)力与物体的平衡(40分钟80分)【核心巩固练】1.(6分)(2024·辽宁选择考)利用砚台将墨条研磨成墨汁时讲究“圆、缓、匀”,如图,在研磨过程中,砚台始终静止在水平桌面上。当墨条的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【解析】选C。选项过程分析结论A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×B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×C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√D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×【易错警示】区分作用力与反作用力和一对平衡力2.(6分)(2024·广西选择考)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Ff1、Ff2和Ff3,则()A.Ff1<Ff2<Ff3B.Ff1=Ff2<Ff3C.Ff1=Ff3<Ff2 D.Ff1=Ff2=Ff3【解析】选D。根据滑动摩擦力的公式f=μFN,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粗糙程度均相同,压力大小也相同,故摩擦力相同,即Ff1=Ff2=Ff3,选项D正确。3.(6分)(2024·山东等级考)如图所示,国产人形机器人“天工”能平稳通过斜坡。若它可以在倾角不大于30°的斜坡上稳定地站立和行走,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则它的脚和斜面间的动摩擦因数不能小于()A.12B.33C.22【解析】选B。根据题意可知机器人“天工”可以在倾角不大于30°的斜坡上稳定地站立和行走,对“天工”分析有mgsin30°≤μmgcos30°,可得μ≥tan30°=334.(6分)(2024·浙江1月选考)如图所示,在同一竖直平面内,小球A、B上系有不可伸长的细线a、b、c和d,其中a的上端悬挂于竖直固定的支架上,d跨过左侧定滑轮、c跨过右侧定滑轮分别与相同配重的P、Q相连,调节左、右两侧定滑轮高度达到平衡。已知小球A、B和配重的P、Q质量均为50g,细线c、d平行且与水平方向成θ=30°(不计摩擦),则细线a、b的拉力分别为()A.2N,1N B.2N,0.5NC.1N,1N D.1N,0.5N【解析】选D。由题意可知细线c对A的拉力和细线d对B的拉力大小相等、方向相反,对A、B整体分析可知,细线a的拉力大小为Ta=(mA+mB)g=1N,设细线b与水平方向夹角为α,对A分析有Tbsinα+Tcsinθ=mAg,对B分析,水平方向有Tbcosα=Tdcosθ,解得Tb=0.5N,选项D正确。5.(6分)如图所示,质量为m的物体由两根绳子吊在半空中处于静止状态,右侧绳子的另一端固定在高楼的A点且与竖直方向的夹角为α,左侧绳子由人拉着且与竖直方向的夹角为β,当人不动而缓慢释放绳子,下列说法正确的是()A.两根绳子对物体的合力变大B.两绳子的拉力都变小C.地面对人的支持力变小D.地面对人的摩擦力变大【解析】选B。两根绳子对物体的合力与重力等大反向,不变,故A错误;对物体受力分析,如图所示:由相似三角形得GAC=TAO=FOC,当人不动而缓慢释放绳子,则AC增大,AO不变,OC减小,可知T减小,F减小,故B正确;对人由平衡条件得Fcosβ+N=Mg,F减小,β增大,则N增大,故C错误;对整体有Tsinα=f,T减小,α【知识拓展】相似三角形法(1)特点:一个力为恒力,另外两个力方向均发生变化。(2)方法:力的三角形与图中几何三角形相似,根据对应边成比例列式,求得未知量。(3)步骤:6.(6分)如图所示,光滑的轻质滑轮通过竖直杆固定于天花板上,一根不可伸长的轻绳跨过滑轮分别系着物块M和N,M静止在光滑水平地面上,N在水平拉力F作用下处于静止状态。现将F沿逆时针方向缓慢转至竖直方向,此过程中M和N始终静止不动。下列说法正确的是()A.F先增大后减小B.绳的拉力T先减小后增大C.M对地面的压力逐渐减小D.滑轮对杆的作用力逐渐减小【解析】选D。对N做受力分析,N受重力mg、拉力F和绳的拉力T,其中重力的大小和方向均不变,绳的拉力的方向不变;三力平衡时,三个力可以构成首尾相连的矢量三角形,作图如图所示:力F沿逆时针方向缓慢旋转时,由图可看出,力F先减小后增大,而绳上的拉力T一直减小,则M对地面的压力逐渐增大,滑轮对杆的作用力逐渐减小,故D正确,A、B、C错误。【知识拓展】矢量三角形定则把两个矢量首尾相接,从第一个矢量始端指向第二个矢量末端的有向线段就表示合矢量。7.(6分)(2024·武汉二模)如图所示,固定的倾斜光滑杆上套有一个重环,绕过光滑定滑轮的轻绳一端与重环相连,另一端施加拉力F使重环从A点缓慢上升到B点。设杆对重环的弹力大小为FN,整个装置处于同一竖直平面内,在此过程中()A.F逐渐增大,FN逐渐增大B.F逐渐增大,FN先减小后增大C.F先减小后增大,FN逐渐增大D.F先减小后增大,FN先减小后增大【解析】选B。对重环受力分析,并构建封闭的矢量三角形,如图所示。由图可知,在拉力到达竖直方向前,与竖直方向的夹角越来越小,拉力F增大,FN减小,经过竖直方向后,夹角又逐渐变大,拉力F继续增大,FN也增大,B正确。8.(6分)(2024·重庆七校联考)小李发现小区的消防通道被一质量为m的石墩挡住了,为了移开石墩,小李找来一根结实的绳子,将绳的一端系在石墩上,双手紧握绳的另一端用力斜向上拖拽石墩。设绳子与水平方向的夹角为θ,小李对绳施加的最大拉力为0.6mg,石墩与水平地面间的动摩擦因数为33,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则下列说法正确的是(A.无论θ取何值,小李都不可能拖动石墩B.小李能拖动石墩,且当θ=π3C.小李能拖动石墩,且当θ=π6D.小李能拖动石墩,且当θ=π4【解析】选C。【培优创新练】9.(6分·多选)(2024·石家庄三模)如图甲所示,匀质导体棒MN通以由M到N的恒定电流,用两根等长的平行绝缘、轻质细线悬挂在OO'点静止于匀强磁场中,细线与竖直方向的夹角为θ,磁场方向与绝缘细线平行且向上。现使磁场方向顺时针缓慢转动(由M到N观察),同时改变磁场的磁感应强度大小,保持细线与竖直方向的夹角θ不变,该过程中每根绝缘细线拉力F大小与磁场转过角度α的正切值关系如图乙所示。重力加速度g取10m/s2,磁场变化过程中MN中的电流不变。下列说法正确的是()A.导体棒的质量为1kgB.θ=30°C.导体棒所受安培力可能为12ND.α可能为90°【解析】选A、B、C。由图乙可知当tanα=0时,F=2.53N,根据共点力平衡条件可知mgcosθ=2F,当tanα=3时,F'=53N,根据共点力平衡条件可知mgcosθ+F安sinα=2F',mgsinθ=F安cosα,解得tanθ=33,即θ=30°,m=1kg,A、B正确;由上述分析可知导体棒重力为10N,根据力的矢量合成作图,如图所示,可知导体棒所受安培力可能为12N,C正确;α【关键提醒】(1)判断点电荷在电场中受到静电力的方向时,注意电荷的正、负。(2)判断安培力的方向时要先确定磁场方向、电流方向,再用左手定则,同时注意将立体图转化为平面图。(3)静电力或安培力、洛伦兹力的出现,可能会对弹力或摩擦力产生影响。(4)涉及电路问题时,要注意闭合电路欧姆定律的应用。10.(6分)(2024·九江模拟)如图所示,在竖直固定的光滑绝缘圆环轨道上,套着两带电小环a、b。两小环处于静止状态,且刚好位于同一水平线上。若小环b缓慢漏电,则()A.漏电前,a、b两小环质量和电量均相同B.漏电过程中,小环a对轨道的压力大小不变C.漏电过程中,两小环始终在同一高度且库仑力逐渐减小D.漏电过程中,若小环a固定,则小环b受到轨道的支持力逐渐增大【解析】选C。漏电前,a环的受力分析如图甲所示,根据几何关系可知tanθ=F库mag=F库mbg,可知两小环质量相等,但电量不一定相同,A错误;对a环受力分析可知,a逐渐下降,θ逐渐减小,故FN逐渐减小,b对a的库仑力逐渐减小,B错误,C正确;b环下落到下方任意一点D点,对b进行受力分析如图乙所示,由相似三角形可知k=mbgOC=FN11.(20分)如图所示,光滑圆柱A和半圆柱B紧靠着静置于水平地面上,二者半径均为R。A的质量为m,B的质量为m2,B与地面的动摩擦因数为μ。现给A施加一拉力F,使A缓慢移动,运动过程中拉力F与圆心连线O1O2的夹角始终为60°保持不变,直至A恰好运动到B的最高点,整个过程中B保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g(1)A、B间弹力的最大值Fmax;(7分)答案:(1)233【解析】(1)以A为研究对象,A受到重力mg、拉力F、B对A的弹力FN;由题意知,三个力的合力始终为零,矢量三角形如图甲所示在FN转至竖直的过程中,A、B间的弹力先增大后减小,拉力F逐渐减小;当夹角θ=30°(F水平向右)时,A、B间弹力最大,且最大值为Fmax=mgcos30°=(2)B与地面间动摩擦因数的最小值μmin。(13分)答案:(2)3【解析】(2)对B受力分析如图乙所示,A对B的弹力FN'=FN,在竖直方向水平地面对B的支持力为FN地=12mg+FNcos在水平方向静摩擦力为f=FNsinθ当A缓慢移动到B的最高点的过程中,