2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題復(fù)習(xí)訓(xùn)練 課時(shí)作業(yè)一 力與物體的平衡(含解析)
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1、課時(shí)作業(yè)一 力與物體的平衡 一、選擇題 1.(2019年山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三二模)如圖1所示,將某均勻長(zhǎng)方體鋸成A、B兩塊后,在水平桌面上并放在一起,現(xiàn)用水平力F推B,使A、B整體保持長(zhǎng)方體沿F方向勻速運(yùn)動(dòng),則( ) 圖1 A.A在水平方向受到三個(gè)力的作用,且合力為零 B.A在水平方向受到五個(gè)力的作用,且合力為零 C.A對(duì)B的作用力方向與A、B接觸面垂直 D.B對(duì)A的彈力大于桌面對(duì)A的摩擦力 解析:對(duì)A受力分析,如圖2所示,在水平方向上受B對(duì)A的彈力,桌面的滑動(dòng)摩擦力,B對(duì)A的靜摩擦力,在三個(gè)力的作用下處于平衡,受力如圖,故A正確,B錯(cuò)誤.B對(duì)A的彈力和靜摩擦力的合力與桌面
2、的滑動(dòng)摩擦力等值反向,與F的方向相同;根據(jù)牛頓第三定律可知,A對(duì)B的作用力方向與F的方向相反,不與A、B接觸面垂直,故C錯(cuò)誤.因?yàn)锽對(duì)A的彈力與B對(duì)A的摩擦力垂直,二者的合力等于桌面對(duì)A的摩擦力,所以B對(duì)A的彈力小于桌面對(duì)A的摩擦力,故D錯(cuò)誤. 圖2 答案:A 2.(2019年湖北省重點(diǎn)學(xué)校協(xié)作體沖刺模擬)如圖3所示,靜止在水平地面上傾角為θ斜面光滑的斜面體上,有一斜劈A,A的上表面水平且放有一斜劈B,B的上表面上有一物塊C,A、B、C一起沿斜面勻加速下滑,已知A、B、C的質(zhì)量均為m,重力加速度為g,下列說法正確的是( ) 圖3 A.A的上表面可以是光滑的 B.C可能只受
3、兩個(gè)力作用 C.A加速度大小為gcosθ D.斜面體受到地面的摩擦力為零 解析:對(duì)B、C整體受力分析,受重力、支持力,而B、C沿斜面勻加速下滑,整體的合力沿斜面向下,所以A、B間摩擦力不為零,A錯(cuò)誤;對(duì)ABC整體分析,由于斜面體斜面光滑,所以整體的加速度為a=gsinθ,如果B的上表面是光滑的,傾角也為θ,則C的加速度也為a=gsinθ,此時(shí)只受重力和B給的支持力,B正確,C錯(cuò)誤;因?yàn)锳BC整體對(duì)斜面體有個(gè)斜向右下的作用力,該力可分解為一個(gè)水平向右的分力,而斜面體處于靜止?fàn)顟B(tài),故斜面體受地面的摩擦力水平向左,D錯(cuò)誤. 答案:B 3.(2019年鄭州市二模)如圖4所示,物體P、Q可視為
4、點(diǎn)電荷,電荷量相同.傾角為θ、質(zhì)量為M的斜面體放在粗糙水平面上.將質(zhì)量為m的物體P放在粗糙的斜面體上.當(dāng)物體Q放在與P等高(PQ連線水平)且與物體P相距為r的右側(cè)位置時(shí),P靜止且受斜面體的摩擦力為0,斜面體保持靜止,靜電力常量為k,則下列說法正確的是( ) 圖4 A.P、Q所帶電荷量為 B.P對(duì)斜面體的壓力為0 C.斜面體受到地面的摩擦力為0 D.斜面體對(duì)地面的壓力為(M+m)g 解析:以P為研究對(duì)象,受力分析如圖5所示,受到重力mg、斜面體的支持力FN和庫侖力F,由平衡條件得: 圖5 F=mgtanθ FN= 根據(jù)庫侖定律得:F=k 聯(lián)立解得:q=r 由牛頓
5、第三定律得P對(duì)斜面體的壓力為:FN′=FN=,故A、B錯(cuò)誤. 圖6 以斜面體和P整體為研究對(duì)象受力如圖6所示,由平衡條件得地面對(duì)斜面體的摩擦力為Ff=F,地面對(duì)斜面體的支持力為FN1=(M+m)g,根據(jù)牛頓第三定律得斜面體受到地面的摩擦力為F,斜面體對(duì)地面的壓力為FN1′=FN1=(M+m)g.故C錯(cuò)誤,D正確. 答案:D 4.(2019年保定模擬)(多選)如圖7所示,在傾角為θ的粗糙斜面上固定一個(gè)與斜面垂直的光滑擋板,圓柱體A放在半圓柱體B上,A、B兩圓柱體橫截面半徑相等.現(xiàn)對(duì)B施加一個(gè)沿斜面向上的拉力使其沿斜面向上緩慢移動(dòng),直到A、B徹底分開.該過程中( ) 圖7 A
6、.A對(duì)擋板的壓力先減小再增大 B.A對(duì)B的壓力逐漸減小 C.B受到的摩擦力保持不變 D.B受到拉力逐漸減小 解析:先以A、B為整體,受力分析如圖8所示,受力得N1與f不變,以A為研究對(duì)象,如圖9所示,B對(duì)A的支持力N與豎直夾角變大,N增大,則N2增大,F(xiàn)+N2=f,f不變,∴F減小,故選C、D. 答案:CD 5.如圖10所示,上表面為四分之一光滑圓弧的物體A靜止在粗糙的水平地面上,一小物塊B從圓弧底端受到水平外力F的作用緩慢沿圓弧向上移動(dòng)一小段距離,在此過程,A始終處于靜止?fàn)顟B(tài).下列說法正確的是( ) 圖10 A.水平外力F保持不變 B.地面對(duì)A的摩擦力逐漸增大
7、C.A對(duì)B的支持力逐漸減小 D.地面對(duì)A的支持力逐漸減小 解析:設(shè)A對(duì)B的支持力與豎直方向的夾角為θ,對(duì)B由平衡條件知,水平外力F=mgtanθ、支持力FN1=,B沿圓弧上移,夾角θ變大,則水平外力F和支持力FN1均增大,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;對(duì)A、B整體,地面對(duì)A的摩擦力Ff=F,隨水平外力F增大而增大,地面對(duì)A的支持力FN2=(M+m)g保持不變,選項(xiàng)B正確,D錯(cuò)誤. 答案:B 6.(2019年珠海一中模擬)如圖11所示,水平固定且傾角為37°的光滑斜面上有兩個(gè)質(zhì)量均為m=1 kg的小球A、B,它們用勁度系數(shù)為k=200 N/m的輕質(zhì)彈簧連接,彈簧的原長(zhǎng)為l0=20 cm,現(xiàn)對(duì)B施加一水
8、平向左的推力F,使A、B均在斜面上以加速度a=4 m/s2向上做勻加速運(yùn)動(dòng),此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l和推力F的大小分別為(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10 m/s2)( ) 圖11 A.0.15 m,25 N B.0.25 m,25 N C.0.15 m,12.5 N D.0.25 m,12.5 N 解析:以整體為研究對(duì)象,受力分析如圖12所示,沿斜面方向有:Fcos37°-2mgsin37°=2ma,以A為研究對(duì)象,沿斜面方向有: 圖12 kx-mgsin37°=ma,x=l-l0,解得F=25 N,l=0.25 m,故B
9、正確,A、C、D錯(cuò)誤. 答案:B 7.(多選)如圖13所示,一根L形輕桿OAB用鉸鏈固定在天花板上,且OA與AB相互垂直,在A點(diǎn)下方用一根輕質(zhì)細(xì)線懸掛重力為G的物體.現(xiàn)在B點(diǎn)施加拉力F,使輕桿的OA段由豎直向下的位置緩慢轉(zhuǎn)到偏離豎直方向60°角的位置.若拉力F始終沿AB方向,則在變化過 程中( ) 圖13 A.拉力F逐漸增大 B.輕桿OA段中的作用力不斷增大 C.鉸鏈對(duì)輕桿OAB的作用力不斷減小 D.輕桿OA段中的最小作用力為 圖14 解析:由題意知拉力F與OA始終垂直,且A點(diǎn)在重力G、拉力F和輕桿作用力F′的作用下平衡,故此三力可構(gòu)成一個(gè)封閉的矢量三角形,如圖1
10、4所示,由正弦定理,==(0<θ≤60°),θ↑,F(xiàn)↑F′↓,θ=60°,F(xiàn)′=最?。? 答案:AC 8.在粗糙水平地面上放著一個(gè)截面為半圓的柱狀物體A,A與光滑豎直墻之間放另一截面也為半圓的光滑柱狀物體B,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),截面如圖15所示.設(shè)墻對(duì)B的作用力為F1,B對(duì)A的作用力為F2,地面對(duì)A的作用力為F3.在B上加一物體C,整個(gè)裝置仍保持靜止,則( ) 圖15 A.F1保持不變,F(xiàn)3增大 B.F1增大,F(xiàn)3保持不變 C.F2增大,F(xiàn)3增大 D.F2增大,F(xiàn)3保持不變 解析:未放上C時(shí),以B為研究對(duì)象,受力分析如圖16甲所示,由平衡條件得,墻對(duì)B的作用力F1
11、=GBtanα,當(dāng)放上C時(shí),F(xiàn)1增大.A對(duì)B的作用力F2′=,F(xiàn)1增大,則F2′增大,由牛頓第三定律知F2′=F2,即F2也增大.再以整體為研究對(duì)象,受力分析如圖16乙所示,則放上C前,地面對(duì)A的支持力N=GA+GB,放上C后變?yōu)镚A+GB+GC,即N增大,地面對(duì)A的摩擦力f=F1,且F3為N與f的合力,所以F3增大,故C正確. 圖16 答案:C 9.(多選)某些農(nóng)村一大家人過春節(jié)時(shí)常用簡(jiǎn)易灶做菜,如圖17甲、乙所示,將一個(gè)球形鐵鍋用三個(gè)不計(jì)重力的小石塊支起用柴火燒菜,鐵鍋邊緣水平,小石塊成正三角形放在水平灶臺(tái)上,石塊到鐵鍋球心的連線與豎直方向的夾角均為30°,已知鐵鍋與菜的總質(zhì)量為
12、9 kg,不計(jì)鐵鍋與石塊間的摩擦,重力加速度g取10 m/s2,下列說法正確的是( ) 圖17 A.灶臺(tái)對(duì)每個(gè)石塊的作用力均豎直向上 B.灶臺(tái)受到每個(gè)石塊的壓力大小為30 N C.每個(gè)石塊與鐵鍋之間的彈力大小為20 N D.灶臺(tái)對(duì)每個(gè)石塊的摩擦力大小為10 N 解析:灶臺(tái)對(duì)石塊有豎直向上的支持力和水平方向的摩擦力作用,故灶臺(tái)對(duì)每個(gè)石塊的作用力的方向不是豎直向上,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;鐵鍋和石塊豎直方向?qū)υ钆_(tái)的壓力等于鐵鍋所受的重力,故灶臺(tái)受到每個(gè)石塊的壓力大小等于mg=×9×10 N=30 N,選項(xiàng)B正確;對(duì)鐵鍋由平衡條件可得:3FNcos30°=mg,解得:FN=20 N,選項(xiàng)C正確
13、;Ff=FNsin30°=10 N,即灶臺(tái)對(duì)每個(gè)石塊的摩擦力大小為10 N,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:BC 10.(2019年山東省青島能力測(cè)試)(多選)如圖18所示,彈性輕繩一端固定于O點(diǎn),另一端連有一質(zhì)量m的小球a,小球a通過不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩連接質(zhì)量相同的小球b,兩小球均處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)給小球b施加一個(gè)力F,使彈性輕繩與豎直方向成30°角,兩球依然保持靜止.下列說法正確的是( ) 圖18 A.彈性繩的長(zhǎng)度一定增加 B.a(chǎn)、b間細(xì)繩上的張力可能減小 C.力F的值可能大于mg D.力F的值可能小于mg 解析:以小球b為研究對(duì)象,分析受力,作出受力圖如圖19甲所示,由于力F方向不確
14、定,根據(jù)作圖法分析得到,a、b間細(xì)繩上的張力可能減小,故B正確;以小球ab為研究對(duì)象,分析受力,作出力圖如圖19乙, 甲 乙 圖19 根據(jù)作圖法分析得到,彈性繩的張力可能減小,所以彈性繩的長(zhǎng)度可能減小;當(dāng)小球施加的力F與彈性輕繩垂直時(shí),所用的力F最小,F(xiàn)min=2mgsin30°=mg,故C正確,A、D錯(cuò)誤. 答案:BC 11.(2019年四川省物理三診試卷)如圖20所示,a、b兩細(xì)繩一端系著質(zhì)量為m的小球,另一端系在豎直放置的圓環(huán)上,小球位于圓環(huán)的中心,開始時(shí)繩a水平,繩b傾斜.現(xiàn)將圓環(huán)在豎直平面內(nèi)順時(shí)針緩慢地向右滾動(dòng)至繩b水平,在此過程中(
15、 ) 圖20 A.a(chǎn)上的張力逐漸增大,b上的張力逐漸增大 B.a(chǎn)上的張力逐漸減小,b上的張力逐漸減小 C.a(chǎn)上的張力逐漸減小,b上的張力逐漸增大 D.a(chǎn)上的張力逐漸增大,b上的張力逐漸減小 解析: 圖21 設(shè)小球的重力為G,圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)過程中b繩與豎直方向的夾角為θ,a和b的拉力大小分別為T1、T2.小球的位置保持不動(dòng),受力保持平衡,由平衡條件可知,兩繩拉力的合力不變,小球受到的重力G和T1、T2組成一個(gè)閉合的三角形.由幾何知識(shí)得知,T1、T2的夾角β不變,由正弦定理得==,在θ≤90°的范圍內(nèi),θ變大故T1變大,T2變?。蔇正確. 答案:D 12.(20
16、19年山東省維坊市高三三模)(多選)如圖22所示,將質(zhì)量為m的小球用橡皮筋懸掛在豎直墻的O點(diǎn),小球靜止在M點(diǎn),N為O點(diǎn)正下方一點(diǎn),ON間的距離等于橡皮筋原長(zhǎng),在N點(diǎn)固定一鐵釘,鐵釘位于橡皮筋右側(cè).現(xiàn)對(duì)小球施加拉力F,使小球沿以MN為直徑的圓弧緩慢向N運(yùn)動(dòng),P為圓弧上的點(diǎn),角PNM為60°.橡皮筋始終在彈性限度內(nèi),不計(jì)一切摩擦,重力加速度為g,則( ) 圖22 A.在P點(diǎn)橡皮筋彈力大小為mg 圖23 B.在P點(diǎn)時(shí)拉力F大小為mg C.小球在M向N運(yùn)動(dòng)的過程中拉力F的方向始終跟橡皮筋垂直 D.小球在M向N運(yùn)動(dòng)的過程中拉力F先變大后變小 解析:由題意知k2R=mg.小球在圓弧
17、上任意一點(diǎn)A時(shí),橡皮筋拉力F1=k2Rcosθ=mgcosθ,恰等于重力在F1方向上的分力mgcosθ,由力的平衡條件知F必然與重力的另一分力平衡,故拉力F應(yīng)與橡皮筋始終垂直,小球在P點(diǎn)時(shí),F(xiàn)1=k2Rcos60°=mgcos60°=mg.拉力F=mgsin60°=mg;小球在由M沿圓弧移到N時(shí),F(xiàn)=mgsinθ,θ變大,F(xiàn)逐漸變大.故本題正確選項(xiàng)為A、C. 答案:AC 二、解答題 圖24 13.質(zhì)量為M,傾角為θ的木楔在水平面上保持靜止,質(zhì)量為m的木塊剛好可以在木楔上表面勻速下滑,現(xiàn)在用與木楔上表面成α角的力F拉著木塊勻速上滑,如圖24所示.重力加速度為g. (1)當(dāng)α為多大時(shí)
18、,拉力F有最小值?最小值為多少? (2)當(dāng)拉力F最小時(shí),水平面對(duì)木楔的摩擦力為多大? 圖25 解:(1)木塊剛好可以沿木楔上表面勻速下滑時(shí), 則有mgsinθ=μmgcosθ 可得μ=tanθ 用力F拉著木塊勻速上滑,受力分析如圖25所示,有 Fcosα=mgsinθ+Ff FN+Fsinα=mgcosθ 又Ff=μFN 圖26 聯(lián)立解得F= 所以,當(dāng)α=θ時(shí),F(xiàn)有最小值, 為Fmin=mgsin2θ. (2)對(duì)木塊和木楔整體受力分析如圖26所示, 由平衡條件可得Ff′=Fcos(θ+α) 當(dāng)拉力F最小時(shí), Ff′=Fmincos 2θ=mgsin4θ
19、. 14.(2019年第三次全國(guó)大聯(lián)考)如圖27所示,兩個(gè)相同的正三棱柱A、B緊靠著靜止于水平地面上,三棱柱的中間有一個(gè)半徑為R的光滑圓柱C,A、B的質(zhì)量均為m,A、B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,C的質(zhì)量為2m.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度為g. 圖27 (1)三者均靜止時(shí)A對(duì)C的支持力為多大? (2)若A、B能保持不動(dòng),μ應(yīng)該滿足什么條件? (3)若C受到經(jīng)過其軸線豎直向下的外力而能夠緩慢下降到地面,求該過程中摩擦力對(duì)A做的功. 圖28 解:(1)圓柱C受力平衡2FNcos60°=2mg 解得FN=2mg (2)如圖28所示,A受力平衡F地=FNcos60°+mg=2mg,f=FNsin60°=mg 因?yàn)閒≤μF地,所以μ≥ (3)C緩慢下降的同時(shí)A、B也緩慢且對(duì)稱地向左右分開 A的受力依然為4個(gè),但除了重力之外的其他力的大小發(fā)生改變,f也成為了滑動(dòng)摩擦力 A受力平衡知F地′=FN′cos60°+mg;f′=FN′sin60°=μF地′ 解得f′= 解有意義,即要求-μ>0,與本題第(2)問不矛盾 由幾何關(guān)系知: 當(dāng)C下落到地面時(shí),A向左移動(dòng)的水平距離為x=R 所以摩擦力的功W=-f′x=- - 14 -
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