高三物理三力平衡试题答案及解析

高三物理三力平衡试题答案及解析
1.如图所示，弹簧秤、绳和滑轮的重力不计，摩擦力不计，物体重量都是G．在甲、乙、丙三种
情况下，弹簧的读数分别是F
1、F
2
、F
3
，则（）
A．F
3>F
1
＝F
2
B．F
3
＝F
1
>F
2
C．F
1
＝F
2
＝F
3
D．F
1
>F
2
＝F
3
【答案】B
【解析】甲图：物体静止，弹簧的拉力；
乙图：对物体为研究对象，作出力图如图。

由平衡条件得
丙图：以动滑轮为研究对象，受力如图．由几何知识得．故
【考点】考查了力的合成与分解
2.如图所示，一质量为m的物块恰好静止在倾角为θ、质量为M的斜劈上．物块与斜劈和斜劈
与地面间的动摩擦因数均为μ.现对物块施加一个水平向右的恒力F，如果物块和斜劈都仍处于静
止状态，则（）
A．物块受到的合外力增大
B．地面对斜劈的摩擦力可能减小
C．水平恒力F不可能大于
D．水平恒力F可能大于μ（m＋M）g
【答案】C
【解析】因为加水平力F后物块和斜劈都仍处于静止状态故所受的合力仍为零不变，选项A错误；对物体和斜面的整体而言，加力F 时地面对斜劈的摩擦力一定增加，选项B错误；当m将要向
上运动时，则由正交分解法可得：，解得：
，因为物体m静止，所以水平恒力F不可能大于，选项
C 正确；当Mm的整体将要运动时，则F=μ（m＋M）g，因为整体是静止的，所以水平恒力F不可能大于μ（m＋M）g，选项
D 错误。

【考点】物体的平衡及正交分解法。

3.如图所示，质量为M、半径为R、内壁光滑的半球形容器静放在粗糙水平地面上，O为球
心．有一劲度系数为K的轻弹簧一端固定在半球底部处，另一端与质量为m的小球相连，小球静止于P点。

已知地面与半球形容器间的动摩擦因数为μ， OP与水平方向的夹角为θ＝
30°．下列说法正确的是
A．小球受到轻弹簧的弹力大小为
B．小球受到容器的支持力大小为
C．小球受到容器的支持力大小为
D．半球形容器受到地面的摩擦大小为
【答案】C
【解析】对小球受力分析，如图所示，由几何关系可知，，故A、B错误；C正确；由牛顿第三定律可知，弹簧对容器的弹力大小等于F，小球对弹簧的弹力等于T；由图形可知，两
力在水平方向的分量相等，故容器在水平方向不受摩擦力，故D错误．
【考点】共点力的平衡；力的合成与分解。

4.如图所示，物块在力F作用下向右沿水平方向匀速运动，则物块受到的摩擦力F
与拉力F的合
f
力方向应该是()
A．水平向右B．竖直向上C．向右偏上D．向左偏上
【答案】B
三个力的作用下处于平衡【解析】物体受向下的重力G、斜向上的拉力F和水平向左的摩擦力F
f
与拉力F的合力方向应和重力方向状态，则任意两个力的合力与第三个力等大反向，故摩擦力F
f
相反即竖直向上，向下B正确。

【考点】物体的平衡。

5.如图所示，小车静止在光滑水平地面上，小车的上表面由光滑的斜面AB和粗糙的平面BC组成（它们在B处由极短的光滑圆弧平滑连接），小车右侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器，当传感器受压力时，其示数为正值；当传感器受拉力时，其示数为负值。

一个小滑块（可视为质点）从A点由静止开始下滑，经B至C点的过程中，传感器记录到的力F随时间t变化的关系如下面四图表示，其中可能正确的是
【答案】 D
【解析】根据题意，滑块先沿斜面匀加速下滑，后在水平面匀减速向左滑动；滑块加速下滑时，
受重力和斜面对它的支持力，支持力是恒力，故滑块对斜面体有向右下方的恒定压力，小车对传
感器有压力，故传感器示数为正且恒定不变；滑块匀减速向左滑动时，小车对它的摩擦力向右且
恒定不变，滑块对小车有向左的摩擦力，小车对传感器有拉力，故传感器受到拉力且恒定；故ABC错误，D正确；
【考点】牛顿第二定律；力的平衡
6.小车上有一根固定的水平横杆，横杆左端固定的斜杆与竖直方向成θ角，斜杆下端连接一质量
为m的小铁球。

横杆右端用一根轻质细线悬挂一相同的小铁球，当小车在水平面上做直线运动时，细线保持与竖直方向成α角（α≠θ），设斜杆对小铁球的作用力为F，下列说法正确的是
A．F沿斜杆向上，F＝B．F沿斜杆向上，F＝
C．F平行于细线向上，F＝D．F平行于细线向上，F＝
【答案】D
【解析】对右边的小铁球研究，受重力和细线的拉力，如图
根据牛顿第二定律，得：mgtanα=ma得到：a=gtanα…①
对左边的小铁球研究，受重力和细杆的弹力，如图，设轻杆对小球的弹力方向与竖直方向夹角为
θ
由牛顿第二定律，得：m′gtanβ=m′a′…②
F′＝…③
因为a=a′，得到β=α≠θ，则：
轻杆对小球的弹力方向与细线平行，大小为F′＝=；
【考点】本题考查共点力的平衡条件。

7.在倾角为的固定光滑斜面上有两个用轻弹簧相连接的物块A、B，它们的质量分别为m
1、m
2
，
弹簧劲度系数为k，C为一固定挡板，系统处于静止状态。

现用一平行于斜面向上的恒力F拉物块A使之向上运动，当物块B刚要离开挡板C时，物块A运动的距离为d，速度为v，则
A．物块B的质量满足
B．此时物块A的加速度为
C．此时拉力做功的瞬时功率为
D．此过程中，弹簧的弹性势能变化了
【答案】D
【解析】开始系统处于静止状态，弹簧弹力等于A的重力沿斜面下的分力，当B刚离开C时，弹
簧的弹力等于B的重力沿斜面下的分力，故m
2gsinθ=kx
2
，但由于开始是弹簧是压缩的，故d＞x
2
，
故m
2
gsinθ＜ kd，A错误；当B刚离开C时，弹簧的弹力等于B的重力沿斜面下的分力，故
m
2gsinθ=kx
2
，但由于开始是弹簧是压缩的，故d＞x
2
，故m
2
gsinθ＜ kd，故物块A加速度小于，B错误；拉力的瞬时功率P=Fv，C错误；根据功能关系，弹簧弹性势能的增加量等于拉
力的功减去系统动能和重力势能的增加量，即为，D正确；【考点】本题考查共点力的平衡条件。

8.在如图所示装置中，两物体质量分别为m
1、m
2
，悬点a、b间的距离远大于滑轮的直径，不计
一切摩擦，整个装置处于静止状态。

由图可知A．α一定等于β
B．m
1一定大于m
2
C．m
1一定小于2m
2
D．m
1可能大于2m
2
【答案】AC
【解析】据题意，a、b段是同一根绳子，张力处处相等，则有：
，在x轴方向上有：，所以一定有：，A选项正确；在y轴方向有：，即，整理得：，故C选项正确而B、D选项错误。

【考点】本题考查物体的平衡条件。

9.如下图所示，a、b两个质量相同的球用线连接，a球用线挂在天花板上，b球放在光滑斜面上，系统保持静止，以下图示哪个是正确的()
【答案】B
【解析】对b球受力分析，受重力、斜面对其垂直向上的支持力和细线的拉力，由于三力平衡时
三个力中任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线，故细线拉力向右上方，故A图错误；
再对ab两个球整体受力分析，受总重力、斜面垂直向上的支持力和上面细线的拉力，再次根据
共点力平衡条件判断上面的细线的拉力方向斜向右上方，故C、D图均错误；
故选B．
【考点】本题考查物体的平衡
点评：本题关键是先通过对b球受力分析后判断出下面细线的拉力方向，再对两球整体受力分析，判断上面细线的拉力方向．
10.如图所示，正方形的框架由四根粗细相同的均匀细棒构成，每根细棒的质量均为m＝2.8kg，
框架可绕过D点的水平轴在竖直面内自由转动，现用一细绳BE连结框架的B点与竖直墙上的E 点，绳与水平方向的夹角为a＝37°，此时框架的C端刚好对墙面无压力，则BE绳所受拉力的大
小为T＝__________N。

调整细绳的长度和E点的位置，使细绳与水平方向的夹a＝
__________时，BE绳中的拉力最小。

【答案】40，45°
【解析】重力与绳子的拉力，两力力矩平衡，设正方形的边长为,则有，
解得T=40N。

当拉力的力臂最大即为ＢＤ时，拉力最小，此时ＢＤ与ＢＥ垂直，所以a＝45°
11.如右图甲所示，一物块置于水平地面上。

现用一个与竖直方向成θ角的力F拉物块，现使力
F沿顺时针转动，并保持物块沿水平方向做匀速直线运动；得到拉力F与θ变化关系图线如右图
乙所示，根据图中信息可知物块与地面之间的动摩擦因数为（）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【解析】从图象中可以看出物体匀速，当力与竖直方向夹角为30°和120°时，外力相等，设此时
拉力大小为F'，则物体受重力mg、支持力N、摩擦力f和F'处于平衡，根据平衡条件可知，夹角为30°时有：，夹角为120°时，力水平方向成30°夹角，则由平衡条件得：，联立解得：。

故C选项正确。

12.如右图所示，图形凹槽半径R=30cm，质量m=1kg的小物块在沿半径方向的轻弹簧挤压下处
于静止状态。

已知弹簧的劲度系数k=50N/m，自由长度L=40cm，一端固定在圆心O处，弹簧与
竖直方向的夹角为37°。

取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。

则（）
A．物块对槽的压力大小是15N
B．物块对槽的压力大小是13N
C．槽对物块的摩擦力大小是6N
D．槽对物块的摩擦力大小是8N
【答案】BC
【解析】由受力分析可知物体退槽的压力，槽对物块的摩擦力
13.如下图所示，在水平粗糙横杆上，有一质量为m的小圆环A，用一细线悬吊一个质量为m的球B。

现用一水平拉力缓慢地拉起球B，使细线与竖直方向成37°角，此时环A仍保持静止。

求：
【1】此时水平拉力F的大小；
【答案】
【2】环对横杆的压力及环受到的摩擦力。

【答案】对横杆的压力大小为2mg，方向竖直向下，环受到的摩擦力大小为0.75mg，方向水平向左
14.如图所示，滑块A与小球B用一根不可伸长的轻绳相连，且滑块A套在水平直杆上。

现用与水平方向成300角的力F拉B，使A、B一起向右匀速运动，运动过程中A、B保持相对静止。

已知A、B的质量分别为2kg、1kg，F=10N，重力加速度为10m／s2．
则
A轻绳与水平方向的夹角θ=300
B轻绳与水平方向的夹角θ=600
C滑块A与水平直杆之间的动摩擦因数为
D滑块A与水平直杆之间的动摩擦因数为
【答案】AD
【解析】略
15.如图所示，一根长为l的细绳一端固定在O点，另一端悬挂质量为m的小球A，为使细绳与竖直方向夹30°角且绷紧，小球A处于静止状态，则对小球施加的最小力等于（）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【解析】略
16.物体静止在斜面上，以下的几种分析中正确的是（）
A．物体所受静摩擦力的反作用力是重力沿斜面的分力
B．物体所受重力沿垂直斜面的分力就是物体对斜面的压力
C．物体所受重力的反作用力就是斜面对它的静摩擦力和支持力这两个力的合力
D．物体所受支持力的反作用力就是物体对斜面的压力
【答案】D
【解析】略
17.如图所示，物体A、B用细绳连接后跨过滑轮．A静止在倾角为450的斜面上，B悬挂着．已
知质量m
A = 2m
B
，不计滑轮摩擦，现将斜面倾角由450增大到500，但物体仍保持静止，那么下
列说法中正确的是（）
A．绳子的张力将增大
B．物体A对斜面的压力将增大
C．绳子的张力及A受到的静摩擦力都不变
D．物体A受到的静摩擦力将增大
【答案】D
【解析】略
18.如图所示，在质量为1 kg的重物上系着一条长30 cm的细绳，细绳的另一端连着套在水平棒上可以滑动的轻环，轻环与棒间的动摩擦因数为0.75，另有一条细绳，其一端跨过定滑轮（定滑轮的大小可忽略），定滑轮固定在距离圆环0.5 m的地方．当细绳的端点挂上重物G时，圆环恰
好没滑动，试问：
（1）长为30 cm的细绳的张力是多少？
（2）圆环将要开始滑动时，重物G的质量是多少？
（3）角φ多大？
【答案】（1）8 N（2）0.6 k g（3）90°
【解析】（1）如图所示，选取坐标系，根据平衡条件有：
G cos θ＋F
T
sin θ－mg＝0
F
T
cos θ－G sin θ＝0.
即F
T
＝8 N.
（2）圆环将要滑动时，得：
m
G g＝F
T
cot θ，m
G
＝0.6 k g.
（3）前已证明φ为直角，故φ＝90°.
19.重为G粗细均匀的棒AB用轻绳MPN悬吊起来，如图所示．当棒静止时，有：（）
A．棒必处于水平
B．棒必与水平相交成300角且N高M低
C．绳子MP和NP的张力必有T MP > T NP，且绳子OP的张力T OP = G
D．绳子MP和NP的张力必有T MP < T NP，且绳子OP的张力T OP = G
【答案】BC
【解析】略
20.两刚性球a和b的质量分别为和、直径分别为个(>)。

将a、b球依次放入一竖直放置、内径为的平底圆筒内，如图所示。

设a、b两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为和，筒底所受的压力大小为．已知重力加速度大小为g。

若所以接触都是光滑的，则
A．B．
C．D．
【答案】A
【解析】对两刚性球a和b整体分析，竖直方向平衡可知F＝（＋）g、水平方向平衡有＝。