(通用版)2020版高考物理一轮复习第二章第3讲受力分析共点力的平衡课时作业(含解析)

受力分析 共点力的平衡一、选择题(本题共10小题，1～6题为单选题，7～10题为多选题)1．“阶下儿童仰面时，清明妆点正堪宜．游丝一断浑无力，莫向东风怨别离．”这是《红楼梦》中咏风筝的诗，风筝在风力F 、线的拉力F T 以及重力G 的作用下，能够高高地飞在蓝天上．关于风筝在空中的受力可能正确的是( )解析：A 在B 、C 、D 三个图中，合力不可能为零，不能处于平衡状态，只有A 图，在三个力的作用下能处于平衡，故A 正确，B 、C 、D 错误．2.如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O 点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的．一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m 1和m 2的小球．当它们处于平衡状态时，质量为m 1的小球与O 点的连线与水平线的夹角为α＝90°，质量为m 2的小球位于水平地面上，设此时质量为m 2的小球对地面压力大小为F N ，细线的拉力大小为F T ，则( )A ．F N ＝(m 2－m 1)gB ．F N ＝m 2gC ．F T ＝22m 1gD ．F T ＝(m 2－22m 1)g 解析：B 分析小球m 1的受力情况，由物体的平衡条件可得，绳的拉力F T ＝0，故C 、D 均错误；分析m 2受力，由平衡条件可得：F N ＝m 2g ，故A 错误，B 正确．3．某些农村一大家人过春节时常用简易灶做菜，如图甲所示，将一个半球形铁锅用三个轻小石块支起用柴火烧菜，铁锅边缘水平，小石块成正三角形放在水平灶台上，石块到铁锅球心的连线与竖直方向的夹角均成30°，已知锅与菜的总质量为9 kg ，不计铁锅与石块间的摩擦，重力加速度g ＝10 m/s 2，则下列说法正确的是( )A ．灶台对每个石块的作用力均竖直向上B ．灶台受到每个石块的压力为90 NC ．每个石块与铁锅之间的弹力大小为20 3 ND ．灶台对每个石块的摩擦力为10 N解析：C 灶台对石块有竖直向上的支持力和水平方向的摩擦力作用，故灶台对每个石块的作用力不是竖直向上的，A 错误．对铁锅和石块的整体而言，竖直方向对灶台的压力等于铁锅和三个石块的重力之和，故灶台受到每个石块的压力等于13G 锅＋G 石，B 错误．对锅由平衡知识得3F N cos 30°＝G 锅，解得F N ＝20 3 N ，C 正确．对石块，在水平方向，F f ＝F N sin 30°＝10 3 N ，则灶台对每个石块的摩擦力为10 3 N ，D 错误．4.(2018·济南模拟)如图所示，半圆形线框竖直放置在粗糙的水平地面上，质量为m 的光滑小球P 在水平外力F 的作用下处于静止状态，P 与圆心O 的连线与水平面的夹角为θ，将力F 在竖直面内沿顺时针方向缓慢转过90°，框架与小球始终保持静止状态，在此过程中下列说法正确的是( )A ．拉力F 一直增大B ．拉力F 的最小值为mg sin θC ．地面对框架的摩擦力先增大后减小D ．框架对地面的压力始终在减小解析：D 对球受力分析，如图所示，从图看出，将力F 在竖直面内沿顺时针方向缓慢转过90°，拉力先减小后增加，当拉力与支持力垂直时最小，为mg cos θ，故A 、B 错误；再分析球和框整体，受重力、拉力、支持力和摩擦力，如果将图中的拉力F 沿着水平和竖直方向正交分解，将力F 在竖直面内沿顺时针方向缓慢转过90°过程中，其水平分力减小、而竖直分力增加，根据平衡条件可知，支持力减小、摩擦力也减小，根据牛顿第三定律，对地面的压力减小，故C 错误，D 正确．5.(2018·河北衡水武邑中学第二次调研)如图所示，固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔．质量为m 的小球套在圆环上．一根细线的下端系着小球，上端穿过小孔用手拉住．现拉动细线，使小球沿圆环缓慢上移，在移动过程中手对线的拉力F 和轨道对小球的弹力F N 的大小变化情况是( )A ．F 不变，F N 增大B ．F 不变，F N 减小C ．F 减小，F N 不变D ．F 增大，F N 减小解析：C 小球沿圆环缓慢上移可看作静止，对小球进行受力分析，作出受力示意图如图所示，由图可知△OAB ∽△GFA 即：G R ＝F AB ＝F N R，当A 点上移时，半径不变，AB 长度减小，故F 减小，F N 不变，故C 正确．6．(2018·银川模拟)如图所示，轻质弹簧一端系在质量为m ＝1 kg 的小物块上，另一端固定在墙上．物块在斜面上静止时，弹簧与竖直方向的夹角为37°，已知斜面倾角θ＝37°，斜面与小物块间的动摩擦因数μ＝0.5，斜面固定不动．设物块与斜面间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，下列说法正确的是( )A ．小物块可能只受三个力B ．弹簧弹力大小一定等于4 NC ．弹簧弹力大小不可能等于3 ND ．斜面对物块支持力可能为零解析：C 假如物块受3个力作用：重力、斜面的支持力以及摩擦力，则mg sin 37°＝6 N ，而最大静摩擦力为μmg cos 37°＝4 N<6 N ，则物块不能静止，故选项A 错误；要使物块静止，则弹簧弹力最小为F，则满足mg sin 37°＝μ(F＋mg cos 37°)，解得F＝4 N，故当弹力不小于4 N时，物块均能静止，选项B错误，选项C正确；若斜面对物块支持力为零，则物体与斜面之间的摩擦力为零，则物体不可能静止，选项D错误．7.(2018·安徽A10联盟联考)如图所示，斜面体放在水平面上，C是斜面体斜面AB上的一点，AC部分粗糙，CB部分光滑，一物块在AC部分匀速下滑，此时斜面体对物块的作用力为F1、地面对斜面体的摩擦力为f1，物块在CB部分下滑时，斜面体对物块的作用力为F2、地面对斜面体的摩擦力为f2，整个过程斜面体始终处于静止，不计空气阻力，则( )A．f1<f2B．f1＝f2C．F1>F2D．F1＝F2解析：AC 物块在AC段匀速下滑时，物块和斜面体整体处于平衡状态，因此地面对斜面体的摩擦力为零，即f1＝0，这时斜面对物块的作用力大小等于物块的重力，即F1＝mg.当物块在CB段下滑时，物块加速下滑，整体有向左的加速度，则地面对斜面体有向左的摩擦力，因此有f1<f2，A正确、B错误；斜面体对物块的作用力F2＝mg cos θ(θ为斜面的倾角)，因此有F1>F2，C正确，D错误．8.(2018·盘锦模拟)如图所示，木板P下端通过光滑铰链固定于水平地面上的O点，物体A、B叠放在木板上且处于静止状态，此时物体B的上表面水平．现使木板P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，物体A、B仍保持静止，与原位置的情况相比( )A．A对B的作用力减小B．B对A的支持力减小C．木板对B的支持力增大D．木板对B的摩擦力增大解析：BC 设木板与水平地面的夹角为α.以A为研究对象，A原来只受到重力和支持力而处于平衡状态，所以B对A的作用力与A的重力大小相等，方向相反；当将P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，B的上表面不再水平，A受力情况如图1，A受到重力和B对A的支持力、摩擦力三个力的作用，其中B对A的支持力、摩擦力的合力仍然与A的重力大小相等，方向相反，则B对A的作用力保持不变．根据牛顿第三定律可知，A对B的作用力也不变，故A错误；当将P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置时，设B的上表面与水平方向之间的夹角是β，由于支持力与摩擦力相互垂直，则N1＝G A cos β，所以A受到的支持力一定减小了，故B正确；以AB整体为研究对象，分析受力情况如图2，总重力G AB、木板的支持力N2和摩擦力f2，N2＝G AB cos α，f2＝G AB sin α，α减小，N2增大，f2减小，故C正确，D错误．9.(2018·温州模拟)如图所示，木板C放在水平地面上，木板B放在C的上面，木板A 放在B的上面，A的右端通过轻质弹簧秤与固定的竖直墙壁相连，A、B、C质量相等，且各接触面间动摩擦因数相同，用大小为F的力向左拉动C，使它以速度v匀速运动，三者稳定后弹簧秤的示数为T.则下列说法正确的是( )A．B对A的摩擦力大小为T，方向向左B．A和B保持静止，C匀速运动C．A保持静止，B和C一起匀速运动D．C受到地面的摩擦力大小为F－T解析：ACD 由题意，A、B、C质量相等，且各接触面间动摩擦因数相同，再依据滑动摩擦力公式F＝μF N可知，B、C之间的滑动摩擦力大于A、B之间的，因此在F作用下，B、C作为一整体运动，对A、B＋C受力分析：A受水平向右的拉力和水平向左的摩擦力，根据平衡条件，可知，B对A的摩擦力大小为T，方向向左，故A、C正确，B错误；又因为木板间力的作用是相互的，则B＋C受到A对它水平向右的摩擦力，大小为T；由于B＋C做匀速直线运动，则B＋C受到水平向左的拉力F和水平向右的两个摩擦力平衡(A对B的摩擦力和地面对C的摩擦力)，根据平衡条件可知，C受到地面的摩擦力大小为F－T，故D正确．10.如图所示，两根轻绳一端系于结点O，另一端分别系于固定圆环上的A、B两点，O 为圆心．O点下面悬挂一物体M，绳OA水平，拉力大小为F1，绳OB与绳OA的夹角α＝120°，拉力大小为F2.将两绳同时缓慢顺时针转过75°，并保持两绳之间的夹角α始终不变，物体始终保持静止状态．则在旋转过程中，下列说法正确的是( )A．F1逐渐增大B．F1先增大后减小C．F2逐渐减小D．F2先减小后增大解析：BC 物体始终保持静止，则物体所受合外力为零，所以Mg、F1、F2构成封闭的矢量三角形如图所示，由于重力不变，F1和F2的夹角α＝120°不变，即β＝60°，当θ＝β＝60°，F1为圆的直径，最大，所以F1先增大后减小，F2一直减小．二、计算题(需写出规范的解题步骤)11.(2018·铜陵模拟)如图所示，质量M＝2 3 kg的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块A与质量m＝ 3 kg的小球相连．今用与水平方向成α＝30°角的力F＝10 3 N，拉着球带动木块一起向右匀速运动，运动中M、m相对位置保持不变，取g＝10 m/s2.求：(1)运动过程中轻绳与水平方向的夹角θ；(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ.解析：(1)设轻绳对小球的拉力为F T，小球受力如图甲所示，由平衡条件可得F cos 30°－F T cos θ＝0F sin 30°＋F T sin θ－mg＝0解得F T＝10 3 N，θ＝30°.(2)以木块和小球组成的整体为研究对象，受力分析如图乙所示，由平衡条件得F cos 30°－F f＝0F N＋F sin 30°－(M＋m)g＝0又F f＝μF N，解得μ＝35.答案：(1)30°(2)3 512.如图所示，质量为m的物体，放在一固定斜面上，当斜面倾角为30°时恰能沿斜面匀速下滑．对物体施加一大小为F的水平向右的恒力，物体可沿斜面匀速向上滑行．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当斜面倾角增大并超过某一临界角θ0时，不论水平恒力F多大，都不能使物体沿斜面向上滑行，试求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数；(2)这一临界角θ0的大小．解析：(1)物体恰匀速下滑时，由平衡条件得：mg sin 30°－μmg cos 30°＝0，则μ＝tan 30°＝3 3.(2)设斜面倾角为α，受力情况如图所示：由平衡条件有F cos α＝mg sin α＋F fF N＝mg cos α＋F sin α静摩擦力F f＝μF N联立解得F(cos α－μsin α)＝mg sin α＋μmg cos α要使“不论水平恒力F多大”，上式都成立，则有cos α－μsin α＝0所以tan α＝1μ＝3＝tan 60°，即θ0＝60°答案：(1)33(2)60°。