2020年高考物理二轮复习专题练习卷---力与物体的平衡(解析版)

2020年高考物理二轮复习专题练习卷---力与物体的平衡
一选择题
1.如图所示，滑块放在水平地面上，左边受一个弹簧拉力作用，弹簧原长小于h，水平向右的拉力F拉动滑块，使滑块向右缓慢移动，并且滑块始终没有离开地面，则在上述过程中，下列说法正确的是()
A.弹簧弹力在竖直方向的分量不变，滑块受到的摩擦力不变
B.弹簧弹力在竖直方向的分量不变，滑块受到的摩擦力变小
C.弹簧弹力在竖直方向的分量增大，滑块受到的摩擦力变小
D.弹簧弹力在竖直方向的分量增大，滑块受到的摩擦力不变
解析设弹簧的原长为l0，劲度系数为k，弹簧弹力在竖直方向的分量F y＝k(h
sin θ－l0)sin θ，故F y＝kh－kl0sin θ，当滑块向右移动时弹簧与水平方向的夹角减小，可知弹簧弹力的竖直分量在增大，故滑块与地面间的弹力减小，滑块与地面间的摩擦力减小，C正确。

答案C
2.如图所示，质量为m的球放在倾角为α的光滑斜面上，在斜面上有一光滑且不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态。

今使挡板与斜面的夹角β缓慢增大，在此过程中，斜面对球的支持力N1和挡板对球的压力N2的变化情况为()
A.N1、N2都是先减小后增加
B.N1一直减小，N2先增加后减小
C.N1先减小后增加，N2一直减小
D.N1一直减小，N2先减小后增加
解析对球受力分析，如图所示。

球始终处于平衡状态，故三个力的合力始终为零，三力构成矢量三角形。

挡板逆时针转动时，N2方向也逆时针转动，作出如图所示的动态矢量三角形。

由图可见，N1随β的增大一直减小，N2先减小后增大。

选项D正确。

答案D
3.灯笼，又称灯彩，是一种古老的中国传统工艺品。

每年的农历正月十五元宵节前后，人们都挂起红灯笼，来营造一种喜庆的氛围。

如图3是某节日挂出的一只灯笼，轻绳a、b将灯笼悬挂于O点。

绳a与水平方向的夹角为θ，绳b水平。

灯笼保持静止，所受重力为G，绳a、b对O点拉力分别为F1、F2，下列说法正确的是()
A.F1＝G
sin θ，F2＝G
tan θ
B.F1＝G sin θ，F2＝G tan θ
C.F1和F2的合力与灯笼对地球的引力是一对平衡力
D.F1和F2的合力与地球对灯笼的引力是一对相互作用力
解析以结点O为研究对象，受力分析如图所示，由灯笼受力平衡可知，T＝G，而F1与
F2的合力与T等大反向，即F1与F2的合力大小等于灯笼的重力大小。

则可知F1＝G
sin θ，
F2＝G
tan θ，选项A正确，B错误；F1与F2的合力与竖直方向绳的拉力是一对平衡力，选项C错误；地球对灯笼的引力与灯笼对地球的引力是一对相互作用力，选项D错误。

答案A
4.如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，绝缘细线下面悬挂一质量为m、长为l的导线，导线中有垂直纸面向里的恒定电流I，静止时细线偏离竖直方向θ角，现将磁场沿逆时针方向缓慢转动到水平向右，转动时磁感应强度B的大小不变，在此过程中下列说法正确的是()
A.导线受到的安培力逐渐变大
B.绝缘细线受到的拉力逐渐变大
C.绝缘细线与竖直方向的夹角θ先增大后减小
D.导线受到的安培力与绝缘细线受到的拉力的合力大小不变，方向随磁场的方向的改变而改变
解析导线受到的安培力F安＝BIl大小不变，选项A错误；磁场逆时针转动90°的过程中，F安方向逐渐由水平向左变为竖直向下，由于变化缓慢，所以F安与mg的合力F合与F T大小相等，方向相反，由图可知，F合大小逐渐增大，θ逐渐减小，所以F T大小逐渐增大，选项B正确，选项C错误；F安与F T的合力总是与重力大小相等，方向相反，即竖直向上，选项D错误。

答案B
5.(2019·山东济宁市二模)智能手机的普及使“低头族”应运而生。

低头时，颈椎受到的压力会增大(当人体直立时，颈椎所承受的压力等于头部的重量)。

现将人体头颈简化为如图6所示的模型：重心在头部的P点，在可绕O转动的颈椎OP(轻杆)的支持力和沿PQ方向肌肉拉力的作用下处于静止状态。

当低头时，若颈椎与竖直方向的夹角为45°，PQ与竖直方向的
夹角为53°，此时颈椎受到的压力与直立时颈椎受到压力的比值为(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)( )
A.4
B.5
C.4 2
D.52
解析 由题意可明确人的头受力情况，如图所示：
由题意知，F ′＝G ，则由几何关系可知： F F ′＝sin （180°－53°）sin （53°－45°）
＝42。

根据牛顿第三定律可知C 正确。

答案 C
6.在粗糙水平地面上放着一个截面为半圆的柱状物体A ，A 与光滑竖直墙之间放另一截面也为半圆的光滑柱状物体B ，整个装置处于静止状态，截面如图7所示。

设墙对B 的作用力为F 1，B 对A 的作用力为F 2，地面对A 的作用力为F 3。

在B 上加一物体C ，整个装置仍保持静止，则( )
A.F1保持不变，F3增大
B.F1增大，F3保持不变
C.F2增大，F3增大
D.F2增大，F3保持不变
解析未放上C时，以B为研究对象，受力分析如图甲所示，由平衡条件得，墙对B的作
用力F1＝G B tan α。

当放上C时，F1增大，A对B的作用力F2′＝
F1
sin α，F1缓慢增大，则F2′
缓慢增大，即F2也增大。

再以整体为研究对象，受力分析如图乙所示，则放上C前，地面对A的支持力F N＝G A＋G B，放上C′后变为G A＋G B＋G C，即F N增大，地面对A的摩擦力F f＝F1，且F3为F N与F f的合力，所以F3缓慢增大，故选项C正确。

答案C
7.明朝谢肇淛的《五杂组》中记载：“明姑苏虎丘寺塔倾侧，议欲正之，非万缗不可。

一游僧见之曰：无烦也，我能正之。

”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身。

假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为θ，现在木楔背上加一力F，方向如图所示，木楔两侧产生推力F N，则()
A.若F一定，θ大时F N大
B.若F一定，θ小时F N大
C.若θ一定，F 大时F N 大
D.若θ一定，F 小时F N 大
解析 如图所示，根据力F 的作用效果，把力F 分解为垂直于木楔两侧方向的分力F 1、F 2，则F 1＝F 2＝F N ＝F 2sin
θ2，由表达式可知，若F 一定，θ越小，F N 越大，A 项错误，B 项正确；
若θ一定，F 越大，F N 越大，C 项正确，D 项错误。

答案 BC
8.如图所示，水平平行光滑金属导轨上连有阻值为R 的定值电阻，电阻不计的金属杆垂直导轨放置，导轨间距为l ，导轨与金属杆组成的闭合电路面积为S ，金属杆上系一根轻绳，绕过光滑定滑轮与一质量为m 的物块相连，初始时物块静止在水平地面上，轻绳拉直但没有弹力。

在导轨区域加一竖直向上的磁场，磁感应强度随时间变化规律为B ＝kt (k ＞0)，重力加速度大小为g ，导轨电阻不计，则下列说法正确的是( )
A.金属杆中的电流从a 向b
B.t ＝mgR kSl
时，物块恰好离开地面
C.物块离开地面前，定值电阻上产生的总热量为mgS
2l
D.物块离开地面前，流过定值电阻的总电荷量为mg
kl
解析 磁场的磁感应强度方向向上，逐渐增强，由楞次定律可得感应电流的方向是从a 向b ，选项A 正确；磁场的磁感应强度随时间均匀变化，则
ΔB Δt ＝k ，E ＝ΔB Δt S ＝kS ，I ＝E R ＝kS
R
，物块恰好离开地面时有BIl ＝mg ，其中B ＝kt ，解得t ＝mgR
k 2Sl ，选项B 错误；物块离开地面前
Q R ＝I 2Rt ＝mgS l ，选项C 错误；物块离开地面前q R ＝It ＝mg
kl ，选项D 正确。

答案 AD
9.如图所示，在一竖直平面内，y 轴左侧有一水平向右的匀强电场E 1和一垂直纸面向里的匀强磁场B ，y 轴右侧有一竖直方向的匀强电场E 2，一电荷量为q (电性未知)、质量为m 的微粒从x 轴上A 点以一定初速度与水平方向成θ＝37°角沿直线经P 点运动到图中C 点，其中m 、q 、B 均已知，重力加速度为g ，则( )
A.微粒一定带负电
B.电场强度E 2一定竖直向上
C.两电场强度之比E 1E 2＝4
3
D.微粒的初速度为v ＝5mg
4Bq
解析 微粒从A 到P 受重力、静电力和洛伦兹力作用做直线运动，则微粒做匀速直线运动，由左手定则及静电力的性质可确定微粒一定带正电，选项A 错误；此时有qE 1＝mg tan 37°，微粒从P 到C 在静电力、重力作用下做直线运动，必有mg ＝qE 2，所以E 2的方向竖直向上，选项B 正确；由以上分析可知E 1E 2＝34，选项C 错误；AP 段有mg ＝Bqv cos 37°，即v ＝5mg 4Bq ，
选项D 正确。

答案 BD
10.如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向垂直于纸面向里，三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等，质量分别为m a、m b、m c，已知在该区域内，a在纸面内做匀速圆周运动，b在纸面内向右做匀速直线运动，c在纸面内向左做匀速直线运动。

下列选项正确的是()
A.m a＞m b＞m c
B.m b＞m a＞m c
C.m c＞m a＞m b
D.m c＞m b＞m a
解析由题意知，三个带电微粒受力情况：m a g＝qE，m b g＝qE＋qvB，m c g＋qvB＝qE，所以m b>m a>m c，故选项B正确，A、C、D错误。

答案B
11.质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。

用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图所示。

用T表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中()
A.F逐渐变大，T逐渐变大
B.F逐渐变大，T逐渐变小
C.F逐渐变小，T逐渐变大
D.F逐渐变小，T逐渐变小
解析对O点受力分析如图所示，F与T的变化情况如图，由图可知在O点向左移动的过程中，F逐渐变大，T逐渐变大，故选项A正确。

答案A
12.(多选)如图所示，倾角为θ的斜面体c置于水平地面上，小物块b置于斜面上，通过绝缘细绳跨过光滑的定滑轮与带正电小球M连接，定滑轮左侧连接物块b的一段细绳与斜面平行，带负电的小球N用绝缘细线悬挂于P点。

设两带电小球在缓慢漏电的过程中，两球心始终处于同一水平面上，并且b、c都处于静止状态，下列说法中正确的是()
A.b对c的摩擦力一定减小
B.地面对c的支持力一定变大
C.地面对c的摩擦力方向一定向左
D.地面对c的摩擦力一定变大
解析两带电小球在缓慢漏电过程中，库仑力F库＝kQq
r2减小。

对小球M，由平衡条件知，
绳子拉力大小F T＝（mg）2＋F2库减小；对物块b，摩擦力F f1＝m b g sin θ－F T，方向向上或F f1＝F T－m b g sin θ，方向向下，故其可能增大，也可能减小，选项A错误；对b、c整体，地面对c的支持力F N＝(m b＋m c)g－F T sin θ随F T减小而变大，地面对c的摩擦力F f2＝F T cos θ减小，方向一定向左，选项B、C正确，D错误。

答案BC
二、非选择题
13.如图所示，倾角为θ＝37°的两根平行长直金属导轨的间距为d，其底端接有阻值为R的
电阻，整个装置处在垂直两导轨所在斜面向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场中。

质量均为m (质量分布均匀)、电阻均为R 的导体杆ab 、cd 垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触。

两导体杆与导轨间的动摩擦因数均为μ＝0.5，现杆ab 在恒力F 作用下沿导轨向上做匀速运动，杆cd 能保持静止状态。

导轨电阻不计，重力加速度大小为g 。

求杆ab 的速度大小。

解析 导体杆ab 以速度v 运动，切割磁感线产生感应电动势，则有：E ＝Bdv
根据闭合电路欧姆定律，有E ＝I (R ＋R 2
) 导体杆ab 有最小速度v min 时，对于导体杆cd 则有
B ·I 12
d ＋μmg cos 37°＝mg sin 37° 解得v min ＝3mgR 5B 2d 2
导体杆ab 有最大速度v max 时，对于导体杆cd 则有
B ·I 22
d ＝μmg cos 37°＋mg sin 37° 解得v max ＝3mgR B 2d 2
故导体杆ab 的速度应满足条件：3mgR 5B 2d 2≤v ≤3mgR B 2d
2 答案 3mgR 5B 2d 2≤v≤3mgR B 2d 2
14.如图，两固定的绝缘斜面倾角均为θ，上沿相连。

两细金属棒ab (仅标出a 端)和cd (仅标出c 端)长度均为L ，质量分别为2m 和m ；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca ，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平。

右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直于斜面向上，已知两根导线刚好不
在磁场中，回路电阻为R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度大小为g，已知金属棒ab匀速下滑。

求
(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小；
(2)金属棒运动速度的大小。

解析(1)由ab、cd棒被平行于斜面的导线相连，故ab、cd速度总是大小相等，cd也做匀速直线运动。

设两导线上拉力的大小为F T，右斜面对ab棒的支持力的大小为F N1，作用在ab棒上的安培力的大小为F，左斜面对cd棒的支持力大小为F N2。

对于ab棒，受力分析如图甲所示，由物体的平衡条件得
甲乙
2mg sin θ＝μF N1＋F T＋F①
F N1＝2mg cos θ①
对于cd棒，受力分析如图乙所示，由物体的平衡条件得
mg sin θ＋μF N2＝F T①
F N2＝mg cos θ①
联立①①①①式得：F＝mg(sin θ－3μcos θ)①
(2)设金属棒运动速度大小为v，ab棒上的感应电动势为
E＝BLv①
回路中电流I ＝E R
① 安培力F ＝BIL ①
联立①①①①得：v ＝(sin θ－3μcos θ)mgR B 2L
2 答案 (1)mg (sin θ－3μcos θ) (2)(sin θ－3μcos θ)mgR B 2L
2。