2022版高中物理 第五章 力與平衡 第3節(jié) 力的平衡 第4節(jié) 平衡條件的應(yīng)用試題 魯科版必修1

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1、2022版高中物理 第五章 力與平衡 第3節(jié) 力的平衡 第4節(jié) 平衡條件的應(yīng)用試題 魯科版必修1 【二維選題表】 物理觀(guān)念 科學(xué)思維 科學(xué)探究 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任 平衡狀態(tài)及平衡條件的理解 1(易),2(易) 靜態(tài)平衡問(wèn)題的分析與求解 3(易),4(易),5(易), 6(中),10(中),11(中), 12(中),16(中) 16(中) 動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的分析與求解 7(易),8(易),9(中), 13(中),14(中), 15(易),17(難) 13(中) 基礎(chǔ)訓(xùn)練 1.下面關(guān)于共點(diǎn)力的平衡與平衡條件的說(shuō)法中正確的是(　C　)

2、A.如果物體的運(yùn)動(dòng)速度為零,則必處于平衡狀態(tài) B.如果物體的運(yùn)動(dòng)速度大小不變,則必處于平衡狀態(tài) C.如果物體處于平衡狀態(tài),則物體沿任意方向的合力都必為零 D.如果物體受到三個(gè)共點(diǎn)力的作用而處于平衡狀態(tài),則任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等,方向相同 解析:物體運(yùn)動(dòng)速度為零時(shí),加速度不一定為零,故不一定處于靜止?fàn)顟B(tài),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;物體運(yùn)動(dòng)速度大小不變、方向變化時(shí),不是做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),一定不是處于平衡狀態(tài),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;物體處于平衡狀態(tài)時(shí),合力為零,物體沿任意方向的合力都必為零,選項(xiàng)C正確;物體處于平衡狀態(tài),任意兩個(gè)共點(diǎn)力的合力與第三個(gè)力等大反向、合力為零,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 2.(多選)幾個(gè)共點(diǎn)

3、力作用在一個(gè)物體上,使物體處于平衡狀態(tài),下列說(shuō)法正確的是(　AC　) A.幾個(gè)力的合力一定為零,各個(gè)力在任意方向上分力的合力也為零 B.合力一定為零,但F合=,故Fx合,Fy合不一定為零 C.其中任意一個(gè)力的大小一定與其他幾個(gè)力的合力大小相等,而方向相反 D.只改變一個(gè)力的大小或方向,物體的狀態(tài)可能不變 解析:物體處于平衡狀態(tài)所受合力為零,故Fx合=0,Fy合=0,若其中只有一個(gè)力的大小或方向發(fā)生改變,合力不再為零,物體不處于平衡狀態(tài),其狀態(tài)一定改變,故選項(xiàng)A,C正確,B,D錯(cuò)誤. 3.如圖所示,長(zhǎng)為5 m的細(xì)繩的兩端分別系于豎立在地面上相距為4 m的兩桿頂端A,B,繩上掛一個(gè)光滑

4、的輕質(zhì)掛鉤,它鉤著一個(gè)重為12 N的物體.平衡時(shí)繩中張力為(　C　) A.8 N B.9 N C.10 N D.11 N 解析:設(shè)兩桿間的距離為s,細(xì)繩的總長(zhǎng)度為L(zhǎng),掛鉤右側(cè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,左側(cè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,由題有s=4 m,L=5 m. 由幾何知識(shí)得s=L1sin α+L2sin α=Lsin α,得sin α==;分析掛鉤受力情況,根據(jù)平衡條件2Tcos α=G;解得T== N=10 N,故 選C. 4.(2017·宜昌高一模擬)如圖所示,一人用200 N的力通過(guò)繩子和定滑輪拉一個(gè)靜止在地面上重600 N的物體,則繩子對(duì)物體的拉力F和物體所受地面的支持力N的大小

5、分別是(　A　) A.F=200 N,N=400 N B.F=600 N,N=200 N C.F=200 N,N=200 N D.F=400 N,N=200 N 解析:人用200 N的力拉繩子,所以繩子對(duì)物體的拉力是200 N;以物體為研究對(duì)象,物體受到重力、向上的拉力和地面的支持力,拉力等于200 N,重力等于600 N,由平衡條件得地面對(duì)物體的支持力N=G-F= 600 N-200 N=400 N. 5.(2017·河北趙縣六中高一月考)如圖所示,某人靜躺在椅子上,椅子的靠背與水平面之間有固定傾斜角θ.若此人所受重力為G,則椅子各部分對(duì)他的作用力的合力大小為(　A　)

6、 A.G B.Gsin θ C.Gcos θ D.Gtan θ 解析:把椅子各部分對(duì)人的作用力進(jìn)行合成,合成的合力與人所受的重力相互平衡,所以椅子各部分對(duì)人的作用力的合力大小等于人所受的重力G,方向豎直向上,選項(xiàng)A正確. 6.(2017·黑龍江省哈爾濱市高一月考)(多選)如圖,兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球a,b用細(xì)線(xiàn)相連并懸掛于O點(diǎn),用力F拉小球a,使整個(gè)裝置處于平衡狀態(tài),且懸線(xiàn)與豎直方向的夾角為θ=30°.則F的大小(　CD　) A.可能為mg B.可能為mg C.可能為mg D.可能為mg 解析:以?xún)蓚€(gè)小球組成的整體為研究對(duì)象,分析受力時(shí),作出F在三個(gè)方向時(shí)整

7、體的受力圖,根據(jù)平衡條件得知:F與T的合力與重力2mg總是大小相等、方向相反,由力的合成圖可知,當(dāng)F與繩子Oa垂直時(shí),F有最小值,即圖中2位置,F的最小值為Fmin=2mgsin θ=mg,A,B錯(cuò)誤;C正確;當(dāng)F豎直向上時(shí),F=2mg;當(dāng)F水平向右時(shí),由平衡條件得 F=2mgtan θ=mg,則2mg>F>mg,而mg在這個(gè)范圍內(nèi),所以F可能為mg,D正確. 7.(2017·成都高一檢測(cè))國(guó)家大劇院外部呈橢球形.假設(shè)國(guó)家大劇院的屋頂為半球形,一保潔人員為執(zhí)行保潔任務(wù),必須在半球形屋頂上向上緩慢爬行(如圖所示),他在向上爬的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(　D　) A.屋頂對(duì)他的摩擦力

8、不變 B.屋頂對(duì)他的摩擦力變大 C.屋頂對(duì)他的支持力不變 D.屋頂對(duì)他的支持力變大 解析: 以保潔員為研究對(duì)象,作出受力圖,如圖所示,設(shè)此人的重力為G,根據(jù)平衡條件得,屋頂對(duì)他的摩擦力f=Gsin θ,屋頂對(duì)他的支持力N=Gcos θ,保潔員在半球形屋頂上向上緩慢爬行的過(guò)程中,θ減小,則f減小,N增大.即屋頂對(duì)他的摩擦力減小,支持力增大. 8.(2017·黑龍江省佳木斯市高一期末)(多選)自卸式貨車(chē)可以提高工作效率,如圖所示,在車(chē)廂由水平位置緩慢地抬起到一定高度且貨物還未滑離車(chē)廂的過(guò)程中,貨物所受車(chē)廂的支持力N和摩擦力f都在變化,下列說(shuō)法中正確的是(　AC　) A.N逐漸減

9、小 B.N先減小后不變 C.f逐漸增大 D.f先增大后不變 解析:如圖所示,將車(chē)廂看做一個(gè)斜面,過(guò)程中斜面與水平面的夾角θ在增大,根據(jù)正交分解法可得N=mgcos θ,f=mgsin θ,隨著θ的增大,N逐漸減小,f逐漸增大,故A,C正確. 9.(2017·黑龍江省哈爾濱市高一月考)如圖所示,繩與桿均不計(jì)重力,承受力的最大值一定.A端用鉸鏈固定,滑輪O在A點(diǎn)正上方(滑輪大小及摩擦均可忽略),B端吊一重物P,現(xiàn)施加拉力F將B緩慢上拉,在桿轉(zhuǎn)到豎直前(　B　) A.OB段繩中的張力變大 B.OB段繩中的張力變小 C.桿中的彈力變小 D.桿中的彈力變大 解析:以桿與

10、繩子的交點(diǎn)為研究對(duì)象,可知該交點(diǎn)受到豎直向下的拉力(大小等于G),OB段繩子的拉力FOB以及桿對(duì)繩子的彈力F,根據(jù)相似三角形法可得==,G與OA都是定值,而OB在減小,所以FOB也在減小,A錯(cuò)誤,B正確;AB不變,所以F恒定不變,C,D錯(cuò)誤. 10.(2017·河南省八市重點(diǎn)高中高一測(cè)評(píng))(多選)如圖所示,一細(xì)繩的一端固定于天花板上,另一端與重為10 N的小球連接,小球被一大小和方向未知的力F作用后,細(xì)繩偏離豎直方向30°角而保持靜止不動(dòng);則有關(guān)力F的大小和方向的說(shuō)法正確的是(　BC　) A.當(dāng)拉力F為3 N時(shí),可以使小球平衡 B.當(dāng)拉力F為5 N時(shí),力的方向只有一種 C.當(dāng)拉力F

11、為8 N時(shí),力的方向有兩種可能性 D.當(dāng)拉力F為8 N時(shí),力的方向只有一種 解析:以小球?yàn)檠芯繉?duì)象,分析受力,作出受力分析圖如圖.小球受到重力G,細(xì)繩的拉力T和外力F,根據(jù)作圖法得知,當(dāng)外力F的方向與細(xì)繩垂直時(shí),外力最小. 則由平衡條件得外力的最小值為Fmin=Gsin 30°=G=5 N;故當(dāng)拉力F為3 N時(shí),不可以使小球平衡,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)拉力F為5 N時(shí),力的方向只有一種,即垂直于繩斜向上,選項(xiàng)B正確;當(dāng)拉力F為8 N時(shí),力的方向有兩種可能性,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤. 11.(2017·湖北省武漢高一期末)(多選)如圖所示,光滑水平地面上放有截面為圓周的柱狀物體A,A與墻面之間放

12、一光滑的圓柱形物體B,對(duì)A施加一水平向左的力F,整個(gè)裝置保持靜止.若將A的位置向左移動(dòng)稍許,整個(gè)裝置仍保持平衡,則移動(dòng)后和移動(dòng)前相比較(　AD　) A.水平外力F減小 B.墻對(duì)B的作用力增大 C.地面對(duì)A的支持力減小 D.B對(duì)A的作用力減小 解析:對(duì)B球受力分析,受到重力mg、A球?qū)球的支持力N′和墻壁對(duì)B球的支持力N,如圖(甲)所示. 當(dāng)A球向左移動(dòng)后,A球?qū)球的支持力N′的方向不斷變化,根據(jù)平衡條件結(jié)合合成法可知:A球?qū)球的支持力N′和墻壁對(duì)B球的支持力N都在不斷減小,由牛頓第三定律知,B對(duì)A的作用力減小,故D正確,B錯(cuò)誤;再對(duì)A和B整體受力分析,受到

13、總重力G、地面支持力N″,推力F和墻壁的彈力N,如圖(乙)所示,根據(jù)平衡條件,有F=N;N″=G,故地面對(duì)A的支持力N″不變,水平外力F隨墻壁對(duì)B球的支持力N的不斷減小而減小,故A正確,C錯(cuò)誤. 素養(yǎng)提升 12.(2017·四川省雅安高一檢測(cè))如圖所示,一根不可伸長(zhǎng)的光滑輕繩,其左端固定于O點(diǎn),右端跨過(guò)位于點(diǎn)O′的固定光滑軸懸掛一質(zhì)量為M的物體.輕繩OO′段水平,長(zhǎng)度為L(zhǎng),繩上套一可沿繩滑動(dòng)的輕環(huán)P.現(xiàn)在輕環(huán)上懸掛一鉤碼,平衡后,物體上升L,則鉤碼的質(zhì)量為(　B　) A.M B.M C.M D.M 解析:重新平衡后,繩子形狀如圖所示, 由幾何關(guān)系知:

14、繩子與豎直方向夾角為30°,則環(huán)兩邊繩子的夾角為60°,則根據(jù)平行四邊形定則,環(huán)兩邊繩子拉力的合力為Mg,根據(jù)平衡條件,則鉤碼的質(zhì)量為M.故選B. 13.(2016·河北高陽(yáng)中學(xué)高一月考)如圖所示,清洗樓房玻璃的工人常用一根繩索將自己懸在空中,工人及其裝備的總重力為G,懸繩與豎直墻壁的夾角為α,懸繩對(duì)工人的拉力大小為F1,墻壁對(duì)工人的彈力大小為F2,則(　B　) A.F1= B.F2=Gtan α C.若緩慢減小懸繩的長(zhǎng)度,F1與F2的合力變大 D.若緩慢減小懸繩的長(zhǎng)度,F1變小,F2變大 解析:對(duì)人受力分析如圖所示,則F1=,F2=Gtan α.若緩慢減小懸繩的長(zhǎng)度,則α角變

15、大,F1變大,F2變大,F1與F2的合力仍等于G不變.只有選項(xiàng)B正確. 14.(2017·河北省冀州高一月考)如圖,輕桿A端用光滑水平鉸鏈裝在豎直墻面上,B端用水平繩固定并吊一重物P,在水平向右的力F緩緩拉起重物P的過(guò)程中桿AB所受壓力(　D　) A.變大 B.變小 C.先變小再變大 D.不變 解析:以重物P為研究對(duì)象,在緩緩拉起重物P的過(guò)程中,重物P的合力為零,根據(jù)平衡條件得T2′cos β=T2cos β=GP,GP是重物P的重力 對(duì)B點(diǎn),則有,豎直方向上:Ncos α=T2cos β 得N=,可知,N不變,則得桿AB所受壓力不變.故

16、選D. 15.(2017·黑龍江省哈爾濱市高一月考)如圖(甲)、(乙),一物塊置于水平地面上.當(dāng)用與水平方向成60°角的力F1拉物塊時(shí),物塊做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);當(dāng)改用與水平方向成30°角的力F2推物塊時(shí),物塊仍做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).若F1和F2的大小相等,求物塊與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù). 解析:分析物塊在兩種情況下的受力如圖: 根據(jù)平衡條件,有:F1cos 60°=μ(mg-F1sin 60°), F2cos 30°=μ(mg+F2sin 30°),聯(lián)立解得μ=2-. 答案:2- 16.如圖所示,質(zhì)量為m1的物體甲通過(guò)三段輕繩懸掛,三段輕繩的結(jié)點(diǎn)為O.輕繩OB水平且B端與放置在水平面上

17、的質(zhì)量為m2的物體乙相連,輕繩OA與豎直方向的夾角θ=37°,物體甲、乙均處于靜止?fàn)顟B(tài).(已知sin 37°=,cos 37°=,tan 37°=,g取10 m/s2.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)求: (1)輕繩OA,OB受到的拉力是多大? (2)物體乙受到的摩擦力是多大?方向如何? (3)若物體乙的質(zhì)量m2=4 kg,物體乙與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3,則欲使物體乙在水平面上不滑動(dòng),物體甲的質(zhì)量m1最大不能超過(guò)多少? 解析:(1)法一　分解法 以O(shè)點(diǎn)為研究對(duì)象并進(jìn)行受力分析,建立如圖1所示的坐標(biāo)系,則 TOAcos θ=m1g,TOAsin θ=TOB 解得:TO

18、A==m1g,TOB=m1gtan θ=m1g. 法二　合成法 合成TOB與m1g,合力F=TOA. 則TOA==m1g,TOB=m1gtan θ=m1g. (2)物體乙靜止,乙所受摩擦力 f=TOB=m1g,方向水平向左. (3)物體乙所受最大靜摩擦力fmax=μm2g=0.3×40 N=12 N, 當(dāng)TOB′=fmax=12 N時(shí),由TOB′=m1′gtan θ得, m1′== kg=1.6 kg. 答案:(1)m1g　m1g　(2)m1g　方向水平向左　(3)1.6 kg 17.(2017·武漢二中期末)如圖所示,質(zhì)量為m的物體,放在一固定斜面上,當(dāng)斜面傾角為30

19、°時(shí)恰能沿斜面勻速下滑.對(duì)物體施加一大小為F的水平向右的恒力,物體可沿斜面勻速向上滑行.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,當(dāng)斜面傾角增大并超過(guò)某一臨界角θ0時(shí),不論水平恒力F多大,都不能使物體沿斜面向上滑行,試求: (1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù); (2)這一臨界角θ0的大小. 解析:(1)斜面傾角為30°時(shí),物體恰能勻速下滑,滿(mǎn)足 mgsin 30°=μmgcos 30° 解得μ=. (2)設(shè)斜面傾角為α,由勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件 Fcos α=mgsin α+f N=mgcos α+Fsin α,f=μN(yùn) 解得F= 當(dāng)cos α-μsin α=0,即=μ時(shí),F→∞, 即“不論水平恒力F多大”,都不能使物體沿斜面向上滑行,此時(shí)臨界角θ0=α=60°. 答案:(1)　(2)60°