2019版高中物理 第五章 力与平衡 第3节 力的平衡 第4节 平衡条件的应用试题 鲁科版必修1.doc

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1、1第第 3 3 节节 力的平衡力的平衡第第 4 4 节节 平衡条件的应用平衡条件的应用【二维选题表】物理观念科学思维科学探 究科学态度与责 任平衡状态及平衡条件的 理解1(易),2(易)静态平衡问题的分析与 求解3(易),4(易),5(易), 6(中),10(中),11(中), 12(中),16(中)16(中)动态平衡问题的分析与 求解7(易),8(易),9(中), 13(中),14(中), 15(易),17(难)13(中)基础训练 1.下面关于共点力的平衡与平衡条件的说法中正确的是( C ) A.如果物体的运动速度为零,则必处于平衡状态 B.如果物体的运动速度大小不变,则必处于平衡状态 C.

2、如果物体处于平衡状态,则物体沿任意方向的合力都必为零 D.如果物体受到三个共点力的作用而处于平衡状态,则任意两个力的合力与第三个力大小相 等,方向相同 解析:物体运动速度为零时,加速度不一定为零,故不一定处于静止状态,选项 A 错误;物体运 动速度大小不变、方向变化时,不是做匀速直线运动,一定不是处于平衡状态,选项 B 错误; 物体处于平衡状态时,合力为零,物体沿任意方向的合力都必为零,选项 C 正确;物体处于平 衡状态,任意两个共点力的合力与第三个力等大反向、合力为零,选项 D 错误. 2.(多选)几个共点力作用在一个物体上,使物体处于平衡状态,下列说法正确的是( AC ) A.几个力的合力

3、一定为零,各个力在任意方向上分力的合力也为零B.合力一定为零,但 F合=,故 Fx 合,Fy 合不一定为零C.其中任意一个力的大小一定与其他几个力的合力大小相等,而方向相反 D.只改变一个力的大小或方向,物体的状态可能不变 解析:物体处于平衡状态所受合力为零,故 Fx 合=0,Fy 合=0,若其中只有一个力的大小或方向 发生改变,合力不再为零,物体不处于平衡状态,其状态一定改变,故选项 A,C 正确,B,D 错误. 3.如图所示,长为 5 m 的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为 4 m 的两杆顶端 A,B,绳 上挂一个光滑的轻质挂钩,它钩着一个重为 12 N 的物体.平衡时绳中张力为( C

4、 )A.8 N B.9 N C.10 N D.11 N2解析:设两杆间的距离为 s,细绳的总长度为 L,挂钩右侧长度为 L1,左侧长度为 L2,由题有s=4 m,L=5 m.由几何知识得 s=L1sin +L2sin =Lsin ,得 sin = = ;分析挂钩受力情况,根据平衡条件 2Tcos =G;解得 T= N=10 N,故 选 C.4.(2017宜昌高一模拟)如图所示,一人用 200 N 的力通过绳子和定滑轮拉一个静止在地面 上重 600 N 的物体,则绳子对物体的拉力 F 和物体所受地面的支持力 N 的大小分别是( A )A.F=200 N,N=400 N B.F=600 N,N=2

5、00 N C.F=200 N,N=200 N D.F=400 N,N=200 N 解析:人用 200 N 的力拉绳子,所以绳子对物体的拉力是 200 N;以物体为研究对象,物体受 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,由平衡条件得地面 对物体的支持力 N=G-F= 600 N-200 N=400 N. 5.(2017河北赵县六中高一月考)如图所示,某人静躺在椅子上,椅子的靠背与水平面之间 有固定倾斜角 .若此人所受重力为 G,则椅子各部分对他的作用力的合力大小为( A )A.G B.Gsin C.Gcos D.Gtan 解析:把椅子各部分对人的作用力进行

6、合成,合成的合力与人所受的重力相互平衡,所以椅子 各部分对人的作用力的合力大小等于人所受的重力 G,方向竖直向上,选项 A 正确. 6.(2017黑龙江省哈尔滨市高一月考)(多选)如图,两个质量均为 m 的小球 a,b 用细线相连 并悬挂于 O 点,用力 F 拉小球 a,使整个装置处于平衡状态,且悬线与竖直方向的夹角为 =30.则 F 的大小( CD )A.可能为mg B.可能为mgC.可能为 mg D.可能为mg3解析:以两个小球组成的整体为研究对象,分析受力时,作出 F 在三个方向时整体的受力图, 根据平衡条件得知:F 与 T 的合力与重力 2mg 总是大小相等、方向相反,由力的合成图可知

7、, 当 F 与绳子 Oa 垂直时,F 有最小值,即图中 2 位置,F 的最小值为 Fmin=2mgsin =mg,A,B 错 误;C 正确;当 F 竖直向上时,F=2mg;当 F 水平向右时,由平衡条件得F=2mgtan =mg,则 2mgFmg,而mg 在这个范围内,所以 F 可能为mg,D 正确.7.(2017成都高一检测)国家大剧院外部呈椭球形.假设国家大剧院的屋顶为半球形,一保 洁人员为执行保洁任务,必须在半球形屋顶上向上缓慢爬行(如图所示),他在向上爬的过程 中,下列说法正确的是( D )A.屋顶对他的摩擦力不变 B.屋顶对他的摩擦力变大 C.屋顶对他的支持力不变 D.屋顶对他的支持

8、力变大 解析: 以保洁员为研究对象,作出受力图,如图所示,设此人的重力为 G,根据平衡条件得,屋 顶对他的摩擦力 f=Gsin ,屋顶对他的支持力 N=Gcos ,保洁员在半球形屋顶上向上缓慢 爬行的过程中, 减小,则 f 减小,N 增大.即屋顶对他的摩擦力减小,支持力增大.8.(2017黑龙江省佳木斯市高一期末)(多选)自卸式货车可以提高工作效率,如图所示,在 车厢由水平位置缓慢地抬起到一定高度且货物还未滑离车厢的过程中,货物所受车厢的支持 力 N 和摩擦力 f 都在变化,下列说法中正确的是( AC )A.N 逐渐减小 B.N 先减小后不变 C.f 逐渐增大 D.f 先增大后不变 解析:如图

9、所示,将车厢看做一个斜面,过程中斜面与水平面的夹角 在增大,根据正交分解 法可得 N=mgcos ,f=mgsin ,随着 的增大,N 逐渐减小,f 逐渐增大,故 A,C 正确.49.(2017黑龙江省哈尔滨市高一月考)如图所示,绳与杆均不计重力,承受力的最大值一定. A 端用铰链固定,滑轮 O 在 A 点正上方(滑轮大小及摩擦均可忽略),B 端吊一重物 P,现施加 拉力 F 将 B 缓慢上拉,在杆转到竖直前( B )A.OB 段绳中的张力变大 B.OB 段绳中的张力变小 C.杆中的弹力变小 D.杆中的弹力变大 解析:以杆与绳子的交点为研究对象,可知该交点受到竖直向下的拉力(大小等于 G),O

10、B 段绳子的拉力 FOB以及杆对绳子的弹力 F,根据相似三角形法可得=,G 与 OA 都是定值,而OB 在减小,所以 FOB也在减小,A 错误,B 正确;AB 不变,所以 F 恒定不变,C,D 错误. 10.(2017河南省八市重点高中高一测评)(多选)如图所示,一细绳的一端固定于天花板上, 另一端与重为 10 N 的小球连接,小球被一大小和方向未知的力 F 作用后,细绳偏离竖直方向 30角而保持静止不动;则有关力 F 的大小和方向的说法正确的是( BC )A.当拉力 F 为 3 N 时,可以使小球平衡 B.当拉力 F 为 5 N 时,力的方向只有一种 C.当拉力 F 为 8 N 时,力的方向

11、有两种可能性 D.当拉力 F 为 8 N 时,力的方向只有一种 解析:以小球为研究对象,分析受力,作出受力分析图如图.小球受到重力 G,细绳的拉力 T 和 外力 F,根据作图法得知,当外力 F 的方向与细绳垂直时,外力最小.则由平衡条件得外力的最小值为 Fmin=Gsin 30= G=5 N;故当拉力 F 为 3 N 时,不可以使小 球平衡,选项 A 错误;当拉力 F 为 5 N 时,力的方向只有一种,即垂直于绳斜向上,选项 B 正确;当 拉力 F 为 8 N 时,力的方向有两种可能性,选项 C 正确,D 错误.511.(2017湖北省武汉高一期末)(多选)如图所示,光滑水平地面上放有截面为

12、圆周的柱 状物体 A,A 与墙面之间放一光滑的圆柱形物体 B,对 A 施加一水平向左的力 F,整个装置保持 静止.若将 A 的位置向左移动稍许,整个装置仍保持平衡,则移动后和移动前相比较( AD )A.水平外力 F 减小 B.墙对 B 的作用力增大 C.地面对 A 的支持力减小 D.B 对 A 的作用力减小 解析:对 B 球受力分析,受到重力 mg、A 球对 B 球的支持力 N和墙壁对 B 球的支持力 N,如 图(甲)所示.当 A 球向左移动后,A 球对 B 球的支持力 N的方向不断变化,根据平衡条件结合合成法可知:A 球对 B 球的支持力 N和墙壁对 B 球的支持力 N 都在不断减小,由牛顿

13、第三定律知,B 对 A 的 作用力减小,故 D 正确,B 错误;再对 A 和 B 整体受力分析,受到总重力 G、地面支持力 N, 推力 F 和墙壁的弹力 N,如图(乙)所示,根据平衡条件,有 F=N;N=G,故地面对 A 的支持力 N不变,水平外力 F 随墙壁对 B 球的支持力 N 的不断减小而减小,故 A 正确,C 错误. 素养提升 12.(2017四川省雅安高一检测)如图所示,一根不可伸长的光滑轻绳,其左端固定于 O 点, 右端跨过位于点 O的固定光滑轴悬挂一质量为 M 的物体.轻绳 OO段水平,长度为 L,绳上 套一可沿绳滑动的轻环 P.现在轻环上悬挂一钩码,平衡后,物体上升 L,则钩码

14、的质量为( B )A.M B.M C.M D.M解析:重新平衡后,绳子形状如图所示,由几何关系知:绳子与竖直方向夹角为 30,则环两边绳子的夹角为 60,则根据平行四边 形定则,环两边绳子拉力的合力为Mg,根据平衡条件,则钩码的质量为M.故选 B.613.(2016河北高阳中学高一月考)如图所示,清洗楼房玻璃的工人常用一根绳索将自己悬 在空中,工人及其装备的总重力为 G,悬绳与竖直墙壁的夹角为 ,悬绳对工人的拉力大小为 F1,墙壁对工人的弹力大小为 F2,则( B )A.F1= B.F2=Gtan C.若缓慢减小悬绳的长度,F1与 F2的合力变大 D.若缓慢减小悬绳的长度,F1变小,F2变大解

15、析:对人受力分析如图所示,则 F1=,F2=Gtan .若缓慢减小悬绳的长度,则 角变 大,F1变大,F2变大,F1与 F2的合力仍等于 G 不变.只有选项 B 正确.14.(2017河北省冀州高一月考)如图,轻杆 A 端用光滑水平铰链装在竖直墙面上,B 端用水 平绳固定并吊一重物 P,在水平向右的力 F 缓缓拉起重物 P 的过程中杆 AB 所受压力( D )A.变大 B.变小 C.先变小再变大 D.不变 解析:以重物 P 为研究对象,在缓缓拉起重物 P 的过程中,重物 P 的合力为零,根据平衡条件 得 T2cos =T2cos =GP,GP是重物 P 的重力对 B 点,则有,竖直方向上:Nc

16、os =T2cos 得 N=,可知,N 不变,则得杆 AB 所受压力不变.故选 D.15.(2017黑龙江省哈尔滨市高一月考)如图(甲)、(乙),一物块置于水平地面上.当用与水 平方向成 60角的力 F1拉物块时,物块做匀速直线运动;当改用与水平方向成 30角的力7F2推物块时,物块仍做匀速直线运动.若 F1和 F2的大小相等,求物块与地面之间的动摩擦因 数. 解析:分析物块在两种情况下的受力如图:根据平衡条件,有:F1cos 60=(mg-F1sin 60), F2cos 30=(mg+F2sin 30),联立解得 =2-. 答案:2- 16.如图所示,质量为 m1的物体甲通过三段轻绳悬挂,

17、三段轻绳的结点为 O.轻绳 OB 水平且 B 端与放置在水平面上的质量为 m2的物体乙相连,轻绳 OA 与竖直方向的夹角 =37,物体甲、乙均处于静止状态.(已知 sin 37= ,cos 37= ,tan 37= ,g 取 10 m/s2.设最大静摩 擦力等于滑动摩擦力)求:(1)轻绳 OA,OB 受到的拉力是多大? (2)物体乙受到的摩擦力是多大?方向如何? (3)若物体乙的质量 m2=4 kg,物体乙与水平面之间的动摩擦因数 =0.3,则欲使物体乙在水 平面上不滑动,物体甲的质量 m1最大不能超过多少? 解析:(1)法一 分解法 以 O 点为研究对象并进行受力分析,建立如图 1 所示的坐

18、标系,则TOAcos =m1g,TOAsin =TOB解得:TOA= m1g,TOB=m1gtan = m1g.法二 合成法 合成 TOB与 m1g,合力 F=TOA.8则 TOA= m1g,TOB=m1gtan = m1g.(2)物体乙静止,乙所受摩擦力f=TOB= m1g,方向水平向左. (3)物体乙所受最大静摩擦力 fmax=m2g=0.340 N=12 N, 当 TOB=fmax=12 N 时,由 TOB=m1gtan 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武汉二中期末)如图所示,质量为 m 的物

19、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 0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 0的大小. 解析:(1)斜面倾角为 30时,物体恰能匀速下滑,满足mgsin 30=mgcos 30解得 =.(2)设斜面倾角为 ,由匀速直线运动的条件Fcos =mgsin +f N=mgcos +Fsin ,f=N 解得 F=当 cos -sin =0,即= 时,F, 即“不论水平恒力 F 多大”,都不能使物体沿斜面向上滑行,此时临界角 0=60.答案:(1) (2)60