高考物理二輪復習 專題一 第1講 力與物體的平衡提升訓練試題

第1講力與物體的平衡專題提升訓練一、選擇題(1～9題為單項選擇題，10～13題為多項選擇題)1.(2015·金華十校高三4月模擬考試)在建筑裝修中，工人用質量為m的磨石對斜壁進行打磨，當對磨石加豎直向上推力F時，磨石恰好能沿斜壁向上勻速運動，已知磨石與斜壁之間的動摩擦因數為μ，則磨石受到的摩擦力大小為()圖1A.FsinθB.FcosθC.μ(F－mg)sinθD.μ(F－mg)cosθ解析磨石受豎直向下的重力、豎直向上的推力F、垂直于斜壁向下的彈力FN和沿斜壁向下的摩擦力Ff作用，由于磨石勻速運動，故其所受合力為0。故垂直于斜壁方向有mgsinθ＋FN＝Fsinθ，故FN＝Fsinθ－mgsinθ，所以Ff＝μFN＝μ(F－mg)sinθ，平行于斜壁方向有Ff＋mgcosθ＝Fcosθ，所以Ff＝(F－mg)cosθ，故只選C。答案C2.(2015·陜西寶雞一檢)在如圖所示的A、B、C、D四幅圖中，滑輪本身的重力忽略不計，滑輪的軸O安裝在一根輕木桿P上，一根輕繩ab繞過滑輪，a端固定在墻上，b端下面掛一個質量都是m的重物，當滑輪和重物都靜止不動時，圖A、C、D中桿P與豎直方向夾角均為θ，圖B中桿P在豎直方向上，假設A、B、C、D四幅圖中滑輪受到木桿彈力的大小依次為FA、FB、FC、FD，則以下判斷中正確的是()A.FA＝FB＝FC＝FDB.FD＞FA＝FB＞FCC.FA＝FC＝FD＞FBD.FC＞FA＝FB＞FD解析設滑輪兩邊細繩的夾角為φ，對重物，可得繩子拉力等于重物重力mg，滑輪受到木桿彈力F等于細繩拉力的合力，即F＝2mgcoseq\f(φ,2)，由夾角關系可得FD＞FA＝FB＞FC，選項B正確。答案B3.(2015·煙臺一模)如圖2所示，放在水平面上的斜面體B始終靜止，物塊A放在斜面體上，一輕質彈簧，兩端分別與物塊A及固定在斜面體底端的擋板拴接，初始時A、B靜止，彈簧處于壓縮狀態(tài)?，F用力F沿斜面向上拉A，但并未運動。下列說法正確的是()圖2A.彈簧對擋板的作用力減小B.A、B之間的摩擦力可能大小不變C.B對地面的壓力增加D.水平面對B的摩擦力不變解析開始彈簧處于壓縮狀態(tài)，加力F后，A未運動，彈簧長度不變，則彈簧對擋板作用力不變，A錯；隔離物塊A分析得，A受B的摩擦力可能方向變化、大小不變，B對；A、B整體受力平衡，F水平＝Ff，F豎直＋FN＝M總g，所以C、D錯誤。答案B4.如圖3所示，一個人站在水平地面上的長木板上用力F向右推箱子，木板、人、箱子均處于靜止狀態(tài)，三者的質量均為m，重力加速度為g，則()圖3A.箱子受到的摩擦力方向向右B.地面對木板的摩擦力方向向左C.木板對地面的壓力大小為3mgD.若人用斜向下的力推箱子，則木板對地面的壓力會大于3mg解析對箱子受力分析，受重力、支持力、F、靜摩擦力，根據平衡條件，箱子受到的摩擦力方向向左，與F平衡，故A錯誤；對三個物體的整體受力分析，受重力和支持力，不受靜摩擦力，否則不平衡，故地面對木板沒有靜摩擦力，故B錯誤；對三個物體的整體受力分析，受重力和支持力，根據平衡條件，支持力等于重力；根據牛頓第三定律，支持力等于壓力；故壓力等于整體的重力，為3mg；故C正確；人用斜向下的力推箱子，對三個物體的整體受力分析，受重力和支持力，故壓力依然等于3mg，故D錯誤。答案C5.如圖4所示，一個L型木板(上表面光滑)放在斜面上，輕質彈簧一端固定在木板上，另一端與置于木板上表面的木塊相連。斜面放在平板小車上，整體一起沿水平向右的方向做勻速直線運動，不計空氣阻力。則關于各物體的受力情況，下列說法正確的是()圖4A.L型木板受4個力的作用B.斜面可能只受2個力作用C.木塊受2個力作用D.斜面不可能受平板小車對它的摩擦力作用解析先把L型木板、木塊、斜面看成一個整體進行分析，受重力、小車的支持力，D正確；隔離木塊進行分析，受重力、斜面的支持力、彈簧的彈力(沿斜面向上)三個力作用處于平衡狀態(tài)，C錯誤；隔離木板，受重力、斜面的支持力、彈簧的彈力(沿斜面向下)、木塊的壓力、斜面對它的摩擦力5個力，A錯誤；隔離斜面，受4個力作用，B錯誤。答案D6.(2015·江西南昌調研)水平面上有U形導軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電源，現垂直于導軌擱一根質量為m的金屬棒ab，棒與導軌的動摩擦因數為μ(滑動摩擦力略小于最大靜摩擦力)，通過棒的電流強度為I?，F加一個范圍較大的勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直于金屬棒ab，與垂直導軌平面的方向夾角為θ，如圖5所示，金屬棒處于靜止狀態(tài)，重力加速度為g，則金屬棒所受的摩擦力大小為()圖5A.BILsinθB.BILcosθC.μ(mg－BILsinθ)D.μ(mg＋BILcosθ)解析金屬棒處于靜止狀態(tài)，其合力為零，對其進行受力分析，如圖所示，在水平方向有BILcosθ－Ff＝0，Ff＝BILcosθ，選項B正確，選項A、C、D錯誤。答案B7.(2015·杭州市第一次教學質量檢測)如圖6所示，兩平行光滑金屬導軌固定在絕緣斜面上，導軌間距為L，勁度系數為k的輕質彈簧上端固定，下端與水平直導體棒ab相連，彈簧與導軌平面平行并與ab垂直，直導體棒垂直跨接在兩導軌上，空間存在垂直導軌平面斜向上的勻強磁場，閉合開關K后導體棒中的電流為I，導體棒平衡時，彈簧伸長量為x1；調轉圖中電源極性，使導體棒中電流反向，導體棒中電流仍為I，導體棒平衡時彈簧伸長量為x2，忽略回路中電流產生的磁場，則勻強磁場的磁感應強度B的大小為()圖6A.eq\f(k,IL)(x1＋x2)B.eq\f(k,IL)(x2－x1)C.eq\f(k,2IL)(x2＋x1)D.eq\f(k,2IL)(x2－x1)解析調轉電源極性時導體棒受到的安培力方向與調轉前相反。由平衡條件可得mgsinα＝kx1＋BIL；調轉電源極性使導體棒中電流反向，由平衡條件可得mgsinα＋BIL＝kx2，聯(lián)立解得B＝eq\f(k,2IL)(x2－x1)，選項D正確。答案D8.如圖7所示，在粗糙水平面上建立一直角坐標系xOy，在坐標原點處有一物體，質量m＝5kg，物體和水平面間的動摩擦因數為μ＝0.08，物體受到沿坐標軸的三個恒力F1、F2、F3的作用而靜止于水平面上，其中F1＝3N，方向沿x軸正方向；F2＝4N，方向沿y軸正方向；F3沿x軸負方向。則下列說法正確的是()圖7A.F3的大小可能大于4NB.F3的大小可能小于3NC.物體受到的摩擦力大小一定等于4N，方向沿y軸負方向D.物體受到的摩擦力大小可能小于4N，方向沿y軸負方向解析物體所受地面的最大靜摩擦力Ffm＝μmg＝4N，由平衡條件可知，F1、F2、F3的合力必須小于或等于4N，其中F2＝4N，F1與F3反向，只有當F1＝F3時，三力的合力才等于4N，否則一定大于4N，因此F3＝3N，靜摩擦力Ff＝Ffm＝4N，方向與F2相反，即沿y軸負方向，選項C正確。答案C9.如圖8甲所示，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物塊正沿斜面以速度v0勻速下滑，斜劈保持靜止，地面對斜劈的摩擦力為Ff1。若對該物塊施加一平行于斜面向下的推力F1，使其加速下滑，如圖乙所示，則地面對斜劈的摩擦力為Ff2；若對該物塊施加一平行于斜面向上的推力F2，使其減速下滑，如圖丙所示，則地面對斜劈的摩擦力為Ff3，下列關于Ff1、Ff2、Ff3的大小關系正確的是()圖8A.Ff1＞0B.Ff2＞Ff3C.Ff2＜Ff3D.Ff2＝Ff3解析題圖甲中斜劈和物塊都處于平衡狀態(tài)，對整體，只有豎直方向的重力和支持力，地面對斜劈的摩擦力Ff1＝0，若有摩擦力，則系統(tǒng)不能平衡，故選項A錯誤；根據題圖甲的情景可知，在題圖乙、丙中，物塊受到的斜面作用力都是滑動摩擦力和支持力，合力與物塊的重力平衡，即豎直向上，因此物塊對斜面的作用力(滑動摩擦力和壓力的合力)總是豎直向下的，且與物塊的重力等大，所以對斜劈，只受到了豎直方向的重力、地面支持力和物塊的作用力，與題圖甲中的受力情況相同，因此有Ff1＝Ff2＝Ff3＝0，選項B、C錯誤，D正確。答案D10.(2015·武漢市調研考試)如圖9所示，水平細桿上套一環(huán)A，環(huán)A與球B間用一輕質繩相連，質量分別為mA、mB，由于B球受到風力作用，A與B球一起向右勻速運動。已知輕質繩與豎直方向的夾角為θ。則下列說法中正確的是()圖9A.風力增大時，輕質繩對B球的拉力保持不變B.B球受到的風力F為mBgtanθC.桿對A球的支持力隨著風力的增大而增大D.A球與水平細桿間的動摩擦因數為eq\f(mBtanθ,mA＋mB)解析以B球為研究對象，受到重力、風力和拉力，三力平衡，如圖所示，解三角形得到拉力FT＝eq\f(mBg,cosθ)，風力F＝mBgtanθ，A項錯誤，B項正確；利用整體法，水平方向有F＝μ(mA＋mB)g，解得μ＝eq\f(mBtanθ,mA＋mB)，D項正確；豎直方向，桿對A球的支持力FNA＝(mA＋mB)g，C項錯誤。答案BD11.(2015·煙臺二模)如圖10所示，兩段等長細線L1和L2串接著兩個質量相等的小球a、b，懸掛于O點。現施加水平向右的力F緩慢拉動a，L1對a球的拉力大小為F1，L2對b球的拉力大小為F2，在緩慢拉動的過程中，F1和F2的變化情況是()圖10A.F1變大B.F1變小C.F2不變D.F2變大解析在F緩慢拉動過程中，b球受力如圖甲所示，由平衡條件得F2＝m2g，故F2不變，選項C正確，D錯誤；a、b球整體受力如圖乙所示，由平衡條件得F1cosθ－(m1＋m2)g＝0，在力F向右拉動過程中，L1與豎直方向的夾角θ變大，cosθ變小，故F1變大，選項A正確，B錯誤。答案AC12.(2015·山東省日照市高三校際聯(lián)合檢測)如圖11所示，一根繩子一端固定于豎直墻上的A點，另一端繞過動滑輪P懸掛一重物B，其中繩子的PA段處于水平狀態(tài)，另一根繩子一端與動滑輪P的軸相連，在繞過光滑的定滑輪Q后在其端點O施加一水平向左的外力F，使整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，滑輪均為光滑、輕質，且均可看做質點，現拉動繩子的端點O使其向左緩慢移動一小段距離后達到新的平衡狀態(tài)，則該平衡狀態(tài)與原平衡狀態(tài)相比較()圖11A.拉力F增加B.拉力F減小C.角θ不變D.角θ減小解析以動滑輪P為研究對象，AP、BP段繩子受的力始終等于B的重力，兩繩子拉力的合力在∠APB角平分線上，拉動繩子后，滑輪向上運動，兩繩子夾角減小，兩拉力的合力增大，故F增大，A項正確，B項錯；PQ與豎直方向夾角等于∠APB的一半，故拉動繩子后角θ減小，C項錯，D正確。答案AD13.(2015·四川省成都市畢業(yè)班一診)如圖12所示，一個質量為4kg的半球形物體A放在傾角為θ＝37°的斜面B上靜止不動。若用通過球心的水平推力F＝10N作用在物體上，物體仍靜止在斜面上，斜面仍相對地面靜止。已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2，則()圖12A.物體A受到斜面B的摩擦力增加8NB.物體A對斜面B的作用力增加10NC.地面對斜面B的彈力不變D.地面對斜面B的摩擦力增加10N解析若用通過球心的水平推力F＝10N作用在物體上，物體仍靜止在斜面上，將該力沿斜面方向和垂直斜面方向分解，由平衡條件可得：Fcos37°＋Ff＝mgsin37°，解得摩擦力Ff＝16N。物體A受到斜面B的摩擦力減小ΔFf＝24N－16N＝8N，選項A錯誤；沒有施加水平力F時，根據平衡條件，A受斜面作用力與重力等大反向，即大小為40N，根據牛頓第三定律，物體A對斜面的作用力為40N，方向豎直向下。施加水平力F后，物體A對斜面的作用力如圖，F′＝eq\r(102＋402)N＝10eq\r(17)N，物體A對斜面B的作用力增加(10eq\r(17)－40)N，選項B錯誤；把物體A和斜面B看做整體，分析受力，由平衡條件可知，地面對斜面B的彈力不變，摩擦力增加10N，選項C、D正確。答案CD二、非選擇題14.(2015·浙江理綜，24)小明同學設計了一個“電磁天平”，如圖13甲所示，等臂天平的左臂為掛盤，右臂掛有矩形線圈，兩臂平衡。線圈的水平邊長L＝0.1m，豎直邊長H＝0.3m，匝數為N1。線圈的下邊處于勻強磁場內，磁感應強度B0＝1.0T，方向垂直線圈平面向里。線圈中通有可在0～2.0A范圍內調節(jié)的電流I。掛盤放上待測物體后，調節(jié)線圈中電流使天平平衡，測出電流即可測得物體的質量。(重力加速度取g＝10m/s2)甲乙圖13(1)為使電磁天平的量程達到0.5kg，線圈的匝數N1至少為多少？(2)進一步探究電磁感應現象，另選N2＝100匝、形狀相同的線圈，總電阻R＝10Ω，不接外電流，兩臂平衡。如圖乙所示，保持B0不變，在線圈上部另加垂直紙面向外的勻強磁場，且磁感應強度B隨時間均勻變大，磁場區(qū)域寬度d＝0.1m。當掛盤中