2020年高考物理2.5-動態(tài)平衡問題(能力篇)(含解析)

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGEPAGE16學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精五．動態(tài)平衡問題(能力篇)一．選擇題1.（6分)（2019石家莊二模)如圖,輕繩l1一端固定在O點，另一端與質(zhì)量為m的物體相連。輕繩l2跨過固定在B點的定滑輪，一端連接物體，另一端由力F控制。在力F的作用下，物體從處于O點正下方的A點緩慢地運動到B點的過程中l(wèi)1一直處于伸直狀態(tài)。O、B兩點在同一水平線上,不計一切阻力,重力加速度大小為g。下列說法正確的是（）A．物體從A點到B點過程中，拉力F一直變小 B．物體從A點到B點過程中，輕繩l1的拉力一直變大 C．物體從A點到B點過程中，輕繩l2對物體拉力可能大于mg D．當(dāng)輕繩l1與豎直方向的夾角為30°時，拉力F大小為mg【參考答案】D【名師解析】對物體受力分析如圖所示，繩l1的拉力為F1，與豎直方向的夾角為θ，繩l2的拉力為F2，與豎直方向的夾角為α。根據(jù)幾何知識知:θ+2α＝90°，由正弦定理可得＝＝，α減小,θ增大，則F1減小，F(xiàn)2增大，故AB錯誤;當(dāng)物體拉到B時輕繩l2對物體拉力最大，此時θ＝90°，α＝0°，輕繩l2對物體拉力F2＝mg，不可能大于mg，故C錯誤；α＝30°時，θ＝30°，則2F2cos30°＝mg,可得F2＝mg，故D正確。2。（2019湖北名校聯(lián)盟信息卷2）如圖所示，一條細(xì)線的一端與水平地面上的物體B相連，另一端繞過一輕質(zhì)定滑輪與小球A相連，定滑輪用另一條細(xì)線固定在天花板上的O′點，細(xì)線與豎直方向所成的夾角為α，則以下說法錯誤的是（）A．無論物體B在地板上左移還是右移,只要距離足夠小，α角將不變B．增大小球A的質(zhì)量,若B仍保持不動，α角不變C．若OB繩與地面夾角為30°，則α＝30°D．將B向右移動少許，若B仍保持不動，則B與地面的摩擦力變大【參考答案】A【名師解析】對小球A受力分析，受重力和拉力，根據(jù)平衡條件，有：T＝mg；如果將物體B在水平地面上向右移動稍許，AB仍保持靜止，繩子的拉力不變，則∠AOB增加;對滑輪分析，受三個拉力，如圖所示，根據(jù)平衡條件可知,∠AOB＝2α，故α一定增加，故A錯誤；增大小球A的質(zhì)量，若B仍保持不動，系統(tǒng)平衡，則α不變，故B正確；若OB繩與地面夾角為300，則∠AOB＝2α＝60°，α＝300，故C正確；將B向右移動少許,若B仍保持不動，OB繩與水平方向的夾角減小，繩子拉力大小不變，拉力的水平分力等于地面的摩擦力,則B與地面的摩擦力變大，故D正確。3.（2019安徽蚌埠二模）如圖所示，物體甲放置在水平地面上,通過跨過定滑輪的輕繩與小球乙相連，整個系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)對小球乙施加一個水平力F，使小球乙緩慢上升一小段距離，整個過程中物體甲保持靜止，甲受到地面的摩擦力為f，則該過程中（）A．f變小，F(xiàn)變大 B．f變小,F變小 C．f變大，F(xiàn)變小 D．f變大,F變大【思路分析】以物體乙受力分析，由共點力的平衡條件可求得拉力變化；再對甲受力分析可求得地面對斜面體的支持力以及摩擦力的變化?！久麕熃馕觥咳∥矬w乙為研究對象，分析其受力情況，設(shè)細(xì)繩與豎直方向夾角為α,則水平力：F＝mg?tanα；細(xì)繩與豎直方向夾角α逐漸增大,則水平拉力增大；甲受到重力、繩子的拉力、地面得支持力以及地面得摩擦力,其中：繩子的拉力：T＝；細(xì)繩與豎直方向夾角α逐漸增大，繩子的拉力T逐漸增大，T在水平方向的分力逐漸增大,所以水平地面對甲的摩擦力增大；故選項ABC錯誤,D正確；【點評】本題要注意正確選擇研究對象，正確進(jìn)行受力分析，再根據(jù)共點力平衡中的動態(tài)平衡分析各力的變化情況。4．（2019遼寧葫蘆島協(xié)作校月考）如圖，半圓柱體半徑為4R，固定在水平面上。豎直擋板緊靠柱體低端,使半徑為R的光滑小球停在柱體與擋板之間，球與柱體接觸點為M.現(xiàn)將擋板保持豎直，緩慢的向右移動距離R后保持靜止，球與柱體接觸點為N（未畫出)。以下判斷正確的是（）A．擋板移動過程中,柱體對小球的彈力變大B．擋板移動過程中，擋板對小球的彈力變小C．小球在M、N兩點所受柱體的作用力大小之比為3:4D．小球在M、N兩點所受擋板的作用力大小之比為3：4【參考答案】AC【名師解析】以小球為研究對象，受力分析可知，在移動擋板前后，擋板給小球的彈力QUOTE方向不變,圓柱體給小球的彈力QUOTE的方向與豎直方向的夾角變大，但QUOTE和QUOTE的合力始終保持和重力等值、反向，不變,如下圖所示,移動擋板后QUOTE和QUOTE兩個力均變大了，選項A正確,B錯誤;由幾何關(guān)系可知，移動擋板之前，圓柱體給小球的彈力QUOTE的方向與豎直方向的夾角為37o，故此時QUOTE，QUOTE;移動擋板之后，圓柱體給小球的彈力QUOTE的方向與豎直方向的夾角為53o，此時QUOTE，QUOTE。所以，前后兩次M、N兩點所受柱體的作用力大小之比為3:4,所受擋板的作用力大小之比為9:16，故C正確，D錯誤。故本題選AC.5．（2019長沙一模）如圖所示，某健身愛好者利用如下裝置鍛煉自己的臂力和腿部力量，在O點懸掛重物C，手拉著輕繩且始終保持繩索平行于粗糙的水平地面．當(dāng)他緩慢地向右移動時，下列說法正確的有（)A．繩OA拉力大小不變B．繩OB拉力變大C．健身者與地面間的摩擦力變小D．繩OA、OB拉力的合力變大【參考答案】B?！久麕熃馕觥吭O(shè)OA、OB繩的拉力分別為FA和FB，重物的質(zhì)量為m。對O點有FAcosθ—mg=0，F(xiàn)Asinθ-FB=0，解得FA=，F(xiàn)B=mgtanθ。當(dāng)健身者緩慢向右移動時，θ變大，則兩拉力均變大,選項A錯誤，B正確;健身者所受的摩擦力與FB相等，選項C錯誤；健身者緩慢移動時,兩繩拉力的合力大小等于重物C的重力,大小不變，選項D錯誤.6．（2019廣東七校聯(lián)考）如圖所示，質(zhì)量為m的小球a、b之間用輕繩相連，小球a通過輕桿固定在左側(cè)豎直墻壁上，輕桿與豎直墻壁夾角為30°．現(xiàn)改變作用在小球b上的外力的大小和方向，輕繩與豎直方向的夾角保持60°不變,則（）A．輕繩上的拉力一定小于mg B．外力F的最小值為 C．輕桿對小球a作用力的方向不變 D．輕桿對小球a的作用力最小值為mg【參考答案】BD【名師解析】對b進(jìn)行受力分析如圖，當(dāng)F的方向發(fā)生變化時,由圖可知，輕繩上的拉力可能小于mg，有可能大于mg。故A錯誤;由b的受力圖可知，當(dāng)拉力F的方向與ab繩子垂直時，拉力F最小。最小為：Fmin＝mg?sin60°＝mg．故B正確；以a為研究對象，可知a受到重力、繩子ab對a的作用力以及桿對a的作用力處于平衡狀態(tài)，由三個力平衡的特點可知，桿對a的作用力與a的重力、ab對a的拉力的合力大小相等，方向相反。a受到的重力都下雨方向都不變，ab對a的拉力方向不變，大小是變化的，所以a受到的重力與ab對a的拉力的大小、方向都是變化的，所以桿對a的作用力大小、方向都是變化的。故C錯誤；由b的受力分析可知，當(dāng)拉力F對b的拉力方向豎直向上時，拉力F與b的重力大小相等,方向相反,繩子ab此時的拉力等于0，所以a只受到重力和桿對a的作用力,此時桿對a的作用力最小,恰好等于a的重力。故D正確。7．(6分）(2019山東煙臺二模）如圖所示，一根輕繩的一端固定在天花板上的O點，另一端懸掛一個質(zhì)量為m的小球,小球半徑忽略不計。開始時輕繩保持豎直,現(xiàn)用一光滑細(xì)桿的右端P點與輕繩接觸，保持細(xì)桿水平向右緩慢推動輕繩，使P點移動了一小段距離，則在此過程中（)A．輕繩OP段的拉力越來越大 B．輕繩OP段的拉力先變大后變小 C．輕繩對桿的作用力保持不變 D．輕繩對桿的作用力越來大【參考答案】D【名師解析】以小球為研究對象，繩子拉力始終等于小球的重力，輕繩OP段的拉力保持不變，故AB錯誤;兩段繩子的拉力大小不變，夾角逐漸減小，根據(jù)平行四邊形法則可知，兩個分力不變，夾角減小時合力增大，可知輕繩對桿的作用力越來大，故C錯誤、D正確。8.如圖，半圓柱體半徑為4R，固定在水平面上。豎直擋板緊靠柱體低端，使半徑為R的光滑小球停在柱體與擋板之間，球與柱體接觸點為M.現(xiàn)將擋板保持豎直,緩慢的向右移動距離R后保持靜止,球與柱體接觸點為N(未畫出）.以下判斷正確的是(）A．擋板移動過程中,柱體對小球的彈力變大B．擋板移動過程中,擋板對小球的彈力變小C．小球在M、N兩點所受柱體的作用力大小之比為3:4D．小球在M、N兩點所受擋板的作用力大小之比為3:4【參考答案】AC【名師解析】(1)以小球為研究對象，受力分析可知，在移動擋板前后，擋板給小球的彈力方向不變,圓柱體給小球的彈力的方向與豎直方向的夾角變大，但和的合力始終保持和重力等值、反向，不變，如下圖所示,移動擋板后和兩個力均變大了，A正確，B錯誤；(2)由幾何關(guān)系可知，移動擋板之前,圓柱體給小球的彈力的方向與豎直方向的夾角為37o，故此時，；移動擋板之后，圓柱體給小球的彈力的方向與豎直方向的夾角為53o,此時，。所以,前后兩次M、N兩點所受柱體的作用力大小之比為3：4，所受擋板的作用力大小之比為9:16,故C正確，D錯誤。【點睛】在移動擋板前后,均對小球做受力分析，利用作圖法可以看出擋板給小球的彈力和圓柱體給小球彈力的變化情況；根據(jù)幾何關(guān)系,可以知道兩次力學(xué)三角形中的邊角關(guān)系，進(jìn)而計算相關(guān)力的比值關(guān)系。9．（湖北省黃岡中學(xué)2018屆高三5月第三次模擬考試?yán)砭C物理試題）哥倫比亞大學(xué)的工程師研究出一種可以用于人形機(jī)器人的合成肌肉，可模仿人體肌肉做出推、拉、彎曲和扭曲等動作.如圖所示，連接質(zhì)量為的物體的足夠長細(xì)繩一端固定于墻壁,用合成肌肉做成的“手臂"的端固定一滑輪，端固定于墻壁，細(xì)繩繞過滑輪，和類似于人手臂的關(guān)節(jié)，由“手臂”合成肌肉控制。設(shè)與豎直墻壁夾角為,不計滑輪與細(xì)繩的摩擦，下列說法正確的是（）A.若保持不變，增大長度，細(xì)繩部分拉力變大B.若保持，增大長度，細(xì)繩對滑輪的力始終沿方向C。若保持等于，增大長度，細(xì)繩對滑輪的力始終沿方向D.若從逐漸變?yōu)榱悖L度不變，且保持,則細(xì)繩對滑輪的力先減小后增大【參考答案】C【名師解析】點睛：此題關(guān)鍵是要注意:ad繩和db繩的拉力總是相等且不變的，大小等于重力；細(xì)繩對滑輪的作用力與ad繩和bd繩拉力的合力是等大反向的關(guān)系。10．（多選，遼寧省沈陽市和平區(qū)東北育才學(xué)校2018年高考物理一模試卷）如圖所示，兩相同輕質(zhì)硬桿OO1、OO2可繞其兩端垂直紙面的水平軸O、O1、O2轉(zhuǎn)動，在O點懸掛一重物M，將兩個相同木塊m緊壓在豎直擋板上，此時整個系統(tǒng)保持靜止．Ff表示木塊與擋板間摩擦力的大小，F(xiàn)N表示木塊與擋板間正壓力的大?。魮醢彘g的距離稍許增大后，系統(tǒng)仍靜止且O1、O2始終等高,則（）A.FN變小B。FN變大C。Ff不變D.Ff變小【參考答案】BC【名師解析】設(shè)兩個桿夾角為θ，則有;再將桿對滑塊m的推力F1按照效果分解，如圖根據(jù)幾何關(guān)系，有故，若擋板間的距離稍許增大后，角θ變大，F(xiàn)x變大,故滑塊m對墻壁的壓力變大，即FN變大，故AD錯誤,BC正確；故選:BC11．（多選）(天津和平區(qū)2017—2018學(xué)年第二學(xué)期高三第一次質(zhì)量檢測）甲、乙兩建筑工人用簡單機(jī)械裝置將工件從地面提升并運送到樓頂.如圖所示，設(shè)當(dāng)重物提升到一定高度后，兩工人保持位置不動，甲通過緩慢釋放手中的繩子,使乙能夠用一始終水平的輕繩將工件緩慢向左拉動，最后工件運送至乙所在位置，完成工件的運送，設(shè)兩繩端始終在同一水平面上，蠅的重力及滑輪的摩擦不計，滑輪大小忽略不計,則在工件向左移動過程中(）A。甲手中繩子上的拉力不斷破小B.樓頂對甲的支持力不斷增大C.樓頂對甲的摩擦力大于對乙的摩擦力D.乙手中紹子上的拉力不斯增大【參考答案】CD【名師解析】繩子與滑輪夾角為θ，則有，當(dāng)θ角減小，則f增大，根據(jù)平衡條件可知乙手中繩子上的拉力不斷增大，D正確；12。（2018金考卷）如圖所示，質(zhì)量為的小球套在豎直固定的光滑圓環(huán)上，在圓環(huán)的最高點有一個光滑小孔，一根輕繩的下端系著小球，上端穿過小孔用力拉住，開始時繩與豎直方向夾角為θ，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)緩慢拉動輕繩，使小球沿光滑圓環(huán)上升一小段距離，則下列關(guān)系正確的是（）A．繩與豎直方向的夾角為θ時，F(xiàn)=mgcosθB．小球沿光滑圓環(huán)上升過程中，輕繩拉力逐漸增大C．小球沿光滑圓環(huán)上升過程中，小球所受支持力逐漸增大D．小球沿光滑圓環(huán)上升過程中，小球所受支持力大小不變【參考答案】。D?！久麕熃馕觥坷K與豎直方向的夾角為θ時，小球受到豎直向下的重力mg，圓環(huán)對小球沿半徑向外的支持力，沿細(xì)繩方向的拉力F,畫出力矢量圖，由圖可知,F=2mgcosθ，選項A錯誤；小球沿光滑圓環(huán)上升過程中,繩與豎直方向的夾角θ變大，輕繩拉力F=2mgcosθ逐漸減小，選項B錯誤；由力矢量圖可知，小球所受圓環(huán)的支持力等于重力，小球沿光滑圓環(huán)上升過程中,小球所受支持力不變，選項C錯誤D正確.13．(2018·衡水檢測）如圖所示，有一質(zhì)量不計的桿AO,長為R,可繞A自由轉(zhuǎn)動.用繩在O點懸掛一個重為G的物體，另一根繩一端系在O點，另一端系在圓弧形墻壁上的C點。當(dāng)點C由圖示位置逐漸向上沿圓弧CB移動過程中(保持OA與地面夾角θ不變），OC繩所受拉力的大小變化情況是（)A．逐漸減小 B．逐漸增大C．先減小后增大 D．先增大后減小【參考答案】。C【名師解析】對G分析，G受力平衡，則拉力等于重力；故豎直繩的拉力不變;再對O點分析,O受繩子的拉力、OA的支持力及OC的拉力而處于平衡;受力分析如圖所示；將F和OC繩上的拉力合成，其合力與G大小相等，方向相反，則在OC上移的過程中,平行四邊形的對角線保持不變，平行四邊形發(fā)生圖中所示變化,則由圖可知OC的拉力先減小后增大，圖中D點時力最??；故選C。14。如圖所示，兩個完全相同的光滑小球P、Q，放置在墻壁和斜木板之間，當(dāng)斜木板和豎直墻壁的夾角θ角緩慢減小時(θ＜900），則（）A．墻壁、木板受到P球的壓力均增大B．墻壁、木板受到P球的壓力均減小C．Q球?qū)球的壓力增大，對木板的壓力減小D．P球受到墻壁、木板和Q球的作用力的合力不變【參考答案】ACD【名師解析】以小球P、Q為研究對象，處于平衡裝態(tài)，根據(jù)受力平衡，由圖可知，墻壁對球的壓力F2逐漸增大,木板對球的支持力F1逐漸增大，根據(jù)牛頓第三定律可知墻壁受到的壓力增大，木板受到的壓力增大，故A正確,B錯誤;以小球Q為研究對象，處于平衡裝態(tài)，根據(jù)受力平衡,P球?qū)球的支持力，木板給Q球的支持力，當(dāng)斜木板和豎直墻壁的夾角θ角緩慢減小時，P球?qū)球的支持力增大,擋板給Q球的支持力減小,根據(jù)牛頓第三定律可知Q球?qū)球的壓力增大,對木板的壓力減小，故C正確；小球P為研究對象，處于平衡裝態(tài),合外力為零,P球受到重力、墻壁對球的壓力、木板對球的支持力和Q球?qū)球的壓力，所以P球受到墻壁、木板和Q球的作用力的合力與P球受到重力大小相等，方向相反，故D正確；【點睛】對球進(jìn)行正確受力分析，把握其受力特點：一個力大小和方向不變(重力)，一個力方向不變(墻給球的支持力），另一個力的大小、方向均發(fā)生變化（擋板給球的作用力)，對于這類動態(tài)平衡問題，可以采用“圖解法”進(jìn)行。15.(2019蘭州實戰(zhàn)訓(xùn)練)如圖所示，光滑小球用一根不可伸長的細(xì)繩系住，繩的另一端經(jīng)過半圓形的光滑碗的邊緣B點?，F(xiàn)用水平力緩慢地拉動小球，小球在碗壁上滑動，細(xì)繩始終處于細(xì)緊狀態(tài).小球從碗底中心點位置A點開始到接近碗口邊緣B點的過程中，碗面對小球的支持力FN以及繩對小球的拉力FT的變化情況是（）A．FN保持不變，F(xiàn)T不斷減小 B．FN不斷減小，F(xiàn)T不斷增大 C．FN保持不變，F(xiàn)T先減小后增大 D．FN不斷減小，F(xiàn)T先減小后增大【參考答案】B【命題意圖】本題考查小球的動態(tài)平衡及其相關(guān)知識點?！窘忸}思路】小球在A點時，碗面對小球的支持力FN最大,在拉力作用下，碗面滑動，碗面對小球的支持力FN逐漸減小，細(xì)繩對小球的拉力FT逐漸增大，選項B正確。16。(2018·貴陽聯(lián)考)如圖所示是轎車常用的千斤頂，當(dāng)搖動把手時，螺紋軸就能迫使千斤頂?shù)膬杀劭繑n,從而將汽車頂起。當(dāng)車輪剛被頂起時汽車對千斤頂?shù)膲毫?。0×105N，此時千斤頂兩臂間的夾角為120°。下列判斷正確的是(）A．此時千斤頂每臂受到的壓力大小均為5。0×104NB．此時千斤頂對汽車的支持力為1。0×104NC．若繼續(xù)搖動把手，將汽車頂起，千斤頂每臂受到的壓力將增大D．若繼續(xù)搖動把手,將汽車頂起，千斤頂每臂受到的壓力將減小【參考答案】.D【名師解析】：車輪剛被頂起時，千斤頂兩臂支持力的合力為千斤頂對汽車的支持力，等于汽車對千斤頂?shù)膲毫?，大小?.0×105N，選項B項錯誤;兩臂夾角為120°，由力的合成可知千斤頂每臂受到的壓力為1.0×105N,選項A項錯誤；繼續(xù)搖動把手，將汽車頂起，千斤頂兩臂夾角減小,每臂受到的壓力減小，選項D項正確，C項錯誤。17．(2016·貴州航天高中高三一模）如圖所示,在粗糙水平地面上放著一個截面為四分之一圓弧的柱狀物體A,A的左端緊靠豎直墻,A與豎直墻之間放一光滑圓球B,整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),若把A向右移動少許后，它們?nèi)蕴幱陟o止?fàn)顟B(tài)，則（)A．B對墻的壓力增大B．A與B之間的作用力增大C．地面對A的摩擦力減小D．A對地面的壓力減小【參考答案】C【名師解析】對小球B受力分析，作出平行四邊形如圖所示:A滑動前，B球受墻壁及A的彈力的合力與重力大小相等，方向相反，而將A向外平移后,B受彈力的方向與豎直方向夾角減小，但B仍受力平衡,由圖可知A對B的彈力及墻壁對球的彈力均減小,A、B錯誤;以A、B為整體分析，水平方向上受墻壁的彈力和地面的摩擦力而處于平衡狀態(tài)，彈力減小，故摩擦力減小，C正確；豎直方向上受重力及地面的支持力,兩物體的重力不變，故A對地面的壓力不變，D錯誤.18．(2016·德州模擬）如圖所示,斜面體置于粗糙水平面上，斜面光滑。小球被輕質(zhì)細(xì)線系住放在斜面上,細(xì)線另一端跨過定滑輪，用力拉細(xì)線使小球沿斜面緩慢向上移動一小段距離，斜面體始終靜止。則移動過程中()A．細(xì)線對小球的拉力變大B．斜面對小球的支持力變大C．斜面對地面的壓力變大D．地面對斜面的摩擦力變小【參考答案】AD【名師解析】：A、B選項中設(shè)物體和斜面的質(zhì)量分別為m和M，繩子與斜面的夾角為θ.取小球作為研究對象：小球受到重力mg、斜面的支持力N和繩子的拉力T,則由平衡條件得：斜面方向:mgsinα＝Tcosθ①垂直斜面方向：N＋Tsinθ＝mgcosα②使小球沿斜面緩慢移動時，θ增大,其他量不變，由①式知，T增大．由②知,N變小，故A正確，B錯誤．C、D選項，對斜面和小球整體進(jìn)行受力分析：重力(M＋m）g、地面的支持力N′和摩擦力f、繩子拉力T，由平衡條件得f＝Nsinα,N變小,則f變小,N′＝(M＋m)g＋Ncosα,N變小，則N′變小,由牛頓第三定律得知，斜面對地面的壓力也變?。蔆錯誤D正確．19。（2016·山西大同聯(lián)考）一鐵球懸掛在OB繩的下端，輕繩OA、OB、OC的結(jié)點為O，輕繩OA懸掛在天花板上的A點，輕繩OC拴接在輕質(zhì)彈簧測力計上。第一次，保持結(jié)點O位置不變,某人拉著輕質(zhì)彈簧測力計從豎直位置緩慢轉(zhuǎn)動到水平位置，如圖4中的甲所示，彈簧測力計的示數(shù)記為F1。第二次,保持輕繩OC垂直于OA，緩慢釋放輕繩，使輕繩OA轉(zhuǎn)動到豎直位置，如圖4中的乙所示，彈簧測力計的示數(shù)記為F2。則()A。F1恒定不變，F(xiàn)2逐漸增大B。F1、F2均逐漸增大C。F1先減小后增大，F(xiàn)2逐漸減小D。F1逐漸增大，F(xiàn)2先減小后增大【參考答案】C【名師解析】題圖甲中，OA與OC的合力與重力等大反向，且保持不變，OA的方向不變