(新高考)高考物理一轮复习课时练习第2章章末核心素养提升(含解析)

一、物理建模能力的培养

1.轻杆、轻绳和轻弹簧的模型问题

解决三种模型问题时应注意的事项：

(1)轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想化模型。

(2)分析轻杆上的弹力时必须结合物体的运动状态。

(3)讨论轻弹簧上的弹力时应明确弹簧处于伸长还是压缩状态。

【例1】 如图1所示，光滑滑轮本身的质量可忽略不计，滑轮轴O安在一根轻木杆上，一根轻绳AB绕过滑轮，A端固定在墙上，且A端与滑轮之间的轻绳保持水平，B端挂一个重物，木杆与竖直方向的夹角为θ＝45°，系统保持平衡。若保持滑轮的位置不变，改变夹角θ的大小，则滑轮受到木杆的弹力大小的变化情况是(　　)

图1

A.只有θ变小，弹力才变大

B.只有θ变大，弹力才变大

C.无论θ变大还是变小，弹力都变大

D.无论θ变大还是变小，弹力都不变

答案　D

解析　无论θ变大还是变小，水平段轻绳和竖直段轻绳中的拉力不变，所以这两个力的合力不变，合力与木杆对滑轮的弹力平衡，故滑轮受到木杆的弹力不变，故D正确。

【例2】 (2020·广东惠州市第一中学综合测试)如图2所示，小球A置于固定在水平面上的光滑半圆柱体上，小球B用水平轻弹簧拉着系于竖直板上，两小球A、B通过光滑滑轮O用轻质细线相连，两球均处于静止状态，已知B球质量为m，O点在半圆柱体圆心O1的正上方，OA与竖直方向成30°角，OA长度与半圆柱体半径相等，OB与竖直方向成45°角，重力加速度为g，则下列叙述正确的是(　　)

图2

A.小球A、B受到的拉力FTOA与FTOB相等，且FTOA＝FTOB＝mg

B.弹簧弹力大小为mg

C.A球质量为m

D.光滑半圆柱体对A球支持力的大小为mg

答案　C

解析　隔离小球B，对B受力分析，如图所示，

根据共点力平衡得，水平方向有FTOBsin 45°＝F，竖直方向有FTOBcos 45°＝mg，则弹簧弹力F＝mg，根据定滑轮的特性知FTOA＝FTOB＝mg，故A、B错误；对A受力分析，如图所示：由几何关系可知拉力FTOA和支持力FN与水平方向的夹角相等，夹角为60°，则FN和FTOA相等，有2FTOAsin 60°＝mAg，解得mA＝m，由对称性可得FN＝FTOA＝mg，故C正确，D错误。

2.轻绳套轻环的动态平衡模型

物理的学习特别强调分析、推理和建模能力的培养，特别是对于题目隐含条件的挖掘，找到解决问题的突破口，此称为破题能力。在本章有一类典型的共点力平衡问题，即轻绳套光滑轻环的动态平衡分析问题，如图3所示。

图3

绳上套的是光滑轻环，作用在绳上形成“活结”，此时绳上的拉力处处相等，平衡时与水平面所成夹角相等，即α＝β。当动点P移至P′时，绳长保持不变，夹角α＝β也保持不变，Q移至Q′，这与绳“死结”模型截然不同。

此类问题破题关键有两点：

(1)不计轻环与绳间的摩擦时，左右两段绳中张力相等，左右两段绳与竖直方向的夹角也相等。

(2)绳总长度不变时，sin θ＝，绳中张力和绳与竖直方向的夹角θ随两悬点水平距离d的变化而变化。

【例3】 如图4所示为建筑工地一个小型起重机起吊重物的示意图。一根轻绳跨过光滑的动滑轮，轻绳的一端系在位置A处，动滑轮的下端挂上重物，轻绳的另一端挂在起重机的吊钩C处，起吊重物前，重物处于静止状态。起吊重物过程是这样的：先让吊钩从位置C竖直向上缓慢地移动到位置B，然后再让吊钩从位置B水平向右缓慢地移动到D，最后把重物卸在某一个位置。则关于轻绳上的拉力大小变化情况，下列说法正确的是(　　)

图4

A.吊钩从C向B移动过程中，轻绳上的拉力不变

B.吊钩从B向D移动过程中，轻绳上的拉力变小

C.吊钩从C向B移动过程中，轻绳上的拉力变大

D.吊钩从B向D移动过程中，轻绳上的拉力不变

答案　A

解析　由C到B时，两绳夹角不变，由滑轮受力平衡知，绳子拉力不变，由B到D时，两绳夹角θ增大，由滑轮受力平衡得2FTcos ＝mg，绳子拉力变大，故A正确。

【例4】 (2019·山西太原调研)如图5所示，轻绳OA一端固定在天花板上，另一端系一光滑的圆环，一根系着物体的轻绳穿过圆环后，另一端固定在墙上B点，且OB处于水平。现将A点缓慢沿天花板水平向右移动，且OB段的轻绳始终保持水平，则OA、OB段轻绳所受的拉力的大小FTA、FTB的变化情况是(　　)

图5

 A.FTA增大，FTB不变  B.FTA、FTB均不变

C.FTA不变，FTB增大  D.FTA、FTB均减小

答案　B

解析　因为圆环光滑，则OC、OB段轻绳所受的拉力的大小FTC、FTB始终相等，且等于物体的重力。又OB段轻绳始终保持水平，OC段轻绳始终保持竖直，则A点缓慢右移，圆环也随之右移，θ不变，由平衡条件可知OA段轻绳上所受的拉力不变。选项B正确。

二、科学思维能力的培养

“整体法”和“隔离法”处理连接体平衡问题

【例5】 (2020·山东卷，8)如图6所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为m和2m的物块A、B，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时，物块A、B刚好要滑动，则μ的值为(　　)

图6

A.  B. 

C.  D.

答案　C

解析　根据题述，物块A、B刚要滑动，可知A、B之间的摩擦FfAB＝μmgcos 45°，B与木板之间的摩擦力Ff＝μ·3mgcos 45°。隔离A分析受力，由平衡条件可得轻绳中拉力F＝FfAB＋mgsin 45°。对A、B整体，由平衡条件可得2F＝3mgsin 45°－Ff，联立解得μ＝，选项C正确。

【例6】 (多选)如图7所示，质量分别为m1、m2的A、B两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动，力F与水平方向成θ角。则A所受支持力FN和摩擦力Ff正确的是(　　)

图7

A.FN＝m1g＋m2g－Fsin θ

B.FN＝m1g＋m2g－Fcos θ

C.Ff＝Fcos θ

D.Ff＝Fsin θ

答案　AC

解析　对A、B和轻弹簧组成的系统受力分析如图，由平衡条件知，水平方向Ff＝Fcos θ，竖直方向FN＋Fsin θ＝m1g＋m2g，得FN＝m1g＋m2g－Fsin θ，选项A、C正确。