2023届高考物理二轮总复习试题（老高考旧教材）专题分层突破练1　力与物体的平衡（Word版附解析）

专题分层突破练1　力与物体的平衡

A组

1.(2022云南昆明模拟)如图所示,斜面体静止在粗糙的水平地面上,质量不等的甲、乙两物块用跨过光滑定滑轮的轻质细绳连接,分别静止在斜面AB、AC上,滑轮两侧细绳与斜面平行,AB斜面粗糙,AC斜面光滑。若在甲物块上面再放一个小物块后甲、乙仍静止,则(　　)

A.甲所受的摩擦力一定变小

B.甲所受的摩擦力一定变大

C.斜面体所受地面的摩擦力一定变大

D.斜面体所受地面的摩擦力一定不变

2.(2022浙江卷)如图所示,一轻质晒衣架静置于水平地面上,水平横杆与四根相同的斜杆垂直,两斜杆夹角θ=60°。一重力为G的物体悬挂在横杆中点,则每根斜杆受到地面的(　　)

A.作用力为G B.作用力为G

C.摩擦力为G D.摩擦力为G

3.(2022安徽六校联考)如图所示,一粗糙斜面固定于水平面上,一质量为m的滑块通过一跨过斜面顶端光滑定滑轮的轻绳与一钩码相连。能使滑块在斜面上保持静止的钩码质量的最大值和最小值分别为m1和m2。设轻绳与斜面保持平行,滑块所受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。斜面倾角为θ,则滑块与斜面之间的动摩擦因数为(　　)

A. B.

C. D.

4.(2022黑龙江哈尔滨二模)如图所示,M、N两支架固定在高台边缘,钢绳两端连接到两个支架上等高的位置,钢绳的长度可通过固定在支架M上的电动机收放。某杂技演员(可视为质点)抓住套在钢绳上的滑环静止在高空,滑环可沿钢绳无摩擦滑动。下列说法正确的是(　　)

A.若启动电动机使钢绳缓慢缩短,钢绳拉力将不断减小

B.若启动电动机使钢绳缓慢缩短,左侧钢绳拉力将增大,右侧钢绳拉力将减小

C.若启动电动机使钢绳缓慢伸长,钢绳拉力将不断减小

D.若启动电动机使钢绳缓慢伸长,演员运动的轨迹为偏向支架N一侧的曲线

5.如图所示,力传感器固定在天花板上,边长为L的正方形匀质导线框abcd用不可伸长的轻质绝缘细线悬挂于力传感器的测力端,导线框与磁感应强度方向垂直,线框的bcd部分处于匀强磁场中,b、d两点位于匀强磁场的水平边界线上。若在导线框中通以大小为I、方向如图所示的恒定电流,导线框处于静止状态时,力传感器的示数为F1,只改变电流方向,其他条件不变,力传感器的示数为F2,则该匀强磁场的磁感应强度大小为(　　)

A. B.

C. D.

6.(2022广西桂林模拟)如图所示,一个倾角为30°、底面粗糙、斜面光滑的斜面体放在粗糙的水平面上,斜面体的质量为2m。轻绳的一端固定在天花板上,另一端系住质量为m的小球,整个系统处于静止状态,轻绳与竖直方向的夹角也为30°。若滑动摩擦力等于最大静摩擦力,则斜面体与水平面间的动摩擦因数至少为(　　)

A. B.

C. D.

B组

7.如图所示,半径分别为2r、3r的相同材料制成的均匀小球1和2,从空中很高处由静止释放,已知小球受到的空气阻力F与小球的最大横截面积S以及运动的速度v的关系为F=kSv,其中k为与材料有关的常数,最后,小球稳定后的速度大小之比v1∶v2为(　　)

A.4∶9 B.2∶3

C.9∶4 D.3∶2

8.(多选)(2022浙江联考)如图所示,在一竖直平面内,y轴左侧有一水平向右的匀强电场E1和一垂直纸面向里的匀强磁场B,y轴右侧有一竖直方向的匀强电场E2(未画出)。一电荷量为q(电性未知)、质量为m的微粒从x轴上A点以一定初速度与水平方向成θ=37°角沿直线经P点匀速运动到图中C点,其中m、q、B均已知,重力加速度为g,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则(　　)

A.微粒一定带负电

B.电场强度E2一定竖直向上

C.两电场强度之比

D.微粒的初速度为v=

9.(2022山东省实验中学模拟)如图所示,在水平地面上有一斜面体,质量均为m的A、B两物块放在斜面的等高处,A、B之间连接着一个轻质弹簧,其劲度系数为k,弹簧处于压缩状态,且物块与斜面体均能保持静止。已知斜面的倾角为θ,两物块和斜面间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是(　　)

A.斜面对A、B组成系统的静摩擦力的合力为0

B.若将弹簧拿掉,物块有可能发生滑动

C.弹簧的最大压缩量为

D.弹簧的最大压缩量为

10.(2022山东济南模拟)内燃机汽缸内的燃气推动活塞运动的示意图如图所示,活塞质量为m,若在活塞从汽缸的顶部向底部匀速运动的过程中,气体对活塞的合力F大小恒定、方向向下,汽缸与活塞之间的摩擦可忽略,重力加速度为g。当连杆a与竖直方向的夹角为θ时,下列说法正确的是(　　)

A.汽缸壁对活塞的作用力大小为(F+mg)tan θ

B.汽缸壁对活塞的作用力大小为

C.连杆a受到活塞的作用力大小为(F+mg)cos θ

D.连杆a受到活塞的作用力大小为Fsin θ

11.(多选)如图所示,竖直细杆上套有一个质量为1 kg的小圆环,圆环左侧系有一劲度系数k=500 N/m的轻弹簧,已知弹簧与竖直方向的夹角为θ=53°,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,环与细杆间的动摩擦因数为μ=0.75,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,弹簧一直处于弹性限度内,g取10 m/s2,以下说法正确的是(　　)

A.当弹簧的伸长量x=2.5 cm时,圆环与细杆间的摩擦力为零

B.当弹簧的伸长量x=0.5 cm时,圆环与细杆间的摩擦力为1.5 N

C.若θ角调成90°,不管弹簧的伸长量x为多少,圆环都不能静止

D.若θ角调成90°,弹簧的伸长量x≥ cm时,圆环可以保持静止

12.(2022山东昌乐二中模拟)如图所示,风筝借助均匀的风力和牵线的作用,在空中处于平衡状态。图中所示风筝质量m=0.4 kg,某时刻风筝平面与水平面的夹角为30°,主线对风筝的拉力与风筝平面成53°角。已知风对风筝的作用力与风筝平面相垂直,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,g取10 m/s2。

(1)画出风筝的受力图,求此时风对风筝的作用力F的大小和主线对风筝的拉力FT的大小(结果保留三位有效数字)。

(2)若拉着风筝匀速运动时,主线与水平面成53°角保持不变,这时拉主线的力为10 N,则此时风筝平面与水平面的夹角θ的正切值为多大?

答案：

1.D　解析 设甲、乙两物块的质量分别为m1和m2,斜面AB与水平地面的夹角为α,AC与水平地面的夹角为β,由已知条件分析乙物块受力得绳上拉力FT=m2gsin β,由于甲、乙两物块质量大小关系未知,两斜面夹角关系未知,甲物块与斜面之间是否存在摩擦力未知,若存在摩擦力,其大小、方向也不确定,在甲物块上面再放一个小物块后甲、乙仍静止,甲所受摩擦力大小如何变化也不确定,故A、B错误;将斜面体与甲、乙两物块看成一个整体,整体始终静止,所受重力与支持力平衡,斜面体始终不受摩擦力,故C错误,D正确。

2.B　解析 设斜杆的弹力大小为F,以水平横杆和重物为整体,竖直方向根据受力平衡有4Fcos 30°=G,解得F=G,以其中一斜杆为研究对象,其受力如图所示,可知每根斜杆受到地面的作用力应与F平衡,即大小为G,每根斜杆受到地面的摩擦力为Ff=Fsin 30°=G,B正确,A、C、D错误。

3.C　解析 当钩码的质量为最大值m1时,滑块所受的静摩擦力沿斜面向下,有μmgcos θ+mgsin θ=m1g;当钩码的质量为最小值m2时,滑块所受的静摩擦力沿斜面向上,有mgsin θ=m2g+μmgcos θ;联立解得μ=,故选C。

4.C　解析 设滑环两侧钢绳与水平面的夹角为θ,对杂技演员由平衡条件可得2FTsin θ=mg,若启动电动机使钢绳缓慢缩短,则θ减小,两侧钢绳拉力将不断增大,若启动电动机使钢绳缓慢伸长,则θ增大,两侧钢绳拉力将不断减小,C正确,A、B错误;由于钢绳两端连接到两个支架上等高的位置,同一条钢绳上拉力大小处处相等,由对称性可知,滑环两侧钢绳与水平面的夹角总是相等,故启动电动机使钢绳缓慢伸长,演员运动的轨迹为竖直向下,D错误。

5.C　解析 线框在磁场中受安培力的等效长度为lbd=L,当电流方向为图示方向时,由左手定则可知导线框受到的安培力竖直向上,大小为F=BIL,由导线框受力平衡可得F1+F=mg,当导线框中的电流反向时,导线框受到的安培力方向竖直向下,此时有mg+F=F2,联立可得B=,故C正确。

6.C　解析 由题意对小球受力分析,沿斜面方向由平衡条件得mgsin 30°=FTcos 30°,解得FT=mgtan 30°=mg,对小球和斜面体构成的整体受力分析,由平衡条件得,水平方向满足FTsin 30°=Ff,竖直方向满足FN+FTcos 30°=3mg,当Ff=μFN时,斜面体与水平面间的动摩擦因数最小,解得最小为μ=,C正确。

7.B　解析 半径为R的小球稳定下落时,受力平衡,有kSv=mg,因S=πR2,m=ρ·πR3,所以可得小球稳定下落的速度为v=,则有v1∶v2=2r∶3r=2∶3,B正确。

8.BD　解析 微粒从A到P受重力、静电力和洛伦兹力作用做匀速直线运动,由左手定则及静电力的性质可确定微粒一定带正电,选项A错误;此时有qE1=mgtan 37°,微粒从P到C在静电力和重力作用下做直线运动,必有mg=qE2,所以E2的方向竖直向上,选项B正确;联立以上两式可得,选项C错误;在AP段有mg=qvBcos 37°,解得v=,选项D正确。

9.C　解析 把A、B看成一个整体,斜面对A、B组成系统的静摩擦力的合力为Ff=2mgsin θ,A错误;有弹簧时,对A分析有FfA=,A保持静止,若将弹簧拿掉,对A有FfA'=mgsin θ<FfA,所以若将弹簧拿掉,物块不可能发生滑动,B错误;弹簧的压缩量最大时,物块达到最大静摩擦力,则=μmgcos θ,解得Δxm=,C正确,D错误。

10.A　解析 对活塞进行受力分析,如图所示,根据平衡条件有FN1cos θ=F+mg,FN1sin θ=FN2,联立解得汽缸壁对活塞的作用力大小为FN2=(F+mg)tan θ,连杆a对活塞的作用力大小为FN1=,根据牛顿第三定律可知连杆a受到活塞的作用力大小为FN1'=FN1=,故A正确,B、C、D错误。

11.BD　解析 若x=2.5 cm,根据胡克定律可得,弹簧弹力F=kΔx=500×0.025 N=12.5 N,竖直分力为Fy=Fcos 53°=7.5 N<G=10 N,所以圆环将受到沿杆向上的摩擦力作用,又因为F的水平分力为Fx=Fsin 53°=10 N,根据圆环水平方向平衡,可得杆对圆环的弹力大小为FN=Fx,所以,圆环此时的最大静摩擦力为Ffm=μFN=0.75×10 N=7.5 N,则圆环将保持静止,圆环与细杆间的静摩擦力为Ff=G-Fy=10 N-7.5 N=2.5 N。同理,当x'=0.5 cm时,可求得F'=2.5 N,其竖直分力为1.5 N,水平分力为2 N,此时最大静摩擦力为1.5 N,则环不能平衡,将沿杆下滑,受到沿杆向上的滑动摩擦力作用,大小为1.5 N,故A错误,B正确。若θ角调成90°,设圆环恰好静止时弹簧的伸长量为x,则有G=μkx,代入数据求得x= cm,所以,当弹簧的伸长量x≥ cm时,圆环可以保持静止,故C错误,D正确。

12.答案 (1)图见解析　3.33 N　6.13 N

(2)

解析 (1)风筝平衡时共受到三个力的作用,即重力mg、风对它的作用力F和主线对它的拉力FT,如图所示,以风筝平面方向为x轴,F方向为y轴,建立坐标系,将重力和拉力FT正交分解

在x轴方向,有mgsin 30°-FTcos 53°=0

在y轴方向,有F=FTsin 53°+mgcos 30°

联立两式,解得FT=3.33 N,F=6.13 N。

(2)以水平方向为x轴,竖直方向为y轴建立坐标系,如图所示。

设风对风筝的作用力水平分力为Fx,竖直分力为Fy,由平衡条件知

Fx=FT'cos 53°=6 N

Fy=FT'sin 53°+mg=12 N