18力的合成-三角形法则及多边形法则（相互作用专题）-2024届高考物理重要模型图专练（全国通用）

这是一份18力的合成-三角形法则及多边形法则（相互作用专题）-2024届高考物理重要模型图专练（全国通用），共19页。试卷主要包含了单选题，多选题，解答题，填空题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．如图所示，一辆装满石块的货车在平直道路以加速度a向前加速运动。货箱中石块B的质量为m，则关于B物体受力情况以下说法正确的是（ ）
A．石块B所受的合外力为零
B．石块B周围与它接触的物体对石块B作用力的合力沿水平方向向前
C．石块B周围与它接触的物体对石块B作用力的合力大小为ma
D．石块B周围与它接触的物体对石块B作用力的合力大小为
2．如图甲，学校趣味运动会上某同学用乒乓球拍托球跑，球、球拍与人保持相对静止，球拍与水平方向的夹角为。图乙是在倾角为的静止斜面上用竖直挡板挡住与甲图中相同的球，忽略空气阻力和一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．该同学可能托着球做匀速直线运动
B．该同学可能托着球做变加速直线运动
C．球拍和斜面对球的弹力一定相等
D．甲图中球所受合力大于乙图中挡板对球的弹力
3．一物体受到大小分别为F1、F2、F3的三个共点力的作用，其力的矢量关系如图所示，则它们的合力大小是（ ）
A．0B．2F1C．2（F2+F3）D．F1+F2+F3
4．将F=40N的力分解为F₁和F₂，其中F1的方向与F的夹角为30°，如图所示，则（ ）

A．当F₂<20N时，一个F₂有一个 F₁的值相对应
B．当F₂=20N时 ，F₁的值是
C．当F₂>40N时，一个F₂就有两个F₁的值与它相对应
D．当10N5．一物体受到三个力的作用，其中物体受力平衡的是（ ）
A． B．
C． D．
6．如图所示，五个共点力的矢量图恰能构成一个四边形及其对角线，下列说法正确的是（ ）
A．、、的合力为零B．、、的合力为零
C．这五个共点力的合力为零D．这五个共点力的合力为
7．如图，有五个力作用于同一点O，表示这五个力的有向线段恰分别构成一个正六边形的两条邻边和三条对角线。已知，则这五个力的合力大小为（ ）
A．B．C．D．
8．一个硬质轻圆环平放在水平桌面上，环中有一个竖直固定柱。圆环被甲、乙、丙三人用力拉住，紧压着固定柱而静止，受三人拉力的俯视图如图所示，α＜β。不计一切摩擦。若仅调整其中两人拉力的大小，使圆环与固定柱之间的弹力恰好为零，则下列描述正确的是（ ）
A．仅增加甲、乙两个力的大小，且甲力的大小增加较多
B．仅增加甲、丙两个力的大小，且甲力的大小增加较多
C．仅增加乙、丙两个力的大小，且乙力的大小增加较多
D．仅增加乙、丙两个力的大小，且丙力的大小增加较多
9．三个共点力F1、F2、F3可用如图所示的有向线段表示，它们围成封闭的三角形。则这三个力的合力最大的是（ ）
A．B．
C．D．
10．如图所示，将质量为m的小球用橡皮筋悬挂在竖直墙面上的O点，静止时小球位于B点，A为O点正下方一点，间的距离等于橡皮筋的原长，在A点固定一铁钉，铁钉位于橡皮筋右侧。现对小球施加拉力F，使小球沿以为直径的圆弧缓慢向A点运动，C为圆弧上的点，为30°。橡皮筋始终在弹性限度内，不计一切摩擦，重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A．小球在C点时，橡皮筋的弹力大小为
B．小球在C点时，拉力F大小为
C．在小球从B点向A点运动的过程中，拉力F的方向始终沿水平方向
D．在小球从B点向A点运动的过程中，橡皮筋的弹力先变大后变小
二、多选题
11．同学们都知道，合力与其分力之间遵从三角形定则，下列图中满足合力分力关系的是（ ）
A．B．
C．D．
12．小美在草稿本上画了一个力的示意图，小帅想到可以把这个力分解。若该力，把F分解为和两个分力，已知分力与F夹角为，则的大小（ ）
A．一定小于10NB．可能等于10N
C．可能大于10ND．最小一定等于5N
13．如图所示，作用于O点的三个力F1、F2、F3合力为零。F1沿方向，大小已知。F2与方向夹角为（），大小未知。下列说法正确的是（ ）
A．F3可能指向第二象限B．F3一定指向第三象限
C．F3与F2的夹角越小，则F3与F2的合力越小D．F3的最小值为
14．一物体受到三个共点力F1、F2、F3的作用，恰能构成一个矢量三角形ABC，如图所示。其中F1、F2大小、方向均已知，F3大小已知、方向未知，则下列说法正确的是（ ）
A．若F3沿AC方向，则物体所受合力为零
B．若F3沿AC方向，则物体所受合力为2F3
C．若F3沿CA方向，则物体所受合力为零
D．若F3沿CA方向，则物体所受合力为2F3
三、解答题
15．如图所示，一运送救灾物资的直升飞机沿水平方向匀速飞行，已知物资的总质量为m，吊运物资的悬索与竖直方向成θ角，重力加速度为g。求：
（1）画出吊运物资的受力示意图，用力的合成求物资所受的空气阻力为f；
（2）画出吊运物资的受力示意图，用力的分解求悬索对物资的拉力为F．
16．质量为m的物体悬挂在轻质的且各结点A、B、C采用胶链连接的支架上，斜梁OB与竖直方向的夹角为θ．设水平横梁OA和斜梁OB作用与O点的弹力分别为FA和FB，试采用力的合成的方法求FA和FB的大小和方向． （已知重力加速度为g ）

17．如图所示，小球只受重力和绳子的拉力作用，已知小球的重力为G，细绳与竖直方向的夹角为37°。
（1）已知合力的方向水平，求绳子的拉力、合力的大小；
（2）已知合力的方向垂直于绳，求绳子的拉力、合力的大小。
18．如图所示，一条小船在河中心向正东方向行驶，船上挂起一风帆，帆受侧向风作用，风力大小F1为100N，方向为东偏南，为了使船受到的合力恰能沿正东方向，岸上一人用一根绳子拉船。（忽略水对船的阻力）
（1）假设绳子方向与河岸成（如图），请求出风力和绳子拉力的合力大小及绳子拉力F2的大小，必要时配上合适的图形说明问题。
（2）假设岸上人拉绳的方向任意，请问人应该向哪个方向拉绳子，可以使得人的拉力最小？最小拉力是多少？必要时配上合适的图形说明问题。
四、填空题
19．如图是由六个力分别首尾相连构成的几何图形。已知，水平向左，则这六个力的合力的大小为 N。
20．如俯视图所示，物体静止于光滑水平面上，力F作用于物体上，现要使物体沿着AB方向做加速运动（F和AB都位于同一水平面内）。那么，必须同时再加一个力，则力的可能方向与力F方向之间的的夹角范围为 （并标在图中 ）；这个力的最小值是 。
21．设有三个力同时作用在质点P上，它们的大小和方向相当于正六边形的两条边和一条对角线，如图所示，这三个力中最小的力的大小为F，则这三个力的合力为 。
22．一个物体在xOy平面内受到三个力，方向如图所示，大小分别为F1=20N，F2=10 N，F3=11N，则这三个力的合力大小为 N，合力方向为 。
参考答案：
1．D
【详解】A．对B受力分析可知，B受重力和与B接触的物体对B的作用力，由于B和车具有相同的加速度，则可知B所受到的合外力水平向右，大小为，故A错误；
BCD．B受到的合外力水平向右，重力方向竖直向下，根据三角形定则可知，另外一个分力即B接触的物体对B的作用力的方向斜向右上方，大小为
故BC错误，D正确。
故选D。
2．C
【详解】AB．甲图中球拍和乒乓球受到竖直向下的重力和垂直于球拍向上的支持力，二力不在同一直线上，二力的合力水平向左，大小恒定，不可能做匀速直线运动或变加速直线运动，AB错误；
C．甲图中，对乒乓球，由竖直方向受力平衡有
乙图中，乒乓球受到重力、斜面的弹力和挡板水平向右的弹力，竖直方向有
可知
即球拍和斜面对球的弹力一定相等，C正确；
D．甲图中乒乓球受到的合力为
乙图中挡板对球的弹力
两者相等，故D错误。
故选C。
3．A
【详解】ABCD．根据三角形定则，F2与F3的合力等于从F2的起点到F3的终点的有向线段，即与F1大小相等方向相反，所以三个共点力的合力为0，故BCD错误，A正确。
故选A。
4．B
【详解】AD．根据矢量三角形法则，如图所示

当F2的方向与F1垂直时F2最小，最小值为
当F₂<20N时，无解，故AD错误；
B．当F₂=20N时 ，F₁的值是
故B正确；
C．根据A选项分析可知，当F₂>40N时，此时F2只能处于图中F2最小值右侧，故此时一个F₂只有一个F₁的值与它相对应，故C错误。
故选B。
5．D
【详解】A．根据平行四边形定则可知，图中三个力的合力大小为2F3，故A错误；
B．图中三个力的合力大小为2F1，故B错误；
C．图中三个力的合力大小为2F3，故C错误；
D．图中三个力的合力大小为0，故D正确。
故选D。
6．B
【详解】A．根据闭合三角形定则可知、的合力大小等于，方向与方向相同，则、、的合力为，故A错误；
B．根据闭合三角形定则可知、的合力大小等于，方向与方向相反，则、、的合力为零，故B正确；
CD．由于、、的合力为零，则这五个共点力的合力等于、的合力，即这五个共点力的合力为，故CD错误。
故选B。
7．D
【详解】解法一：利用平行四边形定则，如图所示
最大力为，根据平行四边形定则，与的合力为，与的合力为，这五个力的合力为3倍的，已知，根据几何关系可知
所以合力的大小为
故选D。
解法二：利用三角形定则，如图所示
将力、平移到与、与的首端之间，、的合力等于，、的合力等于，由几何关系可知
故这五个力的合力大小为
故选D。
解法三：利用对称法，如图所示
由对称性，和的夹角为，，则合力在其夹角的平分线上，合力的大小等于其分力的大小，故力和的合力
同理，和的合力也在其夹角的平分线上，由图中几何关系可知
故这五个力的合力为
故选D。
解法四：利用正交分解法，建立如图所示的正交坐标系
将正交分解，在y轴方向合力为零，故这五个力的合力等于在x轴方向的合力
再由图中几何关系有
故这五个力的合力为
故选D。
8．B
【详解】根据题意可知，圆环受甲、乙、丙三个力以及固定柱的弹力作用，处于平衡状态，甲、乙、丙三个力的合力与固定柱对圆环的弹力等大反向，该弹力的方向沿圆环半径方向向外，则这几个力构成了一个封闭的多边形，如图
若仅调整其中两人拉力的大小，使圆环与固定柱之间的弹力恰好为零，如图所示当时，甲、乙、丙三个力构成一个封闭的三角形，则应增加甲、丙两个力的大小，且甲力的大小增加较多，ACD错误，B正确。
故选B。
9．D
【详解】A．F1和F2的合力为-F3，合力等于0；
B．F1和F3的合力为F2，合力等于2 F2；
C．F1和F2的合力为F3，合力等于2 F3；
D．F2和F3的合力为F1，合力等于2 F1；
由上可知2F1最大，故选D。
10．B
【详解】AB．橡皮筋的弹力大小与橡皮筋的伸长量成正比，方向沿橡皮筋所在直线，如图所示
以圆弧竖直直径表示小球重力，做出小球受力矢量三角形动态分析图，小球在C点时，橡皮筋弹力大小为，拉力F大小为，A错误B正确；
CD．在小球从B点向A点运动的过程中，拉力F的方向始终与橡皮筋垂直，橡皮筋的弹力一直变小，CD错误。
故选B。
11．AC
【详解】AC．由平行四边形定则可知，和的合力方向为的首指向的尾，故F是二者合力，所以A和C选项的图像正确，故AC正确；
BD．由平行四边形定则可知B和D图像中和的合力的方向与F方向相反，故BD错误。
故选AC。
12．BCD
【详解】
作合力和分力F1的示意图，根据三角形定则作图，通过不同三角形的比较，可知当F与F2垂直时，F2最小，且最小值为
Fsin30°=5N
根据图知，F2无最大值，即
F2≥5N
故选BCD。
13．AD
【详解】AB．三力平衡时，三个力中任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线，由于F2大小未知，则F1、F2的合力F在F1与F2之间的任意方向，而三力平衡时，三个力中任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线，故F3可能指向第二象限，也可能在第三象限，故A正确；B错误；
C．F3与F2的合力始终与F1等值、反向、共线，故C错误；
D．根据三角形定则，作图如图所示
当F1、F2的合力F与F2垂直时，合力F最小，则
解得
故D正确。
故选AD。
14．BC
【详解】AB．F1、F2的合力大小与F3相等，方向沿AC，若F3沿AC方向，则物体所受合力为2F3，A错误，B正确；
CD．若F3沿CA方向，则物体所受合力为零，C正确，D错误。
故选BC。
15．（1）；（2） ；
【详解】(1)受力分析以及合成如图所示：
根据共点力平衡条件可得：
；
(2)受力分析以及力的分解示意图如图所示：
可得绳索对物资的拉力：
。
16．FA=mgtanθ，方向水平向左；FB=，其方向由B指向O
【详解】以O点为研究对象，受力如图所示：

由受力图结合几何关系可得，方向水平向左；，其方向由B指向O，
【点睛】本题是对结点受力分析求得答案，也可以将重力按实际效果分解来求，掌握力的矢量合成法则，注意三角知识的正确运用．
17．（1），；（2），
【详解】（1）当合力水平方向时，由力的平行四边形定则作图（1）
则有
（2）当合力方向垂直于绳时，由力的平行四边形定则作图（2），则有
【点睛】
考查力的分解方法，掌握力的平行四边形定则的内容，注意三角知识的应用是解题的关键。
18．（1），；（2）当F2的方向与河岸垂直时，F2取最小值，
【详解】（1）如图所示，由于F1和F2与水平方向的夹角都是600，由几何关系可知
（2）如图所示，由三角形定则可知，当F2的方向与河岸垂直时，F2取最小值，由几何关系可知，F2的最小值为
19．10
【详解】依据力的三角形法则可知，F1、F2、F3三个力的合力大小等于F4，方向向右；F5、F6两个力的合力大小也等于F4，方向向右；所以这六个力的合力的大小也等于F4，即大小等于10N，方向向右。
20． Fsinθ
【详解】[1] [2]根据力的三角形法则可知，当和首尾相连可得合力沿AB方向，此时物体做加速运动
可知取值范围为。
[3]当垂直与AB时，取得最小值，为
21．3F
【详解】[1]由图可知，F1、F2大小为F，夹角为120度，根据平行四边形定则可知两个力的合力为F，由几何关系可得
则这三个力的合力为
22． 15 与x轴正方向夹角为45°
【详解】[1][2]一个物体受几个力作用求合力时，往往采用先分解后合成的方法，将每个力沿x轴和y轴方向进行正交分解，求出x轴方向的合力和y轴方向的合力，再利用勾股定理求出这几个力的合力。于是可按图解得：
=15 N
≈15 N
F合==15 N
，θ=45°
即与x轴正方向夹角为45°。