专题02 力与平衡-备战2021年高考物理经典小题考前必刷（全国通用）

专题02 力与平衡

一、弹力

1、产生条件：施力体发生形变，有恢复原状的趋势，与受力体接触。

2．胡克定律：F＝kx.

①k是弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，用符号N/m表示；k的大小由弹簧自身性质决定．

②x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度．

3．“三法”判断弹力有无

(1)搬家法：将施力体撤去，看看会怎么样？

(2)替换法：用细绳替换装置中的轻杆，看能不能维持原来的力学状态．如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是其他方向的力．

(3)状态法：依据物体的运动状态，由受力平衡(或牛顿第二定律)列方程，求解物体间的弹力．

4．弹力方向的判断

拉伸作用：指向施力体

挤压作用：指向受力体且垂直于接触面

5．轻绳、轻杆、弹性绳和轻弹簧的比较

6．活结：当绳绕过光滑的滑轮或挂钩时，由于滑轮或挂钩对绳无约束，因此绳上的力是相等的，即滑轮只改变力的方向不改变力的大小，此即同一绳．

7．死结：若结点不是滑轮或挂钩，而是固定点时，称为“死结”结点，则两侧绳上的弹力不一定相等，即非同一绳．

8．动杆：若轻杆用光滑的转轴或铰链连接，当杆处于平衡时，杆所受到的弹力方向一定沿着杆，否则会引起杆的转动．即若同时满足三个条件：轻杆、直杆、两点受力，则力必沿杆。

9．定杆：若轻杆被固定不发生转动，则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向．

二、摩擦力

1．动摩擦因数

(1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力和正压力的比值．公式μ＝.

(2)决定因素：接触面的材料和粗糙程度．

2．摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反，但不一定与物体的运动方向相反．

3．摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势)，但不一定阻碍物体的运动，即摩擦力可以是阻力，也可以是动力．

4．受静摩擦力作用的物体不一定静止，但一定与施力物体保持相对静止．

三、力的合成

1．合力与分力

关系：合力与分力是等效替代关系．

2．共点力

作用在物体的同一点，或作用于同一物体且作用线交于一点的几个力．

3．力的合成

运算法则：  ①平行四边形定则  ②三角形定则

若两个力F1、F2的夹角为θ，如图所示，合力的大小可由余弦定理得到：

F＝

四、力的分解

分解方法：  (1)效果分解法    (2)正交分解法．

五.受力分析

优先整体，优先受力少者。

六、静态平衡

1、三力不共线：(1)合成法．(2)正交分解．

2、三力以上不共线：正交分解．

七．动态平衡

1、三力作用：解析法、图解法等，特别是三力动态平衡问题，常用图解法分析．

1．三力以上作用：正交分解找普遍表达式

难度：★★★☆☆            建议用时： 15分钟              正确率 ：      /15

1、(2019·全国卷Ⅲ·16)用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示．两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上，倾角分别为30°和60°.重力加速度为g.当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2，则(　　)

A．F1＝mg，F2＝mg

B．F1＝mg，F2＝mg

C．F1＝mg，F2＝mg

D．F1＝mg，F2＝mg

答案　D

解析　分析可知工件受力平衡，对工件受到的重力按照压紧斜面Ⅰ和Ⅱ的效果进行分解如图所示，

结合几何关系可知工件对斜面Ⅰ的压力大小为F1＝mgcos 30°＝mg、对斜面Ⅱ的压力大小为F2＝mgsin 30°＝mg，选项D正确，A、B、C错误．

2、（2020·全国卷III·17）如图，悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处；绳的一端固定在墙上，另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时，O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°，则β等于

A．45° B．55° C．60° D．70°

答案：B

3.(2016·全国卷Ⅱ·14)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O,如图甲所示。用T表示绳OA段拉力的大小,在O点向左移动的过程中(　　)。

甲

A.F逐渐变大,T逐渐变大

B.F逐渐变大,T逐渐变小

C.F逐渐变小,T逐渐变大

D.F逐渐变小,T逐渐变小

　　【解析】对O点受力分析,F与T的变化情况如图乙所示,由图可知在O点向左移动的过程中,F逐渐变大,T逐渐变大,A项正确。

乙

【答案】A

4.(2017全国卷Ⅱ,16)如图,一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F的大小不变,而方向与水平面成60°角,物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为(　　)。

A.2- B. C. D.

【解析】因为物块均做匀速直线运动,所以拉力水平时,F=μmg,拉力倾斜时,将F沿水平方向和竖直方向分解,根据平衡条件有Fcos 60°=μ(mg-Fsin 60°),联立解得μ=。

【答案】C

5、(多选)(2016·全国卷Ⅰ·19)如图，一光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b.外力F向右上方拉b，整个系统处于静止状态．若F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b仍始终保持静止，则(　　)

A．绳OO′的张力也在一定范围内变化

B．物块b所受到的支持力也在一定范围内变化

C．连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化

D．物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化

答案　BD

解析　由于物块a、b均保持静止，各绳角度保持不变，对a受力分析得，绳的拉力FT′＝mag，所以物块a受到的绳的拉力保持不变．滑轮两侧绳的拉力大小相等，所以b受到绳的拉力大小、方向均保持不变，C选项错误；a、b受到绳的拉力大小、方向均不变，所以OO′的张力不变，A选项错误；对b进行受力分析，如图所示．

由平衡条件得：FTcos β＋Ff＝Fcos α，Fsin α＋FN＋FTsin β＝mbg.其中FT和mbg始终不变，当F大小在一定范围内变化时，支持力在一定范围内变化，B选项正确；摩擦力也在一定范围内发生变化，D选项正确．

6、(2019·全国卷Ⅱ·16)物块在轻绳的拉动下沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动，轻绳与斜面平行．已知物块与斜面之间的动摩擦因数为，重力加速度取10 m/s2.若轻绳能承受的最大张力为1 500 N，则物块的质量最大为(　　)

A．150 kg   B．100 kg

C．200 kg   D．200 kg

答案　A

解析　设物块的质量最大为m，将物块的重力沿斜面方向和垂直斜面方向分解，由平衡条件，在沿斜面方向有F＝mgsin 30°＋μmgcos 30°，当F＝1 500 N时，物块的质量最大，解得m＝150 kg，A项正确．

7.(2017全国卷 Ⅲ,17)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm的两点上,弹性绳的原长也为80 cm。将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100 cm;再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)(　　)。

A.86 cm B.92 cm C.98 cm D.104 cm

【解析】前后两次钩码均处于平衡状态,即合力为零,在改变绳长的同时,绳与竖直方向的夹角跟着改变。由题可知,挂上钩码后,如图甲所示,此时弹性绳长度为100 cm,则θ=37°,sin θ=0.6。对结点O进行受力分析如图乙所示,则由图乙得2Tsin θ=mg,当将两端缓慢移动至同一点时,由受力分析可得2T'=mg,由弹性绳上弹力F=kx得出=,由题可知x=100 cm-80 cm=20 cm,则移动后弹性绳伸长的长度x'=12 cm,那么弹性绳总长度变为L=L0+x'=92 cm,B项正确。

甲　　　　　　　乙

【答案】B

8.(2016全国卷Ⅲ,17)如图甲所示,两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上;一细线穿过两轻环,其两端各系一质量为m的小球。在a和b之间的细线上悬挂一小物块。平衡时,a、b间的距离恰好等于圆弧的半径。不计所有摩擦。小物块的质量为(　　)。

甲

A.     B.m   C.m   D.2m

【解析】如图乙所示,圆弧的圆心为O,悬挂小物块的点为c,由于ab=R,则△aOb为等边三角形,同一条细线上的拉力相等,T=mg,由几何关系知,∠acb=120°,故绳的拉力的合力与物块的重力大小相等,即每条线上的拉力T=G=mg,所以小物块的质量为m,C项正确。

乙

【答案】C

9、(多选)(2019·全国卷Ⅰ·19)如图所示，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮．一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块N，另一端与斜面上的物块M相连，系统处于静止状态．现用水平向左的拉力缓慢拉动N，直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°.已知M始终保持静止，则在此过程中(　　)

A．水平拉力的大小可能保持不变

B．M所受细绳的拉力大小一定一直增加

C．M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加

D．M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加

答案　BD

解析　对N进行受力分析如图所示，

因为N的重力与水平拉力F的合力和细绳的拉力FT是一对平衡力，从图中可以看出水平拉力的大小逐渐增大，细绳的拉力也一直增大，选项A错误，B正确；M的质量与N的质量的大小关系不确定，设斜面倾角为θ，若mNg≥mMgsin θ，则M所受斜面的摩擦力大小会一直增大，若mNg<mMgsin θ，则M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后反向增大，选项C错误，D正确．

10.(2017全国卷Ⅰ,21)(多选)如图甲所示,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N。初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角为α(α>)。现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中(　　)。

甲

A.MN上的张力逐渐增大

B.MN上的张力先增大后减小

C.OM上的张力逐渐增大

D.OM上的张力先增大后减小

解析：

选AD　设重物的质量为m，绳OM中的张力为T，绳MN中的张力为TMN。开始时，T＝mg，TMN＝0。由于缓慢拉起，则重物一直处于平衡状态，两绳张力的合力与重物的重力mg等大、反向。

如图所示，已知角α不变，在绳MN缓慢拉起的过程中，角β逐渐增大，则角(α－β)逐渐减小，但角θ不变，在三角形中，利用正弦定理得：＝，(α－β)由钝角变为锐角，则TOM先增大后减小，选项D正确；同理知＝，在β由0变为的过程中，TMN一直增大，选项A正确。