2025届高考物理一轮总复习第2单元相互作用素养练3力的合成与分解STSE问题科学态度与责任课件

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1.(2023浙江嘉兴高三模拟)某种瓜子破壳器的简化截面如图所示,将瓜子放入两圆柱体所夹的凹槽之间,按压瓜子即可破开瓜子壳。瓜子的剖面可视作顶角为θ的扇形,将其竖直放入两完全相同的水平等高圆柱体A、B之间,并用竖直向下的恒力F按压瓜子且保持静止,若此时瓜子壳未破开,忽略瓜子重力,不考虑瓜子的形状改变,不计摩擦,若保持A、B距离不变,则(　　)
A.圆柱体A、B对瓜子压力的合力为零B.顶角θ越大,圆柱体A对瓜子的压力越小C.顶角θ越大,圆柱体A对瓜子的压力越大D.圆柱体A对瓜子的压力大小与顶角θ无关
解析 对恒力F分解如图所示,由牛顿第三定律可知圆柱体A、B对瓜子压力的合力不为零,合力的方向竖直向上,A错误;根据平行四边形定则和几何关系得 ,合力F恒定,顶角θ越大,圆柱体A对瓜子的压力FA越小,B正确,C、D错误。
2.如图所示,一只半球形碗倒扣在水平桌面上处于静止状态,半球形碗的半径为R,一质量为m的蚂蚁只有在离桌面的高度大于或等于 R时,才能停在碗上,若最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则蚂蚁和碗面间的动摩擦因数为(　　)
3.(多选)如图所示,下雨天,足球运动员在球场上奔跑时容易滑倒,设他的支撑脚对地面的作用力为F,方向与竖直方向的夹角为θ,鞋底与地面间的动摩擦因数为μ,若最大静摩擦力等于滑动摩擦力,下列对该过程的分析正确的是(　　)
A.下雨天,动摩擦因数μ变小,最大静摩擦力增大B.奔跑步幅越大,越容易滑倒C.当μtan θ时,容易滑倒
解析 下雨天,地面粗糙程度变小,动摩擦因数μ变小,最大静摩擦力减小,故A错误;将力F分解,支撑脚对地面的压力为Fcs θ,奔跑步幅越大,夹角θ越大,则压力越小,最大静摩擦力越小,人越容易滑倒,故B正确;当Fsin θ>μFcs θ时人容易滑倒,此时μ4.(2023浙江丽水高三模拟)为使舰载机在几秒内迅速停在航母上,需要利用阻拦索将高速舰载机拦停,此过程可简化为如图所示的模型,设航母甲板为一平面,阻拦索两端固定,并始终与航母甲板平行。舰载机从正中央钩住阻拦索,实现减速。阻拦索为弹性装置,刚刚接触阻拦索就处于绷紧状态,其中sin 53°=0.8,cs 53°=0.6,tan 53°=0.75,下列说法正确的是(　　)
A.舰载机落在航母上钩住阻拦索时,只受重力、阻拦索的弹力和航母甲板的摩擦力三个力作用B.当阻拦索被拉至夹角为106°时,设阻拦索的弹力为F,则阻拦索对舰载机的弹力大小为1.2FC.舰载机钩住阻拦索继续向前运动的过程中,舰载机所受摩擦力一直在变大D.舰载机钩住阻拦索继续向前运动的过程中,阻拦索对舰载机的弹力在变小
解析 舰载机落在航母上钩住阻拦索时,只受重力、阻拦索的弹力、航母甲板对舰载机的支持力和航母甲板的摩擦力四个力作用,故A错误;当阻拦索被拉至夹角为106°时,根据力的矢量叠加原理,有F'=2Fcs 53°=1.2F,所以阻拦索对舰载机的弹力大小为1.2F,故B正确;舰载机钩住阻拦索继续向前运动的过程中,舰载机所受摩擦力为滑动摩擦力,航母甲板对舰载机的支持力不变,所以舰载机所受摩擦力也一直不变,故C错误;舰载机钩住阻拦索继续向前运动的过程中,有F″=2Fcs θ,舰载机向前运动过程中夹角θ在减小,所以阻拦索对舰载机的弹力在变大,故D错误。
5.如图所示,用甲、乙两根筷子夹一个小球,甲倾斜,乙始终竖直。在竖直平面内,甲与竖直方向的夹角为θ,筷子与小球间的摩擦很小,可以忽略不计。小球质量一定,随着θ缓慢减小,小球始终保持静止,则下列说法正确的是(　)A.筷子甲对小球的弹力变小B.筷子乙对小球的弹力不变C.两根筷子对小球的弹力将增大D.两根筷子对小球的合力将增大
解析 对小球受力分析如图所示,根据平衡条件可知F2cs θ=F1,F2sin θ=mg,解得 ,随着θ减小,F1、F2都在增大,故A、B错误,C正确;由于小球处于静止状态,两根筷子对小球的合力等于小球的重力,则一直不变,故D错误。
6.(多选)如图所示,用光滑的粗铁丝做成一直角三角形,BC边水平,AC边竖直,∠B=β,∠A=α,AB及AC两边上分别套有细线系着的铜环M、N,当它们静止时,细线与AB所成的角为γ,与AC所成的角为θ(细线长度小于BC),则(　　)
解析 对铜环N受力分析,如图所示,N受重力GN、垂直AC边向右的弹力FN,N静止,则受细线的拉力FTN一定斜向左上方,则θ< ,γ>β;对铜环M受力分析,M受重力GM、垂直AB边向上的弹力FM,M静止,则M所受细线拉力FTM沿图中所示方向,有γ< ,则θ>β= -α。综上所述,A、B错误,C、D正确。
7.(多选)如图所示,一根粗细和质量分布均匀的细绳,两端各系一个质量都为m的小环,小环套在固定水平杆上,两小环静止时,细绳过小环与细绳结点P、Q的切线与竖直方向的夹角均为θ,已知细绳的质量也为m,重力加速度大小为g,则两小环静止时(　　)
A.每个小环对杆的压力大小为mgB.细绳最低点处弹力的大小为C.杆对每个小环的摩擦力大小为mgtan θD.两小环之间的距离增大,杆对小环的摩擦力增大
8.(2023浙江杭州高三一模)某款式双层晾衣篮如图所示。完全相同的上、下篮子由两个质地均匀的圆形钢圈穿进网布构成,两篮通过四根等长的轻绳与钢圈的四等分点相连,上篮钢圈用另外四根等长轻绳系在挂钩上。晾衣篮的有关尺寸如图所示。不装衣物时,两篮子保持水平,则(　　)
A.挂钩受到的拉力大小是上方某一根轻绳拉力的四倍B.挂钩受到的拉力大小是下方某一根轻绳拉力的四倍C.上方某一根轻绳的拉力大小是下方某一根轻绳的拉力的2.5倍D.上方四根轻绳的拉力之和与下方四根轻绳的拉力之和大小相等
解析 设上方轻绳与竖直方向的夹角为θ,则F=4F上,又θ≠0,则F≠4F上,A错误。没有考虑上方篮子的重力,挂钩受到的拉力大小是下方某一根轻绳拉力的四倍与上方篮子的重力之和,B错误。设下方篮子重力为G,下方每一根绳子的拉力F1= ,由几何关系可知上方轻绳与竖直方向的夹角为37°,分析可得1根轻绳的拉力 ,C正确;上方四根轻绳的拉力之和的大小为2G,下方四根轻绳的拉力之和的大小为G,D错误。
9.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。图中所示风筝质量为400 g,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,g取10 m/s2。
(1)求此时风对风筝的作用力的大小和主线对风筝的拉力大小。(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,求风对风筝的作用力大小和风筝平面与水平面的夹角的正切值。
答案 (1)6.13 N　3.33 N　(2)13.4 N　
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mgsin 30°-FTcs 53°=0在y轴方向F=FTsin 53°+mgcs 30°联立两式,解得FT=3.33 N,F=6.13 N。
(2)同理以水平方向为x轴,竖直方向为y轴建立坐标系。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'cs 53°=10×0.6 N=6 NFy=FT'sin 53°+mg=10×0.8 N+4 N=12 N
10.教室门上装有某种暗锁,该暗锁由外壳A、骨架B、弹簧C(劲度系数为k)、锁舌D(倾斜角θ=45°)、锁槽E以及连杆、锁头等部件组成,如图甲所示。设锁舌D的侧面与外壳A和锁槽E之间的动摩擦因数均为μ,最大静摩擦力Ffm由Ffm=μFN(FN为正压力)求得。当某同学准备关门时,无论用多大的力,也不能将门关上(这种现象称为自锁),此刻暗锁所处的状态的俯视图如图乙所示,P为锁舌D与锁槽E之间的接触点,弹簧由于被压缩而缩短了x。
(1)求自锁状态时D的下表面所受摩擦力的方向。(2)求恰好关不上门时(自锁时)锁舌D与锁槽E之间的正压力的大小。(3)无论用多大的力拉门,暗锁仍然能够保持自锁状态,则μ至少要多大?(可用根式表示)