专题2 共点力作用下的动态平衡问题 2021年高考物理二轮专题解读与训练

专题2 共点力作用下的动态平衡问题 一、解决动态平衡常用方法 1．解析法 如果物体受到多个力的作用，可进行正交分解，利用解析法，建立平衡方程，找函数关系，根据自变量的变化确定因变量的变化．还可由数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值 2.图解法 物体受三个力平衡：一个力恒定、另一个力的方向恒定时可用此法．由三角形中边长的变化知力的大小的变化，还可判断出极值． 例：挡板P由竖直位置绕O点逆时针向水平位置缓慢旋转时小球受力的变化．(如图) 3．相似三角形法 物体受三个力平衡：一个力恒定、另外两个力的方向同时变化，当所作“力的矢量三角形”与空间的某个“几何三角形”总相似时用此法(如图) 受力分析 FN G F FN G F 力的矢量三角形和边的三角形相似 FN G F l h d FN G F h l R A O FN G F R R l 比例 1.如图所示，物体A放在直角三角形斜面体B上面，B放在弹簧上面并紧挨着竖直墙壁，初始时A，B静止；现用力F沿斜面向上推A，但A，B仍保持静止。施加推力F后下列说法正确的是（） A．A，B之间的摩擦力大小可能不变 B．A，B之间的摩擦力一定变小 C．B与墙之间可能没有摩擦力 D．弹簧弹力一定变化 【答案】A 【解析】对A受力分析，开始受重力，B对A的支持力和静摩擦力平衡，当施加F后，仍然处于静止，开始A所受的静摩擦力大小为，若，则A，B之间的摩擦力大小可能不变，故A正确，B错误．对整体分析，由于A，B不动，弹簧的形变量不变，则弹簧的弹力不变，开始弹簧的弹力等于A，B的总重力，施加F后，弹簧的弹力不变，总重力不变，根据平衡知，则B与墙之间一定有摩擦力．故C错误，D错误．故选A． 2.如图所示，斜面上固定有一与斜面垂直的挡板，另有一截面为1／4圆的光滑柱状物体甲放置于斜面上，半径与甲相同的光滑球乙被夹在甲与挡板之间，没有与斜面接触而处于静止状态。现在从球心O．处对甲施加一平行于斜面向下的力F，使甲沿斜面方向缓慢向下移动。设乙对挡板的压力大小为F1，甲对斜面的压力大小为F2，甲对乙的弹力为F3。在此过程中（） A．F1逐渐增大，F2逐渐增大，F3逐渐增大 B．F1逐渐减小，F2保持不变，F3逐渐减小 C．F1保持不变，F2逐渐增大，F3先增大后减小 D．F1逐渐减小，F2保持不变，F3先减小后增大 【答案】D 【解析】先对物体乙受力分析，受重力，挡板的支持力F1′和甲物体的支持力F3′，如图根据平衡条件，结合几何关系可以看出挡板的支持力F1′不断减小，甲对乙的弹力F3′不断减小，根据牛顿第三定律，乙对挡板的压力F1不断减小，甲对乙的弹力F3不断减小；再对甲与乙整体受力分析，受重力，斜面的支持力，挡板的支持力和已知力F，如图根据平衡条件，有x方向：F+（M+m）gsin-F1=0y方向：F2-（M+m）gcos=0解得：F2=（M+m）gsin，保持不变．结合牛顿第三定律，物体甲对斜面的压力F2不变．故D正确，ABC错误． 3.（多选）如图所示，水平细杆上套一细环A，环A和球B间用一轻质细绳相连，质量分别为mA，mB（mA>mB），B球受到水平风力作用，细绳与竖直方向的夹角为θ，A环与B球都保持静止，则下列说法正确的是（） A．B球受到的风力大小为mAgsinθ B．当风力增大时，杆对A环的支持力不变 C．A环与水平细杆间的动摩擦因数为 D．当风力增大时，轻质绳对B球的拉力仍保持不变 【答案】BC 【解析】对球A，B受力分析，受重力，风力和拉力，如左图，由几何知识，风力：F=mBgtan，故A错误；把环和球当作一个整体，对其受力分析，受重力（mA+mB）g，支持力N，风力F和向左的摩擦力f，如右图，根据共点力平衡条件可得：杆对A环的支持力：N=（mA+mB）g,可见，当风力增大时，杆对A环的支持力不变，B正确；A所受摩擦力为静摩擦力，动摩擦因数为μ不能由滑动摩擦力公式求出，故C错误；由图可得绳对B球的拉力：T=,当风力增大时，增大，则T增大．故D错误． 4.（多选）如图所示，物体A，B用细绳与弹簧连接后跨过滑轮,A静止在倾角为45°的粗糙斜面上，B悬挂着。已知质量mA＝3mB，不计滑轮摩擦，现将斜面倾角由45°减小到30°，那么下列说法中正确的是（） A．弹簧的弹力大小将不变 B．物体A对斜面的压力将减少 C．物体A受到的静摩擦力将减小 D．弹簧的弹力及A受到的静摩擦力都不变 【答案】AC 【解析】本题考查了连接体的受力分析。取A物体为研究对象受力分析：竖直向下的重力，垂直斜面向上的支持力，沿斜面向上的静摩擦力和弹簧向上的拉力．弹簧弹力等于B物体重力，即弹簧弹力不变，故A选项正确，正交分解列平衡方程分析可知，C项正确，D项错误；根据N＝mgcosθ，当倾角减小时