实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系（正文）-2021高考物理【衡中学案】1轮总复习（全国版）

4. D　 本题考查含弹簧系统的动态平衡问题。 未施加 F 之前,对 P 受力分 析,根据平衡条件可知,P 受到沿斜面向上的静摩擦力,大小等于 P 的重 力沿斜面向下的分力,当 F 大于 2 倍的重力沿斜面向下的分力时,摩擦 力方向变为沿斜面向下,且大于重力沿斜面的向下分力,则 P、M 之间摩 擦力变大,当 F 等于 2 倍的重力沿斜面向下的分力时,P、M 之间摩擦力 大小不变,当 F 小于重力沿斜面向下的分力时,P、M 之间摩擦力减小,故 A、B 错误;把 P、M 看成一个整体,整体受力平衡,则墙壁对 M 的支持力 等于 F 在水平方向的分力,竖直方向受力平衡,则弹簧弹力等于整体重力 减去 F 在竖直方向的分力,则弹力减小,形变量减小,故 C 错误,D 正确。 5. A　 本题利用三角形法考查静态平衡问题。 分 别对小球在两个位置时受力分析,并建立如图所 示的力的矢量三角形。 设恒力 F 与竖直方向的夹角为 θ,根据正弦 定 理 可 得 F sin 30° = 2mg sin (150° - θ) , F sin 60° = mg sin(120° - θ) ,联立解得 F = mg,故 A 正确,B、 C、D 错误。 6. AB　 本题考查三角形定则在动态平衡中的应 用。 小球从 M 移动到 N 的过程中,橡皮筋的长度越来越小,即形变量越 来越小,所以橡皮筋的弹力一直在变小,故 A 正确;对小球在圆弧上任意 一点 A 受力分析,小球受重力,橡皮筋的弹力(方向沿 AN),拉力 F,由三 角形定则可知,拉力方向始终跟橡皮筋垂直,故 B 正确,C 错误;小球在 圆弧上由 M 向 N 运动,弹力越来越小,由三角形定则可知,拉力 F 越来 越大,故 D 错误。 7. BD　 本题运用对称性结合隔离法、正交分解 法考查受力分析。 由题图可知,细绳在形态 上具有对称性,选取左侧细绳为研究对象,受 力分析如图甲所示,设细绳的拉力为 T,右侧 细绳在最低点处的弹力为 F,根据平衡条件, 在水平方向上有 F = Tsin θ,在竖直方向上有 1 2 mg = Tcos θ, 联 立 解 得 T = mg 2cos θ , F = 1 2 mgtan θ,故 B 正确;隔离小环 P 进行受力 分析如图乙所示,小环 P 受重力 mg、水平杆对它的支持力 N 和摩擦力 f、 细绳的拉力 T。 在水平方向上有 f = Tsin θ = mg 2cos θ · sin θ = 1 2 mgtan θ,竖直方向有 N = Tcos θ + mg + mg 2cos θ · cos θ + mg = 3 2 mg,根据牛顿第三定律可知每个小 环对水平杆的压力大小为 3 2 mg,故 A、C 错误;当两 环之间的距离增大时,θ 变大,故 f 变大,故 D 正确。 8. BD　 本题考查力的合成与分解的应用。 设滑轮 两侧细绳与竖直方向的夹角为 α,细绳的长度为 L,B 点到竖直框架的距离为 s,根据几何知识和 对称性,得 sin α = s L ,以滑轮为研究对象,设细 绳拉力大小为 F,根据平衡条件得 2Fcos α = mg, 得,F = mg 2cos α ,当只将细绳的左端移向 A′点,s 和 L 均不变,则 α 不变,cos α 不变,F 不变,故 A 错误,B 正确。 当只将细绳 的右端移向 B′点,s 增大,而 L 不变,则可知 α 增大,cos α 减小,F 增大, 故 C 错误,D 正确。 9. 30°　 3 5 解析:以木块和小球整体为研究对象。 由平衡条件得 水平方向:Fcos 30° - μFN = 0 ① 竖直方向:FN + Fsin 30° - Mg - mg = 0 ② 由①②得 μ = 3 5 以小球为研究对象,由平衡条件得 水平方向:Fcos 30° - FT cos θ = 0 ③ 竖直方向:Fsin 30° + FT sin θ = 0 ④ 由③④得 θ = 30°。 10. (1)k = mgsin θ x 　 (2)msin θtan α 解析:(1)物体受力如图所示,则有 弹簧弹力 F1 = mgsin θ 根据胡克定律,F1 = kx 联立解得:k = mgsin θ x (2)大球受力如图所示,则有 F2 = F1 Mg = F2 tan α 联立解得:M = msin θtan α。 11. (1)见解析;0. 4 (2)Smin = 3 9πV2 μ2 解析:(1)H < 10 cm 时,底部圆直径未见变化,沙堆的倾角不断增加,反 映了漏下的沙子在表面上堆积而没有整体下滑,说明倾角过小,处于表 面层的沙子满足 tan α < μ 的关系;H > 10 cm 阶段,底部圆直径与沙堆 高度成正比,说明沙堆倾