特色练 第1练 力的平衡（Word练习）-【优化指导】2024高考物理二轮复习高中总复习·第2轮（老教材）

第三部分　特色练 第1练　力的平衡 [母题探源]——高考真题指明热点 1．(2022·湖南卷)北京2022年冬奥会跳台滑雪空中技巧比赛场地边，有一根系有飘带的风力指示杆，教练员根据飘带的形态提示运动员现场风力的情况。若飘带可视为粗细一致的匀质长绳，其所处范围内风速水平向右、大小恒定且不随高度改变。当飘带稳定时，飘带实际形态最接近的是(　　) A　解析：先以整条飘带为研究对象进行受力分析，飘带受重力mg、风的作用力F和拉力T，由于竖直方向不同高度的风速一定，风对飘带的作用力与其作用面积成正比。假设整条飘带受力面积为S，则风的作用力F＝kS(k为常量)，飘带上端切线方向与竖直方向的夹角的正切值为tan θ＝；再由飘带中点以下的部分为研究对象，假设飘带中点的切线与竖直方向的夹角α小于θ，则其受风的作用力F′>，而此部分飘带重力为mg，由平衡条件可知，飘带中点切线即拉力方向与竖直方向夹角的正切值为tan α＝>＝tan θ，结合三角函数关系知α>θ，与假设矛盾，同理易知α<θ也不成立，故α＝θ，A正确。 2．(2022·辽宁卷)如图所示，蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上，并处于静止状态。蛛丝OM、ON与竖直方向的夹角分别为α、β(α>β)。用F1、F2分别表示OM、ON的拉力，则(　　) A.F1的竖直分力大于F2的竖直分力 B．F1的竖直分力等于F2的竖直分力 C．F1的水平分力大于F2的水平分力 D．F1的水平分力等于F2的水平分力 D　解析：对结点O进行受力分析，则水平方向有F1sin α＝F2sin β，即F1的水平分力等于F2的水平分力，C错误，D正确；对结点O进行受力分析，则竖直方向有F1cos α＋F2cos β＝mg，解得F1＝，F2＝，则F1的竖直分量F1y＝，F2的竖直分量F2y＝，因sin αcos β－cos αsin β＝sin (α－β)>0，可知F2y>F1y，A、B错误。 3．(2022·浙江1月选考)如图所示，公园里有一个仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是(　　) A．水桶自身重力的大小 B．水管每秒出水量的大小 C．水流对桶撞击力的大小 D．水桶与水整体的重心高低 D　解析：由于水桶可以绕水平轴转动，因此一段时间后，当水桶水变多导致重心升高到一定程度时，就会造成水桶翻转，D正确，A、B、C错误。 [衍生演练]——名校模拟引领趋势 4．(2023·广东深圳模拟)户外野炊所用的便携式三脚架，由三根完全相同的轻杆通过铰链组合在一起，每根杆均可绕铰链自由转动。如图所示，将三脚架静止放在水平地面上，吊锅通过细铁链挂在三脚架正中央，三根杆与竖直方向的夹角均相等。若吊锅和细铁链的总质量为m，重力加速度为g，不计支架与铰链的质量及它们之间的摩擦，则(　　) A．当每根杆与竖直方向的夹角为37°时，杆受到的压力大小为mg B．当每根杆与竖直方向的夹角为37°时，杆对地面的摩擦力大小为mg C．当每根杆与竖直方向的夹角均变大时，三根杆对铰链的作用力的合力变大 D．当每根杆与竖直方向的夹角均变大时，杆对地面的压力变大 B　解析：当每根杆与竖直方向的夹角为37°时，对铰链、吊锅和细铁链组成的整体受力分析，根据平衡条件，竖直方向有：3N cos 37°＝mg，解得铰链、吊锅和细铁链组成的整体受到的每根杆的支持力大小N＝mg，根据牛顿第三定律知，每根杆受到的压力大小为mg，A错误；当每根杆与竖直方向的夹角为37°时，对每根杆受力分析，由平衡条件知，每根杆受到地面的摩擦力大小为f＝N sin 37°＝×＝，根据牛顿第三定律知，杆对地面的摩擦力大小为mg，B正确；当每根杆与竖直方向的夹角均变大时，三根杆对铰链的作用力的合力仍与吊锅和细铁链的总重力大小相等，故C错误；设每根杆与竖直方向的夹角为θ，由平衡条件可知3N cos θ＝mg，解得：N＝，则每根杆对地面的压力N′＝N cos θ＝，故D错误。 5．(2023·山东青岛模拟)(多选)一铁球悬挂在OB绳的下端，轻绳OA、OB、OC的结点为O，轻绳OA悬挂在天花板上的A点，轻绳OC拴接在轻质弹簧测力计上。第一次，保持结点O位置不变，某人拉着轻质弹簧测力计从竖直位置缓慢转动到水平位置，如图中的甲所示，弹簧测力计的示数记为F1；第二次，保持轻绳OC垂直于OA，缓慢释放轻绳，使轻绳OA转动到竖直位置，如图中的乙所示，弹簧测力计的示数为F2，则(　　) A．F1先减小后增大　　B．F1先增大后减小 C．F2逐渐减小 D．F2逐渐增大 AC　解析：在题图甲中，对O点受力分析，抓住两根绳的合力等于物体的重力，其大小和方向都不变，OA绳拉力方向不变，根据平行四边形定则，如图1所示，知OA绳上拉力F1先减