大题02 力与物体的平衡-【大题精做】冲刺2024年高考物理大题突破+限时集训（江苏专用）

大题02力与物体的平衡 本专题属于基础热点内容；单独命题时突出以轻绳、杆、弹簧为模型，以连接体、叠加体为载体，结合实际生活进行受力分析，设计平衡问题而且以动态平衡为重点，也常与电场和磁场、热学相结合进行考查。 （2024·湖南郴州·统考模拟预测改变）某同学周末在家大扫除，移动衣橱时，无论怎么推也推不动，于是他组装了一个装置，如图所示，两块相同木板可绕A处的环转动，两木板的另一端点B、C分别用薄木板顶住衣橱和墙角，该同学站在该装置的A处。若调整装置A点距地面的高时，B、C两点的间距，B处衣橱恰好移动。已知该同学的质量为，重力加速度大小取，忽略A处的摩擦，则此时衣橱受到该装置的水平推力为（　　） 1．常用推论 （1）若物体受n个作用力而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余(n－1)个力的合力大小相等、方向相反。 （2）若三个共点力的合力为零，则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个封闭三角形。 2．解决平衡问题的常用方法: （1）合成法：一个力与其余所有力的合力等大反向，常用于非共线三力平衡。 （2）正交分解法：Fx合＝0，Fy合＝0，常用于多力平衡。 （3）矢量三角形法，把表示三个力的有向线段构成一个闭合的三角形，常用于非特殊角的一般三角形。 【技巧点拨】 单个物体受到三个力平衡，通常采用合成法，三个力构成矢量三角形求解； 单个物体受到四个及以上的力，通常采用正交分解法求解，建立坐标系应使尽可能多的力与坐标轴重合，使需要分解的力尽可能少。 （2024·山东德州·校联考模拟预测改变）某创新实验小组制作一个半径为12.00cm的圆盘，将3个相同的弹簧的一端均匀固定在圆环上，另外一端固定打结，结点恰好在圆心O处，如图所示，已知弹簧（质量不计）的自然长度均为9.00cm，弹簧的劲度系数。将圆盘水平放置，在结点O处悬挂一瓶矿泉水，缓慢释放直至平衡时测得结点下降了5.00cm，则求矿泉水受到的重力大小？ 1．（2021·海南·高考真题改变）如图，V型对接的绝缘斜面M、N固定在水平面上，两斜面与水平面夹角均为，其中斜面N光滑。两个质量相同的带电小滑块P、Q分别静止在M、N上，P、Q分连线垂直于斜面M，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则P与M间的动摩擦因数至少为多少？ 2．（2023·湖南·高考真题改变）如图（a），直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图（b）所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。则证明sinθ与电流I成正比。 3．（2023·海南·高考真题改变）如图所示，一光滑绝缘轨道水平放置，直径上有A、B两点，AO= 2cm，OB= 4cm，在AB固定两个带电量分别为Q1、Q2的正电荷，现有一个带正电小球静置于轨道内侧P点（小球可视为点电荷），已知AP：BP=n：1，试求Q1：Q2是多少？    4．（2022·浙江·高考真题改变）如图所示，学校门口水平地面上有一质量为m的石墩，石墩与水平地面间的动摩擦因数为，工作人员用轻绳按图示方式匀速移动石墩时，两平行轻绳与水平面间的夹角均为，则求：（1）轻绳的合拉力大小？ （2）判断轻绳的合拉力最小时，地面对石墩的摩擦力是否也最小？ 5．（2022·海南·高考真题改变）我国的石桥世界闻名，如图，某桥由六块形状完全相同的石块组成，其中石块1、6固定，2、5质量相同为m，3、4质量相同为m'，不计石块间的摩擦，求m:m'？ 6．（2023·四川绵阳·统考三模改变）新春佳节，大街小巷总会挂起象征喜庆的中国红灯笼。如图所示，由4根等长轻质细绳悬挂起3个质量相等的灯笼，绳两端的结点A、E等高，绳与竖直方向的夹角为，绳中张力大小为F1；绳与竖直方向的夹角为β，绳中张力大小为F2，求F1与F2的大小关系？    7．（2024·江西赣州·赣州中学校考模拟预测）如图所示为一超重报警装置示意图，高为L、横截面积为S、质量为m、导热性能良好的薄壁容器竖直倒置悬挂，容器内有一厚度不计、质量为m的活塞，稳定时正好封闭一段长度的理想气柱。活塞可通过轻绳连接以达到监测重物的目的，当所挂重物为时，刚好触发超重预警，活塞恰好下降至位于离容器底某位置的预警传感器处。已知初始时环境热力学温度为，大气压强为，重力加速度为g，缸内气体内能与热力学温度的关系为，k为常数，不计摩擦阻力。 （1）求预警传感器到容器底部的距离； （2）在（1）条件下，若外界温度缓慢降低为，求在刚好触发超重预警到外界温度缓慢降低为的过程中向外界放出的热量。 8．（2024·云南大理·云南省下关第一中学校联考模拟预测）图中甲为气压升降椅，乙为其核心部件模型简图。活塞与椅面的总质量为m，活塞横截面积为S，气缸内封闭一定质