考点3 受力分析和物体平衡-【成功方案】2024年高考物理艺术生文化课总复习教师用书(Word)

考点3　受力分析和物体平衡 1．如图所示，水平地面上的L形木板M上放着小木块m，M与m间有一个处于压缩状态的弹簧，整个装置处于静止状态。下列说法正确的是(　　) A．m所受的合力方向向左 B．M对m无摩擦力作用 C．地面对M的摩擦力方向向右 D．地面对M无摩擦力作用 [答案]　D [解析]　m受到重力、支持力、水平向左的弹力，根据平衡条件知，M对m的摩擦力向右，故A、B错误；对整体受力分析，在竖直方向上受到重力和支持力平衡，若地面对M有摩擦力，则整体不能平衡，故地面对M无摩擦力作用，故C错误，D正确。 2．如图甲所示，10个人用20根等长的绳子拉起一个鼓，一端系在鼓上，一端用手拉住，每根绳子与竖直面的夹角均相等，若绳子连接鼓的结点、拉绳子的手分别在其所在圆周上均等间距分布，鼓处于静止状态且鼓面水平，忽略绳子质量，简化图如图乙所示。现仅使鼓在绳子的作用下保持鼓面水平沿竖直方向缓慢下降，其他条件不变，则在鼓缓慢下降过程中，下列说法正确的是(　　) A．绳子对鼓的合力变大 B．绳子对鼓的合力变小 C．每根绳子对人的作用力增大 D．每根绳子对人的作用力减小 [答案]　D [解析]　鼓缓慢下降，处于动态平衡，绳子对鼓的合力等于鼓的重力，绳子的合力不变，AB错误；根据平衡条件得20Fcos θ＝mg，解得F＝，鼓缓慢下降过程中绳子与竖直方向的夹角θ变小，cos θ变大，F减小，C错误，D正确。 3．(多选)如图，粗糙水平面上a、b、c、d四个相同小物块用四根完全相同的轻弹簧连接，正好组成一个等腰梯形，系统静止。ab之间、ac之间以及bd之间的弹簧长度相同且等于cd之间弹簧长度的一半，ab之间弹簧弹力大小为cd之间弹簧弹力大小的一半。若a受到的摩擦力大小为Ff，则(　　) A．ab之间的弹簧一定是压缩的 B．b受到的摩擦力大小为Ff C．c受到的摩擦力大小为Ff D．d受到的摩擦力大小为2Ff [答案]　ABC [解析]　设每根弹簧的原长为L0，ab的形变量为Δx1，cd的形变量为Δx2，则有kΔx2＝2kΔx1，若ab之间的弹簧也是被拉长，则有：L0＋Δx2＝2(L0＋Δx1)，解得L0＝0，不符合题意，所以ab之间的弹簧被压缩，A正确；由于a受到的摩擦力大小为Ff，根据对称性可得，b受到的摩擦力大小也为Ff，B正确；以a和c为研究对象，设θ为ac与cd之间的夹角，则cos θ＝＝，所以θ＝60°，则∠cab＝120°，a受到的摩擦力大小为Ff，对c根据力的合成可得Ffc＝Ff，所以C正确；由于c受到的摩擦力大小为Ff，根据对称性可知，d受到的摩擦力大小为Ff，D错误。 4．如图所示，固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔，质量为m的小球套在圆环上，一根细线的下端系着小球，上端穿过小孔用力F拉住，绳与竖直方向夹角为θ，小球处于静止状态，设小球受支持力为FN，则下列关系正确的是(　　) A．FN＝mg　　　　　 B．F＝mgcos θ C．FN＝2mg D．F＝2mgcos θ [答案]　D [解析]　对小球进行受力分析，小球受重力G、F、FN三个力，满足受力平衡，作出受力分析图：由图可知△OAB∽△GFA，即：＝＝。解得：FN＝G＝mg，F＝G＝2cos θ·G＝2mgcos θ，故D正确。 5．冰雪运动爱好者利用无人机牵引，在光滑水平冰面上匀速滑行，如图所示。牵引绳与竖直方向成角θ，人所受空气阻力恒定。则(　　) A．θ角越大，绳子对人的拉力越大 B．θ角越大，地面对人的支持力越大 C．空气对无人机的作用力可能沿着绳子方向 D．无人机对绳的拉力与绳对人的拉力是一对相互作用力 [答案]　B [解析]　以人为研究对象，受力分析如图 水平方向f＝Tsin θ，竖直方向Tcos θ＋N＝mg，可得N＝mg－Tcos θ，T＝，人所受空气阻力恒定，θ角越大，绳子对人的拉力T越小，地面对人的支持力N越大，故B正确，A错误；由于无人机受重力、空气阻力、绳子拉力三力平衡，若空气对无人机的作用力沿着绳子方向，则合力不能为零，不可能匀速滑行，故C错误；相互作用力是在两个相互作用的物体之间，无人机对绳的拉力与绳对人的拉力中涉及三个物体，故D错误。 6．如图所示，左侧是倾角为60°的斜面，右侧是四分之一圆弧面的物体固定在水平地面上，圆弧面底端切线水平，一根两端分别系有质量为m1、m2两小球的轻绳跨过其顶点上的小滑轮。当小球处于平衡状态时，连结m2小球的轻绳与水平线的夹角为60°，不计一切摩擦，两小球可视为质点，则两小球的质量之比m1∶m2等于(　　) A．1∶1 B．3∶2 C．2∶3 D．3∶4 [答案]　C [解析]　对m1球由平衡条件得知，绳的拉力大小为FT＝m1gsin 60°。 再对m2球受力分析，绳的拉力FT与支持力FN的合力