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[课下巩固检测练(一)] 力与物体的平衡
【基础练】
1.(2025·北京高考)如图所示,长方体物块A、B叠放在斜面上,B受到一个沿斜面方向的拉力F,两物块保持静止。B受力的个数为( )
A.4 B.5
C.6 D.7
解析:选C。根据题意,对A受力分析可知,受重力、B的支持力,由于A静止,则A还受B沿斜面向上的静摩擦力,对B受力分析可知,受重力、斜面的支持力、A的压力、拉力F、A沿斜面向下的摩擦力,由于B静止,则受沿斜面向上的摩擦力,即B受6个力作用,故C正确。
2.(2025·陕晋青宁卷)如图,质量为m的均匀钢管,一端支在粗糙水平地面上,另一端被竖直绳悬挂,处于静止状态,钢管与水平地面之间的动摩擦因数为μ、夹角为θ,重力加速度大小为g。则地面对钢管左端的摩擦力大小为( )
A.μmg cos θ B.μmg
C.μmg D.0
解析:选D。对钢管受力分析,如图所示,
若钢管受到地面的摩擦力,则钢管水平方向受力不平衡,钢管不可能处于静止状态,故地面对钢管左端的摩擦力大小为零,A、B、C错误,D正确。
3.(2025·浙江温州一模)如图所示,三根等长的细绳一端对称地系在吊篮架上,另一端连结后经挂钩挂在杆子上。已知吊篮架和花盆的总质量为m,下列说法正确的是( )
A.每根细绳的拉力大小均为
B.挂钩受到的拉力是由挂钩的形变引起的
C. 三根细绳同时增加相等长度后,绳上拉力将变小
D.吊篮架对花盆的支持力与花盆的重力是一对相互作用力
解析:选C。设每根细绳和竖直方向的夹角为θ,则有3F cos θ=mg,解得F=,A错误;挂钩受到的拉力是由细绳的形变引起的,B错误;增加细绳的长度,每根细绳和竖直方向的夹角θ变小,cos θ变大,细绳的拉力变小,C正确;吊篮架对花盆的支持力与花盆的重力是一对平衡力,D错误。
4.(2024·河北高考)
如图,弹簧测力计下端挂有一质量为0.20 kg的光滑均匀球体,球体静止于带有固定挡板的斜面上,斜面倾角为30°,挡板与斜面夹角为60°。若弹簧测力计位于竖直方向,读数为1.0 N,g取10 m/s2,挡板对球体支持力的大小为( )
A. N B.1.0 N
C. N D.2.0 N
解析:选A。对球体进行受力分析,球体受重
力mg、弹簧测力计的拉力FT、挡板对其的支持力FN1、斜面对其的支持力FN2,如图所示。由图可知,FN1cos 60°=FN2cos 60°,FN1sin 60°+FN2sin 60°+FT=mg,联立解得FN1=FN2= N,A正确。
5.
(2025·河北衡水一模)如图所示,沙袋用绳竖直悬挂,运动员对沙袋施加300 N的作用力,通过调整施力方向使沙袋缓慢移动,尝试了各种施力方向后发现绳偏离竖直方向的最大夹角为30°,则沙袋的重力为( )
A.150 N B.150 N
C.200 N D.600 N
解析:选D。当力F与细绳垂直时θ角最大,则由平衡可知sin θ=,解得mg=600 N,故D正确。
6.(2024·贵州高考)如图(a),一质量为m的匀质球置于固定钢质支架的水平横杆和竖直墙之间,并处于静止状态,其中一个视图如图(b)所示。测得球与横杆接触点到墙面的距离为球半径的1.8倍,已知重力加速度大小为g,不计所有摩擦,则球对横杆的压力大小为( )
A.mg B.mg C.mg D.mg
解析:选D。对球进行受力分析如图,
设球的半径为R,根据几何知识可得sin α==0.8,根据平衡条件得FNcos α=mg,解得FN=mg,根据牛顿第三定律得球对横杆的压力大小为FN′=FN=mg,故D正确。
7.(2025·山东烟台二模)一个机器人直立时线束对头部的拉力为0,做后仰动作时,线束对头部的拉力与水平方向夹角为30° ,脖颈受到的压力与水平方向夹角为45°,简化模型如图所示。不计脖颈与头部间的摩擦,则后仰时脖颈受到的压力与直立时脖颈受到的压力之比为( )
A. B.
C.3 D.3
解析:选B。设头部重力为mg,后仰时对头部受力分析如图所示,
由平衡可知水平方向有N cos 45°=T cos 30°,竖直方向有N sin 45°=T sin 30°+mg,解得N=直立时脖颈受到的压力大小N′=mg,解得,故B正确。
【能力练】
8.(2025·广东佛山二模)在家中为了方便使用卷纸,如图所示,用一个可转动“△”框将卷纸挂在墙上,使用过程中卷纸始终与墙面接触,若不计墙面与卷纸间的摩擦,当卷纸逐渐减少时( )
A.框对卷纸的作用力变小
B.框对卷纸的作用力方向竖直向上
C.墙面对卷纸的弹力保持不变
D.墙面和框对卷纸的合力保持不变
解析:选A。设框对卷纸的作用力为F,墙面对卷纸的作用力为FN,则卷纸的受力情况如图所示,
当卷纸逐渐减少时,F与竖直方向的夹角减小,重力减小,由图可知,F减小,FN减小,墙面和框对卷纸的合力与重力大小相等,所以合力减小,故A正确。
9.(2025·浙江温州三模)宋应星的《天工开物》一书中记录了图1所示的用重物测量弓弦张力的“试弓定力”情景,简化示意图如图2所示,测量时将弦的中点悬挂于秤钩上,在质量为m的弓的中点处悬挂质量为M的重物,稳定时弦的张角θ=120°。弦可视作遵循胡克定律的弹性轻绳,且始终在弹性限度内,不计弓的形变和一切摩擦,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.此时弦的张力为2(M+m)g
B.此时弦的张力为(M+m)g
C.若增加重物的质量,弦的张角一定增大
D.若增加重物的质量,弦的张力一定增大
解析:选D。整体法对弓和物体受力分析,如图所示,
竖直方向上由受力平衡可得2F cos =(M+m)g,解得F=(M+m)g,故A、B错误;不计弓的形变,增加重物质量,弦与竖直方向夹角减小,则弦的伸长量增加,根据胡克定律可知,弦的张力一定增大,故C错误,D正确。
10.
(2025·河南开封模拟)如图所示,在某次舞蹈收尾的高难度动作中,甲、乙两人托起丙,三人均处于静止状态。若甲、乙两人斜向上的手对丙的作用力方向形成的角为θ(钝角),三人的质量均为m,重力加速度大小为g,不计甲、乙对丙的摩擦力,sin θ=,则甲对丙的作用力大小为( )
A.mg B.mg C.mg D.mg
解析:选C。丙在竖直方向上受力平衡,甲、乙两人斜向上的手对丙的作用力方向成θ角,根据平衡条件,则有=F cos ,由数学知识可得cos ,解得F=mg,即甲、乙两人斜向上的手对丙的作用力大小均为mg,故C正确。
11.(2025·广东汕头一模)消毒碗柜的金属碗架可以将碗竖直放置于两条金属杆之间,如图甲所示。取某个碗的正视图如图乙所示,其中a、b分别为两光滑水平金属杆,下列说法正确的是( )
A.若减小a、b间距,碗仍保持竖直静止,碗的合力减小
B.若减小a、b间距,碗仍保持竖直静止,a杆受到的弹力不变
C.若将质量相同、半径更大的碗竖直放置于a、b杆之间,碗受到杆的作用力变小
D.若将质量相同、半径更大的碗竖直放置于a、b杆之间,碗受到杆的作用力不变
解析:选D。若减小a、b间距,碗仍保持竖直静止,碗的合力仍为零,合力不变,A错误;对碗受力分析如图,
设b杆对碗的弹力F2与竖直方向的夹角为θ,则F1=G tan θ,F2=,若减小a、b间距,则θ减小,a杆受到的弹力F1减小,B错误;杆对碗的作用力与碗的重力等大反向,则将质量相同、半径更大的碗竖直放置于a、b杆之间,碗受到杆的作用力不变,总等于重力,C错误,D正确。
【创新练】
12.(2025·山东烟台模拟)台球运动是一项为大众所喜爱的运动。现有一台球桌的球袋落球区设计如图所示,四颗半径为R、质量为m的台球静止在两根与水平面夹角为30°的平行倾斜直导轨上。导轨底端挡板对台球的弹力方向与导轨平行,导轨间的间距为R,重力加速度为g,不计一切摩擦。下列说法正确的是( )
A.挡板对最底端的台球的作用力为mg
B.两根导轨对最顶端台球作用力的合力为mg
C.最底端的台球对中间球的作用力为mg
D.单根导轨对最底端台球的作用力为mg
解析:选D。对4个台球整体分析,挡板对最底端的台球的作用力为F=4mg sin 30°=2mg,故A错误;两根导轨对最顶端台球作用力的合力为F合=mg cos 30°=mg,故B错误;最底端的台球对中间球的作用力为F′=3mg sin 30°=mg,故C错误;如图,
两根导轨对最底端台球的作用力分别为F1、F2,F1与导轨平面的夹角为α,则cos α=,两根导轨对最底端台球的作用力大小为2F1sin α=mg cos 30°,解得单根导轨对最底端台球的作用力为F1=mg,故D正确。
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