3.10 动态平衡中的临界与极值问题 同步练习题-2025-2026学年高一上学期 物理人教版必修第一册

3.10 动态平衡中的临界和极值问题练习题参考答案 一、单项选择题 1．如图所示，要使物块静止在斜面上必须在物体上施加一平行于斜面向上的拉力F，已知F的最大值为a，最小值为b，则物块所受的最大静摩擦力为（　　） A． B． C． D． 2．如图所示，一根轻质细绳两端分别固定在等高的A、B两点，一灯笼用轻质光滑挂钩挂在细绳上，挂钩与细绳接触的点为O。下列判断正确的是（　　） A．无风时，将B点缓慢竖直向上移动的过程中，细绳上的弹力逐渐增大 B．无风时，将B点缓慢竖直向上移动的过程中，∠AOB逐渐减小 C．若灯笼受到水平向右的恒定风力，灯笼静止时，∠AOB比无风时小 D．若灯笼受到水平向右的恒定风力，灯笼静止时，AO段的拉力大于BO段的拉力 3．如图为某科普博主带领同学们做实验的情景，有顶角不同的圆锥放在桌面上，现让同学们挑战按图示那样用手压紧圆锥表面将其拿起。若手与圆锥体间的动摩擦因数为0.5，最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。则以下不同顶角圆锥，有可能被拿起的是（    ） A． B． C． D． 4．在抗震救灾中，常常要把压在被困人员身上的建筑物抬起，以便施救。某次在山坡灾害救援中，为防止坡道上的石块下滑对下方被困人员造成二次伤害，救援人员采取适当的办法以防止石块下滑，可以简化如图，物体置于倾角为α的粗糙斜面上，斜面体放在粗糙的水平地面上，用水平力F推物体，物体及斜面体均保持静止，F适当减小时，物体、斜面体仍保持静止，则下列说法一定正确的是（　　） A．物体所受的合力减小 B．斜面体对物体的支持力减小 C．物体所受摩擦力减小 D．地面对斜面体的支持力减小 5．在一个倾角为的足够长粗糙斜面上，放置一个质量为的物块，物块与斜面间的动摩擦因数。现对物块施加一个大小和方向都可以改变的外力，使物块在斜面上以恒定速度沿斜面向上运动。已知重力加速度，则外力的最小值为（　　） A． B． C．12N D．16N 6．如图甲所示，我国古建屋顶多采用蝴蝶瓦方式铺设。图乙是两片底瓦和一片盖瓦的铺设示意图，三根相同且平行的椽子所在平面与水平面夹角为。图丙为截面示意图，圆弧形底瓦放置在两根相邻的椽子正中间，盖瓦的底边恰与底瓦的凹槽中线接触。已知相邻两椽子与底瓦接触点间的距离为底瓦半径的倍，盖瓦和底瓦形状相同，厚度不计，质量相同、最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小取，在无扰动的情况下，底瓦与盖瓦均保持静止。若仅铺设这三片瓦进行研究，则底瓦与椽子间的动摩擦因数至少为（　　） A． B． C． D． 7．倾角为的斜面固定在水平面上，在斜面上放一个质量为M的物块A，物块A和斜面之间的动摩擦因数为，且，现用一沿斜面向上的力F作用于A上，使其与斜面保持静止，则（　　） A．物块A一定不受摩擦力的作用 B．当时，物块A所受摩擦力一定沿斜面向下 C．当时，物块A所受摩擦力摩擦力一定沿斜面向下 D．当的情况下逐渐增大时，物块A所受摩擦力一定沿斜面向下 8．如图所示，一足够长的细线一端连接穿过水平细杆的滑块A，另一端通过光滑滑轮连接重物B，此时两边细线竖直。某时刻，水平拉力F作用在滑块A上，使A向右移动。已知A、B的质量分别为m和2m，滑块A与细杆间的动摩擦因数为。则（　　） A．若A做匀速运动，则B也做匀速运动 B．若B做匀速运动，则A做加速运动 C．若A缓慢向右运动，当细线与细杆间的夹角为时，拉力F有最小值 D．若A缓慢向右运动到细线与细杆间的夹角为时，拉力F一直在增大 二、多选题 9．如图所示，将一光滑轻杆固定在水平地面上，杆与地面间的夹角为，一光滑轻环套在杆上，一个大小和质量都不计的滑轮用轻绳悬挂在天花板上，用另一轻绳绕过滑轮系在轻环上，轻绳另一端系一质量为的小物块，用手扶住小物块使恰好在竖直方向。现用手扶着小物块使其缓慢向下运动，到达某位置时松手，小物块恰好可以保持静止，此时（已知重力加速度大小为，小物块未碰杆或地面）（　　） A．绳与水平方向的夹角为 B．绳的张力大小为 C．绳与水平方向的夹角为 D．绳的张力大小为 10．如图所示，倾角为的斜面和半径为R的半圆弧连接，圆心O在斜面的延长线上，连接点M处有一轻质定滑轮，N为圆弧最低点且，斜面的底端固定一挡板P。物块B、C间由一轻质弹簧拴接置于斜面上（弹簧平行于斜面），其中C紧靠在挡板P处，B用跨过滑轮的不可伸长的轻绳与小球A相连，开始时将小球A锁定在M处，此时轻绳与斜面平行，且恰好伸直但无张力，B、C处于静止状态。某时刻解锁小球A，当小球A沿圆弧运动到最低点N时（物块B未到达M点），物块C对挡板的作用力恰好为0。已知小球A的质量为，物块B、C的质量均为，重力加速度为，小球与物块均可视为质点，不计一切摩擦，弹簧始终处于弹性限度内，则（　　） A．小球A从M点运动到N点的过程中，物块B的机械能守恒 B．弹簧的劲度系数 C．小球A到达N点时，小球A的速度大小 D．小球A到达N点时，物块B的速度大小 3.10 动态平衡中的临界和极值问题练习题参考答案 1．【答案】A 2．【答案】C 【详解】AB．设绳长为L，两点之间的距离为d，根据几何关系可得，无风时，根据平衡条件可得，解得，将B点缓慢竖直向上移动的过程中，∠AOB不变，细绳上的弹力不变，故AB错误； C．受到水平向右的恒定风力时，灯笼受力增加一个风力，四力平衡，两个绳子的拉力的合力与重力、风力的合力相平衡，如图所示的状态，设有风时绳子夹角的一半为，由几何关系有，由上述分析可知无风时，由几何关系有，因为，联立可知，故C正确； D．由于不计绳子的质量和绳与衣架挂钩间的摩擦，因此O点为活结，活结两端的拉力总是大小相等，故D错误；故选C。 3．【答案】D 【详解】设左右手对接触面弹力均为F，则对于圆锥整体，若拿的起来时，有，整理得，故，计算发现只有满足条件，故D选项符合题意。故选D。 4．【答案】B 【详解】A．因为物体始终保持静止，故物体所受合力始终为零，所以物体所受合力不变，故A错误； B．对物体进行受力分析，物体受到重力、水平力、斜面体的支持力和摩擦力，将重力沿斜面和垂直斜面方向分解，垂直斜面方向有，所以当减小时斜面体对物体的支持力减小，故B正确； C．摩擦力的方向需要分情况讨论，若，则摩擦力 减小时，摩擦力减小，若，则摩擦力，减小时，摩擦力增大，所以物体所受摩擦力不一定减小，故C错误； D．对物体和斜面体整体进行受力分析，整体受到重力、地面的支持力、水平力和摩擦力，在竖直方向上有，与无关，所以地面对斜面体的支持力不变，故D错误。故选B。 5．【答案】B 【详解】设外力与与斜面的夹角为，物块在斜面上以恒定速度沿斜面向上运动，由垂直于斜面方向平衡得，由平行于斜面方向平衡得，又，设，，整理得，当时，外力有最小值 6．【答案】D 【详解】题意知相邻两椽子与底瓦接触点间的距离为底瓦半径的倍，设椽子与底瓦接触点间的弹力方向与竖直方向成角，底瓦半径为R，根据几何关系可知，可知，以两片底瓦和盖瓦整体为研究对象，垂直椽子所在平面方向上整体处于平衡状态，可知，在无外界干扰的情况下，为使底瓦与盖瓦不下滑，应使，联立解得，可知底瓦与椽子间的动摩擦因数至少为。 7．【答案】B 【详解】A．根据平衡条件可知，只有当时，物块A才不受摩擦力的作用，故A错误； B．当时，由沿斜面方向受力平衡可知，物块A所受摩擦力沿斜面向下，故B正确； CD．当时，由沿斜面方向受力平衡可知，物块A所受摩擦力沿斜面向上， 故CD错误。 8．【答案】D 【详解】AB．对AB两滑块速度关系如图所示，由几何关系有，若A做匀速运动，逐渐减小，逐渐增大，则B的速度逐渐增大；若B做匀速运动，逐渐减小，逐渐增大，则A的速度逐渐减小，故AB错误； CD ．对滑块B有，对滑块A有进行受力分析如图所示，由于滑块A从图示（最初是竖直的）位置开始缓慢向右移动至过程中，可知，则在竖直方向上有，则在水平方向有，联立解得，假设，，解得，则可求得，滑块A从图示虚线位置开始缓慢向右移动过程中，减小，可知F逐渐增大，当时，解得拉力F有最大值，故C错误，D正确。故选D。 9．【答案】ABD 【详解】A．再次平衡时，以轻环为对象，根据平衡条件可知，绳与杆垂直，所以绳与水平方向的夹角为，故A正确； B．系统处于平衡状态，以小物块为对象，根据受力平衡可知，绳的张力大小为，故B正确； C．绳在绳和系小物块的绳夹角的角平分线上，所以绳与水平方向的夹角为，故C错误； D．根据平衡条件可得绳的张力大小为。故D正确。 10．【答案】BC 【详解】A．小球A从M点运动到N点的过程中，物块B除重力以外还有弹簧弹力、绳子拉力做功，所以物块B的机械能不守恒，故A错误； B．未解锁小球A之前，弹簧处于压缩状态，对物块B受力分析有，小球A到达N点时，物块C对挡板的作用力恰好为0，此时弹簧处于伸长状态，对物块C进行分析有，根据几何关系有，联立解得，故B正确； CD．小球A到达N点过程，小球A、物块B、弹簧组成的系统机械能守恒，又 可知弹簧弹性势能始末相等，则由机械能守恒可得，根据关联速度分解可得，联立解得，，故C正确，D错误。故选BC。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $