内容正文:
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第06讲
力的合成与分解
考点一力的合成和分解《
。考向1合力大小及特殊情况的力的合成
例卫
【答案】B
【变式训练1】【答案】B
【变式训练2】【答案】ABD
●考向2力的分解及多解问题
例2【答案】A
【变式训练1】【答案】A
【变式训练2】【答案】A
考点二活结与死结绳模型、动杆和定杆模型、
◆考向一活结与死结绳模型
例
【答案】A
【变式训练1】【答案】D
【变式训练2】【答案】AD
。考向二动杆和定杆模型
例2【答案】D
【变式训练1】【答案】B
【变式训练2】【答案】C
考点三
受力分析
1/2
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>考向一
单个物体的受力分析
例1【答案】C
【变式训练1】【答案】C
【变式训练2】【答案】BD
,考向二多个物体的受力分析
例2【答案】CD
【变式训练1】【答案】BC
【变式训练2】【答案】BC
真题溯源•考向感知
一一溯源真题逻辑,感知高考考向
1.【答案】C
2.【答案】D
3.【答案】B
2/2
第06讲 力的合成与分解
内容导航
01
命题透视·考情前瞻
对标素养,研判高考命题趋势
02
思维建模·脉络梳理
搭建知识框架,构建系统思维
03
考点精讲·靶向突破
拆解核心考点,归纳解题范式
考点一 力的合成和分解
知识点1力的合成
知识点2力的分解
考向1合力大小及特殊情况的力的合成
考向2力的分解及多解问题重
【思维建模】
考点二 活结与死结绳模型、动杆和定杆模型
知识点1活结与死结绳模型重
知识点2动杆和定杆模型 重
考向1活结与死结绳模型 重
【思维建模】“晾衣架”中的“活结”问题
考向2动杆和定杆模型重
考点三 受力分析
知识点1受力分析的顺序、方法及注意事项
考向1单个物体的受力分析
考向2多个物体的受力分析 重 【思维建模】受力分析时的整体法与隔离法的应用
04
真题溯源·考向感知
溯源真题逻辑,感知高考考向
命题透视·考情前瞻
——对标素养,研判高考命题趋势
核心考点
2026年
2025年
2024年
力的合成与分解
物体受力分析
北京卷T6
浙江6月卷T2
考情分析
1. 题型与考向:高考对这部分的考查频率不是特别的高,但是对于合成的法则、正交分解法和受力分析是平衡问题和动力学问题的基础。
2.情境与立意:
从命题思路上看,试题情景为生活实践类:挂衣绳挂的衣服、起重机、千斤顶、拖行李箱等。
复习目标
目标一:掌握并会利用匀变速直线运动规律处理物理问题。
目标二:掌握并会利用匀变速直线运动的推论处理物理问题。
目标三.:利用自用落体运动和竖直上抛运动的基本规律处理物理问题。
考点精讲·靶向突破
——拆解核心考点,归纳解题范式
考点一力的合成和分解
知●识●解●构
知识点1力的合成
1.定义:求几个力的 的过程。
2.运算法则
①平行四边形定则:求两个互成角度的 的合力,可以用表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就表示合力的 和 ,如图甲所示。
②三角形定则:把两个矢量 ,从而求出合矢量的方法,如图乙所示。
3.力的合成中合力与分力的大小范围
(1)两个共点力的合成
①|F1-F2|≤F合≤F1+F2,两个力大小 时,其合力随夹角的增大而 。
②两种特殊情况:当两力反向时,合力最小,为|F1-F2|;当两力同向时,合力最大,为F1+F2。
(2)三个共点力的合成
①三个力共线且同向时,其合力最大,为 。
②任取两个力,求出其合力的范围,如果第三个力在这个范围之内,则三个力的合力最小值为 ;如果第三个力不在这个范围内,则合力最小值等于最大的力减去另外两个力。
4.共点力合成的两种方法
(1)作图法
(2)应用计算法的三种特例
类型
作图
合力的计算
互相垂直
F=
tan θ=
两力等大,夹角为θ
F=2F1cos
F与F1夹角为
两力等大,夹角为120°
合力与分力等大F′与F夹角为60°
知识点2 力的分解
1.力的分解
(1)定义:求一个已知力的 的过程。
(2)遵循原则: 定则或 定则。
2.力的分解常用的方法
正交分解法
按需分解法
分解
方法
将一个力沿着两个互相垂直的方向进行分解
按照解决问题的需要进行分解
实例
分析
x轴方向上的分力
Fx=F cos θ
y轴方向上的分力
Fy=F sin θ
F1=
F2=G tan θ
3.力的分解方法的选取原则
(1)一般来说,当物体受到三个或三个以下的力时,常按实际效果进行分解,若这三个力中,有两个力互相垂直,优先选用正交分解法。
(2)当物体受到三个以上的力时,常用正交分解法。
4.力的分解的多解情况
力的分解的
四种情况
1.已知合力和两个分力的方向求两个分力的大小,有 。
2.已知合力和一个分力(大小、方向)求另一个分力(大小、方向),有 。
3.已知合力和两分力的大小求两分力的方向:
①F>F1+F2,无解
②F=F1+F2,有唯一解,F1和F2跟F同向
③F=F1-F2,有唯一解,F1与F同向,F2与F反向
④F1-F2<F<F1+F2,有无数组解(若限定在某一平面内,有两组解)
4.已知合力F和F1的方向、F2的大小(F1与合力的夹角为θ):
①F2<Fsin θ,
②F2=Fsin θ,有
③Fsin θ<F2<F,有
考●向●破●译
考向1 合力大小及特殊情况的力的合成
例1 如图所示,弹弓是一种游戏工具,一般用树木的枝桠制作,呈“Y”字形,两端分别系橡皮筋,两橡皮筋另一端系一包裹弹丸的裹片。一个“Y”字形弹弓顶部跨度为0.8L,两条相同橡皮筋的自由长度均为L,发射弹丸时每条橡皮筋的最大长度为1.6L(弹性限度内),弹丸被发射过程中所受的最大弹力为,若橡皮筋满足胡克定律,裹片大小不计,则该弹弓橡皮筋的劲度系数为( )
A. B.
C. D.
【变式训练1·变载体】射箭是奥运会比赛项目之一,如图甲为运动员射箭的场景。发射时弦和箭可等效为图乙,已知弦均匀且弹性良好,其弹力满足胡克定律,自由长度为,劲度系数为,发射箭时弦的最大长度为(弹性限度内)。此时弓的顶部跨度(虚线长)为,(假设箭在弦的正中间,弦夹在类似动滑轮的附加装置上),求箭被发射瞬间所受的最大弹力为( )
\
A. B. C. D.
【变式训练2·变情境】(多选)如图所示,两个质量均为m的木块A、B(均可视为质点)由劲度系数为的轻质弹簧拴接,木块B通过另一劲度系数为的轻质弹簧与地面拴接,一根轻绳绕过定滑轮与木块A相连,初始整个系统静止。滑轮左侧绳子刚好保持竖直,重力加速度为。现用力缓慢拉绳,拉动时滑轮右侧绳子保持与竖直方向的夹角为不变,直到弹簧2的弹力大小变为原来的一半为止。不计轻绳与滑轮间的摩擦在这一过程中,下列说法正确的是( )
A.木块移动的距离可能为
B.木块移动的距离可能为
C.绳子对定滑轮的作用力大小可能为
D.绳子对定滑轮的作用力大小可能为
考向2 力的分解及多解问题【重】
例2模拟纤夫拉船的实验,分别从两岸用F1和F2两个力来拉船,如题图所示。要保持模型小船沿河中线向前运动,若F1的大小已知,方向与河中线成30°角向右前方,则下列说法正确的是( )
A.若要F2最小,F2的方向应垂直于河中线
B.若要F2最小,F2的方向应与河中线成60°角向左前方
C.若F2=,则F2的方向可以跟河中线成60°角向左前方
D.若F2=,则F2的方向可以跟河中线成30°角向左前方
【变式训练1·变考法】中国天眼FAST是一个500米口径球面射电望远镜,在为世界的天文观测贡献着自己的力量某公司为该望远镜设计了一款专用的履带式机器人,负责镜面的维护工作。该机器人工作时的示意图如图所示,为半径为R的圆弧面,B为圆弧面的最低点,机器人最高可以缓慢运动到D点进行维护工作,D点到B点的高度为h。已知重力加速度为g,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。机器人从B点运动到D点的过程,下列说法中正确的是( )
A.圆弧面对机器人的作用力不变
B.机器人对圆弧面的压力逐渐增大
C.机器人对圆弧面的摩擦力逐渐减小
D.该机器人履带与圆弧面间动摩擦因数为
【变式训练2·变载体】港珠澳大桥是目前全球最长的跨海大桥,风帆造型的九洲航道桥部分如图所示,这部分斜拉桥的一根塔柱两侧共有8对钢索,每对钢索等长。每一条钢索与塔柱成角,底部穿过桥面固定在桥面下,若不计钢索的自重,且假设每条钢索承受的拉力大小均为F,下列说法正确的是( )
A.该塔柱所承受的8对钢索的合力大小为
B.该塔柱所承受的8对钢索的合力大小为
C.若仅升高塔柱的高度,钢索承受的拉力变大
D.若仅升高塔柱的高度,钢索承受的拉力不变
考点二 活结与死结绳模型、动杆和定杆模型
知●识●解●构
知识点1 活结与死结绳模型 重
分类
模型结构(举例)
模型解读
模型特点
“活结”模型
“活结”一般由绳跨过滑轮或绳上挂一光滑挂钩而形成,绳子因“活结”而弯曲,但实际为同一根绳
“活结”两侧的绳子上的张力大小处处相等
“死结”模型
“死结”把绳子分为两段,且不可沿绳子移动,“死结”两侧的绳因结而变成两根独立的绳
“死结”两侧的绳子上张力不一定相等
知识点2 动杆和定杆模型
1.动杆模型
模型结构
模型解读
模型特点
轻杆用光滑的转轴或铰链连接,轻杆可围绕转轴或铰链自由转动
当杆处于平衡时,杆所受的弹力方向一定沿杆
2.定杆模型
模型结构
模型解读
模型特点
轻杆被固定在接触面上,不发生转动
杆所受的弹力方向不一定沿杆,可沿任意方向
考●向●破●译
考向1 活结与死结绳模型【重】
例1如图所示,“”形硬钢架竖直固定放置,OM沿竖直方向,∠MON=30°。一个光滑的轻环套在ON上,一根足够长的轻绳穿过轻环,一端固定在A点,另一端悬挂质量为m的物体。当系统处于稳定状态时,ON受到轻环的弹力大小为( )
A.mg B. C. D.
▶新思维◀【变式训练1·变考法】物理兴趣小组开展“模拟古代投石机牵引装置”的实验,小组成员用一根足够长的光滑硬钢丝弯折成如图所示形状AOBC,并竖直固定在实验架上。其中OB是竖直方向,BC是水平方向,∠AOB=53°。为模拟牵引效果,他们用一个光滑的轻环套在硬钢丝的OA上,取一根足够长的轻绳,一端固定在OB上的P点,穿过小环后,轻绳另一端吊着一个可视为质点、质量为M的模拟配重块。整个装置处于平衡状态时,轻环位于硬钢丝OA上的Q点。已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.若仅增加配重块的质量,轻环在硬钢丝OA上的Q点位置会远离O点
B.若仅将绳端P沿硬钢丝OB方向向下缓慢移动,轻绳上张力会变大
C.若仅将绳端P从B点开始沿硬钢丝BC方向向左缓慢移动,硬钢丝OA受到轻环的压力会变大
D.若仅将∠AOB减小到30°,轻环在硬钢丝OA上的Q点位置会下移
【变式训练2·变考法】(多选)“抖空竹”是中国传统的体育活动之一。现将抖空竹中的过程简化成如图所示模型:不可伸长的轻绳系于两根轻杆的端点位置,左、右手分别握住两根轻杆的另一端,一定质量的空竹架在轻绳上,左手抬高的同时右手放低,使绳的两个端点沿竖直面内等腰梯形的两个腰(梯形的上下底水平)匀速移动,即两端点分别自A、C两点,沿AB、CD以同样大小的速度匀速移动,忽略摩擦力及空气阻力的影响,则在变化过程中,下列说法正确的是( )
A.左右两绳的夹角不变 B.左右两绳的夹角减少
C.轻绳的张力变大 D.轻绳的张力大小不变
思维建模 “晾衣架”中的“活结”问题
1.模型结构示例
2.模型解读
如图所示,晾晒衣服的绳子轻且光滑,悬挂衣服的衣架的挂钩也是轻质光滑的,轻绳两端分别固定在两根竖直杆上的A、B两点,衣服处于静止状态。如果保持绳子A端位置不变,将B端分别移动到不同的位置。结点为O。
由于绳子拐弯处是平滑连接,故FOA=FOB=F
水平方向:Fsin θ1=Fsin θ2,结合几何关系知θ1=θ2=θ
竖直方向:Fcos θ+Fcos θ=mg
故F=,可知F只与θ有关。
由几何关系:sin θ=(L为绳的总长)。
可知θ只与两杆之间的水平距离d有关。
3.模型特点:若d不变,上、下移动绳子B端,θ不变,F不变;两杆之间水平距离越远,θ越大,F越大。
考向2 动杆和定杆模型【重】
例2如图,轻杆AB的左端用铰链与竖直墙壁连接,轻杆CD的左端固定在竖直墙上,图甲中两轻绳分别挂着质量为m1、m2的物体,另一端系于B点,图乙中两轻绳分别挂着质量为m3、m4的物体,另一端系于D点。四个物体均处于静止状态,图中轻绳OB、OD与竖直方向的夹角均为=30∘,下列说法正确的是( )
A.甲图中,绳子OB的拉力大小为2m2g
B.甲图中,轻杆AB对B点的弹力大小为m1g
C.乙图中,绳子的拉力大小一定为2m4g
D.甲、乙两图中,若m1=m3,则绳子OB与的拉力大小相等
【变式训练1】·变情境图(a)为明代画家倪端创作的《捕鱼图》的局部,图(b)是对其中捕鱼器械的简化模型:轻质撑杆OA可绕岸边O点自由转动,渔网用轻绳AC系于撑杆上端的A点,站在岸上的渔翁拉动系在撑杆上端的轻绳AB,即可向上提起渔网。某次渔网被缓慢向上提起,当轻绳AB,AC与撑杆的夹角均为时,作用在轻绳AB的拉力大小为F,则此时岸对撑杆的作用力大小为( )
A. B. C. D.F
【变式训练2·变考法】某同学搭建了一个甲烷分子球棍模型,并将其静置在光滑水平桌面上,如图所示。质量均为m的四个相同小球a,b,c,d通过轻杆连接在小球O周围,形成正四面体结构。已知小球O质量为M,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.轻杆1对小球d的作用力大小为Mg
B.桌面对小球a的弹力大小为
C.轻杆2对小球b的作用力大小为
D.小球O受到四根轻杆的合力大小等于
考点三 受力分析
知●识●解●构
知识点1 受力分析的顺序、方法及注意事项
1.受力分析的一般顺序:先分析 (重力、电场力、磁场力),再分析 (弹力、摩擦力),最后分析其他力.
2.研究对象选取方法:
(1)整体法和隔离法.
①当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法.
②在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法.
③整体法和隔离法不是独立的,对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法.
(2)动力学分析法:
对加速运动的物体进行受力分析时,应用牛顿运动定律进行分析求解的方法.
3.受力分析的六个注意点
(1)不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆。
(2)每一个力都应找出其 ,不能无中生有。
(3)合力和分力不能 考虑。
(4)涉及弹簧弹力时,要注意拉伸或压缩可能性分析。
(5)分析摩擦力时要特别注意摩擦力的 。
(6)对整体进行受力分析时,组成整体的几个物体间的作用力为内力,不能在受力分析图中出现;当把某一物体隔离分析时,原来的内力变成外力,要在受力分析图中画出。
✨得分速记 受力分析的一般步骤
考●向●破●译
考向一 单个物体的受力分析【重】
例1如图所示,智能机械手从左右两边夹住物体,使其从图示位置在竖直面内绕点缓慢旋转半周,则( )
A.图示时刻物体共受到4个力的作用
B.增大对物体的压力,物体所受的摩擦力一定变大
C.转动过程中物体所受摩擦力先减小后增大
D.机械手对物体的作用力大于物体对机械手的作用力
【变式训练1·变考法】冰箱贴是一种采用磁性材料制成的生活用品,主要用于装饰冰箱表面及固定便签。现有一小巧美观的冰箱贴贴在冰箱的竖直表面上,如图所示,当冰箱贴静止不动时,下列说法正确的是( )
A.冰箱贴共受到三个力的作用
B.冰箱对冰箱贴的支持力大小等于冰箱贴所受重力的大小
C.冰箱对冰箱贴的作用力大小等于冰箱贴所受重力的大小
D.冰箱对冰箱贴的作用力大小大于冰箱贴所受重力的大小
【变式训练2·变考法】(多选)擦玻璃机器人擦玻璃的原理主要基于真空吸附和智能控制技术,机器人可以吸附在玻璃上不会掉落是通过机身底部的真空泵抽取机身与玻璃之间的空气,使二者间形成局部真空环境,靠大气压力把机器人压在玻璃上。如图所示,质量为的机器人静止在与水平方向夹角为的玻璃的上表面,机器人与玻璃表面的滑动摩擦力大小为(重力加速度为),。下列说法正确的是( )
A.机器人受到三个力作用
B.若要机器人水平向右匀速运动擦拭玻璃,则需为其提供大小为的牵引力
C.若要机器人水平向右匀速运动擦拭玻璃,则需为其提供水平向右的牵引力
D.若要机器人以0.2g的加速度水平向右匀加速运动擦拭玻璃,则需为其提供的牵引力
考向二 多个物体的受力分析【重】
例2 (多选)如图所示,长方体木块A放在固定的铁质材料斜面B上时恰好静止。现将一块磁铁C轻放在木块A的上表面,磁铁与木块间、木块与斜面间的接触面均粗糙,且磁铁与木块始终保持相对静止。则下列说法正确的是( )
A.木块A将沿斜面下滑 B.木块A仍恰好保持静止
C.磁铁C受4个力作用 D.磁铁C对木块A的摩擦力平行于斜面向下
【变式训练1·变考法】(多选)半圆柱体P、Q按如图所示的方式放置,P贴着墙面,Q贴着地面,P、Q均处于静止状态,若P与Q接触面光滑,下列说法正确的是( )
A.P一定受到四个力的作用 B.P可能受到三个力的作用
C.Q一定受到四个力的作用 D.Q可能受到三个力的作用
【变式训练2·变考法】(多选)如图所示,A、B、C三个刚性物块叠放并处于静止状态,水平地面光滑,其他接触面粗糙,则( )
A.B与C之间存在静摩擦力
B.A与墙面间不可能存在静摩擦力
C.B物块共受4个力作用
D.若在A物块上表面施加竖直向下的压力,不断增大,最终C将向左滑动。
思维建模 受力分析时的整体法与隔离法的应用
1.当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法。
2.在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时,宜用隔离法。
3.整体法和隔离法不是独立的,对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法。
真题溯源·考向感知
——溯源真题逻辑,感知高考考向
1.(2025·北京·高考真题)如图所示,长方体物块叠放在斜面上,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
2.(2025·陕晋青宁卷·高考真题)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、夹角为,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. B. C. D.0
3.(2025·河北·高考真题)如图,内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上,左右边沿等高。该截面内,一根不可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球,一端固定于凹槽左边沿,另一端过右边沿并沿绳方向对其施加拉力F。小球半径远小于凹槽半径,所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点,则F的最大值为( )
A. B. C.G D.
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第06讲 力的合成与分解
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知识点2力的分解
考向1合力大小及特殊情况的力的合成
考向2力的分解及多解问题重
【思维建模】
考点二 活结与死结绳模型、动杆和定杆模型
知识点1活结与死结绳模型重
知识点2动杆和定杆模型 重
考向1活结与死结绳模型 重
【思维建模】“晾衣架”中的“活结”问题
考向2动杆和定杆模型重
考点三 受力分析
知识点1受力分析的顺序、方法及注意事项
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考向2多个物体的受力分析 重 【思维建模】受力分析时的整体法与隔离法的应用
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——对标素养,研判高考命题趋势
核心考点
2026年
2025年
2024年
力的合成与分解
物体受力分析
北京卷T6
浙江6月卷T2
考情分析
1. 题型与考向:高考对这部分的考查频率不是特别的高,但是对于合成的法则、正交分解法和受力分析是平衡问题和动力学问题的基础。
2.情境与立意:
从命题思路上看,试题情景为生活实践类:挂衣绳挂的衣服、起重机、千斤顶、拖行李箱等。
复习目标
目标一:掌握并会利用匀变速直线运动规律处理物理问题。
目标二:掌握并会利用匀变速直线运动的推论处理物理问题。
目标三.:利用自用落体运动和竖直上抛运动的基本规律处理物理问题。
考点精讲·靶向突破
——拆解核心考点,归纳解题范式
考点一力的合成和分解
知●识●解●构
知识点1力的合成
1.定义:求几个力的合力的过程。
2.运算法则
①平行四边形定则:求两个互成角度的共点力的合力,可以用表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向,如图甲所示。
②三角形定则:把两个矢量首尾相接,从而求出合矢量的方法,如图乙所示。
3.力的合成中合力与分力的大小范围
(1)两个共点力的合成
①|F1-F2|≤F合≤F1+F2,两个力大小不变时,其合力随夹角的增大而减小。
②两种特殊情况:当两力反向时,合力最小,为|F1-F2|;当两力同向时,合力最大,为F1+F2。
(2)三个共点力的合成
①三个力共线且同向时,其合力最大,为F1+F2+F3。
②任取两个力,求出其合力的范围,如果第三个力在这个范围之内,则三个力的合力最小值为零;如果第三个力不在这个范围内,则合力最小值等于最大的力减去另外两个力。
4.共点力合成的两种方法
(1)作图法
(2)应用计算法的三种特例
类型
作图
合力的计算
互相垂直
F=
tan θ=
两力等大,夹角为θ
F=2F1cos
F与F1夹角为
两力等大,夹角为120°
合力与分力等大F′与F夹角为60°
知识点2 力的分解
1.力的分解
(1)定义:求一个已知力的分力的过程。
(2)遵循原则:平行四边形定则或三角形定则。
2.力的分解常用的方法
正交分解法
按需分解法
分解
方法
将一个力沿着两个互相垂直的方向进行分解
按照解决问题的需要进行分解
实例
分析
x轴方向上的分力
Fx=F cos θ
y轴方向上的分力
Fy=F sin θ
F1=
F2=G tan θ
3.力的分解方法的选取原则
(1)一般来说,当物体受到三个或三个以下的力时,常按实际效果进行分解,若这三个力中,有两个力互相垂直,优先选用正交分解法。
(2)当物体受到三个以上的力时,常用正交分解法。
4.力的分解的多解情况
力的分解的
四种情况
1.已知合力和两个分力的方向求两个分力的大小,有唯一解。
2.已知合力和一个分力(大小、方向)求另一个分力(大小、方向),有唯一解。
3.已知合力和两分力的大小求两分力的方向:
①F>F1+F2,无解
②F=F1+F2,有唯一解,F1和F2跟F同向
③F=F1-F2,有唯一解,F1与F同向,F2与F反向
④F1-F2<F<F1+F2,有无数组解(若限定在某一平面内,有两组解)
4.已知合力F和F1的方向、F2的大小(F1与合力的夹角为θ):
①F2<Fsin θ,无解
②F2=Fsin θ,有唯一解
③Fsin θ<F2<F,有两组解
考●向●破●译
考向1 合力大小及特殊情况的力的合成
例1 如图所示,弹弓是一种游戏工具,一般用树木的枝桠制作,呈“Y”字形,两端分别系橡皮筋,两橡皮筋另一端系一包裹弹丸的裹片。一个“Y”字形弹弓顶部跨度为0.8L,两条相同橡皮筋的自由长度均为L,发射弹丸时每条橡皮筋的最大长度为1.6L(弹性限度内),弹丸被发射过程中所受的最大弹力为,若橡皮筋满足胡克定律,裹片大小不计,则该弹弓橡皮筋的劲度系数为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】当橡皮筋拉力最大时,设两条橡皮筋之间的夹角为2θ,由几何关系可知
由
解得
则由胡克定律以及力的合成可知
解得,故选B。
【变式训练1·变载体】射箭是奥运会比赛项目之一,如图甲为运动员射箭的场景。发射时弦和箭可等效为图乙,已知弦均匀且弹性良好,其弹力满足胡克定律,自由长度为,劲度系数为,发射箭时弦的最大长度为(弹性限度内)。此时弓的顶部跨度(虚线长)为,(假设箭在弦的正中间,弦夹在类似动滑轮的附加装置上),求箭被发射瞬间所受的最大弹力为( )
\
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】设弦达到最大长度时与箭的夹角为,由图中几何关系可得
可得
箭被发射瞬间所受的最大弹力为
故选B。
【变式训练2·变情境】(多选)如图所示,两个质量均为m的木块A、B(均可视为质点)由劲度系数为的轻质弹簧拴接,木块B通过另一劲度系数为的轻质弹簧与地面拴接,一根轻绳绕过定滑轮与木块A相连,初始整个系统静止。滑轮左侧绳子刚好保持竖直,重力加速度为。现用力缓慢拉绳,拉动时滑轮右侧绳子保持与竖直方向的夹角为不变,直到弹簧2的弹力大小变为原来的一半为止。不计轻绳与滑轮间的摩擦在这一过程中,下列说法正确的是( )
A.木块移动的距离可能为
B.木块移动的距离可能为
C.绳子对定滑轮的作用力大小可能为
D.绳子对定滑轮的作用力大小可能为
【答案】ABD
【详解】AB.根据胡克定律可得,弹簧1的初始压缩量为
弹簧2的初始压缩量为
若弹簧2的弹力大小变为原来的一半且弹簧2处于压缩状态,则此时弹簧2的压缩量为
对木块分析可得
所以弹簧1刚好恢复原长,此过程中木块上升的位移为
若弹簧2的弹力大小变为原来的一半且弹簧2处于伸长状态,则此时弹簧2的伸长量为
对分析可得
所以弹簧1的弹力为2mg,此时弹簧1的伸长量为
此过程中A木块上升的位移为,故AB正确;
CD.若弹簧2的弹力大小变为原来的一半且弹簧2处于压缩状态,对A分析可得绳子的拉力为
绳子对定滑轮的作用力大小
若2弹簧弹力大小变为原来的一半且2弹簧处于伸长状态,对A分析可得绳子的拉力为
绳子对定滑轮的作用力大小
此时绳子对定滑轮的作用力最大,C错误,D正确。
故选ABD。
考向2 力的分解及多解问题【重】
例2模拟纤夫拉船的实验,分别从两岸用F1和F2两个力来拉船,如题图所示。要保持模型小船沿河中线向前运动,若F1的大小已知,方向与河中线成30°角向右前方,则下列说法正确的是( )
A.若要F2最小,F2的方向应垂直于河中线
B.若要F2最小,F2的方向应与河中线成60°角向左前方
C.若F2=,则F2的方向可以跟河中线成60°角向左前方
D.若F2=,则F2的方向可以跟河中线成30°角向左前方
【答案】A
【详解】AB.若要小船沿河中线向前运动且F2最小,则只需F2的方向垂直于河中线,且,A正确,B错误;
C.由上述分析可知,若F2=,则F2的方向垂直于河中线,C错误;
D.若,假如F2的方向跟河中线成30°角向左前方,则此时F2沿垂直于河中线方向的分量为,则小船不可能沿河中线行驶,D错误。
故选A。
【变式训练1·变考法】中国天眼FAST是一个500米口径球面射电望远镜,在为世界的天文观测贡献着自己的力量某公司为该望远镜设计了一款专用的履带式机器人,负责镜面的维护工作。该机器人工作时的示意图如图所示,为半径为R的圆弧面,B为圆弧面的最低点,机器人最高可以缓慢运动到D点进行维护工作,D点到B点的高度为h。已知重力加速度为g,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。机器人从B点运动到D点的过程,下列说法中正确的是( )
A.圆弧面对机器人的作用力不变
B.机器人对圆弧面的压力逐渐增大
C.机器人对圆弧面的摩擦力逐渐减小
D.该机器人履带与圆弧面间动摩擦因数为
【答案】A
【详解】机器人缓慢从B运动到D,可认为始终处于平衡状态,在运动过程中的任意位置,对机器人进行受力分析,如图所示,分解重力可得
A.圆弧面对机器人的作用力为支持力和摩擦力,因机器人受力平衡,故支持力和摩擦力的合力大小始终等于重力,方向竖直向上,A正确;
B.由分析知,机器人从B到D的过程中,逐渐减小,逐渐减小,逐渐减小,由牛顿第三定律可知,机器人对圆弧面的压力逐渐减小,B错误;
C.由分析知,机器人从B到D的过程中,逐渐减小,逐渐增大,逐渐增大,由牛顿第三定律可知,机器人对圆弧面的摩擦力逐渐增大,C错误;
D.依题可知,机器人最高可以到D点,则在D点时,机器人受到的摩擦力达到最大值,如图所示
分解重力得,由,得,D错误。
故选A。
【变式训练2·变载体】港珠澳大桥是目前全球最长的跨海大桥,风帆造型的九洲航道桥部分如图所示,这部分斜拉桥的一根塔柱两侧共有8对钢索,每对钢索等长。每一条钢索与塔柱成角,底部穿过桥面固定在桥面下,若不计钢索的自重,且假设每条钢索承受的拉力大小均为F,下列说法正确的是( )
A.该塔柱所承受的8对钢索的合力大小为
B.该塔柱所承受的8对钢索的合力大小为
C.若仅升高塔柱的高度,钢索承受的拉力变大
D.若仅升高塔柱的高度,钢索承受的拉力不变
【答案】A
【详解】AB.每一条钢索与塔柱成α角,则塔柱两侧每一对钢索对塔柱拉力的合力都沿竖直方向向下,所以8对钢索对塔柱的合力大小等于16条钢索沿竖直向下的分力的和,故
故A正确,B错误;
CD.合力一定,分力间的夹角越小,则分力越小,若仅升高塔柱的高度,钢索与塔柱夹角变小,钢索承受的拉力变小,故C错误,D错误。
故选A。
考点二 活结与死结绳模型、动杆和定杆模型
知●识●解●构
知识点1 活结与死结绳模型 重
分类
模型结构(举例)
模型解读
模型特点
“活结”模型
“活结”一般由绳跨过滑轮或绳上挂一光滑挂钩而形成,绳子因“活结”而弯曲,但实际为同一根绳
“活结”两侧的绳子上的张力大小处处相等
“死结”模型
“死结”把绳子分为两段,且不可沿绳子移动,“死结”两侧的绳因结而变成两根独立的绳
“死结”两侧的绳子上张力不一定相等
知识点2 动杆和定杆模型
1.动杆模型
模型结构
模型解读
模型特点
轻杆用光滑的转轴或铰链连接,轻杆可围绕转轴或铰链自由转动
当杆处于平衡时,杆所受的弹力方向一定沿杆
2.定杆模型
模型结构
模型解读
模型特点
轻杆被固定在接触面上,不发生转动
杆所受的弹力方向不一定沿杆,可沿任意方向
考●向●破●译
考向1 活结与死结绳模型【重】
例1如图所示,“”形硬钢架竖直固定放置,OM沿竖直方向,∠MON=30°。一个光滑的轻环套在ON上,一根足够长的轻绳穿过轻环,一端固定在A点,另一端悬挂质量为m的物体。当系统处于稳定状态时,ON受到轻环的弹力大小为( )
A.mg B. C. D.
【答案】A
【详解】对轻环受力分析如图所示
绳子张力处处相等,均为mg,轻环光滑,没有摩擦,由平行四边形法则可知,弹力方向在两段绳子夹角的角平分线上,由几何关系可知,两段绳子夹角为120°,则N=mg
故选A。
▶新思维◀【变式训练1·变考法】物理兴趣小组开展“模拟古代投石机牵引装置”的实验,小组成员用一根足够长的光滑硬钢丝弯折成如图所示形状AOBC,并竖直固定在实验架上。其中OB是竖直方向,BC是水平方向,∠AOB=53°。为模拟牵引效果,他们用一个光滑的轻环套在硬钢丝的OA上,取一根足够长的轻绳,一端固定在OB上的P点,穿过小环后,轻绳另一端吊着一个可视为质点、质量为M的模拟配重块。整个装置处于平衡状态时,轻环位于硬钢丝OA上的Q点。已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.若仅增加配重块的质量,轻环在硬钢丝OA上的Q点位置会远离O点
B.若仅将绳端P沿硬钢丝OB方向向下缓慢移动,轻绳上张力会变大
C.若仅将绳端P从B点开始沿硬钢丝BC方向向左缓慢移动,硬钢丝OA受到轻环的压力会变大
D.若仅将∠AOB减小到30°,轻环在硬钢丝OA上的Q点位置会下移
【答案】D
【详解】A.轻环光滑,轻绳上的张力处处相等
由于轻环受到OA的支持力方向是垂直于OA的,故两段轻绳的方向关于垂直OA方向对称,有
由于QM与OB平行,因此
则两绳间夹角为
只增加配重质量不会改变两绳的夹角,环的位置不动,A错误;
BC.将P点沿OB或BC方向移动,环的位置会跟着移动,但两绳夹角仍然不变,轻绳的张力不变,两轻绳对环的作用力不变,BC错误;
D.当减小到时,两轻绳的夹角
夹角变大,OP长度不变,故轻环的位置要下移远离O点一段距离,故D正确。
故选 D。
【变式训练2·变考法】(多选)“抖空竹”是中国传统的体育活动之一。现将抖空竹中的过程简化成如图所示模型:不可伸长的轻绳系于两根轻杆的端点位置,左、右手分别握住两根轻杆的另一端,一定质量的空竹架在轻绳上,左手抬高的同时右手放低,使绳的两个端点沿竖直面内等腰梯形的两个腰(梯形的上下底水平)匀速移动,即两端点分别自A、C两点,沿AB、CD以同样大小的速度匀速移动,忽略摩擦力及空气阻力的影响,则在变化过程中,下列说法正确的是( )
A.左右两绳的夹角不变 B.左右两绳的夹角减少
C.轻绳的张力变大 D.轻绳的张力大小不变
【答案】AD
【详解】对空竹受力分析,同一根绳子拉力处处相等,所以 ,如图所示
设F1与水平方向的夹角为α,F2与水平方向的夹角为β,根据共点力平衡,在水平方向上有
所以
所以两根绳与竖直方向的夹角相等,设为,则有
解得
两端点沿AB、CD以同一速度匀速移动,则移动过程的位移大小相等,两端点在水平方向上的距离不变,所以不变,则F1和F2均不变,且两者大小相等。
故选AD。
思维建模 “晾衣架”中的“活结”问题
1.模型结构示例
2.模型解读
如图所示,晾晒衣服的绳子轻且光滑,悬挂衣服的衣架的挂钩也是轻质光滑的,轻绳两端分别固定在两根竖直杆上的A、B两点,衣服处于静止状态。如果保持绳子A端位置不变,将B端分别移动到不同的位置。结点为O。
由于绳子拐弯处是平滑连接,故FOA=FOB=F
水平方向:Fsin θ1=Fsin θ2,结合几何关系知θ1=θ2=θ
竖直方向:Fcos θ+Fcos θ=mg
故F=,可知F只与θ有关。
由几何关系:sin θ=(L为绳的总长)。
可知θ只与两杆之间的水平距离d有关。
3.模型特点:若d不变,上、下移动绳子B端,θ不变,F不变;两杆之间水平距离越远,θ越大,F越大。
考向2 动杆和定杆模型【重】
例2如图,轻杆AB的左端用铰链与竖直墙壁连接,轻杆CD的左端固定在竖直墙上,图甲中两轻绳分别挂着质量为m1、m2的物体,另一端系于B点,图乙中两轻绳分别挂着质量为m3、m4的物体,另一端系于D点。四个物体均处于静止状态,图中轻绳OB、OD与竖直方向的夹角均为=30∘,下列说法正确的是( )
A.甲图中,绳子OB的拉力大小为2m2g
B.甲图中,轻杆AB对B点的弹力大小为m1g
C.乙图中,绳子的拉力大小一定为2m4g
D.甲、乙两图中,若m1=m3,则绳子OB与的拉力大小相等
【答案】D
【详解】A.甲图中轻杆AB对外的弹力方向沿杆,对结点B进行受力分析,如图所示
根据平衡条件可知,故A错误;
B.由图像可知轻杆的弹力,故B错误;
C.图乙中的轻杆CD是固定在墙面上的,所以杆上的弹力方向不一定沿着轻杆,无法判断此时的两个物体与的质量关系,故C错误;
D.在甲、乙两图中,同一个绳上的拉力是相等的,有和
所以当时
有,故D正确。
故选D。
【变式训练1】·变情境图(a)为明代画家倪端创作的《捕鱼图》的局部,图(b)是对其中捕鱼器械的简化模型:轻质撑杆OA可绕岸边O点自由转动,渔网用轻绳AC系于撑杆上端的A点,站在岸上的渔翁拉动系在撑杆上端的轻绳AB,即可向上提起渔网。某次渔网被缓慢向上提起,当轻绳AB,AC与撑杆的夹角均为时,作用在轻绳AB的拉力大小为F,则此时岸对撑杆的作用力大小为( )
A. B. C. D.F
【答案】B
【详解】轻质撑杆OA杆为活杆,对端点A受力分析,杆对其作用力沿杆的方向,轻绳AC、轻绳AB对端点A拉力,由拉力的对称性及共点力的平衡,得杆对其支持力为
即此时岸对撑杆的作用力大小为
故选B。
【变式训练2·变考法】某同学搭建了一个甲烷分子球棍模型,并将其静置在光滑水平桌面上,如图所示。质量均为m的四个相同小球a,b,c,d通过轻杆连接在小球O周围,形成正四面体结构。已知小球O质量为M,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.轻杆1对小球d的作用力大小为Mg
B.桌面对小球a的弹力大小为
C.轻杆2对小球b的作用力大小为
D.小球O受到四根轻杆的合力大小等于
【答案】C
【详解】A.对小球d,根据平衡条件可得轻杆1对小球d的作用力大小为,故A错误;
B.对整体,根据平衡条件可得
所以,故B错误;
C.对小球b,根据平衡条件可得
所以轻杆2对小球b的作用力大小为,故C正确;
D.对小球O,根据平衡条件可得
即小球O受到四根轻杆的合力大小等于Mg,故D错误。
故选C。
考点三 受力分析
知●识●解●构
知识点1 受力分析的顺序、方法及注意事项
1.受力分析的一般顺序:先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力.
2.研究对象选取方法:
(1)整体法和隔离法.
①当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法.
②在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法.
③整体法和隔离法不是独立的,对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法.
(2)动力学分析法:
对加速运动的物体进行受力分析时,应用牛顿运动定律进行分析求解的方法.
3.受力分析的六个注意点
(1)不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆。
(2)每一个力都应找出其施力物体,不能无中生有。
(3)合力和分力不能重复考虑。
(4)涉及弹簧弹力时,要注意拉伸或压缩可能性分析。
(5)分析摩擦力时要特别注意摩擦力的方向。
(6)对整体进行受力分析时,组成整体的几个物体间的作用力为内力,不能在受力分析图中出现;当把某一物体隔离分析时,原来的内力变成外力,要在受力分析图中画出。
✨得分速记 受力分析的一般步骤
考●向●破●译
考向一 单个物体的受力分析【重】
例1如图所示,智能机械手从左右两边夹住物体,使其从图示位置在竖直面内绕点缓慢旋转半周,则( )
A.图示时刻物体共受到4个力的作用
B.增大对物体的压力,物体所受的摩擦力一定变大
C.转动过程中物体所受摩擦力先减小后增大
D.机械手对物体的作用力大于物体对机械手的作用力
【答案】C
【详解】A.物体受到重力、左侧机械手的压力、右侧机械手的压力、左侧机械手的静摩擦力、右侧机械手的静摩擦力,共5个力的作用,故A错误;
B.物体缓慢转动,处于平衡状态,受到的摩擦力为静摩擦力。设物体侧面与竖直方向夹角为,根据平衡条件,沿侧面方向有
可知摩擦力大小与压力无关(只要压力足够大以维持静止),故B错误;
C.转动过程中,物体侧面与竖直方向的夹角从变为,的绝对值先减小后增大,由可知,物体所受摩擦力先减小后增大,故C正确;
D.机械手对物体的作用力与物体对机械手的作用力是一对相互作用力,根据牛顿第三定律,二者大小相等,故D错误。
故选C。
【变式训练1·变考法】冰箱贴是一种采用磁性材料制成的生活用品,主要用于装饰冰箱表面及固定便签。现有一小巧美观的冰箱贴贴在冰箱的竖直表面上,如图所示,当冰箱贴静止不动时,下列说法正确的是( )
A.冰箱贴共受到三个力的作用
B.冰箱对冰箱贴的支持力大小等于冰箱贴所受重力的大小
C.冰箱对冰箱贴的作用力大小等于冰箱贴所受重力的大小
D.冰箱对冰箱贴的作用力大小大于冰箱贴所受重力的大小
【答案】C
【详解】A.冰箱贴共受到重力、摩擦力、冰箱门的磁吸引力、冰箱门的弹力,共四个力的作用,故A错误;
B.冰箱对冰箱贴的支持力大小与冰箱贴所受重力的大小无关,故B错误;
CD.根据平衡条件可知冰箱对冰箱贴的作用力大小等于冰箱贴所受重力的大小,故C正确,D错误。
故选C。
【变式训练2·变考法】(多选)擦玻璃机器人擦玻璃的原理主要基于真空吸附和智能控制技术,机器人可以吸附在玻璃上不会掉落是通过机身底部的真空泵抽取机身与玻璃之间的空气,使二者间形成局部真空环境,靠大气压力把机器人压在玻璃上。如图所示,质量为的机器人静止在与水平方向夹角为的玻璃的上表面,机器人与玻璃表面的滑动摩擦力大小为(重力加速度为),。下列说法正确的是( )
A.机器人受到三个力作用
B.若要机器人水平向右匀速运动擦拭玻璃,则需为其提供大小为的牵引力
C.若要机器人水平向右匀速运动擦拭玻璃,则需为其提供水平向右的牵引力
D.若要机器人以0.2g的加速度水平向右匀加速运动擦拭玻璃,则需为其提供的牵引力
【答案】BD
【详解】A.机器人静止时受到重力、支持力、大气压力和摩擦力作用,A错误;
BC.机器人水平向右匀速运动时受到水平向左,大小为的摩擦力,其重力沿玻璃向下的分量为,故牵引力,牵引力在重力沿玻璃分量及摩擦力合力的反方向上,B正确,C错误;
D.若要机器人以的加速度水平向右匀加速运动擦拭玻璃,则水平方向
牵引力为,D正确。
故选BD。
考向二 多个物体的受力分析【重】
例2 (多选)如图所示,长方体木块A放在固定的铁质材料斜面B上时恰好静止。现将一块磁铁C轻放在木块A的上表面,磁铁与木块间、木块与斜面间的接触面均粗糙,且磁铁与木块始终保持相对静止。则下列说法正确的是( )
A.木块A将沿斜面下滑 B.木块A仍恰好保持静止
C.磁铁C受4个力作用 D.磁铁C对木块A的摩擦力平行于斜面向下
【答案】CD
【详解】A B.设木块质量为M,磁铁质量为m, 斜面倾角为,长方体木块A放在固定的铁质材料斜面B上时恰好静止,由平衡条件
即,现将一块磁铁C轻放在木块A的上表面,且磁铁与木块始终保持相对静止,把磁铁和木块看作一个整体,受重力,斜面的支持力和摩擦力,斜面的吸引力F,此时有
即放上磁铁后木块静止,故AB错误;
C.磁铁受重力,木块的支持力和摩擦力,斜面的吸引力四个力,故C正确;
D.因磁铁和木块静止于斜面上,磁铁受到的静摩擦力沿斜面向上,由牛顿第三定律,磁铁C对木块A的摩擦力平行于斜面向下,故D正确。
故选CD。
【变式训练1·变考法】(多选)半圆柱体P、Q按如图所示的方式放置,P贴着墙面,Q贴着地面,P、Q均处于静止状态,若P与Q接触面光滑,下列说法正确的是( )
A.P一定受到四个力的作用 B.P可能受到三个力的作用
C.Q一定受到四个力的作用 D.Q可能受到三个力的作用
【答案】BC
【详解】AB.对P受力分析,P受竖直向下的重力、垂直于PQ接触面向上的支持力、墙面向右的弹力,也可能受墙面的摩擦力,所以P可能受三个力作用,也可能受四个力作用,故A错误,B正确;
CD.对Q受力分析,Q受竖直向下的重力、地面竖直向上的支持力、垂直于PQ接触面向下的压力、地面向左的摩擦力,所以Q一定受四个力作用,故C正确,D错误。
故选BC。
【变式训练2·变考法】(多选)如图所示,A、B、C三个刚性物块叠放并处于静止状态,水平地面光滑,其他接触面粗糙,则( )
A.B与C之间存在静摩擦力
B.A与墙面间不可能存在静摩擦力
C.B物块共受4个力作用
D.若在A物块上表面施加竖直向下的压力,不断增大,最终C将向左滑动。
【答案】BC
【详解】B.以三个物体组成的整体为研究对象,水平方向上,由于地面光滑,地面对C没有摩擦力,根据平衡条件得知,墙对A没有压力,因而也没有摩擦力,B正确;
A.对AB整体研究:水平方向上:墙对A没有压力,则由平衡条件分析可知,C对B没有摩擦力,A错误;
C.以B物体为研究对象,受到重力、A的压力和摩擦力、C的支持力,共四个力作用,C正确;
D.BC之间没有摩擦力,若在A物块上表面施加竖直向下的压力F,不断增大F,只会增大B对C向下的压力,C仍将处于平衡状态,不会滑动,D错误。
故选BC。
思维建模 受力分析时的整体法与隔离法的应用
1.当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法。
2.在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时,宜用隔离法。
3.整体法和隔离法不是独立的,对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法。
真题溯源·考向感知
——溯源真题逻辑,感知高考考向
1.(2025·北京·高考真题)如图所示,长方体物块叠放在斜面上,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
【答案】C
【详解】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、B还受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。
故选C。
2.(2025·陕晋青宁卷·高考真题)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、夹角为,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. B. C. D.0
【答案】D
【详解】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。ABC错误,D正确。
故选D。
3.(2025·河北·高考真题)如图,内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上,左右边沿等高。该截面内,一根不可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球,一端固定于凹槽左边沿,另一端过右边沿并沿绳方向对其施加拉力F。小球半径远小于凹槽半径,所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点,则F的最大值为( )
A. B. C.G D.
【答案】B
【详解】分析可知当凹槽底部对小球支持力为零时,此时拉力F最大,根据平衡条件有
解得
故选B。
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