第4讲　牛顿第三定律　共点力的平衡 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 以牛顿第三定律为基础，通过受力分析过渡到共点力平衡，形成从概念辨析到综合应用的递进训练体系，注重科学思维中的模型建构与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |牛顿第三定律|2题|结合磁悬浮陀螺、感应飞行器等实例，考查作用力与反作用力、平衡力辨析|从相互作用本质出发，建立“力的成对性”认知| |受力分析|2题|以风动石、黄河铁牛为情境，分析物体静止状态下的受力关系|承接牛顿第三定律，培养“整体法与隔离法”分析能力| |共点力平衡|3题|涵盖绳系物体、接触弹力、双圆柱系统，涉及力的合成与分解|深化受力分析，形成“平衡条件应用”的解题框架| |综合提升练|4题|包括悬浮桌、靠墙静蹲、灯笼悬挂系统及拱形结构解答题，考查多力平衡与临界问题|整合前序知识，提升复杂情境下的科学推理与模型建构能力|

第4讲　牛顿第三定律　共点力的平衡 (分值:60分) 选择题:1~7题每小题5分,8~10题每小题6分,共53分 基础对点练 题组一　牛顿第三定律 1.(多选)(2025黑龙江哈尔滨模拟)有一种很火的玩具——磁悬浮陀螺,依靠磁场力可以让旋转的陀螺悬浮在空中,如图所示。对处于悬浮状态的陀螺,下列说法正确的是(　　) A.陀螺处于完全失重状态 B.陀螺竖直方向上受力平衡 C.底座对桌面的压力和桌面对底座的支持力是一对平衡力 D.桌面对底座的支持力大于底座的重力 2.一种感应飞行器的示意图如图所示,它的底部设置了感应器装置,主要通过手控感应飞行。只需要将手置于离飞行器底部一定距离处,就可以使飞行器静止悬浮在空中,操作十分方便。下列说法正确的是(　　) A.手对飞行器的作用力与飞行器所受的重力是一对平衡力 B.空气对飞行器的作用力与飞行器所受的重力是一对平衡力 C.空气对飞行器的作用力和空气对手的作用力是一对作用力和反作用力 D.因为空气会流动,所以螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力大小不相等 题组二　受力分析 3.(2025福建卷)漳州著名景点风动石可随风微动。无风时,山体对风动石的作用力为F1,当水平微风吹过时,石随风微动,但依然处于静止状态,此时山体对石的作用力为F2,则(　　) A.F1的大小小于F2的大小 B.F1的大小大于F2的大小 C.F1的大小等于F2的大小 D.F1与F2大小关系与风力大小有关 4.(2025广东深圳一模)黄河铁牛是世界桥梁史上的传世之宝。如图所示,唐代蒲津浮桥通过两岸的铁牛固定,铁牛底部的铁柱插入地下。铁牛受到3个力,其中桥索对铁牛的拉力为F1,铁柱对铁牛的作用力为F2,铁牛自身重力为G,则(　　) A.桥索对铁牛的拉力F1可以不沿桥索方向 B.铁柱对铁牛的作用力F2一定沿着铁柱向上 C.F1与F2的合力竖直向上 D.若F1增大,则F2减小 题组三　共点力的平衡 5.(2025重庆卷)现代生产生活中常用无人机运送物品,如图所示,无人机携带质量为m的匀质钢管在无风的空中悬停,轻绳M端和N端系住钢管,轻绳中点O通过缆绳与无人机连接。MO、NO与竖直方向的夹角均为60°,钢管水平。则MO的弹力大小为(　　)(重力加速度为g) A.2mg B.mg C.mg D.mg 6.如图甲为球馆经常使用的简易置球架,支撑篮球的两根横梁可视为光滑且水平平行,如图乙所示。当质量为m的篮球静止在置球架上时,每根横梁对篮球的弹力为FN。已知篮球的半径为R,两横梁的间距为D,下列说法正确的是(　　) A.若两横梁的间距D增大,则弹力FN增大 B.若两横梁的间距D增大,则弹力FN减小 C.若仅增大篮球的半径R,则弹力FN增大 D.若仅增大篮球的半径R,则弹力FN不变 7.(2025湖南张家界模拟)完全相同的两个光滑圆柱体的截面如图所示,对b施加沿着水平直径向左的推力F,使a紧靠竖直墙壁,且a的圆心与b的最高点在同一水平线上,a、b均保持静止状态。已知a、b的质量均为m,重力加速度为g,则推力F的大小为(　　) A.mg B.mg C.3mg D.2mg 综合提升练 8.(2025广东清远模拟)如图甲所示的“悬浮桌”,其圆形桌面(及“桌面支架”)完全靠4条钢绳维系。底座“支撑支架”上端(位于桌面中心正下方)通过一根竖直轻质“承重钢绳”连接“桌面支架”下端,将桌面和“桌面支架”悬挂起来;为了防止桌面侧翻,桌面边缘圆周线上三等分处,分别用完全相同的轻质“平衡钢绳”与底座上的圆周三等分点拉紧;三条“平衡钢绳”与地面夹角均为θ(如图乙所示),且其拉力大小均为FT。已知桌面及“桌面支架”的总重力为G。则“承重钢绳”的拉力大小为(　　) A.G+3FTsin θ B.G+3FTcos θ C.3FTsin θ-G D.3FTcos θ-G 9.(2025广东佛山一模)靠墙静蹲是一种训练腿部肌肉的方式,如图所示。若此人体重为G,静蹲时竖直墙壁对人的弹力大小为FN、方向水平向右,忽略墙壁对人的摩擦,鞋底与水平地面间的动摩擦因数为μ,则下列说法正确的是(　　) A.地面对脚的摩擦力大小为μG,方向水平向左 B.脚对地面的摩擦力大小为FN,方向水平向左 C.地面对人的作用力大小为 D.地面和墙壁对人的作用力的合力大小为 10.(2025广东中山期末)如图所示,由七根等长的轻质细绳悬挂起六个质量相等的灯笼,中间的细绳是水平的,另外六根细绳与水平方向所成夹角分别为θ1、θ2和θ3。关于θ1、θ2和θ3,下列关系式正确的是(　　) A.θ1∶θ2∶θ3=3∶2∶1 B.sin θ1∶sin θ2∶sin θ3=3∶2∶1 C.tan θ1∶tan θ2∶tan θ3=3∶2∶1 D.cos θ1∶cos θ2∶cos θ3=1∶2∶3 11.(7分)(2025广东惠州期末)拱形结构在建筑中被广泛应用,如图是两位老师搭建的拱桥模型简化图,整个模型静止在水平桌面上。构件1与构件3相对正中央的构件2左右对称,假设构件2的左右两侧面与竖直方向夹角均为θ=37°,构件1、2、3质量均为m,构件1、3与水平桌面间动摩擦因数均为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,其余摩擦力忽略不计,重力加速度大小为g,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求: (1)构件1对构件2的弹力大小; (2)构件1对水平桌面的压力大小; (3)构件1、3与桌面间动摩擦因数μ的最小值。 答案： 1.BD　解析 处于悬浮状态的陀螺,在竖直方向上处于平衡状态,即向上的磁场力与向下的重力平衡,因此陀螺既不超重也不失重,A错误,B正确;底座对桌面的压力和桌面对底座的支持力是一对作用力和反作用力,C错误;由题意可知,磁场对陀螺有向上的磁场力作用,由牛顿第三定律可知,底座也受向下的磁场力作用,对底座由平衡条件可知,桌面对底座的支持力等于底座的重力与所受磁场力的合力,因此桌面对底座的支持力大于底座的重力,D正确。 2.B　解析 手与飞行器没有接触,手对飞行器没有作用力,空气对飞行器的作用力与飞行器所受的重力是一对平衡力,选项A错误,B正确;空气对飞行器的作用力和飞行器对空气的作用力是一对作用力和反作用力,选项C错误;由牛顿第三定律可知,螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力大小相等,选项D错误。 3.A　解析 无风时,由力的平衡可知,山体对风动石的作用力F1=mg,有水平风吹过时,对风动石受力分析,如图所示,可知此时山体对石的作用力F2=>F1=mg,即F2>F1,A正确。 4.C　解析 桥索对铁牛的拉力F1一定沿桥索方向,故A错误;根据三个力的合成可知铁柱对铁牛的作用力F2一定与铁索对铁牛的作用力F1和铁牛自身重力G合力的方向相反,不一定沿着铁柱向上,故B错误;由上述分析可知铁索对铁牛的作用力F1与铁柱对铁牛的作用力F2的合力与铁牛自身重力等大反向,方向竖直向上,故C正确;根据共点力平衡条件及矢量三角形法则可知若F1增大,则F2增大,故D错误。 5.B　解析 以钢管为研究对象,设轻绳的拉力为FT,根据对称性可知两边绳子拉力相等,根据平衡条件2FTcos 60°=mg,解得FT=mg,故选B。 6.A　解析 对篮球进行受力分析,如图所示,根据平衡条件可得mg=2FNcos θ,由几何条件可知cos θ=,解得FN=,则两横梁的间距D增大时,弹力FN增大,篮球的半径R增大时,弹力FN减小。故选A。 7.A　解析 设a、b连线与水平方向的夹角为θ,根据几何关系有sin θ=,解得θ=30°,对a受力分析,受到重力、b对a的弹力和墙对a的弹力,根据平衡条件可得tan 30°=,解得F墙=mg,以a、b为整体,根据平衡条件可得推力F的大小为F=F墙=mg,故选A。 8.A　解析 桌面及“桌面支架”受到竖直向下的重力G、三条与水平方向成θ角的钢绳的斜向下方的拉力FT和承重钢绳的竖直向上的拉力F,根据竖直方向受力平衡有F=G+3FTsin θ,故选A。 9.C　解析 对人受力分析,在水平方向根据平衡条件可知,人受到墙壁对人水平向右的弹力FN和地面对人水平向左的摩擦力f,大小相等,即f=FN,根据牛顿第三定律可知,脚对地面的摩擦力水平向右,大小为FN,故A、B错误;在竖直方向上,根据平衡条件可知,地面对人竖直向上的支持力和人的重力,大小相等,即Fy=G,在水平方向上f=FN,所以,地面对人的作用力大小为F=,故C正确;对人受力分析,人受到地面对人的作用力、墙壁对人的弹力和重力,根据平衡条件可知,地面和墙壁对人的作用力的合力与人的重力等大反向,故D错误。 10.C　解析 以左侧三个灯笼为研究对象,可得FT1sin θ1=3mg,FT1cos θ1=F,以左侧下方2个灯笼为研究对象,可得FT2sin θ2=2mg,FT2cos θ2=F,以左侧最下方灯笼为研究对象,可得FT3sin θ3=mg,FT2cos θ3=F,所以有tan θ1∶tan θ2∶tan θ3=3∶2∶1,故选C。 11.答案 (1)mg　(2)mg　(3) 解析 (1)由对称性可知,构件1、3对构件2的弹力大小相等,设为F 对构件2受力分析如图甲所示 甲 由平衡条件可得2Fsin 37°=mg 解得F=mg。 (2)由对称性可知,桌面对构件1、3的支持力和摩擦力大小相等,把三块构件看成一个整体,受力分析如图乙所示,由平衡条件可得2FN=3mg 乙 解得FN=mg。 (3)由对称性可知,构件1、3对构件2的弹力大小相等,构件1、3所受地面的摩擦力大小也相等,对构件1受力分析如图丙所示,由平衡条件可得f=F'cos 37° 丙 若系统刚好静止,μ最小,则f1=μminFN 解得μmin=。 6 学科网（北京）股份有限公司 $