广州市2019年高中物理力学竞赛辅导资料专题04受力分析(含解析).doc
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1、专题04 受力分析一、平衡状态下的受力分析1L形木板P(上表面光滑)放在固定斜面上,轻质弹簧一端固定在木板上,另一端与置于木板上表面的滑块Q相连,如图1所示。若P、Q一起沿斜面匀速下滑,不计空气阻力。则木板P的受力个数为()图1A3 B4C5 D6【解析】选C在它们一起沿斜面匀速下滑的过程中,弹簧对Q必然有弹力,再选木板P为研究对象,它受到重力、斜面的支持力、斜面的摩擦力、Q对它的压力及弹簧对它的向下的弹力5个力的作用。2如图2所示,石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块,侧面与竖直方向的夹角为,重力加速度为g,若接触面间的摩擦力忽略不计,则石块侧面所受弹力的大小为() 图2ABCmgtan
2、 Dmgcot 【解析】选A楔形石块受力如图。将弹力沿水平方向和竖直方向分解,由竖直方向受力平衡可得mg2Fcos(90),解得F,故本题答案为A。3如图,两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上;一细线穿过两轻环,其两端各系一质量为m的小球。在a和b之间的细线上悬挂一小物块。平衡时,a、b间的距离恰好等于圆弧的半径。不计所有摩擦。小物块的质量为()A. B.m Cm D2m【解析】如图所示,圆弧的圆心为O,悬挂小物块的点为c,由于abR,则aOb为等边三角形,同一条细线上的拉力相等,Tmg,合力沿aO方向,则aO为角平分线,由几何关系知,acb120,故绳的拉力的合力与物块的重力大小相
3、等,即每条线上的拉力TGmg,所以小物块质量为m,故C对。4如图,滑块A置于水平地面上,滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直),此时A恰好不滑动,B刚好不下滑已知A与B间的动摩擦因数为1,A与地面间的动摩擦因数为2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力A与B的质量之比为()A.B.C.D.【解析】 B对物体A、B整体在水平方向上有F2(mAmB)g;对物体B在竖直方向上有1FmBg;联立解得:,选项B正确5如图所示,斜面体A上的物块P,用平行于斜面体的轻弹簧拴接在挡板B上,在物块P上施加水平向右的推力F,整个系统处于静止状态,下列说法正确的是()A物块P与斜面之间一定存在摩擦力B轻弹簧一定
4、被拉长C地面对斜面体A一定存在摩擦力D若增大推力F,则弹簧弹力一定减小【解析】C若物块P受到弹簧的弹力与物块的重力及推力F、支持力平衡,则不受摩擦力,选项A错误;若物块P受到支持力与物块的重力及推力F三力平衡,则无弹簧弹力,选项B错误;物块P、斜面A及弹簧相对静止,可看成一整体,受到的水平面的摩擦力等于推力F,选项C正确;增大推力F,根据此时静摩擦力的特点,即ffm,判断弹簧弹力减小、不变或者增大都有可能,选项D错误。6如图所示,a、b两个小球穿在一根光滑的固定杆上,并且通过一条细绳跨过定滑轮连接。已知b球质量为m,杆与水平面成角,不计所有摩擦,重力加速度为g。当两球静止时,Oa段绳与杆的夹角
5、也为,Ob段绳沿竖直方向,则下列说法正确的是()Aa可能受到2个力的作用Bb可能受到3个力的作用C绳子对a的拉力等于mgDa的重力为mgtan 【解析】C对a、b受力分析可知,a一定受3个力,b一定受2个力作用,选项A、B错误;对b受力分析可知,b受绳子拉力等于mg,因此绳子对a的拉力等于mg,选项C正确;对a受力分析,Gasin mgcos ,可得:Ga,选项D错误。7如图所示,水平桌面上平放有一堆卡片,每一张卡片的质量均为m。用一手指以竖直向下的力压第1张卡片,并以一定速度向右移动手指,确保第1张卡片与第2张卡片之间有相对滑动。设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同,手指与第1张卡片之间的动摩擦因
6、数为1,卡片之间、卡片与桌面之间的动摩擦因数均为2,且有12,则下列说法正确的是()A任意两张卡片之间均可能发生相对滑动B上一张卡片受到下一张卡片的摩擦力一定向左C第1张卡片受到手指的摩擦力向左D最后一张卡片受到水平桌面的摩擦力向右【解析】B对第一张卡片而言,手指对第一张卡片的滑动摩擦力为1F,由于与第二张之间有相对滑动,则2(Fmg)1F;则对第二张卡片而言,第一张卡片对第二张卡片的静摩擦力为2(Fmg),而下一张卡片对第二张卡片的最大静摩擦力为2(F2mg)2(Fmg)成立,可知第二张卡片也不会产生滑动,以此类推,故任意两张卡片之间均不可能发生相对滑动,选项A错误;对任意一张卡片来说,上表
7、面受到的静摩擦力向右,下表面受到的下一张的静摩擦力向左,选项B正确;第1张卡片受到手指的摩擦力向右,选项C错误;最后一张卡片受到水平桌面的摩擦力向左,选项D错误。8 (多选)如图甲、乙所示,一物块在粗糙斜面上,在平行斜面向上的外力F的作用下,斜面和物块始终处于静止状态。当外力F按照图乙的规律变化时,下列说法中正确的是()A地面对斜面的摩擦力逐渐减小B地面对斜面的摩擦力逐渐增大C物块对斜面的摩擦力可能一直增大D物块对斜面的摩擦力可能一直减小【解析】AC将两者看做一个整体,整体受到重力,支持力,拉力和地面的摩擦力,因为两物体始终处于静止状态,所以合力为零,故有fFcos ,当F逐渐减小时,地面对斜
8、面的摩擦力在减小,A正确,B错误;隔离小物块,若拉力的最大值大于重力平行斜面的分力,静摩擦力沿着斜面向下,则:Ffmgsin 0,故拉力减小后,静摩擦力先减小后反向增加;若拉力的最大值小于重力的平行斜面的分力,静摩擦力沿着斜面向上,则:Ffmgsin 0,故拉力减小后,静摩擦力一直增大,故C正确,D错误。9如图所示,质量为m的物体A静止在倾角为30、质量为M的斜面体B上。现用水平力F推物体A,在F由零增大至mg再逐渐减为零的过程中,A和B始终保持静止。对此过程下列说法正确的是()A地面对B的支持力大于(Mm)gBA对B的压力的最小值为mg,最大值为mgCA受到摩擦力的最小值为0,最大值为mgD
9、A受到摩擦力的最小值为0,最大值为mg【解析】D对A、B整体应用平衡条件可得地面对B的支持力等于(Mm)g,A项错;对A受力分析如图所示。当F0时,A对B的压力最小,如图(1)为FN1mgcos mg,当Fmg,A对B的压力最大,如图(2)为FN2mgcos 30mgsin 30mg,B项错;当Fcos 30mgsin 30,即Fmg(在0mg之间)时,A受的静摩擦力为零,当Fmg时,如图(2),由平衡条件得:摩擦力FfFcos 30mgsin 30mg,最大,故C项错,D项正确。10如图所示,斜面放置于粗糙水平地面上,物块A通过跨过光滑定滑轮的轻质细绳与物块B连接,系统处于静止状态,现对B施
10、加一水平力F使B缓慢地运动,使绳子偏离竖直方向一个角度(A与斜面均保持静止),在此过程中()A斜面对物块A的摩擦力一直增大B绳对滑轮的作用力不变C地面对斜面的摩擦力一直增大D地面对斜面的支持力一直增大【解析】C因为物块A一直保持静止,沿平行于斜面方向受到的静摩擦力和重力沿斜面向下的分力,以及绳子的拉力,三者大小关系不能确定,所以无法判断静摩擦力的变化,A错误;设细绳与竖直方向夹角为,则有:Fmgtan ;因为过程中在增大,所以拉力在增大,因为滑轮受到两端绳子的压力,而绳拉力的大小在变化,所以绳子对滑轮的作用力也在变化,B错误;将A、B和斜面体看做一个整体,整体在水平方向上受到拉力F和地面给的摩
11、擦力,拉力在增大,所以摩擦力在增大,C正确;整体在竖直方向上只受重力和支持力,所以地面对斜面的支持力不变,D错误。11(多选)如图3所示,甲、乙两物体用压缩的轻质弹簧连接静置于倾角为的粗糙斜面体上,斜面体始终保持静止,则下列判断正确的是() 图3A物体甲一定受到4个力的作用B物体甲所受的摩擦力方向一定沿斜面向下C物体乙所受的摩擦力不可能为零D水平面对斜面体无摩擦力作用【解析】CD若压缩的弹簧对甲向上的弹力大小恰好等于m甲gsin ,则甲只受三个力作用,A、B错误;因弹簧对乙有沿斜面向下的弹力,乙的重力也有沿斜面向下的分力,故乙一定具有向下运动的趋势,乙一定受沿斜面向上的摩擦力作用,C正确;取甲
12、、乙和斜面为一整体分析受力,由水平方向合力为零可得,水平面对斜面体无摩擦力作用,D正确。12.如图4所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m1和m2的小球。当它们处于平衡状态时,质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为90,质量为m2的小球位于水平地面上,设此时质量为m2的小球对地面压力大小为FN,细线的拉力大小为FT,则() 图4AFN(m2m1)gBFNm2gCFTm1gDFT(m2m1)g【解析】选B分析小球m1的受力情况,由物体的平衡条件可得,绳的拉力FT0,故C、D均错误;分析m2受力,由平衡条
13、件可得:FNm2g,故A错误,B正确。13如图5所示,a、b两个质量相同的球用线连接,a球用线挂在天花板上,b球放在光滑斜面上,系统保持静止(线的质量不计),以下图示哪个是正确的()图5【解析】选B把a、b两个质量相同的球看作整体,所受重力竖直向下,所受斜面支持力垂直斜面向上,根据平衡条件,要使系统保持静止,悬挂在天花板上的细线应斜向右上方,但A图中小球a、b不可能处于平衡状态,故只有B图示正确。14如图6,一不可伸长的光滑轻绳,其左端固定于O点,右端跨过位于O点的固定光滑轴悬挂一质量为M的物体;OO段水平,长度为L;绳上套一可沿绳滑动的轻环。现在轻环上悬挂一钩码,平衡后,物体上升L。则钩码的
14、质量为() 图6A.MB.MC.MD.M【解析】选D平衡后,物体上升L,说明环下移后将绳子拉过来的长度为L,取环重新平衡的位置为A点,则OAOAL,由图可得mgMg,选项D正确。15如图7所示,滑轮本身的质量可忽略不计,滑轮轴O安在一根轻木杆B上,一根轻绳AC绕过滑轮,A端固定在墙上,且绳保持水平,C端挂一重物,BO与竖直方向夹角45,系统保持平衡。若保持滑轮的位置不变,改变夹角的大小,则滑轮受到木杆作用力大小变化情况是()图7A只有角变小,作用力才变大B只有角变大,作用力才变大C不论角变大或变小,作用力都是变大D不论角变大或变小,作用力都不变【解析】D由于两侧细绳中拉力不变,若保持滑轮的位置
15、不变,则滑轮受到木杆作用力大小不变,与夹角没有关系,选项D正确,A、B、C错误。16.如图8所示为位于水平面上的小车,固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为,在斜杆的下端固定有质量为m的小球。下列关于斜杆对小球的作用力F的判断中,正确的是() 图8A小车静止时,Fmgsin ,方向沿杆向上B小车静止时,Fmgcos ,方向垂直于杆向上C小车向右匀速运动时,一定有Fmg,方向竖直向上D小车向右匀加速运动时,一定有Fmg,方向一定沿杆向上【解析】小车静止或匀速向右运动时,小球的加速度为零,合力为零,由平衡条件可得,杆对球的作用力竖直向上,大小为Fmg,故A、B错误,C正确;若小车向右匀加速运动,
16、小球的合力沿水平方向向右,由牛顿第二定律可得:Fymg,Fxma,Fmg,tan ,当a的取值合适时,可以等于,但不一定相等,故D错误。17.如图9所示,一重为10 N的球固定在支杆AB的上端,用一段绳子水平拉球,使杆发生弯曲,已知绳的拉力为7.5 N,则AB杆对球的作用力() 图9A大小为7.5 NB大小为10 NC方向与水平方向成53角斜向右下方D方向与水平方向成53角斜向左上方【解析】D对小球进行受力分析可得,AB杆对球的作用力、绳子对球的拉力的合力,与小球重力等值反向,令AB杆对小球的作用力与水平方向夹角为,可得:tan ,53,故D项正确。18如图所示,与水平面夹角为30的固定斜面上
17、有一质量m1.0 kg的物体。细绳的一端与物体相连。另一端经摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧秤相连。物体静止在斜面上,弹簧秤的示数为4.9 N。关于物体受力的判断(取g9.8 m/s2)。下列说法正确的是()A斜面对物体的摩擦力大小为零B斜面对物体的摩擦力大小为4.9 N,方向沿斜面向上C斜面对物体的支持力大小为4.9 N,方向竖直向上D斜面对物体的支持力大小为4.9 N,方向垂直斜面向上【解析】因物体的重力沿斜面方向的分力mgsin 3019.80.5 N4.9 N,与弹簧秤的示数相等,故斜面对物体的摩擦力大小为0,则选项A正确,选项B错误;斜面对物体的支持力大小为mgcos 3019.8 N4
18、.9 N,方向垂直斜面向上,则选项C、D错误。19如图所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面,m2在空中),力F与水平方向成角则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是()ANm1gm2gFsinBNm1gm2gFcosCfFcosDfFsin【解析】本题考查整体法和隔离法及受力分析、物体平衡条件应用等知识点,意在考查考生对新情景的分析能力和综合运用知识的能力把两个物体看做一个整体,由两个物体一起沿水平方向做匀速直线运动可知水平方向fFcos,选项C正确,D错误;设轻弹簧中弹力为F1,弹簧方向与水平方向的夹角为,隔离m2,分析受力,
19、由平衡条件知,在竖直方向有,Fsinm2gF1sin,隔离m1,分析受力,由平衡条件知,在竖直方向有,m1gNF1sin,联立解得,Nm1gm2gFsin,选项A正确,B错误20. 如图,光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内,A端与水平面相切。穿在轨道上的小球在拉力F作用下,缓慢地由A向B运动,F始终沿轨道的切线方向,轨道对球的弹力为N。在运动过程中()AF增大,N减小 BF减小,N减小CF增大,N增大 DF减小,N增大【解析】选A小球一直受到重力、支持力、拉力作用,根据共点力平衡,有:Fmgsin ,Nmgcos (是小球转过的角度),随着夹角的增大,支持力逐渐减小,拉力逐渐增大,A项
20、正确。21.如图,一不可伸长的光滑轻绳,其左端固定于O点,右端跨过位于O点的固定光滑轴悬挂一质量为M的物体;OO段水平,长度为L;绳上套一可沿绳滑动的轻环。现在轻环上悬挂一钩码,平衡后,物体上升L。则钩码的质量为()A. M B.MC.M D.M【解析】选D平衡后,物体上升L,说明环下移后,将绳子拉过来的长度为L,取环重新平衡的位置为A点,则OAOAL,由图可得mgMg,选项D正确。22如图,在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用,F平行于斜面向上。若要物块在斜面上保持静止,F的取值应有一定范围,已知其最大值和最小值分别为F1和F2(F20)。由此可求出()A物块的质量B斜面的倾角C物块与斜面
21、间的最大静摩擦力C物块对斜面的正压力【解析】选C本题考查受力分析、力的分解、摩擦力、平衡条件及其相关知识,意在考查考生分析解决问题的能力。设斜面倾角为,斜面对物块的最大静摩擦力为f。平行于斜面的外力F取最大值F1时,最大静摩擦力f方向沿斜面向下,由平衡条件可得:F1fmgsin ;平行于斜面的外力F取最小值F2时,最大静摩擦力f方向沿斜面向上,由平衡条件可得:fF2mgsin ;联立解得物块与斜面间的最大静摩擦力f(F1F2)/2,选项C正确。23如图所示,用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂,小球处于静止状态,弹簧A与竖直方向的夹角为30,弹簧C水平,则弹簧A、C的伸长量之
22、比为()A.4 B4C12 D21【解析】选D本题考查共点力平衡问题,意在考查考生利用整体法处理平衡问题的能力。将两小球及弹簧B视为一个整体系统,该系统水平方向受力平衡,故有kxAsin 30kxC,可得xAxC21,D项正确。24如图,一小球放置在木板与竖直墙面之间。设墙面对球的压力大小为N1,球对木板的压力大小为N2。以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦,在此过程中()AN1始终减小,N2始终增大BN1始终减小,N2始终减小CN1先增大后减小,N2始终减小DN1先增大后减小,N2先减小后增大【解析】对小球受力分析,如图所示。根据物体的平衡条
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