2021届高考物理(全国通用)二轮专题专讲训练：第1讲-力与物体的平衡-Word版含解析.docx

第1讲　力与物体的平衡

一、选择题(1～8题为单项选择题，9～13题为多项选择题)
1．(2022·广东卷，14)如图1－1－18所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是
(　　)

图1－1－18
A．M处受到的支持力竖直向上
B．N处受到的支持力竖直向上
C．M处受到的静摩擦力沿MN方向
D．N处受到的静摩擦力沿水平方向
解析　M处支持力方向与支持面(地面)垂直，即竖直向上，A正确；N处支持力与支持面(原木接触面)垂直，即垂直MN向上，故B错误，摩擦力与接触面平行，故C、D错误．
答案　A
2. 如图1－1－19所示的四脚支架经常使用在架设高压线路、通信的基站塔台等领域．现有一质量为m的四脚支架置于水平地面上，其四根铁质支架等长，与竖直方向均成θ角，重力加速度为g，则每根支架对地面的作用力大小为
(　　)

图1－1－19
A. B.
C.mgtan θ D.mg
解析　设每根支架对地面的作用力大小为F，依据牛顿第三定律以及力的合成与分解学问可得4Fcos θ＝mg，解得F＝，选项B正确．
答案　B
3．如图1－1－20甲所示，斜拉桥的塔柱两侧有很多钢索，它们的一端都系在塔柱上．对于每一对钢索，它们的上端可以看成系在一起，即两根钢索对塔柱的拉力F1、F2作用在同一点，它们合起来对塔柱的作用效果应当让塔柱好像受到一个竖直向下的力F一样，如图乙所示．这样，塔柱便能稳固地伫立在桥墩上，不会因钢索的牵拉而发生倾斜，甚至倒下．假如斜拉桥塔柱两侧的钢索不能呈对称分布，如图丙所示，要保持塔柱受的合力竖直向下，那么钢索AC、AB的拉力FAC、FAB应满足
(　　)

图1－1－20
A．FAC∶FAB＝1∶1 B．FAC∶FAB＝sin β∶sin α
C．FAC∶FAB＝cos β∶cos α D．FAC∶FAB＝sin α∶sin β
解析　将AB、AC上的力分解，在水平方向上的合力应为零，有：FACsin α－FABsin β＝0，则FAC∶FAB＝sin β∶sin α，B正确．
答案　B
4．(2022·吉林省长春市调研测试)如图1－1－21甲所示，水平地面上固定一倾角为30°的表面粗糙的斜劈，一质量为m的小物块能沿着斜劈的表面匀速下滑．现对小物块施加一水平向右的恒力F，使它沿该斜劈表面匀速上滑．如图乙所示，则F大小应为
(　　)

图1－1－21
A.mg B.mg C.mg D.mg
解析　小物块能沿着斜劈的表面匀速下滑，可知小物块与斜劈表面间的动摩擦因数μ＝tan 30°.由小物块能沿着斜劈表面匀速上滑，沿斜面方向列平衡方程，可得Fcos 30°＝mgsin 30°＋μFN，垂直斜面方向有FN＝Fsin 30°＋mgcos 30°，联立解得F＝mg.所以B、C、D选项错误，A选项正确．
答案　A
5．(2022·江苏徐州市模拟)如图1－1－22所示，静止在光滑地面上的小车，由光滑的斜面AB和粗糙的平面BC组成(它们在B处平滑连接)，小车右侧与竖直墙壁之间连接着一个力传感器，当传感器受压时，其示数为正值，当传感器被拉时，其示数为负值．一个小滑块从小车A点由静止开头下滑至C点的过程中，传感器记录到的力F随时间t的关系图中可能正确的是
(　　)

图1－1－22

解析　当滑块在光滑的斜面AB上运动时，滑块对小车有斜向右下方、大小不变的压力，因此传感器对小车有向左的弹力，大小不变，方向为正．当滑块在粗糙的平面BC上运动时，滑块对小车有方向向左、大小不变的摩擦力，因此传感器对小车有向右的拉力，大小不变，方向为负，故正确答案为D.
答案　D
6．(2022·山东潍坊市一模)如图1－1－23所示，两相同小球a、b用轻弹簧A、B连接并悬挂在天花板上保持静止，水平力F作用在a上并缓慢拉a，当B与竖直方向夹角为60°时，A、B伸长量刚好相同．若A、B的劲度系数分别为k1、k2，则以下推断正确的是
(　　)

图1－1－23
A.＝
B.＝
C．撤去F的瞬间，a球的加速度为零
D．撤去F的瞬间，b球处于失重状态
解析　对b球受力分析由平衡条件可知：
k1x＝mg①

对a球受力分析如图所示，由平衡条件得：k2xcos 60°＝k1x＋mg②
由①②两式得：＝
故选项B正确．撤去F的瞬间，a受的合外力大小为F，方向水平向右，故a球的加速度不为零，b球仍处于平衡状态，故选项C、D错误．
答案　B
7．(2022·武汉调研)将两个质量均为m的小球a、b用细线相连后，再用细线悬挂于O点，如图1－1－24所示．用力F拉小球b，使两个小球都处于静止状态，且细线Oa与竖直方向的夹角保持θ＝30°，则F的最小值为
(　　)

图1－1－24
A.mg B．mg C.mg D.mg
解析　将a、b看成一个整体受力分析可知，当力F与Oa垂直时F最小，可知此时F＝2mgsin θ＝mg，选项B正确．
答案　B
8．(2022·江苏苏北四校调研)体育器材室里，篮球摆放在如图1－1－25所示的球架上．已知球架的宽度为d，每只篮球的质量为m、直径为D，不计球与球架之间摩擦，则每只篮球对一侧球架的压力大小为
(　　)

图1－1－25
A.mg B.
C. D.
解析　以任意一只篮球为争辩对象，对其受力分析如图所示，设球架对篮球的支持力FN与竖直方向的夹角为α.由几何学问得：sin α＝，
则cos α＝
依据平衡条件得：2FNcos α＝mg
解得：FN＝
由牛顿第三定律得篮球对球架的压力大小为：FN′＝FN＝， C项正确．
答案　C
9. 如图1－1－26所示，截面是三角形的木块a上放置一铁块b，三角形木块竖直边靠在粗糙的竖直面上，现用竖直向上的作用力F，推动木块与铁块一起向上匀速运动，运动过程中铁块与木块始终保持相对静止，下面说法正确的是
(　　)

图1－1－26
A．木块a与铁块b间肯定存在摩擦力
B．木块a与竖直墙面间肯定存在水平弹力
C．木块a与竖直墙面间肯定存在摩擦力
D．竖直向上的作用力F大小肯定等于铁块与木块的重力之和
解析　隔离铁块b对其进行受力分析，它受到重力、木块a的支持力和沿接触面对上的静摩擦力作用，假如没有摩擦力，铁块将不能处于平衡状态，故选项A正确；木块a与竖直墙壁之间虽然接触，但它们之间无相互挤压，没有发生形变，所以不会产生弹力，也不会产生摩擦力，选项B、C均错误；对铁块b和木块a整体进行受力分析，依据题意可知，该整体处于平衡状态，所以其所受的总重力(铁块与木块的重力之和)等于作用力F的大小，选项D正确．
答案　AD
10．(2022·广东卷，20)如图1－1－27所示，光滑绝缘的水平桌面上，固定着一个带电荷量为＋Q的小球P，带电荷量分别为－q和＋2q的小球M和N，由绝缘细杆相连，静止在桌面上，P与M相距L，P、M和N视为点电荷，下列说法正确的是
(　　)

图1－1－27
A．M与N的距离大于L
B．P、M和N在同始终线上
C．在P产生的电场中，M、N处的电势相同
D．M、N及细杆组成的系统所受合外力为零
解析　由于带电小球M、N处于静止状态，则小球M、N合力为0，即FPM＝FPN，由库仑定律有k＝k，则有x＝L，那么M、N间距离约为0.4L，故A错误；由于小球M、N静止不动，小球P对小球M和对小球N的力应当在一条直线上，故B正确；在小球P产生电场中，M点电势较高，故C错误；由于小球M、N静止不动，则小球M、N和杆组成的系统合外力为0，故D正确．
答案　BD
11．如图1－1－28所示，倾斜导轨宽为L，与水平面成α角，处在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，金属杆ab水平放在导轨上．当回路电流强度为I时，金属杆ab所受安培力为F，斜面的支持力为FN，则
(　　)

图1－1－28
A．安培力方向垂直ab杆沿斜面对上
B．安培力方向垂直ab杆水平向右
C．FN＝BILcos α
D．FN＝
解析　画出倾斜导轨和ab杆的二维视图，由左手定则推断出安培力方向水平向右，大小为F＝BIL，由共点力平衡求得FN＝，选项B、D正确．
答案　BD
12. (2022·高考押题信息卷八)如图1－1－29所示，A、B两球质量均为m，固定在轻弹簧的两端，分别用细绳悬于O点，其中球A处在光滑竖直墙面和光滑水平墙面的交界处，已知两球均处于平衡状态，OAB恰好构成一个正三角形，则下列说法正确的是(重力加速度为g
)(　　)

图1－1－29
A．球A可能受到四个力的作用
B．弹簧对球A的弹力大于对球B的弹力
C．绳OB对球B的拉力大小肯定等于mg
D．绳OA对球A的拉力大小等于或小于1.5mg
解析　对B球受力分析如图甲所示，由平衡条件得：F1＝F2＝mg，故选项C正确．弹簧对球A的弹力大小等于对B的弹力，B项错误．对A球受力分析如图乙所示，其中FN2可能为零，这时A球受四个力，选项A正确；若FN＝0，则FTm＝F3cos 60°＋mg＝1.5mg，选项D正确．

答案　ACD
13．(2022·大连模拟)如图1－1－30所示，在同一水平面上有A、B、C、D四个点，其上分别放上带电荷量分别为－q、Q、－q、Q的点电荷．四个点电荷构成一个菱形，－q、－q的连线与－q、Q的连线之间的夹角为α.若此系统处于平衡状态，则正确的关系式可能是
(　　)

图1－1－30
A．cos3 α＝ B．cos3 α＝
C．sin3 α＝ D．sin3 α＝
解析　以B点的点电荷Q为争辩对象，在水平面内的受力如图所示．设A、B间的距离为r.

由库仑定律得：
F1＝F2＝①
F3＝②
由平衡条件得：F3＝F1sin α③
联立①②③得：sin3 α＝，选项C正确．
同理选－q为争辩对象可计算出：
cos3 α＝，选项A正确．
答案　AC
二、非选择题
14．如图1－1－31所示，一质量为M＝2 kg的铁块套在倾斜放置的杆上，杆与水平方向的夹角θ＝60°，一轻绳一端连在铁块上，一端连在一质量为m＝1 kg的小球上，一水平力F作用在小球上，连接铁块与球的轻绳与杆垂直，铁块和球都处于静止状态．(g取10 m/s2)求：

图1－1－31
(1)拉力F的大小；
(2)杆对铁块的摩擦力的大小．
解析　
(1)对B球受力如图．
依据力的平衡F＝mgtan θ
解得F＝10 N
(2)由于绳对铁块的拉力垂直于铁块，且铁块处于静止状态，因此铁块受到的摩擦力等于铁块的重力沿斜面对下的分力，即Ff＝Mgsin θ，Ff＝10 N
答案　(1)10 N　(2)10 N