高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力综合与测试当堂达标检测题

章末整合提升

主题一　摩擦力的“四类”突变

【典例1】一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图所示.其中F1=10 N,F2=2 N,若撤去F1,则木块受到的摩擦力为              (   )

A.10 N,方向向左　　B.6 N,方向向右     C.2 N,方向向右       D.0

解析:当物体受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时,由平衡条件可知物体所受的静摩擦力的大小为8 N,方向向左,可知最大静摩擦力Fmax≥8 N.当撤去力F1后,F2=2 N<Fmax,物体仍处于静止状态,由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变,此时静摩擦力与作用在物体上的F2等大、反向,选项C正确.

答案:C

【典例2】(多选)如图所示,倾角为θ的斜面体c置于水平地面上,滑块b通过细绳跨过光滑的定滑轮与沙漏a连接,连接b的一段细绳与斜面平行.在a中的沙子缓慢流出的过程中,a、b、c都处于静止状态,则               (   )

A.a对绳的拉力大小一定不变

B.c对b的摩擦力方向一定平行斜面向上

C.地面对c的摩擦力方向一定向左

D.地面对c的摩擦力一定减小

解析:a处于平衡状态,合力为0,对a进行受力分析可知,绳对a的拉力大小等于a的重力,即FT=Ga.在a中的沙子缓慢流出的过程中,绳对a的拉力逐渐减小,根据牛顿第三定律可知,a对绳的拉力逐渐减小,选项A错误.设b的重力为Gb.当Ga=Gbsin θ时,b受到c的摩擦力为0;当Ga<Gbsin θ时,b受到c的摩擦力沿斜面向上,当Ga>Gbsin θ时,b受到c的摩擦力沿斜面向下.所以c对b的摩擦力方向可以沿斜面向上,也可以沿斜面向下,选项B错误.以b、c整体为研究对象,分析受力如图所示.根据平衡条件得知,水平面对c的摩擦力Ff=FTcos θ=Gacos θ,方向水平向左;在a中的沙子缓慢流出的过程中,地面对C的摩擦力减小,故选项C、D正确.

答案:CD

主题二　共点力的静态平衡

1.处理静态平衡问题的常用方法.

2.静态平衡问题的解题“四步骤”.

【典例3】如图所示,甲、乙两个小球的质量均为m,两球间用细线2连接,甲球用细线1悬挂在天花板上.现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球,平衡时细线都被拉紧,则平衡时两球的可能位置是下列选项中的              (   )

A           B            C          D

解析:用整体法分析,把两个小球看作一个整体,此整体受到的外力为竖直向下的重力2mg、水平向左的力F(甲受到的)、水平向右的力F(乙受到的)和细线1的拉力,两水平力相互平衡,故细线1的拉力一定与重力2mg等大、反向,即细线1一定竖直.再用隔离法分析乙球受力的情况,乙球受到竖直向下的重力mg、水平向右的拉力F、细线2的拉力.要使得乙球受力平衡,细线2必须向右倾斜.综上可知选项A正确.

答案:A

【典例4】如图所示,质量为m0的斜面体A放在粗糙水平面上,用轻绳拴住质量为m的小球B,小球B置于斜面上,整个系统处于静止状态,已知斜面倾角及轻绳与竖直方向的夹角均为θ=30°.不计小球与斜面间的摩擦,则              (   )

A.轻绳对小球的作用力大小为mg

B.斜面对小球的作用力大小为mg

C.斜面体与水平面间的摩擦力大小为mg

D.斜面体对水平面的压力大小为 (m0+m)g

解析:以B球为研究对象,分析其受力情况,如图甲所示.根据平衡条件,在水平方向上有FTsin θ=FN1sin θ,解得FT=FN1,在竖直方向上有FTcos θ+FN1cos θ=2FTcos θ=mg,则轻绳对小球的作用力大小FT==mg,斜面体对小球的作用力大小FN1=FT=mg,选项A、B错误.以B球和斜面体整体为研究对象,小球与斜面体之间的弹力为系统的内力,系统受力情况如图乙所示,则有FN2+FTcos θ=(m0+m)g,解得FN2=m0g+mg,根据牛顿第三定律可知,斜面体对水平面的压力大小也是m0g+mg,在水平方向上有Ff=FTsin θ,解得Ff=mg,选项C正确,选项D错误.

甲             乙

答案:C

主题三　动态平衡问题和平衡中的

临界极值问题

1.动态平衡.

(1)所谓动态平衡问题,是指通过改变某些物理量,使物体的状态发生缓慢变化,而在这个过程中物体处于一系列的平衡状态.

(2)基本思路:化“动”为“静”,“静”中求“动”.

(3)分析动态平衡问题的方法.

2.平衡中的临界、极值问题.

(1)临界问题、极值问题.

当某物理量变化时,会引起其他几个物理量的变化,从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题的描述中常用到“刚好”“刚能”“恰好”等词.与平衡物体相关的物理量的极值,一般是指在力的变化过程中的最大值或最小值.

(2)解题思路.

【典例5】如图所示,重力都为G的两个小球A和B用三段轻绳连接后悬挂在O点上,O、B间的绳子长度是A、B间的绳子长度的2倍,拉力F作用在小球B上,使三段轻绳都伸直且O、A间和A、B间的两段绳子分别处于竖直和水平方向上,则拉力F的最小值为()

A.G        B.G    C.G    D.G

解析:对A球进行受力分析可知,因O、A间绳竖直,则A、B间绳上的拉力为0.对B球进行受力分析如图所示.

当F与O、B间绳垂直时F最小,Fmin=Gsin θ,其中sin θ==,则Fmin=G,选项A正确.

答案:A

【典例6】下图是一个简易起吊设施的示意图,AC是质量不计的撑杆,A端与竖直墙用铰链连接,一滑轮固定在A点正上方,C端吊一重物P.现施加一拉力F缓慢将重物P向上拉,在AC杆达到竖直前              ()

A.BC绳中的拉力FT越来越大

B.BC绳中的拉力FT越来越小

C.AC杆中的支持力FN越来越大

D.AC杆中的支持力FN越来越小

解析:作出C点的受力示意图,如图所示.由图可知力的矢量三角形与△ABC相似.根据相似三角形的性质得==,解得BC绳中的拉力为FT=G,AC杆中的支持力为FN=G.由于重物P向上运动时,AB、AC不变,BC变小,故FT减小,FN不变,选项B正确.

答案:B