18力的平行四边形定则及其应用（相互作用专题）-2024届高考物理重要模型图专练（全国通用）

这是一份18力的平行四边形定则及其应用（相互作用专题）-2024届高考物理重要模型图专练（全国通用），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，解答题，填空题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1．十八大以来，习近平总书记在多个场合谈到中国传统文化，表达了自己对传统文化、传统思想价值体系的认同与尊崇。如图便是我们耳熟能详的一则经典故事∶曹冲称象，下列哪个选项的学习也用到了相同的方法（ ）
A．瞬时加速度的定义
B．力的合成与分解中，合力与分力的关系
C．v—t图像与t轴所围面积的物理意义
D．自由落体运动模型的建立
2．梅州的非物质文化遗产有不少，兴宁花灯就是其中一种，它与北京宫灯是一脉相承，始于宋代，流行于明清，是传承了上千年的客家传统习俗，花灯用四条长度相同、承受能力相同的绳子高高吊起，如图所示，绳子与竖直方向夹角为，花灯质量为m，则下列说法正确的是（ ）
A．每条绳子的拉力均相同B．增大绳子与竖直方向的夹角，花灯受的合外力增大
C．绳子拉力的合力方向为竖直方向D．绳子长一些更易断
3．矫正牙齿时，可用牵引线对牙施加力的作用。若某颗牙齿受到牵引线的两个作用力大小均为F，夹角为α（如图），则该牙所受两牵引力的合力大小为（ ）

A．
B．
C．
D．
4．如图所示，甲、乙两位同学用同样大小的力提着一个水桶，水桶在空中处于静止状态。下列说法正确的是（ ）
A．大小都等于水桶重力的一半
B．与竖直方向的夹角相等
C．减小与的夹角，大小不变
D．减小与的夹角，的合力变大
5．如图所示，横截面为四分之一圆、质量为M的柱体B放在粗糙水平地面上，一竖直固定的挡板与柱体最左侧相切，质量为m的小球a恰能静止在挡板和柱体之间，现拿走小球a，将质量为m、但密度比小球a小的小球b贴着挡板轻轻放到柱体B上。小球与挡板、小球与柱体之间无摩擦力。下列说法正确的是（ ）
A．小球b对挡板的压力大于小球a对挡板的压力
B．小球b对柱体的压力大于小球a对柱体的压力
C．地面对柱体的支持力不变
D．柱体受到地面的摩擦力不变
6．如图所示，是竖直平面内圆的一条竖直直径，是该圆的另一条直径，，该圆处于匀强电场中，场强方向平行于圆。带等量负电荷的相同小球从O点以相同的动能沿不同方向射出，小球能够到达圆周上任意一点。小球在经过这些点时，过点A的小球的动能最小。忽略空气阻力，则下列说法中正确的是（ ）
A．可以断定电场方向由C指向A
B．小球经过圆周上的不同点时，过B点的小球的动能和电势能之和最小
C．若小球带电量和质量分别为q和m，则电场强度的最小值为
D．小球经过圆周时，机械能最小的小球应经过圆弧上的某一点
7．如图所示，不可伸长、质量不计的绳子两端分别固定在竖直杆PQ、MN上，杂技演员利用轻钩让自己悬挂在绳子上，不计轻钩与绳间的摩擦。现将MN杆绕N点垂直纸面向外缓慢转动15°，该过程中关于绳子上张力大小的变化，下列说法正确的是（ ）
A．逐渐变大B．逐渐变小C．始终不变D．先变大后变小
8．如图所示，小宁利用计算机研究分力F1、F2与合力F的关系。保持分力F1的大小和方向不变，F2的大小不变，使F1、F2间的夹角θ由0°逐渐增大到360°的过程中，合力F的箭头的轨迹图形为（ ）
A．B．
C．D．
二、多选题
9．如图所示，完全相同的两个吊灯，左边的吊灯只受一个A绳拉力的作用，右边的吊灯受到B绳和C绳的共同作用，两灯均处于静止状态，则下列说法正确的是（ ）

A．A绳对灯的拉力与灯重力是等效的
B．B、C两绳对灯的拉力与A绳对灯的拉力等效
C．B绳对灯的拉力和C绳对灯的拉力可以看做A绳对灯拉力的分力
D．A绳的拉力等于B绳的拉力和C绳的拉力的和
10．如下图，一条电缆由北向南绕过电杆转向由东向西，电缆与电杆的接触点为P。固定电杆的钢索一端固定在P点，另一端固定在地面上，钢索、电杆与东西方向的电缆在同一竖直平面内。设电缆线水平，南北、东西方向的电缆对电杆的拉力分别为F1、F2，方向沿电缆方向且大小相等，钢索对电杆的拉力为F3，方向沿钢索方向。已知植于土中的电杆竖直，下列说法正确的是（ ）
A．F1、F2和F3的合力竖直向下
B．地面对电杆的作用力一定不沿竖直方向
C．F1、F2和F3在水平面内的合力不可能为0
D．F1、F2的合力与F3等大反向
11．如图，家用小型起重机拉起重物的绳子一端固定在起重机斜臂顶端，另一端跨过动滑轮A和定滑轮B之后与电动机相连。起重机正将重为G的重物匀速竖直上拉，忽略绳子与滑轮的摩擦以及绳子和动滑轮A的重力，∠ABC=60°，则（ ）
A．绳子对定滑轮B的作用力方向竖直向下
B．绳子对定滑轮B的作用力方向与BA成30°斜向下
C．绳子对定滑轮B的作用力大小等于G
D．绳子对定滑轮B的作用力大小等于
12．2008年9月28日，泸州泰安长江大桥正式通车，该桥类型为单塔双索面不等距离斜拉大桥，其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．每根钢索对索塔的拉力方向均竖直向下
B．由于不等距斜拉，索塔受到钢索在水平方向的合力定不为零
C．理想的设计是所有钢索对索塔拉力的合力方向竖直向下
D．为了减小钢索承受的拉力，可以适当升高索塔的高度
三、解答题
13．如图所示，小明用与水平方向成37°角的轻绳拉木箱，沿水平面向右运动，绳中拉力恒为F=100N，木箱重为G=300N，木箱与地面的动摩擦因数为0.3，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。求：
（1）木箱所受的支持力的大小；
（2）木箱所受的合力的大小。
14．如图所示，固定框架底端AB的距离为L，在A、B两点分别固定两根自由长度均为0.3L的相同轻质橡皮条，用一长度、质量均不计的网兜将两橡皮条连接起来，初始处于水平绷紧状态。现将一小重物放入网兜内，静止时两橡皮条的位置如图中虚线所示，此时两根橡皮条长度均为L，已知橡皮条的弹力与形变量满足胡克定律，且劲度系数为k.求：
（1）单根橡皮条的弹力大小；
（2）小重物的重量。

15．如图所示，能承受最大拉力为10N的细线OA与竖直方向成角，能承受最大拉力为5N的细绳OB水平，细线OC能够承受足够大的拉力，求：
（1）当所悬挂重物的重力为2N时，细线OA、OB的拉力各是多大？
（2）为使OA、OB均不被拉断，OC下端所悬挂重物的最大重力是多少？
16．杨浦大桥是跨越黄浦江的斜拉索公路桥，它是中国自行设计、建造的双塔双索面叠合梁斜拉桥，假设斜拉桥中某对钢索与竖直方向的夹角都是，如果每根钢索对塔柱的拉力都是，根据这对斜拉桥钢索对塔柱的拉力建立的简单模型如图所示，那么它们合力的大小是多少？方向如何？
四、填空题
17．在“探究求合力的方法”的实验中，根据实验数据画出力的图示，如图所示，图上标出F1、F2、F、F′四个力，其中 (填上述字母)不是由弹簧测力计直接测得的；若F与F′的 基本相等， 基本相同，说明力的平行四边形定则得到了验证．
18．在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，如图所示，记录了用两个弹簧测力计同时拉动橡皮筋时拉力的方向，拉力大小分别为F1＝3.00 N、F2＝4.00 N，则 （选填“能”或“不能”）用一个量程为5 N的弹簧测力计测出它们的合力。

19．民间有一种“三人拔河比赛”，其物理模型俯视图如下：水平地面上画有一个半径为的圆；A、B、C三个人面朝圆外，腰上分别栓有长度都为R的轻绳AO、BO、CO，三条绳栓结于O点。比赛前三条绳刚伸直且互成；比赛开始后三人可在圆内自由缓慢移动，同时沿自己的绳方向向圆外拉，先出圆圈者胜。

（1）为了增大脚与地面间静摩擦力( )
A．同样情况下让体重更重的人参赛
B．同样情况下穿与地面摩擦因数更大的鞋子参赛
C．同样情况下穿与地面摩擦因数更小的鞋子参赛
（2）随着比赛的持线，某时刻绳结点O恰好位于圆心，A、B、C拉绳的力分别为、、。要达到一个势均力敌的平衡，BC应迅速让OB，OC绳夹角调整为 度；若OB、OC绳夹角调整得稍微更大了一些，但两绳合力仍沿AO方向并一直保持，则 会取胜。
20．如图，港珠澳大桥为斜拉桥，桥面一侧的钢索均处在同一竖直平面内，且索塔两侧对称分布。
（1）假设某对钢索与竖直方向的夹角都是60°，每根钢索中的拉力都是3×104N，则它们对塔柱的合力大小为 和方向为 。
（2）若对港珠澳大桥采取下列措施哪一个说法是正确的( )
A．增加钢索数量，可减小索塔受到总的拉力
B．适当降低索塔的高度，可以减小钢索承受的拉力
C．钢索对称，可以保证钢索对索塔拉力的合力为零
D．钢索对称，可以保证钢索对索塔拉力的合力偏离竖直方向不至于过大
参考答案：
1．B
【详解】A．瞬时加速度的定义用的是极限法（微元法），曹冲称象运用了等效法，A错误；
B．力的合成与分解中，合力与分力的关系用的也是等效法，B正确 ；
C．v—t图像与t轴所围面积的物理意义用的是微元法，曹冲称象运用了等效法，C错误；
D．自由落体运动模型的建立用的是理想模型法，曹冲称象运用了等效法，D错误。
故选B。
2．C
【详解】A．每条绳子的拉力的大小相等，但力的方向不一样，A错误；
B．由于花灯处于静止状态，所以合外力始终为零，所以增大绳子与竖直方向的夹角，花灯受的合外力不变，B错误；
C．合外力始终为零，子拉力与重力等大反向，故绳子拉力的合力方向为竖直方向，C正确；
D．设绳子拉力为，则
解得
绳子长一些，夹角减小，则拉力变小，不容易断，D错误。
故选C。
3．B
【详解】根据平行四边形定则可知，该牙所受两牵引力的合力大小为
故选B。
4．B
【详解】A．根据平衡条件可知，只有当都是沿竖直向上的方向时，两力大小才等于水桶重力的一半，故A错误；
B．由平衡条件可知，与竖直方向的夹角相等，故B正确；
CD．两人的合力确定，大小等于桶和水的重力，根据力的合成结论可知，两分力夹角越小，分力越小，故CD错误。
故选B。
5．C
【详解】AB．以小球a为研究对象，受力分析如图甲所示，由力的平衡条件可知挡板与柱体对小球a作用力的合力与小球a的重力大小相等、方向相反，小球b与小球a相比，质量不变、体积增加，则柱体圆心和小球球心的连线与竖直方向的夹角减小，由力的平行四边形定则和牛顿第三定律可知，小球b对挡板的压力小于小球a对挡板的压力，小球b对柱体的压力小于小球a对柱体的压力，故AB错误；
CD．以小球和柱体整体为研究对象，受力分析如图乙所示，水平方向上有
竖直方向上有
由于减小，则柱体所受地面的摩擦力减小，由于两小球质量相等，则地面对柱体的支持力不变，故C正确，D错误。
故选C。
6．B
【详解】A．在这个电场中，小球受到重力与电场力影响，在A点动能最小，速度也最小，说明OA方向发射的小球克服合力做功最大，也就是说在这个电场跟重力场中，合力方向是OC，对O点小球受力分析，重力竖直向下，合力方向指向OC，则电场力方向指向为OB与OC之间，即电场方向应该是由O指向AD弧方向，故A错误；
B．由于只有重力和电场力做功，故任何点的小球，动能、重力势能、电势能之和为定值，显然B点的重力势能最大，那么肯定B点的动能与电势能之和最小，故B正确；
C．合力方向一定时，已知其中一个分力的大小和方向，则当另一个分力与合力方向垂直时，这一分力最小，因此可知电场力垂直于OC向右时最小，最小为
则电场强度的最小值为
故C错误；
D．机械能（重力势能+动能）最小，即电势能最大的地方，应该在弧线AD（劣弧）之间，故D错误。
故选B。
7．A
【详解】当MN杆绕N点垂直纸面向外缓慢转动15°的过程中，绳子在逐渐被拉伸，绳子间的张角在增大，又因为杂技演员用挂钩让自己悬挂在绳子上，故构成了一个活结，因此绳子两端的拉力大小相同，且绳子两端拉力的合力大小等于杂技演员的重力，根据平行四边形定则可知，当合力不变，两分力之间的夹角增大时两分力必然增大。
故选A。
8．A
【详解】若以O点为坐标原点，以F1的方向为x轴正向建立坐标系，则合力F的箭头的坐标满足
消掉θ角可得
因F1和F2的大小都不变，则使F1、F2间的夹角θ由0°逐渐增大到360°的过程中，合力F的箭头的轨迹图形为圆。
故选A。
9．BC
【详解】A．A绳产生的效果是使灯吊在空中，重力的效果是使灯有向下运动的趋势，则A绳对灯的拉力与灯重力不是等效的，故A错误；
B．A绳产生的效果是使灯吊在空中，B、C两绳产生效果也是使灯吊在空中，所以A绳的拉力和B、C绳的拉力是等效的，故B正确；
C．根据上述，B、C两绳对灯的拉力与A绳对灯的拉力等效，可以相互替代，即B、C两绳的拉力可以看做A绳拉力的分力，故C正确；
D．根据上述，B、C两绳对灯的拉力与A绳对灯的拉力等效，可以相互替代，即A绳拉力可以看做B、C两绳拉力的合力，它们之间满足平行四边形定则，而不能简单认为A绳的拉力等于B绳的拉力和C绳的拉力的和，故D错误。
故选BC。
10．BC
【详解】ACD．根据力的平行四边形定则，F1、F2的合力F沿西北方向，则F1、F2的合力不可能与F3等大反向；F3可分解为竖直向下的F3y以及向东的F3x，则根据平行四边形定则，F与F3x的合力F’在西北与东之间，即F1、F2和F3在水平面内的合力不可能为0，此外F’与F3y的合力不可能竖直向下，即F1、F2和F3的合力不可能竖直向下，故A、D错误，C正确；
B．根据前面选项的分析可知，F1、F2和F3的合力不可能竖直向下，则根据电杆的平衡条件可知，地面对电杆的作用力一定不沿竖直方向，故B正确；
故选BC。
11．BD
【详解】A．绳子对定滑轮的B的作用力为BA和BC两段绳子弹力的合力，方向斜向左下，故A错误；
B．C．D．重物匀速运动，则任意段绳子的弹力等于重力的一半，即。由平行四边形可知，合力方向延∠ABC的角平分线，与BA夹角30°斜向下，大小为,故BD正确，C错误。
故选BD。
12．CD
【详解】ABC．每根钢索对索塔的拉力方向沿钢索向下，两侧对称的钢索拉力的合力竖直向下，AB错误，C正确；
D．升高索塔的高度时，钢索与索塔的夹角减小，根据合力与分力的关系，合力一定时，分力夹角越小，分力越小，D正确。
故选CD。
13．（1）240N；（3）8N
【详解】（1）木箱受拉力F，重力G，地面的支持力FN和摩擦力Ff作用，如图所示
木箱所受的支持力为
（3）摩擦力为
木箱的合力为
14．（1）；（2）
【详解】（1）橡皮条位于图中虚线位置时每根橡皮条的伸长量为
由胡克定律可得
解得
（2）如图两橡皮条位于图中虚线位置时与竖直方向的夹角θ=30°，小重物的重力大小等于两根橡皮条弹力的合力大小
解得小重物的重量为

15．（1），；（2）
【详解】（1）选结点为研究对象，受力分析如下图
当重物为时有
（2）当OC下端所悬物重不断增大时，细线OA、OB所受的拉力同时增大。假设OB不会被拉断，且OA上的拉力先达到最大值，即，则根据平衡条件有
由于大于OB能承受的最大拉力，所以在物重逐渐增大时，细线OB先被拉断。再假设OB线上的拉力刚好达到最大值（即），处于将被拉断的临界状态，根据平衡条件有
，
再选重物为研究对象，根据平衡条件有
以上三式联立解得悬挂最大重力为
16．，方向竖直向下
【详解】把两根钢索的拉力看成沿钢索方向的两个分力，以它们为邻边画出一个平行四边形，其对角线就表示它们的合力，由对称性可知，合力方向一定沿塔柱竖直向下，这个平行四边形是一个菱形，如图所示
由几何关系可得
即合力大小为，方向竖直向下。
17． F′ 大小 方向
【详解】F是根据平行四边形得到的，所以F是理论值（实验值）
18．不能
【详解】当F1与F2的夹角为时，合力大小为5N，由图可知F1与F2的夹角小于，根据平行四边形法则可知F1与F2的合力大于5N，因此量程为5 N的弹簧测力计不能测出它们的合力。
19． AB/BA 90 A
【详解】（1）[1]最大静摩擦力等于滑动摩擦力，根据滑动摩擦力计算公式可知，增大摩擦系数和正压力可以增大滑动摩擦力，故选AB；
（2）[2]根据受力分析，可知
可得
[3] OB、OC绳大小不变， 增大OB、OC绳夹角，且两绳合力仍沿AO方向并一直保持，根据力的合成，OB、OC绳的合力大小将减小，小于OA绳的拉力，A处同学将获胜。
20． 竖直向下 D
【详解】（1）[1][2]塔柱受钢索的力的示意图如下图，则有
合力方向竖直向下。
（2）[3]A．索塔受到总的拉力大小等于整个桥的重力大小，不会变化。故A错误；
B．降低索塔的高度，钢索之间的夹角会变大，根据力的平行四边形定则可得，在合力保持不变的情况下，两个同样大小的分力夹角变大时，分力会变大。故B错误；
C．由第一小问的分析可得，钢索对索塔拉力的合力不为0。故C错误；
D．钢索对称，在比较理想的情况下，钢索的力大小相同，合力竖直向下。当有汽车通过时，某条钢索的力会发生变化，相比于钢索之前的力，变化不是很大，即合力不会偏离竖直方向过大。故D正确。
故选D。