高中物理备战2025年高考专题02力和平衡试题含解析答案

这是一份高中物理备战2025年高考专题02力和平衡试题含解析答案，共22页。试卷主要包含了单选题，多选题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．如图所示，国产人形机器人“天工”能平稳通过斜坡。若它可以在倾角不大于30°的斜坡上稳定地站立和行走，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则它的脚和斜面间的动摩擦因数不能小于（ ）
A．B．C．D．
2．餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g，相邻两盘间距1.0cm，重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为（ ）

A．10N/mB．100N/mC．200N/mD．300N/m
3．如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为m和2m的物块A、B，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时，物块A、B刚好要滑动，则μ的值为（ ）
A．B．C．D．
4．中国古代建筑的门闩凝结了劳动人民的智慧。如图是一种竖直门闩的原理图：当在水平槽内向右推动下方木块A时，使木块B沿竖直槽向上运动，方可启动门闩。水平槽、竖直槽内表面均光滑，A、B间的接触面与水平方向成45°角，A、B间的动摩擦因数为0.2，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知B的质量为m，重力加速度大小为g。为了使门闩刚好能被启动，则施加在A上的水平力F最小应为（ ）
A．B．C．D．
5．如图所示，轻杆AC和轻杆BC的一端用光滑铰链连接在C点，另一端分别用光滑铰链固定在竖直墙壁上，将一物块通过细线连接在C点并保持静止状态，若对C端施加一水平向左的作用力F，则下列说法正确的是（ ）
A．轻杆AC中的弹力一定变大B．轻杆AC中的弹力一定减小
C．轻杆BC中的弹力一定变大D．轻杆BC中的弹力可能减小
6．如图所示，质量为m的小球置于内壁光滑的半球形凹槽内，凹槽放置在跷跷板上，凹槽的质量为M。开始时跷跷板与水平面的夹角为，凹槽与小球均保持静止。已知重力加速度为g，，，则在缓慢压低跷跷板的Q端至跟P端等高的过程中。下列说法正确的是（ ）
A．跷跷板对凹槽的作用力逐渐增大
B．小球对凹槽的压力大小始终为mg
C．开始时跷跷板对凹槽的支持力大小为0.8Mg
D．开始时跷跷板对凹槽的摩擦力大小为0.6Mg
7．高空滑索因其惊险刺激而深受年轻人追捧。人通过轻绳与轻质滑环相连，开始下滑前，轻质滑环固定在钢索上点处，滑环和人均处于静止状态，钢索和轻绳的夹角关系如图所示。设段钢索的拉力大小为，段钢索的拉力大小为，段轻绳的拉力大小为，下列判断正确的是（ ）
A．B．
C．D．
8．如图所示，一水晶球支架放置在水平桌面上，支架由水平底托和三根金属支杆构成。一质量为m、半径为l的水晶球静置于支架上，水晶球与三根金属支杆的三个接触点等高，接触点的连线构成边长为l的等边三角形。已知水晶球质量分布均匀，不计支杆与水晶球间的摩擦，重力加速度为g，则每根支杆对水晶球的作用力大小为（ ）
A．B．C．D．
9．如图所示，半径均为R的光滑球和不光滑的半球由同种材料制成的，球和半球放置在竖直墙壁的左侧。当半球的球心到竖直墙壁的距离大于时，半球将向左滑动。当半球球心到墙壁的距离为L时，即使给球体向下沿通过球心的竖直方向施加的力再大，半球和球始终保持静止，则L的最大值为（ ）
A．B．
C．D．
10．如图所示，某创新实验小组制作了一个半径为12cm的圆环，将3个相同的轻弹簧一端等间距地连接在圆环上的A、B、C三点，另外一端连接于同一点，结点恰好在圆心O处。将圆环水平放置，在结点O处悬挂一瓶矿泉水，缓慢释放直至平衡时测得结点下降了5cm。已知轻弹簧的自然长度为9cm，矿泉水的重力为6N，则弹簧的劲度系数为（ ）
A．B．C．D．
11．在楼房维修时，工人使用如图所示的装置提升建材，为防止碰撞阳台，跨过光滑定滑轮的a绳和b、c绳连结在O点，甲在固定位置拉动绳的一端使建材上升，乙在地面某固定位置用力拉着足够长的b绳。在建材沿竖直方向匀速上升过程中，下列说法正确的是（ ）
A．甲受到的支持力变大，乙受到的支持力变大
B．甲受到的支持力变小，乙受到的支持力变小
C．甲受到的摩擦力变大，乙受到的摩擦力变小
D．甲受到的摩擦力变小，乙受到的摩擦力变大
12．如图，右侧面光滑的斜面体固定在水平面上，质量相等的物块M、N分别放在斜面体的左右两个面上，M、N拴接在跨过光滑定滑轮的轻质细绳两端，整个系统处于静止状态。现对N施加一始终与右侧轻绳垂直的拉力F，使N缓慢移动至右侧细绳水平，该过程M保持静止。下列说法正确的是（ ）
A．拉力F逐渐增大
B．轻绳的拉力先减小后增大
C．M所受摩擦力先增大后减小
D．斜面对M的作用力先增大后减小
13．中国古代建筑的门闩凝结了劳动人民的智慧。如图是一种竖直门闩的原理图：当在水平槽内向右推动下方木块A时，使木块B沿竖直槽向上运动，方可启动门闩。水平槽、竖直槽内表面均光滑；A、B间的接触面与水平方向成45°角，A、B间有摩擦，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知B质量为m，重力加速度大小为g。当施加在A上的水平力时，门闩刚好能被启动，则A、B间的动摩擦因数为（ ）
A．0.4B．0.3C．0.2D．0.1
14．抖空竹是国家非物质文化遗产之一、在某次抖空竹表演时，表演者的左右手所持杆和空竹位置如图所示，此时左手高于右手，轻绳两端位置之间的连线与水平方向成角，空竹悬挂在轻绳上。现保持右手所持杆水平且位置不动，只人为改变一个条件，始终保持空竹处于平衡状态，不考虑空竹的转动及轻绳与空竹之间的摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．若更换为更长的轻绳，绳子的拉力将变小
B．若更换为更长的轻绳，绳子的拉力将不变
C．若使左手持杆缓慢竖直向下移动至的过程中，绳子拉力逐渐变小
D．若使左手持杆顺时针缓慢以右杆为圆心画圆弧移动至的过程中，绳子拉力逐渐变小
15．粗糙的半圆柱体固定在水平地面上，截面如图所示。质量为m的小物块在拉力F的作用下，从半圆柱体的底端缓慢向上滑动。已知拉力F的方向始终与小物块的运动方向相同（与圆弧相切），小物块与半圆柱体表面的动摩擦因数为，重力加速度大小为g。若小物块和圆心的连线与水平方向的夹角为，在从0增大到90°的过程中（ ）
A．拉力F一直增大B．拉力F先减小后增大
C．时，拉力F最大D．拉力F的最小值为
16．春秋末年，齐国著作《考工记》中记载“马力既竭，輈（zhōu，指车辕）犹能一取焉”，揭示了一些初步的力学原理。如图甲所示，车辕是马车车身上伸出的两根直木，它是驾在马上拉车的把手。如图乙为马拉车时的简化模型，车辕前端距车轴的高度H约为1m，马拉车的力可视为沿车辕方向，马车的车轮与地面间的摩擦力大小是其对地面压力的倍，若想让马拉车在水平面上匀速前进且尽可能省力，则车辕的长度约为（ ）
A．mB．mC．3mD．2m
二、多选题
17．潍坊风筝是山东潍坊传统手工艺珍品，制作历史悠久，工艺精湛，是非物质文化遗产之一，现在世界上70%以上的风筝都是出自潍坊。本届风筝节上，小明同学在滨海国际风筝放飞场放风筝，风筝静止于空中且风筝平面与水平面夹角始终为30°，风速水平，与风筝作用后，垂直风筝平面的风速减为零，平行风筝平面的风速大小不变。风筝的质量为m，风筝线质量不计，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（ ）
A．若风筝线与水平方向夹角为30°，则风对风筝的作用力大小为mg
B．若风筝线与水平方向夹角为30°，则线对风筝的作用力大小为mg
C．风筝线长度不变，若风速缓慢变大，则线与水平方向夹角变大
D．风筝线长度不变，若风速缓慢变大，则风筝的机械能减小
18．间距为10m的两根固定的竖直杆间有一根晾衣绳，晾衣绳两端等高，长度为14m且不可伸长。将一件衣服通过晾衣架挂在晾衣绳上，衣架能沿晾衣绳自由滑动，衣架挂钩和晾衣绳之间的摩擦力忽略不计。无风时，衣服和衣架的悬挂点刚好位于晾衣绳的中间位置，如图甲所示；有风时，有水平向右的风作用在衣服上，稳定后衣架悬挂点两侧的晾衣绳刚好垂直，如图乙所示。已知衣服和衣架的总质量为1.4kg，重力加速度g取10m/s2，风对晾衣绳的作用力忽略不计，则下列说法正确的是（ ）
A．无风时，晾衣绳中的拉力大小为7N
B．有风时，晾衣绳中的拉力大小为10N
C．有风时，风对衣服的作用力大小为2N
D．有风时，晾衣绳对衣架的作用力大小为12N
19．如图所示，倾角为α的斜面固定在水平面上，一根不可伸长的轻绳一端连接在置于斜面的物体a上，另一端绕过光滑的定滑轮与小球b连接，轻绳与斜面平行，定滑轮到小球b的距离为L。用手按住物体a不动，把小球b拉开很小的角度后释放，使小球b做单摆运动，稳定后放开物体a。当小球运动到最高点时，物体a恰好不下滑，整个过程物体a始终静止。忽略空气阻力及定滑轮的大小，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．小球b多次经过同一位置的动量可以不同
B．小球b摆到最低点时，物体a受到的摩擦力一定沿斜面向下
C．物体a与斜面间的摩擦因数
D．物体a受到的摩擦力变化的周期
参考答案：
1．B
【详解】根据题意可知机器人“天工”它可以在倾角不大于30°的斜坡上稳定地站立和行走，对“天工”分析有
可得
故选B。
2．B
【详解】由题知，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相邻两盘间距，则有
mg = 3∙kx
解得
k = 100N/m
故选B。
3．C
【详解】当木板与水平面的夹角为时，两物块刚好滑动，对A物块受力分析如图
沿斜面方向，A、B之间的滑动摩擦力
根据平衡条件可知
对B物块受力分析如图
沿斜面方向，B与斜面之间的滑动摩擦力
根据平衡条件可知
两式相加，可得
解得
故选C。
4．B
【详解】对A、B受力分析如图所示
门闩刚好启动时，对A水平方向上
对于B在竖直方向上
A、B间最大静摩擦力为
则施加在A上的水平力F最小应为
故选B。
5．C
【详解】对C点受力分析如图，
由三角形法则可知，重力mg、AC的拉力TAC以及BC的支持力TBC组成封闭的三角形；若加水平力F，则C点仍平衡，则此时四个力组成封闭的四边形，TBC和重力mg方向不变，TAC方向仍与原来平行，则随F的增加，TBC一定增加，TAC先减小，当减到零后反向增加。
故选C。
6．B
【详解】A．由于小球、凹槽整体的重力不变化，与跷跷板的作用力等大反向，那么跷跷板对凹槽的作用力不变，故A错误；
B．小球所在处的凹槽切线总是水平的，那么小球对凹槽的压力大小始终等于小球的重力，故B正确；
CD．将小球跟凹槽视为整体，开始时恰好静止，那么根据受力平衡知，跷跷板对凹槽的支持力大小为
跷跷板对凹槽的摩擦力大小为
故CD错误。
故选B。
7．A
【详解】以结点为研究对象，受力情况如图所示
这样的三个力可以组成一个首尾相接的封闭的矢量三角形如下
由图可知
故选A。
8．B
【详解】设支杆对水晶球的作用力与竖直方向的夹角为，根据几何关系有
水晶球静止，根据平衡条件可得
解得每根支杆对水晶球的作用力大小为
故选B。
9．D
【详解】依题意，设半球质量为m，则光滑球质量为2m，对光滑球和不光滑的半球受力分析，如图所示
当半球的球心到竖直墙壁的距离为时，由几何关系，有
根据平衡条件，可得
，
又
联立，解得
给球体向下沿通过球心的竖直方向施加的力再大，半球和球始终保持静止，需要满足
即
当半球球心到墙壁的距离为取最大值L时，有
由几何关系，有
联立，解得
故选D。
10．B
【详解】如图所示
由几何关系可知平衡时每根弹簧的长度均为
cm=13cm
每根弹簧的伸长量均为
cm-9cm=4cm
根据竖直方向受力平衡可得
解得劲度系数为
N/m=130 N/m
故选B。
11．B
【详解】AB．重物沿竖直方向匀速上升，O点受到c绳的拉力大小等于重物的重力，受力分析如下图所示
当物体上升时，a绳与竖直方向的夹角变大，b绳与竖直方向的夹角变小，根据平行四边形法则可知ab绳中的拉力都变大，对甲分析可知，甲手中的绳子与竖直方向的夹角不变，设夹角为，则有
故随着变大，减小。对乙分析可知，乙手中的绳子与竖直方向的夹角变小，设夹角为，则有
故随着变大，减小，减小，故A错误，B正确；
CD．根据前面分析可知对工人甲水平方向
故随着变大，增大。对重物和乙整体分析，水平方向上根据平衡条件可知工人乙水平方向上受到地面的摩擦力等于a绳沿水平方向上的分力，所以工人乙受到地面的摩擦力越来越大，故CD错误。
故选B。
12．A
【详解】AB．N离开斜面后，设F与竖直方向的夹角为，有
，θ逐渐减小，所以绳子拉力逐渐减小，F逐渐增大。故A正确，B错误；
C．力F作用之前，有
所以原来M所受摩擦力沿斜面向下，随着绳子拉力的减小，M受到的摩擦力逐渐减小，当右绳水平时，绳子拉力为零，则M受到的摩擦力沿斜面向上，所以M受到的摩擦力先沿斜面向下减小，再沿斜面向上增大，故C错误；
D．斜面对M的作用力为斜面的支持力及摩擦力，因为支持力不变，所以当摩擦力先减小再增大时，斜面对M的作用力先变小后变大，故D错误。
故选A。
13．C
【详解】对A、B受力分析如图所示
门闩刚好启动时，对A 水平方向上
对于B在竖直方向上
结合已知条件
可得
故选C。
14．A
【详解】设两段绳子之间的夹角为，由平衡条件可知
解得
设绳子的总长度为L，两杆之间的水平距离为s，悬挂点两边的绳子长度分别为，，由几何关系知
解得
AB．若更换为更长的轻绳，L变大，变小，变大，所以绳子的拉力变小，故A正确、B错误；
C．左手持杆缓慢竖直向下移动，L，s都不变，则不变，所以拉力不变，故C错误；
D．左手持杆顺时针缓慢以右杆为圆心画圆弧移动，s变大，则变大，变小，绳子拉力变大，故D错误。
故选A。
15．C
【详解】AB．由于物块缓慢移动，可看作是平衡状态，小物块和圆心的连线与水平方向的夹角为，对物块受力分析，由平衡条件可得
由数学知识可知
其中
得
即
所以在从0增大到90°的过程中，先增大后减小，故AB错误；
C．时，，拉力最大，故C正确；
D．时，有最小值
故D错误。
故选C。
16．D
【详解】设车辕与水平方向夹角为θ，则当车匀速前进时
解得
而
则当时F最小，即此时车辕的长度约为
故选D。
17．BC
【详解】AB．由于平行风筝平面的风速大小不变，故平行风筝的平面上风力大小为零，对风筝受力分析如图所示，平衡时则有
解得
A错误，B正确；
C．当风速缓慢增大时，垂直作用在风筝上的力逐渐增大，作出其矢量三角形，如图所示
由图可知，风速缓慢增大时，则线与水平方向夹角变大，C正确；
D．风速缓慢增大时，风筝线的长度不变，风速平行风筝平面的分速度增大，相当于风筝在该方向上的速度变大，机械能应增加，D错误。
故选BC。
18．BC
【详解】A．无风时，设悬挂点两侧的晾衣绳与竖直方向的夹角为，由几何关系可知
对悬挂点受力分析可知
解得
A项错误；
B．有风时，设悬挂点左侧的晾衣绳长度为，右侧长度为，则有
解得
设左侧晾衣绳与竖直方向的夹角为，右侧晾衣绳与竖直方向的夹角为，由几何关系可知
，
设此时细线中的拉力大小为，对悬挂点受力分析，竖直方向有
解得
B项正确；
C．水平方向有
解得
C项正确；
D．衣服和衣架稳定后，晾衣绳对其作用力大小等于其重力和风力的矢量和，则
D项错误。
故选BC。
19．AD
【详解】A．小球b多次经过同一位置的速度方向可以不同，所以动量可以不同，故A正确；
B．小球b在任意位置受到重力和拉力，重力的垂直于绳的分量提供了回复力，沿绳方向有
当摆角最大时，拉力最小，此时a受到的摩擦力方向可能沿斜面向上，小球b摆到最低点时，拉力增大，此时a受到的摩擦力方向仍可能沿斜面向上，摩擦力大小会减小，故B错误；
C．因为当小球运动到最高点时，物体a恰好不下滑，则
所以
解得
故C错误；
D．物体a受到的摩擦力变化的周期是单摆的周期的一半，即
故D正确。
故选AD。