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2025届高考物理一轮总复习第2单元相互作用素养练4常见组合体的受力分析在力学中的应用科学思维课件
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这是一份2025届高考物理一轮总复习第2单元相互作用素养练4常见组合体的受力分析在力学中的应用科学思维课件，共22页。
1.(2023浙江绍兴高三模拟)如图所示,两物体A、B置于粗糙的水平面上,小滑块C放在物体A的上面,现用水平力F推物体A,整个系统仍处于静止状态,已知两物体A、B的质量均为m,小滑块C的质量为m0,物体A、B与桌面的动摩擦因数均为μ,重力加速度为g,不计空气阻力,下列说法正确的是( )A.小滑块C一定受到三个力的作用B.物体B一定受到三个力的作用C.物体B可能受到两个力的作用D.地面受到的摩擦力大小一定为μ(m0+2m)g
解析 因为小滑块C处于静止状态,所以受重力、支持力两个力的作用,故A错误;若力F小于物体A所受的最大静摩擦力时,物体A、B间没有作用力,物体B只受重力和支持力,故B错误,C正确;因为两物体A、B处于静止状态,所受的摩擦力均为静摩擦,所以地面受到的摩擦力大小不一定为μ(m0+2m)g,故D错误。
2.如图所示,质量为m的滑块Q沿质量为m'、倾角为α的斜面体P的斜面匀速下滑,斜面体P静止在水平面上,在滑块Q下滑的过程中( )A.Q对P的压力大小为mgsin αB.Q对P的摩擦力大小为mgcs αC.地面对P的摩擦力方向向右D.P对Q的作用力大小为mg,方向竖直向上
解析 根据题意,对Q受力分析,如图所示。由平衡条件有Ff=mgsin α, FN=mgcs α,由牛顿第三定律可知,Q对P的压力大小为FN'=FN=mgcs α,Q对P的摩擦力大小为Ff'=Ff=mgsin α,故A、B错误;对P、Q的整体分析,水平方向受力为零,则地面对P的摩擦力为零,故C错误;由于Q沿粗糙的斜面匀速下滑,故其受到的合力为零,Q受到重力是竖直向下的,所以P对Q的力竖直向上,与Q的重力等大,故D正确。
3.(多选)(2023浙江杭州八校联考)如图所示,一根轻质细线两端固定在天花板的A、B两点,光滑圆环套在细线上,用大小为F的水平拉力拉着圆环,圆环静止于C点,AC和BC与水平方向的夹角分别为37°、53°。已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,则( )A.细线的拉力大小等于5FB.细线的拉力大小等于4FC.圆环的重力大小等于6FD.圆环的重力大小等于7F
解析 设每根细线的拉力大小为FT,根据共点力平衡有FTcs 37°=F+FTcs 53°,解得FT=5F,故A正确,B错误;设圆环的质量为m,根据共点力平衡有FTsin 37°+FTsin 53°=mg,解得mg=7F,故C错误,D正确。
4.(多选)如图所示,A是一质量为m'的盒子,物块B的质量为m,A、B用细绳相连,跨过光滑的定滑轮置于倾角为θ的斜面上,B悬于斜面之外而处于静止状态,斜面放置在水平地面上。现在向A中缓慢加入沙子,整个系统始终保持静止,则在加入沙子的过程中( )A.细绳的拉力逐渐增大B.A对斜面的压力变大C.A所受的摩擦力逐渐增大D.地面对斜面的摩擦力不变
解析 轻绳的拉力始终等于B的重力,故A错误;斜面对A的支持力为FN=(m'+Δm)gcs θ,由牛顿第三定律可知A对斜面的压力等于斜面对A的支持力,所以随着沙子的不断加入,A对斜面的压力不断变大,故B正确;m和m'的大小未知,若mg>m'gsin θ,随着沙子的加入,A受到的摩擦力先减小为零,后增大,若mg
解析 对A进行受力分析,如图所示,由几何知识可知,B对A的支持力FBA和C对A的支持力FCA与竖直方向的夹角都等于30°,根据平衡条件得FBAsin 30°=FCAsin 30°,3mg=FBAcs 30°+FCAcs 30°,解得FBA=FCA= mg,故C错误,A正确;对A、B整体进行受力分析,整体重力沿斜面向下的分量与C对B的摩擦力Ff平衡,有Ff=4mgsin 30°=2mg,故B错误;对A、B、C整体进行受力分析,根据平衡条件,在水平方向上整体没有运动趋势,地面对C没有摩擦力,故D错误。
6.如图所示,一光滑球体放在支架与竖直墙壁之间,支架的倾角θ=60°,光滑球体的质量为m,支架的质量为2m,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,整个装置保持静止,则支架和地面间的动摩擦因数至少为( )
解析 对光滑球体受力分析如图甲所示,根据平衡条件可得F2cs θ=mg;对支架受力分析如图乙所示,根据牛顿第三定律可知F3=F2,对支架由平衡条件可得F4=2mg+F3cs θ,Ff=F3sin θ,又Ff=μF4,联立解得μ= ,可知支架和地面间的动摩擦因数至少为 。故选D。
7.如图所示,质量为m'的斜面体静置于水平面,斜面体上表面光滑。小球被轻质细绳系住放在斜面上。小球质量m,斜面倾角θ=30°,悬线与竖直方向的夹角α=30°,则下列说法正确的是( )
A.地面对斜面的支持力为m'g+mgB.地面对斜面的摩擦力为 mgC.若增大悬线与竖直方向的夹角α,斜面对小球的弹力增大D.若增大悬线与竖直方向的夹角α,细绳对小球的拉力先增大后减小
解析 以小球为研究对象,受力分析如图甲所示。根据平衡条件可知,FT与FN的合力为F=mg,则有FTcs 30°= ,以小球和斜面整体为研究对象,受力分析如图乙所示。根据受力平衡可知,地面对斜面的支持力为FN地=(m'+m)g-FTsin 60°=m'g+ mg,地面对斜面的摩擦力为Ff地=FTcs 60°= mg,故A、B错误。
悬线与竖直方向夹角α增大,如图丙所示。由图分析可知小球受到的弹力增大,细绳对小球的拉力先减小后增大,故C正确,D错误。故选C。
A.竖直挡板与B间的弹力大小为mgB.A、B之间的弹力大小为 mgC.若将A稍向右移并固定,竖直挡板与B间的弹力将增大D.若将A稍向右移并固定,A、B之间的弹力将减小
9.(2023浙江五域联盟高三模拟)如图所示,物体A静止在粗糙的水平地面上,一轻质细线跨过固定倾斜直杆顶端的光滑轻质定滑轮,细线一端连接静止于水平地面上的质量为mA的物体A,细线另一端与另外两根细线在O点形成“死结”,结点O下方细线悬挂物体B。现左端细线用与水平方向成30°角的斜向左上方的力F拉住,使结点右侧的细线与水平方向的夹角为30°。已知物体A与水平地面间的动摩擦因数为 ,重力加速度大小为g,定滑轮右侧细线与水平方向的夹角为45°,物体A、B保持静止状态,下列说法正确的是( )
解析 对结点O受力分析如图所示,设细线中拉力大小为FT,由平衡条件有Fcs 30°=FTcs 30°,Fsin 30°+FTsin 30°=mBg,联立解得FT=F,mB= ,故A错误,C正确;由平衡条件可知,在水平方向上地面对A的摩擦力等于细线中拉力FT在水平方向的分力,即Ff=FTcs 45°=Fcs 45°= F,故B错误;对物体A受力分析由平衡条件可知FTsin 45°+FN=mAg,解得FN=mAg- F,由牛顿第三定律可知物体A对地面的压力大小为mAg- F,故D错误。
10.向卡车上装载重型货物时,工人常常先在车厢尾部斜搭一块木板,然后将货物沿木板推入车厢,如图甲所示,该情境可简化为如图乙所示的模型。已知斜面倾角为θ,货物质量为m,货物与斜面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。
(1)若用平行于斜面向上的力推动货物上行,则至少需要多大的力?(2)若θ=30°,μ= ,某工人能提供的最大推力F的大小为900 N,重力加速度g取10 m/s2,则该工人一次最多能推动多重的货物沿斜面上行?(货物可以看成质点)
答案 (1)mgsin θ+μmgcs θ (2)60 kg解析 (1)对货物受力分析如图1所示由共点力平衡关系可知F1-mgsin θ=FfFN=mgcs θ其中Ff=μFN解得F1=mgsin θ+μmgcs θ。
1.(2023浙江绍兴高三模拟)如图所示,两物体A、B置于粗糙的水平面上,小滑块C放在物体A的上面,现用水平力F推物体A,整个系统仍处于静止状态,已知两物体A、B的质量均为m,小滑块C的质量为m0,物体A、B与桌面的动摩擦因数均为μ,重力加速度为g,不计空气阻力,下列说法正确的是( )A.小滑块C一定受到三个力的作用B.物体B一定受到三个力的作用C.物体B可能受到两个力的作用D.地面受到的摩擦力大小一定为μ(m0+2m)g
解析 因为小滑块C处于静止状态,所以受重力、支持力两个力的作用,故A错误;若力F小于物体A所受的最大静摩擦力时,物体A、B间没有作用力,物体B只受重力和支持力,故B错误,C正确;因为两物体A、B处于静止状态,所受的摩擦力均为静摩擦,所以地面受到的摩擦力大小不一定为μ(m0+2m)g,故D错误。
2.如图所示,质量为m的滑块Q沿质量为m'、倾角为α的斜面体P的斜面匀速下滑,斜面体P静止在水平面上,在滑块Q下滑的过程中( )A.Q对P的压力大小为mgsin αB.Q对P的摩擦力大小为mgcs αC.地面对P的摩擦力方向向右D.P对Q的作用力大小为mg,方向竖直向上
解析 根据题意,对Q受力分析,如图所示。由平衡条件有Ff=mgsin α, FN=mgcs α,由牛顿第三定律可知,Q对P的压力大小为FN'=FN=mgcs α,Q对P的摩擦力大小为Ff'=Ff=mgsin α,故A、B错误;对P、Q的整体分析,水平方向受力为零,则地面对P的摩擦力为零,故C错误;由于Q沿粗糙的斜面匀速下滑,故其受到的合力为零,Q受到重力是竖直向下的,所以P对Q的力竖直向上,与Q的重力等大,故D正确。
3.(多选)(2023浙江杭州八校联考)如图所示,一根轻质细线两端固定在天花板的A、B两点,光滑圆环套在细线上,用大小为F的水平拉力拉着圆环,圆环静止于C点,AC和BC与水平方向的夹角分别为37°、53°。已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,则( )A.细线的拉力大小等于5FB.细线的拉力大小等于4FC.圆环的重力大小等于6FD.圆环的重力大小等于7F
解析 设每根细线的拉力大小为FT,根据共点力平衡有FTcs 37°=F+FTcs 53°,解得FT=5F,故A正确,B错误;设圆环的质量为m,根据共点力平衡有FTsin 37°+FTsin 53°=mg,解得mg=7F,故C错误,D正确。
4.(多选)如图所示,A是一质量为m'的盒子,物块B的质量为m,A、B用细绳相连,跨过光滑的定滑轮置于倾角为θ的斜面上,B悬于斜面之外而处于静止状态,斜面放置在水平地面上。现在向A中缓慢加入沙子,整个系统始终保持静止,则在加入沙子的过程中( )A.细绳的拉力逐渐增大B.A对斜面的压力变大C.A所受的摩擦力逐渐增大D.地面对斜面的摩擦力不变
解析 轻绳的拉力始终等于B的重力,故A错误;斜面对A的支持力为FN=(m'+Δm)gcs θ,由牛顿第三定律可知A对斜面的压力等于斜面对A的支持力,所以随着沙子的不断加入,A对斜面的压力不断变大,故B正确;m和m'的大小未知,若mg>m'gsin θ,随着沙子的加入,A受到的摩擦力先减小为零,后增大,若mg
解析 对A进行受力分析,如图所示,由几何知识可知,B对A的支持力FBA和C对A的支持力FCA与竖直方向的夹角都等于30°,根据平衡条件得FBAsin 30°=FCAsin 30°,3mg=FBAcs 30°+FCAcs 30°,解得FBA=FCA= mg,故C错误,A正确;对A、B整体进行受力分析,整体重力沿斜面向下的分量与C对B的摩擦力Ff平衡,有Ff=4mgsin 30°=2mg,故B错误;对A、B、C整体进行受力分析,根据平衡条件,在水平方向上整体没有运动趋势,地面对C没有摩擦力,故D错误。
6.如图所示,一光滑球体放在支架与竖直墙壁之间,支架的倾角θ=60°,光滑球体的质量为m,支架的质量为2m,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,整个装置保持静止,则支架和地面间的动摩擦因数至少为( )
解析 对光滑球体受力分析如图甲所示,根据平衡条件可得F2cs θ=mg;对支架受力分析如图乙所示,根据牛顿第三定律可知F3=F2,对支架由平衡条件可得F4=2mg+F3cs θ,Ff=F3sin θ,又Ff=μF4,联立解得μ= ,可知支架和地面间的动摩擦因数至少为 。故选D。
7.如图所示,质量为m'的斜面体静置于水平面,斜面体上表面光滑。小球被轻质细绳系住放在斜面上。小球质量m,斜面倾角θ=30°,悬线与竖直方向的夹角α=30°,则下列说法正确的是( )
A.地面对斜面的支持力为m'g+mgB.地面对斜面的摩擦力为 mgC.若增大悬线与竖直方向的夹角α,斜面对小球的弹力增大D.若增大悬线与竖直方向的夹角α,细绳对小球的拉力先增大后减小
解析 以小球为研究对象,受力分析如图甲所示。根据平衡条件可知,FT与FN的合力为F=mg,则有FTcs 30°= ,以小球和斜面整体为研究对象,受力分析如图乙所示。根据受力平衡可知,地面对斜面的支持力为FN地=(m'+m)g-FTsin 60°=m'g+ mg,地面对斜面的摩擦力为Ff地=FTcs 60°= mg,故A、B错误。
悬线与竖直方向夹角α增大,如图丙所示。由图分析可知小球受到的弹力增大,细绳对小球的拉力先减小后增大,故C正确,D错误。故选C。
A.竖直挡板与B间的弹力大小为mgB.A、B之间的弹力大小为 mgC.若将A稍向右移并固定,竖直挡板与B间的弹力将增大D.若将A稍向右移并固定,A、B之间的弹力将减小
9.(2023浙江五域联盟高三模拟)如图所示,物体A静止在粗糙的水平地面上,一轻质细线跨过固定倾斜直杆顶端的光滑轻质定滑轮,细线一端连接静止于水平地面上的质量为mA的物体A,细线另一端与另外两根细线在O点形成“死结”,结点O下方细线悬挂物体B。现左端细线用与水平方向成30°角的斜向左上方的力F拉住,使结点右侧的细线与水平方向的夹角为30°。已知物体A与水平地面间的动摩擦因数为 ,重力加速度大小为g,定滑轮右侧细线与水平方向的夹角为45°,物体A、B保持静止状态,下列说法正确的是( )
解析 对结点O受力分析如图所示,设细线中拉力大小为FT,由平衡条件有Fcs 30°=FTcs 30°,Fsin 30°+FTsin 30°=mBg,联立解得FT=F,mB= ,故A错误,C正确;由平衡条件可知,在水平方向上地面对A的摩擦力等于细线中拉力FT在水平方向的分力,即Ff=FTcs 45°=Fcs 45°= F,故B错误;对物体A受力分析由平衡条件可知FTsin 45°+FN=mAg,解得FN=mAg- F,由牛顿第三定律可知物体A对地面的压力大小为mAg- F,故D错误。
10.向卡车上装载重型货物时,工人常常先在车厢尾部斜搭一块木板,然后将货物沿木板推入车厢,如图甲所示,该情境可简化为如图乙所示的模型。已知斜面倾角为θ,货物质量为m,货物与斜面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。
(1)若用平行于斜面向上的力推动货物上行,则至少需要多大的力?(2)若θ=30°,μ= ,某工人能提供的最大推力F的大小为900 N,重力加速度g取10 m/s2,则该工人一次最多能推动多重的货物沿斜面上行?(货物可以看成质点)
答案 (1)mgsin θ+μmgcs θ (2)60 kg解析 (1)对货物受力分析如图1所示由共点力平衡关系可知F1-mgsin θ=FfFN=mgcs θ其中Ff=μFN解得F1=mgsin θ+μmgcs θ。
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