高中物理人教版 (2019)必修 第一册5 共点力的平衡当堂检测题

第三章　相互作用——力

第4~5节综合拔高练

五年选考练

考点1　力的合成与分解

1.(2019课标Ⅲ,16,6分,)用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件,为使工件保持固定,将其置于两光滑斜面之间,如图所示,两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上,倾角分别为30°和60°。重力加速度为g。当卡车沿平直公路匀速行驶时,圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2,则(　　)

A.F1=mg,F2=mg B.F1=mg,F2=mg

C.F1=mg,F2=mg D.F1=mg,F2=mg

2.(2018天津理综,7,6分,)(多选)明朝谢肇淛的《五杂组》中记载:“明姑苏虎丘寺塔倾侧,议欲正之,非万缗不可。一游僧见之曰:无烦也,我能正之。”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去,经月余扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形,木楔的顶角为θ,现在木楔背上加一力F,方向如图所示,木楔两侧产生推力FN,则(　　)

A.若F一定,θ大时FN大 

B.若F一定,θ小时FN大

C.若θ一定,F大时FN大 

D.若θ一定,F小时FN大

考点2　共点力的平衡

3.(2017天津理综,8,6分,)(多选)如图所示,轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点,悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件,当衣架静止时,下列说法正确的是(　　)

A.绳的右端上移到b',绳子拉力不变

B.将杆N向右移一些,绳子拉力变大

C.绳的两端高度差越小,绳子拉力越小

D.若换挂质量更大的衣服,则衣架悬挂点右移

考点3　动态平衡问题

4.(2019课标Ⅰ,19,6分,)(多选)如图,一粗糙斜面固定在地面上,斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块N,另一端与斜面上的物块M相连,系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N,直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。已知M始终保持静止,则在此过程中(　　)

A.水平拉力的大小可能保持不变

B.M所受细绳的拉力大小一定一直增加

C.M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加

D.M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加

考点4　实验

5.[2018天津理综,9(2),]某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5 N的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。

①具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有　　　　。 

A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上

B.重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同

C.使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度

D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力

②该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是　　　　。 

三年模拟练

应用实践

1.(2020四川广安高三第一次诊断,)如图所示,两个质量均为m的小球通过两根轻弹簧A、B连接,在水平外力F作用下,系统处于静止状态,弹簧实际长度相等。弹簧A、B的劲度系数分别为kA、kB,且原长相等。弹簧A、B与竖直方向的夹角分别为θ与45°。设A、B中的拉力分别为FA、FB,小球直径相比弹簧长度可以忽略,重力加速度大小为g。则(　　)

A.tan θ= B.kA=kB

C.FA=mg D.FB=2mg

2.(2020黑龙江齐齐哈尔调研,)如图所示,斜面上放有两个完全相同的物体a、b,两物体间用一根细线连接,在细线的中点加一与斜面垂直的拉力F,使两物体均处于静止状态。则下列说法正确的是(　　)

A.a、b两物体的受力个数一定相同

B.a、b两物体对斜面的压力相同

C.a、b两物体受到的摩擦力大小一定相等

D.当逐渐增大拉力F时,物体b先开始滑动

3.(2020江西横峰中学、铅山一中等校高三联考,)有甲、乙两根完全相同的轻绳,甲绳A、B两端按图甲的方式固定,然后将一挂有质量为M的重物的光滑轻质动滑轮挂于甲轻绳上,当滑轮静止后,设甲绳子的张力大小为FT1;乙绳D、E两端按图乙的方式固定,然后将同样的动滑轮且挂有质量为M的重物挂于乙轻绳上,当滑轮静止后,设乙绳子的张力大小为FT2。现甲绳的B端缓慢向下移动至C点,乙绳的E端缓慢向右移动至F点,在两绳的移动过程中,下列说法正确的是(　　)

A.FT1、FT2都变大 B.FT1变大、FT2变小

C.FT1、FT2都不变 D.FT1不变、FT2变大

迁移创新

4.(2019江西九江一中高一上期末,)一般教室门上都安装一种暗锁,这种暗锁由外壳A、骨架B、弹簧C(劲度系数为k)、锁舌D(倾角θ=45°)、锁槽E以及连杆、锁头等部件组成,如图甲所示。设锁舌D的侧面与外壳A和锁槽E之间的动摩擦因数均为μ,最大静摩擦力Ffm由Ffm=μFN(FN为正压力)求得。有一次放学后,当某同学准备关门时,无论用多大的力,也不能将门关上(这种现象称为自锁),此刻暗锁所处的状态的俯视图如图乙所示,P为锁舌D与锁槽E之间的接触点,弹簧由于被压缩而缩短了x。

(1)试问,自锁状态时D的下表面所受摩擦力的方向。

(2)求此时(自锁时)锁舌D与锁槽E之间的正压力的大小。

(3)无论用多大的力拉门,暗锁仍然能够保持自锁状态,则μ至少要多大?

答案全解全析

五年选考练

1.D　以工件为研究对象,受力分析如图所示,F1、F2的合力与重力等大反向,根据共点力平衡条件得=cos 30°,=cos 60°,则F1=mg,F2=mg,故只有D选项正确。

2.BC　如图所示,把力F分解在垂直于木楔两侧的方向上,根据力的作用效果可知,F1=F2=FN=,由此式可见,B、C项正确,A、D项错。

3.AB　衣架挂钩为“活结”模型,Oa、Ob为一根绳,两端拉力相等,设绳aOb长为L,M、N的水平距离为d,bO延长线交M于a',由几何知识知a'O=aO,sin θ=,由平衡条件有2F cos θ=mg,则F=,当b上移到b'时,d、L不变,θ不变,故F不变,选项A正确,C错误。将杆N向右移一些,L不变,d变大,θ变大,cos θ 变小,则F变大,选项B正确。只改变m,其他条件不变,则sin θ不变,θ不变,衣架悬挂点不变,选项D错误。

4.BD　用水平拉力向左缓慢拉动N,如图所示,水平拉力F逐渐增大,细绳的拉力T逐渐增大,则细绳对M的拉力逐渐增大,故A错误,B正确。

设斜面倾角为θ,当物块M的质量满足mMg sin θ>mNg时,初始时M受到的摩擦力方向沿斜面向上,这时随着对物块N的缓慢拉动,细绳的拉力T逐渐增大,物块M所受的摩擦力先向上逐渐减小,然后可能再向下逐渐增大,故C错误,D正确。

5.答案　①BC　②B

解析　①橡皮条的弹力方向不需要在两绳套夹角的角平分线上,选项A错误;重复实验,结点O的位置与上次实验无关,可以不同,选项B正确;使用测力计时,为避免弹簧与外壳的摩擦,要求施力方向应沿测力计轴线方向,读数时视线应正对测力计刻度,选项C正确;拉力小于弹簧测力计的量程即可,选项D错误。②“验证力的平行四边形定则”实验中,在不超测力计量程的前提下,拉力应尽量大些;确定拉力方向时,所描点应与O点的距离大些;两绳套夹角不能过大或过小;作图示时,所选标度越小,精度越高。综上所述,应选B。

三年模拟练

1.A　对下面的小球进行受力分析,如图甲所示:

甲

根据平衡条件得:F=mg tan 45°=mg,FB==mg;

对两个小球及轻弹簧B整体受力分析,如图乙所示:

乙

根据平衡条件得: tan θ=,又F=mg,解得 tan θ=,FA==mg,由题可知两弹簧的形变量相等,则有:x==,解得:==,故A正确,B、C、D错误。

2.B　对a、b进行受力分析,如图所示。b物体处于静止状态,当细线沿斜面向上的分量与重力沿斜面向下的分量相等时,摩擦力为零,所以b可能只受3个力作用,而a物体必定受到摩擦力作用,肯定受4个力作用,故A错误;a、b两个物体在垂直于斜面方向受力都平衡,则有:FN+FT sin θ=mg cos α,解得:FN=mg cos α-FT sin θ,则a、b两物体对斜面的压力相同,故B正确;根据A项的分析可知,b受到的摩擦力可能为零,而a受到的摩擦力一定不为零,故C错误;对a沿斜面方向有:FT cos θ+mg sin α=Ffa,对b沿斜面方向有:FT cos θ=mg sin α+Ffb,正压力相等,所以最大静摩擦力相等,则a先达到最大静摩擦力,故a先滑动,故D错误。

3.D　设绳子总长为L,两堵竖直墙之间的距离为s,左侧绳长为L1,右侧绳长为L2。由于绳子上的拉力处处相等,所以两绳与竖直方向夹角相等,设为θ,则由几何知识,得:s=L1 sin θ+L2 sin θ=(L1+L2) sin θ,又L1+L2=L,得到 sin θ=。设绳子的拉力大小为FT,重物的重力为G。以滑轮为研究对象,根据平衡条件得2FT cos θ=G,解得:FT=;可见,对题图甲,当绳子B端缓慢向下移时,s、L没有变化,则θ不变,绳子拉力FT1不变;对题图乙,在绳子的E端向F移动的过程中,由于绳子的长度不变,所以两段绳子之间的夹角θ增大, cos θ减小,则绳子拉力FT2增大,故A、B、C错误,D正确。

4.答案　(1)向右　(2)　(3)0.41

解析　(1)锁舌D有向左的运动趋势,故其下表面所受摩擦力Ff1方向向右。

(2)设锁舌D受锁槽E的最大静摩擦力为Ff2,正压力为FN,下表面的正压力为F,弹簧弹力为kx,如图所示,由力的平衡条件可知

kx+Ff1+Ff2 cos 45°-FN sin 45°=0,

F-FN cos 45°-Ff2 sin 45°=0,

又Ff1=μF,

Ff2=μFN,

联立各式,解得正压力大小

FN=。

(3)令FN趋近于∞,则有1-2μ-μ2=0,

解得μ=-1=0.41