13整体法与隔离法结合处理物体平衡问题--2024届高考物理重要模型图专练（全国通用）

这是一份13整体法与隔离法结合处理物体平衡问题--2024届高考物理重要模型图专练（全国通用），共26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．如图所示，三本完全相同的物理课本a、b、c叠放在倾角为的斜面上处于静止状态，已知每本物理课本的质量为，重力加速度为。下列说法正确的是（ ）
A．a、b间摩擦力为零
B．b对c的压力大小为
C．c受斜面摩擦力大小为
D．b受a、c摩擦力合力大小为
2．如图所示，轻绳一端系在质量为m的物体A上，另一端系在一个套在粗糙竖直杆MN的圆环上。现用水平力F拉住绳子上一点O，使物体A从图中虚线位置缓慢上升到实线位置，但圆环仍保持在原来位置不动。则在这一过程中，杆对环的摩擦力和的变化情况（ ）
A．F1逐渐减小，F保持不变B．F1逐渐增大，F保持不变
C．F1保持不变，F逐渐增大D．F1保持不变，F逐渐减小
3．如图所示，质量为M的光滑半圆球A放置在水平面上的墙角处。细绳一端系在墙壁上的P点，另一端拉住放在半球A上的小球B，绳子与竖直墙壁的夹角为，绳子长度与P点到水平面的距离相等，已知小球质量为m，重力加速度为g，小球可视为质点，则半球A对水平面的压力为（ ）
A．B．
C．D．
4．如图所示，一质量为M的半球面放在粗糙的水平面上，球心为O，轻绳一端固定在天花板上、另一端系一质量为m的小球（可视为质点），小球放在半球面上，小球静止时轻绳与竖直方向的夹角为45°，小球与半球球心O连线与竖直方向成30°角，此时半球面静止。已知半球面与水平面的接触面粗糙，其余摩擦不计，重力加速度为g，则半球面与水平面的摩擦力大小为（ ）

A．B．C．D．
5．为欢庆国庆，街头巷尾都挂起了红灯笼。如图所示，两轻质圆环A、E套在固定的水平杆上，轻绳两端分别系在圆环上，在轻绳上B、D处分别悬挂一盏灯笼，在C处悬挂两盏灯笼。已知各灯笼均静止且其质量均为m，各段轻绳与竖直方向之间的夹角如图中所示，重力加速度为g。下列说法中正确的是（ ）
A．BC段轻绳上的作用力比AB段的大
B．水平杆对A圆环的支持力大小为4mg
C．水平杆对A圆环的作用力沿BA方向
D．
6．如图，质量为m的光滑球体夹在竖直墙壁和斜面体之间，斜面体质量为2m，倾角，设斜面体与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，若斜面体恰好不滑动，则斜面体与水平地面间的动摩擦因数μ为（，）（ ）
A．B．
C．D．
7．如图，倾角为的斜面固定在墙角，质量为M的尖劈放置在斜面上，尖劈的右侧面竖直，用轻绳系住一个质量为m的球紧靠在尖劈的右侧，轻绳与斜面平行，球与尖劈的接触面光滑，斜面对尖劈的静摩擦力恰好为0，整个系统处于静止状态。沿球心O对球施加一个水平向左的恒定推力F，系统仍处于静止状态。则（ ）

A．对球施加水平推力后，轻绳的拉力可能变大
B．对球施加水平推力后，尖劈对斜面的压力一定变大
C．尖劈的质量M与球的质量m之比为
D．对球施加水平推力后，斜面对尖劈的摩擦力可能仍为0
8．如图所示，木模A、B质量均为m，通过三根轻质竖直细线对称连接，木模B静止在水平面上。细线a、b、c上的张力大小分别用、、表示，水平面所受的压力大小为，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（ ）
A．FN<2mgB．Fa-Fb-Fc=mg
C．Fa+Fb+Fc=2mgD．Fa=Fb+Fc
9．如图所示，三角形斜面A放置水平地面上，将光滑滑块B放置于斜面A上，在滑块B上施加水平向右的恒力F，斜面A和滑块B一起向右匀速运动，已知滑块B的质量为m、斜面A的质量为2m，斜面倾角为，已知，，则斜面与地面之间的动摩擦因数为（ ）

A．B．C．D．
10．如图所示，倾角为的斜面体放在粗糙的水平面上，光滑小球用绳子拉住静止在斜面上，绳子与斜面的夹角也为。已知斜面体的质量为小球质量的0.5倍，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，若要整个系统处于静止状态，则斜面体与水平面间的动摩擦因数至少为（ ）

A．B．C．D．
二、多选题
11．如图所示，长木板A置于水平地面上，其左端有固定的立柱，物块B叠放在A上。立柱与B之间有轻弹簧连接，水平向左的力F作用在物块B上。若力F逐渐增大，但各物体仍处于静止状态，则在此过程中（ ）

A．木板A上、下表面所受摩擦力的合力不变
B．物块B所受的摩擦力逐渐增大
C．物块B所受的摩擦力始终向右
D．弹簧的弹力不变
12．为庆祝党的二十大的胜利召开，腾冲热海景区挂出32个灯笼（相邻两个灯笼间由轻绳连接），依次贴上“高举中国特色社会主义旗帜，为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗”，从高到低依次标为1、2、3、…、32。在无风状态下，32个灯笼处于静止状态，简化图如图所示，与灯笼“斗”右侧相连的轻绳处于水平状态，已知每一个灯笼的质量，重力加速度，悬挂灯笼的轻绳最大承受力，最左端连接的轻绳与竖直方向的夹角为。下列说法正确的是（ ）

A．最大为53°
B．当最大时，最右端轻绳的拉力为
C．当时，第8个灯笼与第9个灯笼间轻绳与竖直方向的夹角为45°
D．当时，第8个灯笼与第9个灯笼间轻绳与竖直方向的夹角为45°
13．一质量为的儿童从滑梯顶端以某一初速度开始下滑，如图所示，若老师不进行干预，他将恰好沿滑梯匀速下滑，已知滑梯质量为，则（ ）
A．当老师对其施加平行于滑梯向上的拉力时，他将沿滑梯向下做减速运动，此时地面对滑梯的支持力大小等于
B．当老师对其施加平行于滑梯向上的拉力时，他将沿滑梯向下做减速运动，此时地面对滑梯的支持力小于
C．当老师对其施加与滑梯成一定角度斜向上拉力作用时，他将沿滑梯向下做减速运动，此时滑梯将受到地面向前的静摩擦力
D．当老师对其施加与滑梯成一定角度斜向上拉力作用时，他将沿滑梯向下做减速运动，此时地面对滑梯无摩擦力作用
14．如图所示，质量为M的斜面体A置于粗糙水平面上，用轻绳拴住质量为m的小球B置于斜面上，整个系统处于静止状态。已知斜面倾角θ=30°，轻绳与斜面平行且另一端固定在竖直墙面上，不计小球与斜面间的摩擦，则（ ）
A．斜面体对小球的支持力的大小为mg
B．轻绳对小球的作用力的大小为
C．斜面体对水平面的压力的大小为（M＋m）g
D．斜面体与水平面间的摩擦力的大小为
15．如图，光滑球A与粗糙半球B放在倾角为30°的斜面C上，C放在水平地面上，均处于静止状态。若A与B的半径相等，A的质量为2m，B的质量为m，重力加速度大小为g，则（ ）
A．C对A支持力大小为B．C对B的摩擦力大小为
C．B对A的支持力大小为D．地面对C的摩擦力大小为
16．如图所示，质量为3m的小车放在粗糙水平地面上，固定在小车上的竖直轻杆的顶端用不可伸长的轻绳连接质量为m的小球，当用大小为、方向与水平方向成的拉力作用在小球上时，系统刚好相对静止且一起向右匀速运动，则（ ）
A．地面对小车的支持力等于3mgB．地面对小车的支持力等于4mg
C．地面对小车的摩擦力大小为mgD．地面对小车的摩擦力大小为
三、解答题
17．如图所示，一氢气球用固定在地面上的轻绳拴接，绳上绑有一石块，将轻绳分成a、b两段，某时刻，由于水平风力的作用，轻绳a与竖直方向成60°角，已知氢气球重力为G，石块重力为3G，氢气球受到的浮力大小为5G，不考虑风对石块的作用力，求：
（1）轻绳a受到的拉力和氢气球受到的风力大小；
（2）轻绳b受到的拉力大小。

18．如图2为生活中常见的一款手机支架，图1为其简化图。假设这款手机支架和手机接触的挡板的两个面都是光滑的，且挡板 AB和 BC的质量不计，手机支架的底座质量。为0.1kg，质量为0.2kg的手机放在支架上，斜面倾角为，（，，）。
（1）手机对挡板AB和挡板BC的作用力大小。
（2）手机支架的斜杆D和底座间夹角调为时，斜杆D对挡板BC的作用力大小。
（3）放上手机后桌面对底座的作用力的大小。
19．如图所示，两个小球A、B通过劲度系数为k的轻弹簧连接，小球A通过水平绳连接在墙上，另一根轻绳一端通过定滑轮连接小球B，另一端悬挂在墙顶上；铁块C挂在动滑轮上，动滑轮放在轻绳上，且动滑轮两边绳夹角，整个装置处于静止状态；与B球连接的绳与水平方向成。已知小球B的质量，小球的质量，重力加速度为。不计滑轮质量及所有摩擦，求：
（1）连接B球绳子拉力的大小；
（2）小球A的质量。

20．如图所示，甲、乙两个质量均为m、半径均为r的均匀光滑小球放置在底面直径为3r的圆柱形容器内，容器放在水平地面上。求：
（1）甲球受到容器壁的压力大小；
（2）乙球对容器底面的压力大小。
四、填空题
21．如图所示，水平细杆上套一环A，环A与球B间用一轻质绳相连，质量分别为、，由于B球受到风力作用，环A与B球一起向右匀速运动。已知绳与竖直方向的夹角为，则当风力增大时，轻质绳对B球的拉力 ，杆对环A的支持力 。（选填“增大”、“减小”或“不变”）
22．如图所示，一根丘陵地带的输电线，A、C为其两端，C端高于A端，B为输电线的最低点。已知输电线在A、C两端的切线方向与竖直方向夹角分别为、，设输电线质量分布均匀，AB段的重力为G，则输电线BC段对AB段的水平拉力大小为 ，A端对输电线的弹力大小 C端对输电线的弹力大小（选填“大于”、“等于”和“小于”）。
23．如图所示，物体A、B的质量mA=8kg，mB=6kg，A与B、B与地面之间的动摩擦因数都为µ=0.5，在外力F作用下，A和B一起匀速运动，则地面对的摩擦力的大小是 ；A对B的摩擦力的大小是 。（g取10m/s2）
24．如图所示，用轻绳系住一个匀质大球B，大球和墙壁之间放置一质量为m的匀质小球A，各接触面均光滑。系统平衡时，绳与竖直墙壁之间的夹角为，两球心连线与轻绳之间的夹角为，重力加速度为g。则竖直墙对A球的弹力大小为 ，大球B的质量为 。
25．某同学用两只手分别撑住桌子使自己悬空并保持静止，两手臂和桌面夹角均为，该同学质量为，每张桌子的质量为，桌脚与地面之间的动摩擦因数。则：（1）左侧桌子对地面的压力为 N；（2）左侧桌子对地面的摩擦力为 N（结果保留一位小数）。
参考答案：
1．B
【详解】A．对a受力分析可知
故A错误；
B．将ab作为整体研究，ab受到的支持力为
根据牛顿第三定律可得则ab对c的压力大小为
故B正确；
C．将abc作为整体研究，abc整体受到斜面对其的摩擦力为
故C错误；
D．对b研究，沿斜面方向，受重力的分力和a、c对其的摩擦力的合力，处于平衡状态，则
故D错误。
故选B。
2．C
【详解】根据题意，对点受力分析，设轻绳与竖直方向的夹角为，由平衡条件有
使物体A从图中虚线位置缓慢上升到实线位置，增大，则增大；对圆环和物体的整体受力分析可知，竖直方向细杆对圆环的摩擦力为
使物体A从图中虚线位置缓慢上升到实线位置，竖直方向受力不变，则杆对环的摩擦力不变。
故选C。
3．B
【详解】因为绳子长度与点到水平面的距离相等，所以绳子是半圆的切线。以B为研究对象，把B的重力分解为沿绳和垂直于绳的两个力，其中垂直于绳的力的大小
半球对水平面的压力为
故选B。
4．C
【详解】以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立坐标系，以小球为研究对象，受力分析如图所示，

设当半球面静止时绳子的拉力大小为F，半球面对小球的支持力大小为，根据共点力的平衡条件有
联立解得
再将小球和半球面看成一个整体，由整体受力平衡易知，半球面与水平面的摩擦力
联立解得
故选C。
5．C
【详解】AD．设AB段轻绳在水平方向上的分力为F，将四个灯笼视为整体，则AB段轻绳在竖直方向上的分力为2mg，则有
BC段轻绳在水平方向上的分力等于AB段轻绳在水平方向上的分力，大小为F，结点C受力平衡，可知BC段轻绳在竖直方向上的分力为mg，可知
则有
根据结点B平衡可知
得
因此A错误，D错误；
B．将四个灯笼、轻绳、圆环视为整体，在竖直方向上受力分析，有
2FN=4mg
解得
FN=2mg
B错误；
C．A轻环重力不计，对其受力分析可知，其所受摩擦力和支持力的合力沿BA方向，与绳上的拉力等大反向，C正确。
故选C。
6．A
【详解】设摩擦因数为，对整体受力分析如图所示

斜面体与地面间的最大静摩擦力为
对球体受力分析如图所示

则
由以上可知斜面体与地面间的最大静摩擦力
联立解得
故选A。
7．B
【详解】C．对球施加水平推力前，以尖劈和球整体为研究对象，如图1，可知轻绳的拉力
斜面对尖劈的支持力
以球为研究对象，如图2，可知轻绳的拉力
联立解得
故C错误。
A．以球为研究对象，可知对球施加水平推力后不影响竖直方向力的大小，轻绳的拉力不变，如图3，故A错误；
BD．以尖劈和球整体为研究对象，对球施加水平推力后，如图4，有
总重力不变，可得斜面对尖劈的弹力变大，即尖劈对斜面的压力变大；轻绳拉力T不变，总重力不变，施加推力F后，要保持平衡，有
则斜面对尖劈的摩擦力沿斜面向下，斜面对尖劈的摩擦力不可能为0，故B正确，D错误。
故选B。
8．B
【详解】BD．对木块A受力分析有
可得
故B正确，D错误；
A．对A、B整体进行受力分析，根据受力平衡可得
根据牛顿第三定律可得水平面所受的压力大小为
故A错误；
C．由BD选项分析可得
由于与mg关系未知，故不能得到
故C错误。
故选B。
9．A
【详解】对滑块B受力分析且由平衡可得
对A、B整体由平衡可得
联立以上两式得
则
故选A。
10．A
【详解】对小球受力分析

沿斜面方向有
解得
以小球和斜面整体为研究对象，受力分析如图所示，整体刚好受力平衡时，有
解得
要保证系统处于静止状态，则
选项A正确，BCD错误。
故选A。
11．AD
【详解】AD．各物体仍处于静止状态，弹簧长度不变，弹簧的弹力不变，木板A上、下表面所受摩擦力的合力大小等于弹簧弹力即不变。故AD正确；
BC．初始时，弹簧处于拉伸还是压缩状态未知，逐渐增大力F，物块B所受的摩擦力可能增大也可能减小，方向可能向右也可能向左。故BC错误。
故选AD。
12．BC
【详解】AB．当最左端连接的轻绳的拉力大小为时，θ最大，此时灯笼整体受力如图所示

由平衡条件水平方向有
竖直方向有
联立解得
故A错误，B正确；
C．当时，此时灯笼整体受力如图所示

由平衡条件知，最右端轻绳的拉力
对第9个灯笼至第32个灯笼整体，其受力情况跟灯笼整体的受力情况相同，由平衡条件
则第8个灯笼与第9个灯笼间轻绳与竖直方向的夹角，故C正确；
D．当时，此时灯笼整体受力如图所示

由平衡条件知，最右端轻绳的拉力
对第9个灯笼至第32个灯笼整体，其受力情况跟灯笼整体的受力情况相同，由平衡条件
则第8个灯笼与第9个灯笼间轻绳与竖直方向的夹角，故D错误；
故选BC。
13．AD
【详解】根据题意，设滑梯倾角为，儿童恰好沿滑梯匀速下滑，则有
解得
AB．当老师对其施加平行于滑梯向上的拉力时，他将沿滑梯向下做减速运动，滑梯对儿童的弹力和摩擦力都不变，因此滑梯对儿童的作用力竖直向上，大小为，对于滑梯受本身的重力与儿童竖直向下的压力，由平衡条件可得，此时地面对滑梯的支持力大小等于，故A正确，B错误；
CD．当老师对其施加与滑梯成一定角度斜向上拉力作用时，他将沿滑梯向下做减速运动，滑梯对儿童的弹力和摩擦力都减小相同的倍数，滑梯对儿童的作用力仍然竖直向上，但大小小于，则对于滑梯受本身的重力与儿童竖直向下的压力小于，由平衡条件可得，地面对滑梯无摩擦力作用，故C错误，D正确。
故选AD。
14．BD
【详解】AB．对小球进行分析有
，
解得
，
A错误，B正确；
CD．对小球与斜面整体分析有
，
根据牛顿第三定律有
解得
，
C错误，D正确。
故选BD。
15．BC
【详解】AC．由题意可得，A球受垂直斜面向上的C对A的支持力，B对A的支持力和A自身的重力，且两个支持力与重力的反向延长线的夹角都为30°，由几何关系可得
故A错误，C正确；
B．以A、B为研究对象，沿斜面方向静摩擦力与重力沿斜面的分力平衡，则有
故B正确；
D．以整体为对象，整体在水平方向不受力，故地面对C的没有摩擦力，故D错误。
故选BC。
16．AD
【详解】对小球和小车整体受力分析，竖直方向平衡
水平方向平衡
解得地面对小车的支持力为
地面对小车的摩擦力大小为
故选AD。
17．（1），；（2）
【详解】（1）对气球和石块组成的系统进行受力分析，如图（a）所示，由平衡条件

则有
又
解得
，
（2）对石块进行受力分析，如图（b）所示，设轻绳b与竖直方向的夹角为，由平衡条件

则有
且
解得
18．（1）1.6N，；（2）；（3）
【详解】（1）以手机为对象，根据受力平衡可得
根据牛顿第三定律可知，手机对挡板AB的作用力大小为，对挡板BC的作用力大小为。
（2）由于挡板 AB和 BC的质量不计，以手机、挡板 AB和 BC为整体，根据受力平衡可得
可知斜杆D对挡板BC的作用力大小为。
（3）以手机和支架为整体，根据受力平衡可得
可知放上手机后桌面对底座的作用力的大小为。
19．（1）；（2）
【详解】（1）对C球所在动滑轮受力分析有绳子拉力大小为，且
解得
（2）对A、B物体整体受力分析如图所示

由平衡条件可知
联立以上公式得
20．（1）；（2）2mg
【详解】（1）以甲球为研究对象进行受力分析如图所示：
根据几何关系可得
所以
α=30°
由此可得甲球受到容器壁的压力大小

（2）对甲、乙两球系统，竖直方向根据共点力的平衡条件可得地面对乙球的支持力为
N′=2mg
根据牛顿第三定律可知乙球对容器底的压力大小等于2mg。
21． 增大 不变
【详解】[1]对球B受力分析，受重力、风力和拉力，如图
则根据平衡条件有：绳对B球的拉力
当风力增大时，增大，则T增大；
[2]把环和球当作一个整体，对其受力分析如图
根据共点力平衡条件可得：杆对A环的支持力大小
显然与风力的大小无关，保持不变。
22． Gtanθ1 小于
【详解】[1]输电线质量分布均匀，对AB段受力分析有
由平衡条件可知
[2]对输电线的整体受力分析，有
由水平方向平衡有
根据输电线重心偏向A，有
则有
联立可得
即A端对输电线的弹力大小小于C端对输电线的弹力大小。
23． 70 35
【详解】[1]因为A、B一起在地面上匀速运动，所以A与B间是静摩擦力，而地面对B是滑动摩擦力，所以有
水平向左，A、B整体受力分析，由平衡条件知
[2]对A物体有
其中FT为绳的拉力，大小为
解得
所以，A对B的摩擦力大小为35N，方向水平向右。
24．
【详解】[1]对球A分析，有
解得
[2]将两球做整体分析，有
解得
25． 450.0 173.2
【详解】[1]设地面对左侧桌子的支持力为，以人和桌子为整体受力分析
解得
[2]对该同学受力分析，设手臂受力为F，可得
解得
对桌子受力分析，水平方向有
根据牛顿第三定律，左侧桌子对地面的摩擦力大小为173.2N。