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2023年上海高三物理模拟卷汇编:共点力平衡
展开一、单选题
1.(2023·上海静安·统考二模)如图,可视为质点的蚂蚁在半球形碗内缓慢从底部经a点爬到b点,蚂蚁经过这两点所受摩擦力Ffa、Ffb和弹力FNa、FNb的情况是( )
A.Ffa >Ffb,FNa>FNb
B.Ffa >Ffb,FNa
D.Ffa
【详解】该过程中蚂蚁受力平衡,设碗弧的切线与水平面的夹角为θ,则
由几何可知
所以可得
Ffa
故选C。
2.(2023·上海青浦·统考二模)元代《王祯农书》记载了戽斗,它是一种取水灌田的农具,形状像斗,两边有绳,靠两人拉绳取水。如图所示,忽略绳子质量,人拉绳子的作用点高度不变,绳子长度不变,戽斗装满水在空中处于平衡状态时,两人站得越近,则( )
A.一边的绳子对人的作用力越小B.一边的绳子对人的作用力越大
C.一边的绳子对戽斗的作用力越大D.两边的绳子对戽斗的作用力越小
【答案】A
【详解】如下图
戽斗受两绳子拉力F、重力G,由对称性和三角函数得
当两人站得越近时,图中θ减小,则F也减小,即一边的绳子对戽斗的作用力越小,根据牛顿第三定律,一边的绳子对人的作用力也越小。两边的绳子对戽斗的作用力始终和戽斗重力平衡,保持不变。
故选A。
3.(2023·上海浦东新·统考二模)如图,汽缸放置在水平地面上,用质量为、截面积为S的活塞封闭一定质量的气体。活塞上放置一个质量为的重物,不计摩擦,重力加速度为g,大气压强为,平衡时缸内气体的压强为( )
A.B.C.D.
【答案】D
【详解】设平衡时缸内气体的压强为p,对活塞受力分析,有
解得
故选D。
4.(2023·上海宝山·统考二模)如图所示,塔吊正在以速度v向右上方匀速提升重物,忽略空气阻力,则( )
A.重物所受的合力指向右上方
B.重物受到三个力的作用
C.悬吊重物的钢丝绳一定竖直向上
D.钢丝绳对重物的拉力逐渐变大
【答案】C
【详解】因为重物是匀速运动,所以受到的合力为零,即重物只受到重力和竖直向上的拉力作用,且拉力等于重力。
故选C。
5.(2023·上海黄浦·上海市大同中学统考二模)如图,一昆虫悬挂在水平树枝下,其足的股节与基节间的夹角为,且六条足都处于相同的拉力下。若昆虫稍微伸直足,则足的股节部分受到的拉力( )
A.增大B.减小
C.不变D.先减小后增大
【答案】B
【详解】设昆虫的质量为,每条股节部分受到的拉力均为,则由力的平衡条件可得
解得
而当昆虫稍微伸直足时,角变大,因此可知足的股节部分受到的拉力将减小。
故选B。
6.(2023·上海普陀·统考二模)两根通电直导线a、b相互平行,a通有垂直纸面向里的电流,固定在O点正下方的地面上;b通过一端系于O点的绝缘细线悬挂,且Oa=Ob,b静止时的截面图如图所示。若a中电流大小保持不变,b中的电流缓慢增大,则在b缓慢移动的过程中( )
A.细线对b的拉力逐渐变小B.地面对a的作用力变小
C.细线对b的拉力逐渐变大D.地面对a的作用力变大
【答案】D
【详解】由题意可知导线中电流方向与导线中相反,在中电流缓慢增大的过程中,对导线受力分析如下图所示
易得与矢量三角形相似,根据相似三角形的性质有
由此可知细线对b的拉力不变,而在逐渐增大,故导线间相互作用的安培力逐渐增大,因此可知导线对地面的作用力变大,根据牛顿第三定律可知,地面对a的作用力变大。
故选D。
7.(2023·上海徐汇·统考二模)如图一手机悬空吸附在磁吸式充电宝上,缓缓转动充电宝使手机屏幕由水平转为竖直,两者始终保持相对静止,则手机与充电宝间作用力( )
A.不断增大B.不断减小C.方向改变D.方向不变
【答案】D
【详解】手机在缓慢转动过程中,处于平衡状态,所以充电宝与手机间作用力与手机的重力等大方向,所以充电宝对手机的作用力始终不变。
故选D。
8.(2023·上海黄浦·上海市大同中学统考一模)如图所示为沿着树枝匀速向上爬的蝉,则( )
A.蝉受到一个不为零的恒定合外力B.树枝对蝉的作用力竖直向上
C.树枝对蝉的作用力垂直树枝向上D.蝉对自己施加的一个向上的力
【答案】B
【详解】由题知,蝉沿着树枝匀速向上爬,则蝉的合外力为零,即树枝对蝉的作用力与蝉的重力等大、反向。
故选B。
9.(2023·上海浦东新·统考一模)静止在货车上的集装箱重,当吊机对箱施加的竖直向上拉力时,箱所受合力为( )
A.,竖直向下B.,竖直向下
C.,竖直向上D.0
【答案】D
【详解】集装箱重,当吊机对箱施加的竖直向上拉力时,拉力小于重力,集装箱保持静止,所以合力为零。
故选D。
10.(2023·上海浦东新·统考一模)如图,将橡皮筋的结点拉至O点并保持不动。水平移动滑轮C,并保持与竖直方向夹角保持不变。要使绳下悬挂物质量最小,则与竖直方向的夹角与之间满足( )
A.B.C.D.
【答案】B
【详解】O点受到OA向上的拉力,大小、方向固定,OB斜向右下方的拉力,方向固定,画出力的矢量三角形如图所示
可知,当F和F垂直时,即时,OC绳上拉力最小,即绳下悬挂物质量最小。
故选B。
11.(2023·上海·一模)如图为内燃机中的连杆传动装置部分示意图。当汽缸中高压气体以力推活塞时,连杆BA与BO的夹角为,不计活塞重力和一切摩擦,则此汽缸壁对活塞的作用力为( )
A.B.C.D.
【答案】C
【详解】对活塞受力分析,受汽缸中高压气体对活塞的作用力,AB杆对其的推力,汽缸对活塞的作用力,如图所示
根据平衡条件,有
故选C。
12.(2023·上海青浦·统考二模)如图所示,光滑圆轨道固定在竖直面内,O为圆心,A、B两个小球用轻杆连接,放在圆轨道内,静止时,小球B与O在同一高度,杆与水平方向的夹角为,则A、B两球的质量之比为( )
A.B.2:1C.D.3:1
【答案】B
【详解】对A球和B球受力分析如下图所示,对B球有
对A球,由几何关系可知各夹角大小如图所示,故有
且对轻杆分析可知
联立解得
故B正确,ACD错误。
故选B。
13.(2023·上海静安·统考一模)如图(a)为某老师在新冠疫情期间上网课时使用的支架,支架上夹有手机。支架调整为图(b)状态后,它对手机的作用力( )
A.大小、方向均发生了变化
B.大小不变,方向发生变化
C.方向不变,大小发生变化
D.大小、方向均未发生变化
【答案】D
【详解】由图可知,手机受竖直方向的重力和手机支架的作用力(支持力和静摩擦力),变化前手机处于静止状态,受力平衡,故手机支架对手机的作用力方向为竖直向上,大小等于重力大小。变化后手机仍处于静止状态,则手机作用力大小、方向均未发生变化,故ABC错误,D正确。
故选D。
14.(2023·上海·一模)智能手机的普及使“低头族”应运而生.低头时,颈椎受到的压力会增大(当人体直立时,颈椎所承受的压力等于头部的重量).现将人体头颈部简化为如图所示的模型:重心在头部的P点,在可绕O转动的颈椎OP(轻杆)的支持力和沿PQ方向肌肉拉力的作用下处于静止.当低头时,若颈椎与竖直方向的夹角为45°,PQ与竖直方向的夹角为53°,此时颈椎受到的压力与直立时颈椎受到压力的比值为(sin53°=0.8,cs53°=0.6)
A.4B.5C.5D.4
【答案】D
【分析】
【详解】对头部进行受力分析,设颈椎对头部的支持力为F,肌肉拉力为F,如图示,根据平衡条件:
在水平方向有:FN=F
在竖直方向有:FN=mg+F
联立解得:FN=4mg,即颈椎受到的压力也为4mg,而直立时颈椎受到压力为mg,所以此时颈椎受到的压力与直立时颈椎受到压力的比值为4,故A、B、C错误,D正确.
故选D
15.(2023·上海·一模)如图所示,一物块开始时静止在粗糙的倾角为θ的固定斜面上.从某时刻开始,物块受到一方向不变、大小从零均匀增大、与斜面平行的拉力作用.假设物块与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.以f表示物块所受摩擦力的大小,F表示拉力的大小.能正确描述f与F之间的关系的图象可能是( )
A.B.C.D.
【答案】B
【详解】因为物块开始时静止在粗糙的倾角为θ的固定斜面上,所以f=mgsin θ,方向沿斜面向上,也说明fm=μmgcs θ≥mgsin θ;当受到力F后,摩擦力f=mgsin θ-F,F大小从零均匀增大,当F=mgsin θ时,f=0,当F>mgsin θ时,f反向增大,当F=mgsin θ+fm时,物块将要开始向上滑动,此后摩擦力不变,故B正确,ACD错误.
16.(2023·上海·一模)重力为G的体操运动员在进行自由体操比赛时,有如图所示的比赛动作,当运动员竖直倒立保持静止状态时,两手臂对称支撑,夹角为θ,则( )
A.当时,运动员单手对地面的正压力大小为
B.当时,运动员单手对地面的正压力大小为
C.当θ不同时,运动员受到的合力不同
D.当θ不同时,运动员与地面之间的相互作用力不相等
【答案】A
【详解】运动员处于静止状态,即平衡状态.每只手都承受自身重力的一半.和角度无关,所以A正确,BC错误:由牛顿第三定律知两物体间的相互作用力大小永远相等.故D错误.
综上所述本题答案是:A
二、填空题
17.(2023·上海静安·统考二模)如图,三根轻绳一端分别系住A、B、C三个物体,它们的另一端分别通过光滑定滑轮系于O点,整个装置处于平衡状态时,Oa与竖直方向成37°,Ob处于水平状态。已知B物体的质量为m,则A物体的质量为___________;如果将左边的滑轮a缓慢水平向左移动距离s,最终整个装置仍处于平衡状态,重力加速度为g,则装置的机械能变化的大小为___________。(取sin37=0.6,cs37=0.8.)
【答案】
【详解】[1]三根细线对O点的拉力等于三个物体的重力,对O点受力分析如图
根据平衡条件可知
解得
,
[2]将左边的滑轮a缓慢水平向左移动s的距离,结合平衡条件可知三个拉力的大小和方向都不变,故物体A、B高度不变,物C上升s,故系统机械能的增加量为
18.(2023·上海闵行·统考二模)如图所示,绝缘墙角固定了带电量为+的小球A;轻质绝缘细杆长为L,其正中心固定了质量为m、带电量为+的小球B,在杆底部水平力F的作用下静止靠在竖直墙面上。一开始轻杆与水平地面的夹角为60°,在杆底端水平外力F的作用下,杆缓慢转向直至竖直。此过程中,不计摩擦,地面对杆的支持力将________________(填“逐渐增大”、“逐渐变小”或“保持不变”),外力F做功大小为________________。
【答案】 逐渐变小
【详解】[1]轻杆受力图所示
根据平衡条件有
,
根据库仑定律和几何知识有
可知库仑力F1不变,逐渐增大,则地面对杆的支持力N1将逐渐减小;
[2]外力F做功使轻杆的重力势能增加,则
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