2024年高考物理二轮专题复习-专题2 力的平衡问题（原卷版+解析版）

这是一份2024年高考物理二轮专题复习-专题2 力的平衡问题（原卷版+解析版），文件包含专题2力的平衡问题原卷版docx、专题2力的平衡问题解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共48页， 欢迎下载使用。
二、两个力的合力的大小范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.
如图所示，穿过小动滑轮的轻绳两端分别固定在a、b两点，质量为m的小物块通过轻绳拴接在小动滑轮的轴上。现给小物块施加一个水平向右的拉力F，系统静止时，滑轮到固定点a、b的两部分轻绳与水平方向的夹角分别为30°和60°，滑轮质量、大小忽略不计，重力加速度为g。下列判断正确的是（ ）
A．小物块与滑轮间的轻绳与竖直方向夹角为37°
B．作用在小物块上的水平拉力大小为2mg
C．跨过滑轮的轻绳中的张力大小为(3-1)mg
D．跨过滑轮的轻绳中的张力大小为(3+1)mg
如图，悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处，绳的一端固定在墙上，另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量分别为m1、m2，系统平衡时，O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α＝45°，β＝60°，则m1m2等于（ ）
A．6+326B．3+32C．2+33D．6+33
如图所示，在水平天花板的A点处固定一根轻杆a，杆与天花板保持垂直。杆的下端有一个轻滑轮O。一根细线上端固定在该天花板的B点处，细线跨过滑轮O，下端系一个重为G的物体，BO段细线与天花板的夹角为θ＝30°。系统保持静止，不计一切摩擦。下列说法中正确的是（ ）
A．细线BO对天花板的拉力大小是G2
B．a杆对滑轮的作用力大小是G2
C．a杆对滑轮的作用力方向沿着OA竖直向上
D．a杆对滑轮的作用力大小是G
三、静摩擦力会随外力而改变；滑动摩擦力 f=μFN，特别注意 FN 不一定等于 mg 或 mgcsθ。
在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用，F平行于斜面向上。若要物块在斜面上保持静止，F的取值应有一定的范围，已知其最大值和最小值分别为F1和F2（F2>0）。f=( F2-F1)/2.
如图所示，在一静止升降机内，物体A在位置B处，被一根伸长的弹簧拉住，现让升降机加速上升，达到一定速度后保持匀速一段时间，最后减速上升直到停止，则在升降机上升的过程中（ ）
A．加速上升阶段物体A所受的摩擦力一定增大
B．匀速上升阶段物体A的所受的支持力一定增大
C．减速上升阶段物体A所受的摩擦力一定减小
D．整个过过程中物体A所受的摩擦力可能保持不变
如图所示为研究平衡摩擦力的一个实验。把一个木块A放在倾角为θ＝45°的斜面体B上，斜面体固定在小车上。水平外力作用在小车上，使木块A和斜面体B一起水平向左随小车以加速度a匀加速运动。木块A和斜面体B在运动过程中始终相对静止。在某一次实验中，调整小车的加速度大小为a＝g（g为重力加速度），则关于斜面B对物体A的摩擦力方向，下列说法正确的是（ ）
A．斜面B对物体A没有摩擦力
B．斜面B对物体A的摩擦力方向沿斜面向上
C．斜面B对物体A的摩擦力方向沿斜面向下
D．斜面B对物体A的摩擦力方向可能沿斜面向上、也可能沿斜面向下
如图1所示，质量均为m、表面粗糙程度不同的三个物块a、b、c，放在三个完全相同的斜面体上，斜面体质量为M、底部倾角为θ。物块a、b、c以相同初速度下滑，斜面体始终保持静止，其vt图像如图2所示。a、b、c与斜面之间的动摩擦因数分别为μa、μb、μc，斜面体对地面的压力分别为FNa、FNb、FNc，斜面体对地面的摩擦力分别为fa、fb、fc。下列判断正确的是（ ）
A．μa＞μb＞μc
B．FNb＝（M+m）g，fb＝0
C．FNa＜（M+m）g，fa=m(v1-v0)t且方向水平向右
D．FNc＞（M+m）g，fc=m(v2-v0)t且方向水平向右
四、整体法与隔离法的灵活运用能够简化问题。水平方向分析N物体受力情况时可用隔离法，分析地面与斜面体之间的作用力时可以将M和斜面体看作一个整体，绳上的拉力为外力。
如图甲所示，倾角为θ的斜面体C置于水平地面上，物块B置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与物块A连接，连接B的一段细绳与斜面平行，整个装置处于静止状态。现在B上再轻放一小物块D，整个系统仍处于静止状态，如图乙所示。则放上D之后与没放D时相比（ ）
A．B受到C的摩擦力方向可能会发生改变，地面对C的摩擦力大小和方向都没改变
B．B受到C的摩擦力方向可能会发生改变，地面对C的摩擦力大小一定变大
C．B对C的摩擦力大小一定发生改变，地面对C的摩擦力大小和方向都没改变
D．B对C的摩擦力大小一定发生改变，地面对C的摩擦力大小一定变大
如图所示，整个装置处于静止状态，球Q光滑，若用外力使MN保持竖直并且缓慢地向右移动，在Q落到地面以前发现P始终保持静止，在此过程中下列说法正确的是（ ）
A．MN对Q的弹力逐渐减小
B．地面对P的摩擦力逐渐增大
C．地面对P的弹力变小
D．PQ之间的弹力逐渐减小
如图所示，A、B两物块叠放在一起，在竖直向上外力F的作用下，恰能一起沿粗糙的竖直墙面匀速向下运动，则物块A的受力个数为（ ）
A．3个B．4个C．5个D．6个
如图，一质量m＝2kg的小球通过轻绳连接在质量M＝10kg的小车上，现给小球施加一个水平方向的恒力F，使小球和小车一起在光滑水平地面上向右做匀加速运动，已知轻绳和竖直方向的夹角为37°，则小车的加速度的大小为（sin37°＝0.6，cs37°＝0.8，g取10m/s2）（ ）
A．1m/s2B．1.5m/s2C．2m/s2D．2.5m/s2
挂灯笼的习俗起源于西汉，过年期间，家家户户都挂起了各式各样的灯笼．如图所示，由五根等长的轻质细绳悬挂起质量均为m的灯笼A、B、C、D，中间细绳是水平的，上面两细绳与水平方向夹角为θ1，中间两细绳与竖直方向夹角为θ2，AB间和BC间的绳中张力分别是FAB和FBC，重力加速度为g。下列关系式正确的是（ ）
A．θ1＝θ2B．tanθ1tanθ2=2
C．FBC＝mgtanθ2D．FAB=mgsinθ2
五、两个分力 F1 和 F2 的合力为 F，若已知合力(或一个分力)的大小和方向，又知另一个分力(或合力)的方向，则第三个力与已知方向不知大小的那个力垂直时有最小值．
将两个质量为m和M的小球a、b用细线相连后，再用细线悬挂于O点，如图所示，用力F拉小球b。使两个小球都处于静止状态，且细线Oa与竖直方向的夹角θ＝30°，则F的最小值为（ ）
A．33（m+M）gB．（m+M）gC．32（m+M）gD．12（m+M）g
（多选）如图所示，两个足够长的光滑平板AP与BP用铰链连接，平板AP与水平面成53°角固定不动，平板BP可绕P点的水平轴在竖直面内自由转动，将一重为G的均匀圆柱体O放在两板间。在使BP板由水平位置缓慢转动到竖直位置的过程中，已知sin53°＝0.8，cs53°＝0.6，下列说法正确的是（ ）
A．当BP沿水平方向时，圆柱体受两个力的作用
B．当BP沿竖直方向时，AP板受到的压力最大为5G3
C．当BP板与AP板垂直时，AP板受到的压力最小为5G3
D．当BP板与AP板垂直时，BP板受到的压力最小为4G5
（多选）如图所示，半圆形框架竖直放置在粗糙的水平地面上，其外侧一光滑的小球P在水平外力F的作用下处于静止状态，P与圆心O的连线与水平面的夹角为θ，将力F在竖直面内沿顺时针方向缓慢地转过90°，期间框架与小球始终保持静止状态。在此过程中下列说法正确的是（ ）
A．地面对框架的摩擦力始终为零
B．框架对小球的支持力先减小后增大
C．拉力F的最小值为mgcsθ
D．框架对地面的压力一直减小
如图所示，足够长的斜面倾角为θ，一质量为m的物块恰好能自行沿斜面匀速下滑。物块在沿斜面匀速下滑过程中，在竖直平面内给物块一任意方向（α角任意）的外力F，斜面始终处于静止状态。已知重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．物块沿斜面下滑过程中，地面给斜面的摩擦力为零
B．物块与斜面间的动摩擦因数μ＝2tanθ
C．若外力F拉着物块沿斜面匀速上滑，则F的最小值为mgcsθ
D．若外力F拉着物块沿斜面匀速上滑，则F的最小值为mgsinθ
六、晾衣服问题
设绳与竖直方向夹角为θ，两杆距离为d，绳长为L，则有sinθ=d/L。若只将端点上下移动，则θ不变，绳的拉力不变；若端点（杆）左右移动，则θ会相应变化。
如图，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'，绳子拉力变小
B．将杆M向左移一些，绳子拉力变小
C．换用稍长一些的轻质晾衣绳，绳子拉力变小
D．绳的两端高度差越小，绳子拉力变小
工地上甲、乙两人用如图所示的方法将带挂钩的重物抬起。不可伸长的轻绳两端分别固定于刚性直杆上的A、B两点，轻绳长度大于A、B两点间的距离。现将挂钩挂在轻绳上，乙站直后将杆的一端搭在肩上并保持不动，甲蹲下后将杆的另一端搭在肩上，此时物体刚要离开地面，然后甲缓慢站起至站直。已知甲的身高比乙高，不计挂钩与绳之间的摩擦。在甲缓慢站起至站直的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．轻绳的张力大小一直不变
B．轻绳的张力先变大后变小
C．轻绳的张力先变小后变大
D．轻绳对挂钩的作用力先变大后变小
如图所示，晾晒衣服的绳子两端分别固定在两根竖直杆上的A、B两点，绳子的质量及绳与衣架挂钩间摩擦均忽略不计，现衣服处于静止状态。如果保持绳子A端、B端在杆上的位置不变，将右侧杆缓慢平移到图中虚线位置的过程中，则（ ）
A．绳子的弹力变大B．绳子的弹力不变
C．绳子对挂钩弹力不变D．绳子对挂钩弹力变大
如图所示，圆心为O，水平直径为AB的圆环位于竖直面内，一轻绳两端分别固定在圆环的M、N两点，轻质滑轮连接一重物，放置在轻绳上，MN连线过圆心O且与AB间的夹角为θ，不计滑轮与轻绳之间的摩擦。圆环顺时针缓慢转过角度2θ的过程，轻绳的张力（ ）
A．逐渐增大B．逐渐减小
C．先增大再减小D．先减小再增大
七、动态平衡问题
如图所示，质量为km（k大小未知）的物体A和质量为m的物体B用跨过光滑定滑轮的细线连接，物体A放置在粗糙的水平面上，细线OB段沿竖直方向，细线OA段与水平方向的夹角为θ＝30°．现用水平外力F将物体B缓慢拉至细线与竖直方向的夹角θ＝30°，该过程物体A始终静止不动，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物体A与水平面间的动摩擦因数0＜μ＜1。则k的取值可能是（ ）
A．3B．1C．233D．33
如图甲所示，用瓦片做屋顶是我国建筑的特色之一。铺设瓦片时，屋顶结构可简化为图乙所示，建筑工人将瓦片轻放在两根相互平行的檩条正中间，若瓦片能静止在檩条上。已知檩条间距离为d，以下说法正确的是（ ）
A．减小檩条间的距离d时，瓦片可能会下滑
B．减小檩条的倾斜角度θ时，瓦片与檩条间的弹力变小
C．增大檩条间的距离d时，瓦片与檩条间的摩擦力变大
D．增大檩条间的距离d时，瓦片与檩条间的弹力变小
如图所示，半圆形凹槽的半径为R，固定在水平面上。一只小蚂蚁A由凹槽的底部向上爬，蚂蚁所能上升到相对圆槽底面的最大高度为h（h＜R），认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则蚂蚁与槽面间的动摩擦因数是（ ）
A．μ=2Rh-h2R-hB．μ=2Rh+h2R-h
C．μ=2Rh-h2R+hD．μ=2Rh+h2R+h
筷子是中华饮食文化的标志之一。如图所示，用筷子夹质量为m的小球处于静止，筷子均在竖直平面内，且筷子与竖直方向的夹角均为θ。忽略小球与筷子之间的摩擦，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．筷子对小球的合力大于重力
B．筷子的弹力大小均为N=mg2csθ
C．保持左侧筷子固定不动，右侧筷子缓慢变为竖直，左、右筷子的弹力均逐渐变大
D．保持左侧筷子固定不动，右侧筷子缓慢变为竖直，左、右筷子的弹力均逐渐变小
如图所示，用OA、OB两根轻绳将花盆悬于两竖直墙之间。开始时OB绳处于水平状态。现保持O点位置不变，只通过改变OB绳长使绳右端由B点缓慢上移至B'点，此时OB′与OA之间的夹角θ＜90°。设此过程中OA、OB绳的拉力分别为FOA、FOB，下列说法正确的是（ ）
A．FOB先增大后减小B．FOB先减小后增大
C．FOA先增大后减小D．FOA先减小后增大
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OB与竖直方向夹角α保持不变。要使OD绳下悬挂物质量最小，则OC与竖直方向的夹角β与α之间满足（ ）
A．α＝βB．α+β＝90°C．α＝2βD．2α＝β
如图所示，光滑半圆环竖直固定放置，最高点B处有一光滑小滑轮，质量为m的小球A穿在环上。现用细绳一端拴在A上，另一端跨过滑轮用力F拉动，使A由图示位置缓慢向上移动，圆环对A的弹力为FN，则（ ）
A．力F逐渐变大
B．弹力FN逐渐变小
C．弹力FN大小不变
D．弹力FN的方向先背离圆心O后指向圆心O
如图所示，带电金属小球A用绝缘细线悬挂于O点，O点正下方带电小球B固定在绝缘支座上，两小球可视为质点，平衡时其间距离为L。现将与小球A完全相同的三个不带电的金属小球依次并充分与A接触后移开，则再次平衡后A、B间距离为（ ）
A．18LB．14LC．12LD．L
如图所示，光滑的半圆环沿竖直方向固定，M点为半圆环的最高点，N点为半圆环上与半圆环的圆心等高的点，直径MH沿竖直方向，光滑的定滑轮固定在M处，另一小圆环穿过半圆环用质量不计的轻绳拴接并跨过定滑轮。开始小圆环处在半圆环的最低点H点，第一次拉小圆环使其缓慢地运动到N点，第二次以恒定的速率将小圆环拉到N点。滑轮大小可以忽略，则下列说法正确的是（ ）
A．第一次轻绳的拉力逐渐减小
B．第一次半圆环受到的压力逐渐增大
C．小圆环第一次在N点与第二次在N点时，第二次轻绳的拉力大一些
D．小圆环第一次在N点与第二次在N点时，半圆环受到的压力大小一定相同
《大国工匠》节目中讲述了王进利用“秋千法”在1000kV的高压线上带电作业的过程，如图所示，绝缘轻绳OD一端固定在高压线杆塔上的O点，另一端固定在兜篮D上，另一绝缘轻绳跨过固定在杆塔上C点的定滑轮，一端连接兜篮，另一端由工人控制，身穿屏蔽服的王进坐在兜篮里，缓慢地从C点运动到处于O点正下方E点的电缆处，绳OD一直处于伸直状态。兜篮、王进及携带的设备总质量为m，可看作质点，不计一切阻力，重力加速度大小为g。从C点运动到E点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．绳OD的拉力一直变小
B．绳CD的拉力一直变大
C．绳OD、CD拉力的合力大于mg
D．绳CD与竖直方向的夹角为30°时，绳CD的拉力为33mg
如图所示，质量为M的物体用轻绳悬挂于O点，开始时轻绳OA水平，OA、OB两绳之间的夹角α＝150°，现将两绳同时顺时针缓慢转过90°，且保持O点及夹角α不变，物体始终保持静止状态。在旋转过程中，设绳OA的拉力为F1，绳OB的拉力为F2，则下列说法正确的是（ ）
A．F1逐渐增大，最终等于Mg
B．F1先减小后增大
C．F2逐渐减小，最终等于零
D．F2先增大后减小
如图为一个简易模型，截面为一内壁光滑的顶角为40°的等腰三角形框架，内部有一个小球，质量为m，其半径略小于内接圆半径，三角形各边有压力传感器，分别感受小球对三边压力的大小。此时AC边恰好处于水平状态，现使框架以C为轴在竖直面内顺时针缓慢转动，直到AC边竖直，则在转动过程中（ ）
A．AB边对球的弹力一直增大
B．AC边对球的弹力一直增大
C．BC边对球的弹力一直增大
D．AC边对球的弹力先变小后变大
在光滑竖直板上用网兜把足球挂在A点，足球与板的接触点为B。绳与板的夹角为α，网兜的质量不计。现保持α不变，以板的底边为轴向右缓慢转至板水平，下列说法正确的是（ ）
A．绳对足球的拉力先减小后增大
B．绳对足球的拉力一直增大
C．板对足球的支持力先增大后减小
D．板对足球的支持力一直减小
如图，在水平桌面上叠放着两个物块M和m，轻绳绕过光滑的定滑轮O'，一端与m相连，另一端悬挂重物A．用外力F缓慢拉结点O，F方向与OO'夹角为α＝120°且保持不变，使OO'从竖直拉至水平，两物块始终保持静止，下列说法正确的是（ ）
A．绳子OO'的拉力先减小后增大
B．m对M的摩擦力一直在增大
C．地面对桌子的摩擦力先增大后减小
D．桌面对M的摩擦力可能一直在减小
解析法
一般把力进行正交分解，两个方向上列平衡方程，写出所要分析的力与变化角度的关系式， 然后进行数学分析
图解法
如果其中一个力的大小、方向均不变，另一个力 的方向不变，求解第三个力的变化时可用图解法
相似三角形法
如果其中的一个力大小、方向均不变，另外两个
力的方向都发生变化，可用力三角形与几何三角形相似的方法求解
拉密定理
或辅助圆
如果有两个力的方向都发生变化，但是有确定的夹角，可以用拉密定理（正弦定理）列比例式进行求解。右图满足：