《创新设计》2018届高考物理二轮复习(全国通用)专题一~专题六

第1讲 力与物体的平衡

1．(2016·全国卷Ⅱ，14)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图1所示。用T表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中(

)

图1

A．F逐渐变大，T逐渐变大

B．F逐渐变大，T逐渐变小

C．F逐渐变小，T逐渐变大

D．F逐渐变小，T逐渐变小

解析 对O点受力分析如图所示，F与T的变化情况如图，由图可知在O点向左移动的过程中，F逐渐变大，T逐渐变大，故选项A正确。

答案 A

2．(2016·全国卷Ⅲ，17)如图2所示，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球。在a和b之间的细线上悬挂一小物块。平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径。不计所有摩擦。小物块的质量为( )

图2

A.m2 B.32m

C．m D．2m

解析 如图所示，圆弧的圆心为O，悬挂小物块的点为c，由于ab＝R，则△aOb为等边三角形，同一条细线上的拉力相等，T＝mg，细线对a环拉力的合力沿aO方向，则aO为角平分线，由几何关系知，∠acb＝120°，故细线在c点拉力的合力与物块的重力大小相等，即拉力合力大小T＝G＝mg，所以小物块质量为m，故C对。

答案 C

3．(多选)(2016·全国卷Ⅰ，19)如图3，一光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。外力F向右上方拉b，整个系统处于静止状态。若F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b仍始终保持静止，则( )

图3

A．绳OO′的张力也在一定范围内变化

B．物块b所受到的支持力也在一定范围内变化

C．连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化

D．物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化

解析 由于物体a、b均保持静止，各绳间角度保持不变，对a受力分析得，绳的拉力T＝mag，所以物体a受到绳的拉力保持不变。由滑轮性质，滑轮两侧绳的拉力相等，所以连接a和b绳的张力大小、方向均保持不变，C选项错误；a、b受到绳的拉力大小、方向均不变，所以OO′的张力不变，A选项错误；对b进行受力分析，如图所示。由平衡条件得：Tcos β＋f＝Fcos α，Fsin α＋FN＋Tsin β＝mbg。其中T和mbg始终不变，当F大小在一定范围内变化时，支持力在一定范围内变化，B选项正确；摩擦力也在一定范围内发生变化，D选项正确。

答案 BD

4．(2015·全国卷Ⅰ，24)如图4所示，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为0.1 T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘。金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连，电路总电阻为2 Ω。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5

cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm，重力加速度大小取10 m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量。

图4

解析 金属棒通电后，闭合回路电流

I＝ER＝122 A＝6 A

导体棒受到的安培力大小为F＝BIL＝0.06 N。

开关闭合后，电流方向为从b到a，由左手定则可判断知金属棒受到的安培力方向竖直向下

由平衡条件知：开关闭合前：2kx＝mg

开关闭合后：2k(x＋Δx)＝mg＋F

代入数值解得m＝0.01 kg

答案 方向竖直向下 0.01 kg

5．(2016·全国卷Ⅰ，24)如图5，两固定的绝缘斜面倾角均为θ，上沿相连。两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L，质量分别为2m和m；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于斜面向上，已知两根导线刚好不在磁场中，回路电阻为R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度大小为g，已知金属棒ab匀速下滑。求

图5

(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小；

(2)金属棒运动速度的大小。

解析 (1)由于ab、cd棒被平行于斜面的导线相连，故ab、cd速度总是大小相等，cd也做匀速直线运动。设两导线上拉力的大小为T，右斜面对ab棒的支持力的大小为FN1，作用在ab棒上的安培力的大小为F，左斜面对cd棒的支持力大小为FN2。对于ab棒，受力分析如图甲所示，由力的平衡条件得

甲 乙

2mgsin θ＝μFN1＋T＋F①

FN1＝2mgcos θ②

对于cd棒，受力分析如图乙所示，由力的平衡条件得

mgsin θ＋μFN2＝T③

FN2＝mgcos θ④

联立①②③④式得：

F＝mg(sin θ－3μcos θ)⑤

(2)设金属棒运动速度大小为v，ab棒上的感应电动势为

E＝BLv⑥

回路中电流I＝ER⑦

安培力F＝BIL⑧

联立⑤⑥⑦⑧得：

v＝(sin θ－3μcos θ)mgRB2L2

答案 (1)mg(sin θ－3μcos θ)

(2)(sin θ－3μcos θ)mgRB2L2

[备 考 指 导]

【考情分析】

2014

2015 卷ⅠT24：安培力、胡克定律、力的平衡

2016 卷ⅠT19：有重力、弹力、摩擦力的共点力平衡

卷ⅠT24：有关电磁感应问题的平衡及法拉第电磁感应定律的应用

卷ⅡT14：力的动态平衡

卷ⅢT17：共点力的平衡条件

高考命题突出受力分析、力的合成与分解方法的考查，也有将受力分析与牛顿运动定律、电磁场、功能关系进行综合考查。题型一般为选择题和计算题。

【备考策略】

1．研究对象的选取方法：(1)整体法 (2)隔离法

2．受力分析的顺序

一般按照“一重、二弹、三摩擦，四其他”的程序，结合整体法与隔离法分析物体的受力情况。

3．处理平衡问题的基本思路

单个物体的平衡

[规 律 方 法]

1．静态平衡问题：应先分析物体的受力情况，再根据平衡条件列出相应方程，解方程并对结果进行讨论。

2．动态平衡问题

3．求解共点力平衡问题常用的方法

(1)力的合成法：对研究对象受力分析后，应用平行四边形定则(或三角形定则)求合力的方法。力的合成法常用于仅受三个共点力作用且保持平衡。

(2)正交分解法：把物体受到的各力都分解到互相垂直的两个方向上，然后分别列出两个方向上合力为零的方程并求解。当物体受四个及四个以上共点力作用而平衡时，一般采用正交分解法。

(3)图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下力的矢量图(画在同一个图中)，然后根据有向线段(表示力)的长度变化情况判断各个力的变化情况。

用图解法分析动态平衡问题时要在矢量三角形中确定不变的量和改变的量。

[精 典 题 组]

1．(多选)如图6所示，一个质量为m的滑块静止置于倾角为30°的粗糙斜面上，一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点，另一端系在滑块上，弹簧与竖直方向的夹角为30°。则( )

图6

A．滑块可能受到三个力作用

B．弹簧一定处于压缩状态

C．斜面对滑块的支持力大小可能为零

D．斜面对滑块的摩擦力大小一定等于12mg

解析 弹簧可能恰好处于原长，滑块只受到重力、斜面支持力和摩擦力三个力作用，选项A正确，B错误；将滑块隔离受力分析，将滑块所受重力分解为沿斜面方向和垂直斜面方向，由平衡条件可知，斜面对滑块的摩擦力大小一定等于12mg，斜面对滑块的支持力大小一定不为零，选项C错误，D正确。

答案 AD

2．如图7所示，用一轻绳将光滑小球(大小不能忽略)系于竖直墙壁上的O点，现用一细杆压在轻绳上紧贴墙壁从O点缓慢下移，则( )

图7

A．轻绳对小球的拉力保持不变

B．轻绳对小球的拉力逐渐增大

C．小球对墙壁的压力保持不变

D．小球对墙壁的压力逐渐减小

解析 对小球受力分析，如图所示，由于小球始终处于平衡状态，其合力为零，在细杆从O点缓慢下移过程中，轻绳与竖直方向的夹角增大，由图中几何关系可知：轻绳对小球的拉力F逐渐增大，墙壁对小球的支持力FN也逐渐增大，根据牛顿第三定律可知，小球对墙壁的压力也逐渐增大，故选项B正确，A、C、D错误。

答案 B

3．如图8所示，位于固定的倾角为θ＝45°的粗糙斜面上的小物块P，受到一沿斜面向上的拉力F，沿斜面匀速上滑。现把力F的方向变为竖直向上而大小不变，仍能使物块P沿斜面保持原来的速度匀速运动，则物块与斜面间的动摩擦因数为( )

图8

A．μ＝22 B．μ＝2

C．μ＝2－1 D．μ＝2＋1

解析 由题可知，拉力F方向沿斜面向上时，物块处于平衡状态，对其受力分析，F＝mgsin 45°＋μmgcos 45°；把拉力F的方向变为竖直向上时，由物块仍沿斜面保持原来的速度匀速运动可知F＝mg。所以有mgsin 45°＋μmgcos 45°＝mg，解得μ＝2－1，选项C正确。

答案 C

多个物体的平衡

[规 律 方 法]

1．在分析两个或两个以上物体间的相互作用时，一般采用整体法与隔离法进行分析。

2．当直接分析一个物体的受力不方便时，可转移研究对象，先分析另一个物体的受力，再根据牛顿第三定律分析该物体的受力，此法叫“转移研究对象法”。

3．解题思路

确定平衡状态a＝0→研究对象受力平衡的物体或系统→内力与外力判断待求作用力是内力还是外力→受力分析系统外力：整体法系统内力：隔离法

[精 典 题 组]

1. (2016·山西右玉一模)如图9所示，物块A和滑环B用绕过光滑定滑轮的不可伸长的轻绳连接，滑环B套在与竖直方向成θ＝37°的粗细均匀的固定杆上，连接滑环B的绳与杆垂直并在同一竖直平面内，滑环B恰好不能下滑，滑环和杆间的动摩擦因数为μ＝0.4，设滑环和杆间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则物块A和滑环B的质量之比为( )