高三物理名校模拟试题专题2 力 物体的平衡(答案版)
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高三物理名校试题汇编专题2 力物体的平衡(答案)1.B 解析：本题考查物理学史或者说考查牛顿第一定律的提出背景。
亚里士多德根据经验事实（如用力推车，车子才前进，停止用力，车子就要停下来），得出结论“力是维持物体运动的原因”，而伽利略根据理想实验得出“力不是维持物体的运动，即维持物体速度的原因，而恰恰是改变物体速度的原因”；与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔补充和完善了伽利略的观点，明确指出“除非物体受到外力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。
”；伽利略和笛卡尔的正确结论在隔了一代人以后，由牛顿总结成动力学的一条基本定律，即牛顿第一定律（内容略）。
本题答案为B。
2.A 解析：本题考查矢量合成的三角形定则。
根据三角形定则，求两个力的合力时，可以将它们首尾相接，其合力与这两个分力组成闭合三角形，方向由起点指向箭头，如选项A 所示，F3就是F1与F2的合力；本题求解三个力的合力，可以先将两个力合成，再将求出的合力与第三个力合成，结合三角形定则可知，四个选项的合力分别为2F3、0、2F1和2F2，因为F1＜F2＜F3，所以A图合力最大。
本题答案为A。
点评：力和位移都是矢量，矢量的合成都遵循三角形定则或平行四边形定则（它们实质上是一样的）；如果把本题中的三个分力看做三个分位移，就可以把求合力转化为求合位移，其结果是一样的，不妨比较一下，看哪种方法简单。
3.C 解析：本题考查受力分析。
处在最高层的那个人共受到三个力的作用而处于平衡状态：竖直向下的重力、两只腿受到的竖直向上的支持力，每个支持力大小为G21；根据牛顿第三定律，处在中间层的那两个人每人承受了竖直向下的压力，大小为G21，对中间层的那两个人受力分析，同理可得，他们每只腿对最低层人员的压力大小为G43；分析最低层正中间那个人的受力情况，其共受到五个力的作用：竖直向下的重力G、两个竖直向下的正压力（大小均为G43）和两只腿受到的竖直向上的支持力（设大小均为N），根据平衡条件，可得2N=G+G43+G43，所以N=G45，根据牛顿第三定律，这个人的一只脚对水平地面的压力约为G45。
本题答案为C。
4.C 解析：先用隔离法，选取A为研究对象，A必受到B对其施加的水平向左的摩擦力，所以A对B施加了水平向右的摩擦力；再运用整体法，选取A和B组成的系统为研究对象，系统做匀减速运动，合力方向向后，即地面对系统或B物体施加了水平向左的摩擦力；最后再选取B为研究对象，其共受到6个力的作用：竖直向下的重力，A对其竖直向下的压力和水平向左的摩擦力，地面对它竖直向上的支持力和水平向左的摩擦力以及水平拉力F。
本题答案为C。
5.D 解析：木块A 、B 之间发生了相对运动，所以木块A 受到的是水平向左的滑动摩擦力（设其大小为f1），因为木块A 相对地面静止，其受力平衡，所以f1=T ，选项B 错误；根据牛顿第三定律，木板B 受到木块A 对其施加的水平向右的滑动摩擦力的作用（大小为f1），因为木板B 相对地面向左运动，所以其还受到地面对其施加的水平向右的滑动摩擦力的作用（设其大小为f2），在水平方向上其还受到水平向左的拉力F ，三力平衡，所以F=f1+f2=T+f2，选项AC 错误；若木板B 以2v 的速度匀速运动，其受到的两个滑动摩擦力大小和方向均不变，拉力仍为F ，选项D 正确。
本题答案为D 。
6.A 解析：本题可以把汽车所处的两个位置看做是汽车静止在两个倾角不同的斜面上；设a 点和b 点位置所对应的斜面倾角分别为θ1和θ2，则θ1＜θ2，因为汽车静止在倾角为θ的斜面上时共受到三个力的作用：竖直向下的重力mg 、垂直斜面向上的支持力N 和平行于斜面向上的静摩擦力f ，三力平衡，所以N=mgcos θ，f=mgsin θ，因为θ1＜θ2，所以mgcos θ1＞mgcos θ2，mgsin θ1＜mgsin θ2，即N1＞N2，f1＜f2，选项A 正确，B 错误；车在两个位置均处于静止状态，合外力均为零，选项C 错误；车在a 点受的重力的下滑分力mgsin θ1小于在b 点受的重力的下滑分力mgsin θ2，选项D 错误。
本题答案为A 。
7.D 解析：因为A 和B 均静止不动，所以可以把它们看做一个系统，运用整体法，该系统在水平方向上受到大小均为F 、方向相反的两个水平力的作用，这两个力的合力为零，所以不可能再受到地面摩擦力的作用，而在竖直方向上只受到重力和地面支持力的作用而平衡，所以地面的支持力大小一定等于（M+m ）g ，所以选项B 错误，D 正确；选取A 为研究对象，把B 对A 的作用力记为T （注意这里的T 可能是B 对A 垂直斜面向上的支持力和沿斜面方向上的摩擦力的合力），物体A 就只受到三个力的作用：竖直向下的重力mg 、水平向右的推力F 和B 对A 的作用力T ，三力平衡，T 与重力mg 和水平推力F 的合力等大反向，若该合力垂直于斜面，T 就垂直于斜面，A 与B 之间不存在摩擦力，此时T 就是B 对A 的支持力，并且T ＞mg ，所以选项AC 错误。
本题答案为D 。
8.B 解析：解法一（矢量三角形法）：选取绳子与滑轮的接触点为研究对象，对其受力分析，如题图所示，绳中的弹力大小相等，即T1=T2=G ，三力平衡，将三个力的示意图平移可以组成闭合三角形，如题图虚线所示，设AC 段绳子与竖直墙壁间的夹角为θ，则根据几何知识可得，杆对绳子的支持力F=2Gsin 2，当绳的A 端沿墙向下移时，θ增大，F 也增大，根据牛顿第三定律，BC 杆受压力增大，本题答案为B 。
解法二（图解法）：如上图所示，T2大小和方向不变，T1大小不变，但与T2夹角逐渐增大时，F 长度变大。
本题答案为B 。
9.C 解析：画出矩形木块的俯视图，并对A 木块受力分析，如上图右图所示，A 木块共受到三个力的作用，三力平衡，利用正交分解法，可得N=Fsin30°=21F ，f=Fsin60°=23F ；B 木块受到A 木块对其垂直于接触面的弹力即N 的反作用力和静摩擦力的作用而处于静止状态，二力平衡，所以B 受到的摩擦力大小为23F ，两木块受到的摩擦力之比为21F ∶23F=33。
本题答案为C 。
12.C 解析：“缓慢地拉动”说明系统始终处于平衡状态，该过程中p 弹簧的左端向左移动的距离等于两个弹簧长度变化量之和；最初，p 弹簧处于原长，而q 弹簧受到竖直向下的压力N1=mbg=1kg ×10m/s2=10N ，所以其压缩量为x1=N1/k=2cm ；最终，c 木块刚好离开水平地面，q 弹簧受到竖直向下的拉力N2=mcg=1kg ×10m/s2=10N ，其伸长量为x2=N2/k=2cm ，拉力F=（ma+mb ）g=2kg ×10m/s2=20N ，p 弹簧的伸长量为x3=N3/k=4cm ，所以所求距离s=x1+x2+x3=8cm 。
本题答案为C 。
13.B 解法一（隔离法）：假设地面对M 的摩擦力水平向右，分别对物体和斜面受力分析如上图所示，它们都处于平衡状态，利用正交分解法有：对物体：平行斜面方向上有f=F+mgsin θ，垂直斜面方向上有T=mgcos θ；对斜面：水平方向上有f ｀cos θ=T ｀sin θ+f 地，竖直方向上有N=Mg+f ｀sin θ+T ｀cos θ； 又f=f ｀，T=T ｀，联立以上各式可求得：f 地=Fcosθ，N=（M+m ）g+Fsin θ。
显然，选项B 正确，CD 错误；因为f 地取正值，说明假设正确，即地面对M 的摩擦力水平向右，M 相对地面有向左运动的趋势，选项A 错误。
本题答案为B 。
解法二（整体法）：先将物体和斜面看做一个系统，运用整体法，该系统共受到重力G （大小为mg+Mg ）、地面的支持力N 、沿斜面方向的力F 和对面摩擦力f 地的作用（受力图略），系统处于平衡状态，合力为零，易得：f 地水平向右，大小f 地=Fcosθ，N=（M+m ）g+Fsin θ，所以，选项B 正确，AC 错误；再选取物体为研究对象，运用隔离法，易知，选项D 错误。
本题答案为B 。
点评：当组成系统的几个物体都处于静止状态或一起匀速运动时，或者系统内一部分处于静止状态，另一部分匀速运动时可以考虑运用整体法。
根据整体的平衡条件，就可以确定整体或某一个物体的受力特点。
14.D 解析：由“缓慢”可知，Q 始终处于平衡状态，其所受的合力始终为零，选项C 错误；球Q 受三个共点力mg 、T1、T2而处于动态平衡，可将T1、T2平移跟重力mg 组成力的矢量三角形（一般先画出初始状态的三角形），如上图右图所示，三个力中，重力mg 的大小、方向都不变，弹力T1的方向也不变，随着MN 保持竖直并且缓慢地向右平移，T2与mg 之间的夹角逐渐变大，T1和T2大小也跟着变化（如图中虚线所示），可见T1和T2一直增大，选项AB 错误；选取P 和Q 组成的系统为研究对象，该系统共受到四个力的作用：竖直向下的重力、地面支持力、挡板水平向左的弹力T1和地面对P 水平向右的摩擦力，系统受力平衡，地面对P 的摩擦力大小等于T1，所以该摩擦力逐渐增大，选项D 正确。
本题答案为。
15．B 解析：“缓慢”说明小球始终处于平衡状态，对小球受力分析如上图右图所示，将拉力T 与支持力N 平移跟重力G 组成闭合三角形（如图中虚线所示），其中重力G 的大小和方向不变，斜面支持力N 的方向不变，在小球缓慢升高的过程中，绳对小球的拉力T 与小球重力G 之间的夹角逐渐增大，可见，当该过程中，拉力T 先减小后增大，斜面的支持力N 一直增大，本题答案为B 。
16.A 解析：对B 球受力分析，根据平衡条件可得：风力F=mBgtan θ，轻质绳对B 球的拉力T=mBg/cos θ，选项A 正确；当风力增大时，根据关系式F=mBgtan θ可知，θ变大，那么拉力T=mBg/cos θ增大，选项B 错误；选取A 、B 球和轻质绳组成的系统为研究对象，该系统受到重力G 总、杆对A 球竖直向上的支持力N 、水平向右的风力F 、杆对A 球水平向左的摩擦力f 的作用（受力图略），根据平衡条件，可得N=G 总，f=F ，所以杆对A 球的支持力不变，选项C 错误；根据N=G 总=（mA+mB ）g ，f=F ，F=mBgtan θ和f=μN 可得μ=B A B m m m +θtan ，所以选项D 错误。
本题答案为A 。
17.C 解析：“缓慢拉高” 说明物体B 始终处于平衡状态，对物体B 受力分析如上图右图所示，根据平衡条件可得：T=mg/cos θ，F=mgtan θ，可见，当物体B 被缓慢拉高时，θ变大，T 和F 均变大，选项A 错误；选取物体A 、B 和斜面体组成的系统为研究对象，该系统受到竖直向下的重力、地面的支持力、水平向右的拉力和地面水平向左的摩擦力的作用，系统四力平衡，根据平衡条件，斜面体所受地面的支持力等于系统的重力，是恒定不变的，地面对斜面体的摩擦力大小等于F ，此过程中，F 变大，所以地面对斜面体的摩擦力一定变大，选项B 错误，C 正确；该过程中，T 逐渐变大，即绳中的弹力增大，物体A 受到的沿斜面向上的拉力逐渐增大，假如刚开始时，斜面体对物体A 的摩擦力沿斜面向上，那么摩擦力会随着T 的变大而变小，选项D 错误。
