2025届高考物理二轮复习讲义：专题一 力与运动 第1讲 物体的平衡 （含答案）.docx

1、2025浙江高考物理二轮复习专题一 力与运动 第1讲 物体的平衡讲义【网络构建】【关键能力】理解力和力的运算法则,会正确受力分析,熟练运用力的平衡的各种表达形式.灵活选取研究对象、会根据实际情况构建平衡模型,同时掌握临界法、函数法、图像法、整体法、隔离法等解题方法,联系生活实际,培养学生的物理观念和科学思维.题型1静态平衡问题 例12024浙江1月选考 如图所示,在同一竖直平面内,小球A、B上系有不可伸长的细线a、b、c和d,其中a的上端悬挂于竖直固定的支架上,d跨过左侧定滑轮、c跨过右侧定滑轮分别与相同配重P、Q相连,调节左、右两侧定滑轮高度达到平衡.已知小球A、B和配重P、Q质量均为50

2、g,细线c、d平行且与水平面成=30角(不计摩擦,g取10 N/kg),则细线a、b的拉力分别为 ()A.2 N、1 NB.2 N、0.5 NC.1 N、1 ND.1 N、0.5 N【技法点拨】定滑轮只改变力的方向,不改变力的大小,在分析细绳a的拉力时,宜采用整体受力分析;当分析A、B球之间的拉力时,既可以对A球受力分析,也可以对B球受力分析.例22020浙江1月选考 如图所示,在倾角为的光滑绝缘斜面上固定一个挡板,在挡板上连接一根劲度系数为k0的绝缘轻质弹簧,弹簧另一端与A球连接.A、B、C三小球的质量均为M,qA=q00,qB=-q0,当系统处于静止状态时,三小球等间距排列.已知静电力常量

3、为k,重力加速度为g,则()A.qC=47q0B.弹簧伸长量为Mgsink0C.A球受到的库仑力大小为2MgD.相邻两小球间距为q03k7Mg【技法点拨】1.解决电磁学中平衡问题,要理清知识体系2.本例在分析C球时,采用假设法结合平衡知识进行讨论,也可以先求C处电场方向,电场力又必须沿斜面向上,从而求得C球电性.与电场力相关的平衡问题可以直接用电场力分析,也可以通过电场强度进行分析.【迁移拓展】1.2022浙江1月选考 如图所示,学校门口水平地面上有一质量为m的石墩,石墩与水平地面间的动摩擦因数为,工作人员用轻绳按图示方式匀速移动石墩时,两平行轻绳与水平面间的夹角均为,重力加速度为g,则下列说

4、法正确的是()A.轻绳的合拉力大小为mgcos B.轻绳的合拉力大小为mgcos+sin C.减小夹角,轻绳的合拉力一定减小D.轻绳的合拉力最小时,地面对石墩的摩擦力也最小 2.2024温州模拟 如图所示,质量为M、半径为R的圆环状光滑绝缘细杆用三根交于O点的等长细线悬挂于水平面内,每根细线与竖直方向均成30角,杆上套有三个可视为质点的带正电小球,每个小球的质量均为m、电荷量均为q,小球间的距离相等,球和杆均静止.重力加速度大小为g,静电力常量为k,则()A.每根细线对杆的拉力大小为239MgB.每根细线对杆的拉力大小为23(3m+M)gC.每个小球受到的库仑力大小为3kq2R2D.每个小球对

5、杆的弹力大小为k2q43R4+m2g2题型2动态平衡问题 1.动态平衡:通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢的变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态,在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述.2.做题流程例3如图所示,在竖直放置的穹形支架上,一根长度不变且不可伸长的轻绳通过轻质光滑滑轮悬挂一重物G.现将轻绳的一端固定于支架上的A点,另一端从B点沿支架缓慢地向C点靠近(C点与A点等高),则在此过程中绳中拉力大小()A.先变大后不变B.先变大后变小C.先变小后不变D.先变小后变大【技法点拨】破解动态平衡问题例42024衢州模拟 如图所示,用轻质网兜将一质量均匀的足球悬挂在竖直木板的A点

6、,轻绳与木板之间的夹角为=30.将木板以底端为轴顺时针缓慢转动直至木板水平,转动过程中绳与木板之间的夹角保持不变.忽略一切摩擦,球的重力为9 N.设木板对球的支持力为FN,绳上的拉力为FT,在木板转动过程中,下列说法正确的是()A.FN的最小值为3 NB.FN的最大值为9 NC.当木板转动60时,FN是FT大小的三倍D.当木板转动30时,FN与FT大小相等【迁移拓展】1.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绳水平,现保持O点位置不变,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90.设此过程中OA、OB绳的拉力分别为FOA、FOB,则下列说法

7、正确的是()A.FOA一直减小B.FOA先减小后增大C.FOB一直增大D.FOB一直减小2.如图所示,光滑绝缘圆环轨道竖直固定,两个质量均为m、带等量同种电荷的小环a、b套在圆环轨道上.小环a固定在轨道最低点,初始时b处于静止状态,a、b之间距离为l(l小于轨道直径的长度).小环b缓慢漏电,自图示位置开始缓慢下滑,则()A.小环b对轨道的压力可能先指向圆心,后背离圆心B.小环b对轨道的压力大小始终不变C.两小环之间的库仑力先增大后减小D.当小环b的电荷量减为初始电荷量的一半时,a、b之间的距离也减半参考答案与详细解析第1讲物体的平衡题型1例1D解析 对A、B整体受力分析,如图甲所示,根据平衡条

8、件可知Fa=2mg=1 N;对B球受力分析,设Fb与水平方向夹角为,如图乙所示,根据平衡条件可知Fbcos =mgcos 30,Fbsin =Fa-mg-mgsin 30,联立解得=30,Fb=mg=0.5 N,选项D正确.甲乙例2A解析 假设小球C带负电,相邻两小球间距为L,对小球C受力分析如图甲所示,根据库仑定律有FBC=kq0qCL2,FAC=kq0qC4L2,显然小球C无法处于静止,因此小球C应该带正电,根据平衡条件得kq0qCL2=kq0qC4L2+Mgsin ,则3kq0qC4L2=Mgsin ,对B球受力分析如图乙所示,根据平衡条件得kq02L2=kq0qCL2+Mgsin ,联

9、立解得qC=47q0 ,L=3kq027Mgsin,选项A正确,D错误.A所受B、C的库仑力的合力为FA=kq02L2-kq0qC4L2=2Mgsin ,方向沿斜面向下,选项C错误.将三个小球看作整体分析,受到重力、支持力、弹簧弹力,根据平衡条件得F弹=3Mgsin ,弹簧伸长量为x=3Mgsink0,选项B错误.甲乙【迁移拓展】1.B解析 对石墩受力分析,如图所示,设两根轻绳的拉力均为F,根据平衡条件,有2Fcos =Ff,2Fsin +FN=mg,且Ff=FN,F合=2F,联立解得F合=mgcos+sin,选项A错误,B正确;F合=mgcos+sin=mg1+2sin(+),其中tan =

10、1,02,即是一个常数,根据三角函数知识知,减小夹角,sin(+)可能减小,轻绳的合拉力F合可能增大,选项C错误;根据F合的表达式可知,当+=2时,合拉力最小,而摩擦力Ff=F合cos =mgcoscos+sin=mg1+tan,当=2时,摩擦力最小,即合拉力最小和摩擦力最小对应的取值不同,所以合拉力最小时,摩擦力不是最小,选项D错误.2.D解析 对杆和小球整体受力分析,竖直方向上有3Fcos 30=(3m+M)g,解得每根细线对杆的拉力大小为F=239(3m+M)g,故A、B错误;根据题意可得,两个小球间的距离为l=2Rcos 30,所以每个小球受到的库仑力大小为F库=2kq2l2cos 3

11、0=3kq23R2,故C错误;每个小球对杆的弹力大小为FN=F库2+(mg)2=k2q43R4+m2g2,故D正确.题型2例3A解析 对滑轮受力分析如图甲所示,由于跨过滑轮的绳子两端拉力大小一定相等,即F1=F2,由几何关系可知绳子两端拉力方向与竖直方向的夹角相等,设为,可知F1=F2=mg2cos,如图乙所示,设绳长为L,由几何关系可知sin =dL,其中d为绳子两端点间的水平距离,轻绳另一端由B点向C点移动过程中,d先变大后不变,因此先变大后不变,可知绳中拉力先变大后不变,故A正确.例4D解析 在木板转动过程中,足球的受力如图所示,根据正弦定理可得mgsin(90)=FTsin=FNsin

12、,其中=30保持不变,由90逐渐减小到0,从锐角逐渐增大到钝角,则sin (90-)保持不变,sin 逐渐减小,sin 先增大后减小,可知悬绳对足球的拉力FT逐渐减小,木板对足球的支持力FN先增大后减小.初始状态时FN最小,为FNmin=mgtan =33 N,A错误;当木板转动60时,=90,=30,此时FN最大,为FNmax=mgsin60=63 N,此时FT=33 N,则FN是FT大小的2倍,B、C错误;当木板转动30时,=60,=60,FN、FT、mg三力构成的矢量三角形为等边三角形,FN与FT大小相等,D正确.【迁移拓展】1.A解析 根据题意,以花盆为研究对象,分析受力,受重力G、绳

13、OA的拉力FOA和绳OB的拉力FOB,根据平衡条件知,两根绳子的拉力的合力与重力大小相等、方向相反,作出轻绳OB在不同位置时力的合成图,如图所示,由图可看出,FOA逐渐减小,FOB先减小后增大,当=90时,FOB最小,故A正确,B、C、D错误.2.B解析 对小环b进行受力分析,如图所示,将轨道对小环的支持力FN和两小环之间的库仑力F平移构成矢量三角形,设圆环轨道的半径为R,两环之间的距离为l,根据相似三角形的特点可得mgR=FNR=Fl,解得FN=mg,F=mglR,当小环b缓慢漏电时,从图示位置开始缓慢下滑,则l减小,F减小,FN大小不变,即库仑力不断减小,轨道对小环b的支持力大小不变,方向始终指向圆心,由牛顿第三定律可知,小环b对轨道的压力大小始终不变,且方向始终背离圆心,故A、C错误,B正确;设a、b的初始带电荷量大小均为q,在最初的位置时,根据库仑定律可得F=kq2l2,当小环b的电荷量减为初始电荷量的一半时,假设a、b之间的距离也减半,则此时的库仑力大小为F=k12qq12l2=2F,这与整个过程中库仑力在不断减小相矛盾,说明假设错误,故D错误.