高中物理力与平衡、临界问题习题与答案
高中物理力与物体的平衡习题解析与专题训练(附答案)
力与物体的平衡例题解析力的合成与分解1.物体受共点力F1、F2、F3作用而做匀速直线运动，则这三个力可能选取的数值为A.15 N、5 N、6 NB.3 N、6 N、4 NC.1 N、2 N、10 ND.1 N、6 N、8 N解析：物体在F1、F2、F3作用下而做匀速直线运动，则三个力的合力必定为零，只有B选项中的三个力的合力可能为零，故选B.答案：B2.一组力作用于一个物体，其合力为零.现把其中的一个大小为20 N的力的作用方向改变90°而大小不变，那么这个物体所受力的合力大小是_______.解析：由于物体所受的合力为零，则除20 N以外的其他力的合力大小为20 N，方向与20 N的力方向相反.若把20 N的力的方向改变90°，则它与其余力的合力垂直，由平行四边形定则知物体所受力的合力大小为202N.答案：202N3.如图1－2－15所示，物块在力F作用下向右沿水平方向匀速运动，则物块受的摩擦力F f与拉力F的合力方向应该是图1－2－15A.水平向右B.竖直向上C.向右偏上D.向左偏上解析：对物块进行受力分析如图所示：除F与F f外，它还受竖直向下的重力G及竖直向上的支持力F N，物块匀速运动，处于平衡状态，合力为零.由于重力G和支持力F N在竖直方向上，为使这四个力的合力为零，F与F f的合力必须沿竖直方向.由平行四边形定则可知，F与F f的合力只能竖直向上.故B正确.F答案：B4.如图1－2－16所示，物体静止于光滑水平面M 上，力F 作用于物体O 点，现要使物体沿着OO '方向做加速运动（F 和O O '都在M 水平面内）.那么，必须同时再加一个力F '，这个力的最小值是图1－2－16A.F cos θB.F sin θC.F tan θD.F cot θ解析：为使物体在水平面内沿着O O '做加速运动，则F 与F '的合力方向应沿着O O '，为使F '最小，F '应与OO '垂直，如图所示.故F '的最小值为F '=F sin θ，B 选项正确.答案：B5 .某运动员在单杠上做引体向上的动作，使身体匀速上升.第一次两手距离与肩同宽，第二次两手间的距离是肩宽的2倍.比较运动员两次对单杠向下的作用力的大小，其结果为_______.解析：由于运动员匀速上升，运动员两次所受单杠的作用力都等于他的重力，故他对单杠向下的作用力都是mg .答案：mg6. 一根轻质细绳能承受的最大拉力是G ，现把一重为G 的物体系在绳的中点，两手先并拢分别握住绳的两端，然后缓慢地左右对称分开.为使绳不断，两绳间的夹角不能超过A.45°B.60°C.120°D.135°解析：当两绳间的夹角为120°时，两绳的拉力等于G ；若两绳的夹角大于120°，两绳的拉力大于G ；若两绳间的夹角小于120°，两绳的拉力小于G ，故选C.答案：C7. 刀、斧、凿、刨等切削工具的刃都叫做劈，劈的截面是一个三角形，如图1－2－17所示，使用劈的时候，在劈背上加力F ，这个力产生的作用效果是使劈的两侧面推压物体，把物体劈开.设劈的纵截面是一个等腰三角形，劈背的宽度是d ，劈的侧面的长度是L .试求劈的两个侧面对物体的压力F 1、F 2.2图1－2－17解析：根据力F 产生的作用效果，可以把力F 分解为两个垂直于侧面的力'1F 、'2F ，如图所示，由对称性可知，'1F ='2F .根据力三角形△O '1F F 与几何三角形△ACB 相似可得L F '1=dFF2'所以'1F ='2F =dLF 由于F 1='1F ，F 2='2F ， 故F 1=F 2=dL F . 答案：F 1=F 2=dL F8. 如图1－2－18所示，保持θ不变，将B 点向上移，则BO 绳的拉力将图1－2－18 A.逐渐减小B.逐渐增大C.先减小后增大D.先增大后减小解析：对结点O 受力分析如图甲所示.由于结点O 始终处于平衡状态，合力为零，故F 1、F B 、F A 经过平移可构成一个矢量三角形，其中F 1=mg ，其大小和方向始终不变；F A 方向也不变，大小可变；F B 的大小、方向都在变.在绳向上偏移的过程中，可能作出一系列矢量三角形如图乙所示，显而易见在F B 变化到与F A 垂直前，F B 是逐渐变小的，然后F B 又逐渐变大.同时看出F A 是逐渐变小的，故C 正确.应用此方法可解决许多相关动态平衡问题.AA甲乙答案：C9.用细绳AC 和BC 吊起一重物，两绳与竖直方向的夹角如图1－2－19所示，AC 能承受的最大拉力为150 N ，BC 能承受的最大拉力为100 N.为使绳子不断裂，所吊重物的质量不得超过多少?图1－2－19解析：重物受到的三个力的方向已确定.当AC 、BC 中有一条绳的拉力达到最大拉力时，设F AC 已达到F AC ＝150 N ，已知F BC ＝F AC tan30°＝86.6 N ＜100 N.A CG ＝30cos AC F =22150N ＝172 N. G ＝172 N 时，F AC ＝150 N ，而F BC ＜100 N ，AC 要断. 所以G ≤172 N ，m ≤17.2 kg. 答案：m ≤17.2 kg10.（2003年高考新课程理科综合，19）如图1－2－20所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O 点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的.一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m 1和m 2的小球，当它们处于平衡状态时，质量为m 1的小球和O 点的连线与水平线的夹角为α=60°.两小球的质量比12m m 为2图1－2－20A.33B.32C.23D.22 解析：由F N 与F T 水平方向合力为零可知，F N =F T ；竖直方向有2F T cos30°=m 1g ，又F T =m 2 g ，从而得2m 2 g ×23=m 1 g ，解得12m m =33.答案：A11.如图1－2－21所示，重为G 的均匀链条，两端用等长的轻绳连接，接在等高的地方，绳与水平方向成θ角.试求：（1）绳子的张力；（2）链条最低点的张力.图1－2－21解析：（1）如图所示，设两端绳的拉力均为F 1，则有2F 1sin θ=G1F 1=θsin 2G. （2）设链条最低点的张力为F 2，则有 F 2=F 1cos θ=21G cot θ. 答案：（1）θsin 2G （2）21G cot θ12. 水平横梁的一端A 插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B .一轻绳的一端C 固定在墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量m =10 kg 的重物，∠CBA =30°，如图1－2－22 所示.则滑轮受到绳子的作用力为（g 取10 m/s 2）ABCm图1－2－22A.50 NB.503 NC.100 ND.200 N解析：滑轮所受绳子的作用力是滑轮两侧绳子拉力的合力.根据定滑轮的特点，两侧绳的拉力均为F =mg =100 N.由于两侧绳的夹角为120°，所以，它们的合力也等于100 N ，C 选项正确.答案：C 13.（2003年辽宁大综合，36）如图1－2－23所示，一质量为M 的楔形木块放在水平桌面上，它的顶角为90°，两底角为α和β；a 、b 为两个位于斜面上质量均为m 的小木块.已知所有接触面都是光滑的.现发现a 、b 沿斜面下滑，而楔形木块静止不动，这时楔形木块对水平桌面的压力等于♋♌Ma b图1－2－23 A.Mg +mgB.Mg +2mgC.Mg +mg （sin α+sin β）D.Mg +mg （cos α+cos β）解析：以楔形木块为研究对象，它受到重力、支持力、两木块的压力，根据平衡条件得F N =Mg +mg cos 2α+mg cos 2β 由于α+β=90°， 故cos 2α+cos 2β=1，所以楔形木块对地面的压力为F N =Mg +mg 正确选项为A. 答案：A14.如图1－2－24所示，用光滑的粗铁丝做成一直角三角形，BC 水平，AC 边竖直，∠ABC =α，AB 及AC 两边上分别套有细线连着的铜环，当它们静止时，细线跟AB 所成的角θ的大小为（细线长度小于BC ）图1－2－24A.θ=αB.θ＞2π C.θ＜αD.α＜θ＜2π 解析：若铜环Q 质量为零，则它仅受线的拉力和铁丝AC 的弹力，它们是一对平衡力.由于铁丝对Q 环的弹力垂直于AC ，则细线必定垂直于AC ，此时θ=α，由于Q 环的质量大于零，故θ＞α.同样的道理，若铜环P 的质量为零，则θ=2π，而铜环P 的质量大于零，则θ＜2π，故α＜θ＜2π.选项D 正确.答案：D15.（2004年天津理综，17）中子内有一个电荷量为+32e 的上夸克和两个电荷量为－31e 的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r 的同一圆周上，如图1－2－25所示.图1－2－26给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是+23e图1－2－25+23e+23e+23e+23eBD图1－2－26解析：电荷量为－31e 的下夸克所受的另一个电荷量为－31e 的下夸克给它的静电力，为电荷量为+32e 的上夸克给它静电力的21，则由受力图及相应的几何知识可得到，两个电荷量为－31e 的下夸克所受的静电力的合力均竖直向上，电荷量为+32e 的上夸克所受的静电力的合力竖直向下，故B 选项正确.答案：B16.有点难度哟！如图1－2－27所示，在倾角α=60°的斜面上放一个质量为m 的物体，用k =100 N/m 的轻质弹簧平行斜面吊着.发现物体放在PQ 间任何位置都处于静止状态，测得AP =22 cm ，AQ =8 cm ，则物体与斜面间的最大静摩擦力等于多少？图1－2－27解析：物体位于Q 点时，弹簧必处于压缩状态，对物体的弹力F Q 沿斜面向下；物体位于P 点时，弹簧已处于拉伸状态，对物体的弹力F P 沿斜面向上，P 、Q 两点是物体静止于斜面上的临界位置，此时斜面对物体的静摩擦力都达到最大值F m ，其方向分别沿斜面向下和向上.根据胡克定律和物体的平衡条件得： k （l 0－l 1）+mg sin α=F m k （l 2－l 0）=mg sin α+F m解得F m =21k （l 2－l 1）=21×100×0.14 N=7 N. 答案：7 N17.有点难度哟！压榨机如图1－2－28所示，B 为固定铰链，A 为活动铰链.在A 处作用一水平力F ，C 就以比F 大得多的力压D .已知L =0.5 m ，h =0.1 m ，F =200 N ，C 与左壁接触面光滑，求D 受到的压力.图1－2－28解析：根据水平力产生的效果，它可分解为沿杆的两个分力F 1、F 2，如图a 所示.则F 1＝F 2=αcos 21F=αcos 2FFF F 2F F F 34a b而沿AC 杆的分力F 1又产生了两个效果：对墙壁的水平推力F 3和对D 的压力F 4，如图b 所示，则F 4=F 1sin α=21F tan α而tan α=hL故F 4=hLF 2=1.022005.0⨯⨯ N=500 N. 答案：500 N18．(06广东模拟)如图1-2所示是山区村民用斧头劈柴的剖面图，图中BC 边为斧头背，AB 、AC 边是斧头的刃面。
新教材高中物理第三章相互作用专题练动态平衡及临界极值问题含解析粤教版必修第一册
动态平衡及临界、极值问题一、选择题1.如图所示，两根细绳AO和BO连接于O点，O点的下方用细绳CO悬挂一花盆并处于静止状态。
在保持O点位置不动的情况下，调整细绳BO的长度使悬点B在竖直墙壁上向上移动，此过程中绳AO受到的拉力( )A.逐渐增大B．逐渐减小C.先增大后减小 D．先减小后增大【解析】选B。
对结点O受力分析如图由图可知，当BO绳拉力逆时针转动过程中，绳AO受到的拉力一直减小。
【解题指南】三角形图解法适用于物体所受的三个力中，有一个力的大小、方向均不变(通常为重力，也可以是其他力)，另一个力的方向不变，大小变化，第三个力大小、方向均发生变化的问题。
2.如图，小球用细绳系住，绳另一端固定于O 点。
现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于拉直状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力N以及绳对小球的拉力T的变化情况是( )A.N逐渐减小，T逐渐增大B.N逐渐减小，T逐渐减小C.N逐渐增大，T先增大后减小D.N逐渐增大，T先减小后增大【解析】选D。
先对小球进行受力分析，重力、支持力、拉力组成—个闭合的矢量三角形，如图所示由于重力不变、支持力N方向不变，斜面向左移动的过程中，拉力T与水平方向的夹角β减小，当β＝θ时，拉力T和支持力N垂直，此时细绳的拉力T最小，由图可知，随β的减小，斜面的支持力N不断增大，T先减小后增大。
3．(金榜原创题)如图，一物体通过细绳悬挂于O点，用作用于A点的水平外力F1缓慢拉动细绳，在θ角逐渐增大的过程中，外力F1和细绳OA的拉力F2的变化规律是( )A.F1不变，F2变小B.F1和F2都变大C.F1变小、F2变大D.F1变大、F2变小【解析】选B。
A点的受力如图根据共点力平衡得F2＝mgcos θ，F1＝mg tan θθ增大，则F1增大，F2增大，故选B。
4．半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的竖直挡板MN，在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于静止状态，如图所示是这个装置的截面图，若用外力使MN保持竖直且缓慢地向右移动，在Q落到地面以前，发现P始终保持静止，在此过程中，下列说法中正确的是( )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.P、Q间的弹力先减小后增大D.Q所受的合力逐渐增大【解析】选B。
高2024届-物理-练习-临界问题(答案)
牛顿运动定律（3）——临界问题一、分离类临界问题【例1】．如图所示，细线的一端固定于倾角为45˚的光滑斜面A 的顶端P 处，细线的另一端拴一质量为m 的小球。
当斜面至少以加速度a =___g______ 向左运动时，小球对的压力等于零，当斜面以a=2g 的加速度向左运动时，线中拉力T =____5mg ____。
【变式1】如图所示，在光滑水平面上放着紧靠在一起的AB 两物体，B 的质量是A 的2倍，B 受到向右的恒力F B =2N ，A 受到的水平力F A =(9-2t )N ，(t 的单位是s)。
从t ＝0开始计时，则（ ABD ）A ．A 物体在3s 末时刻的加速度是初始时刻的511倍；B ．t ＞4s 后，B 物体做匀加速直线运动；C ．t ＝4.5s 时，A 物体的速度为零；D ．t ＞4.5s 后，AB 的加速度方向相反。
【例2】．一根劲度系数为k ，质量不计的轻弹簧，上端固定，下端系一质量为m 的物体,有一水平板将物体托住，并使弹簧处于自然长度，如图所示。
现让木板由静止开始以加速度a (a ＜g ) 匀加速向下移动，求经过多长时间木板开始与物体分离。
答案：t =2m (g —a )ka【变式2】. 一个弹簧测力计放在水平地面上，Q 为与轻弹簧上端连在一起的秤盘，P 为一重物，已知P 的质量M ＝10.5 kg ，Q 的质量m ＝1.5 kg ，弹簧的质量不计，劲度系数k ＝800 N/m ，系统处于静止．如图所示，现给P 施加一个方向竖直向上的力F ，使它从静止开始向上做匀加速运动，已知在前0.2 s 内，F 为变力，0.2 s 以后，F 为恒力．求力F 的最大值与最小值．(取g ＝10 m/s 2)解析：设开始时弹簧压缩量为x 1，t ＝0.2 s 时弹簧的压缩量为x 2，物体P 的加速度为a ，则有kx 1＝(M ＋m )g ①kx 2－mg ＝ma ②x 1－x 2＝12at 2 ③ 由①式得x 1＝（M ＋m ）g k＝0.15 m ， ④ 由②③④式得a ＝6 m/s 2F 小＝(M ＋m )a ＝72 N ，F 大＝M (g ＋a )＝168 N.二、相对滑动类临界问题【例3】．如图所示，在光滑水平面上有一辆小车A，其质量为m A＝2.0 kg，小车上放一个物体B，其质量为m B＝1.0 kg.如图甲所示，给B一个水平推力F，当F增大到稍大于3.0 N时，A、B开始相对滑动．如果撤去F，对A施加一水平推力F′，如图乙所示．要使A、B不相对滑动，则F′的最大值F max为(C)A．2.0 N B．3.0 N C．6.0 N D．9.0 N解析：选C.根据题图甲所示，设A，B间的静摩擦力达到最大值F fmax时，系统的加速度为a.根据牛顿第二定律，对A、B整体有F＝(m A＋m B)a，对A有F fmax＝m A a，代入数据解得F fmax＝2.0 N.根据题图乙所示情况，设A、B刚开始滑动时系统的加速度为a′，根据牛顿第二定律得：以B为研究对象有F fmax＝m B a′以A、B整体为研究对象，有F max＝(m A＋m B)a′代入数据解得F max＝6.0 N．故C正确．【变式3】. (多选)如图甲所示，物块A与木板B叠放在粗糙水平面上，其中A的质量为m，B的质量为2m，且B足够长，A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ。
高一物理 力学专题提升5 平衡中的临界问题高一全册物理试题
象对市爱好阳光实验学校专题05 平衡中的临界问题【专题概述】1.临界状态：物体由某种物理状态变化为另一种物理状态时，中间发生质的飞跃的转折状态，通常称之为临界状态。
2.临界问题：涉及临界状态的问题叫做临界问题。
3. 解决临界问题的根本思路〔1〕认真审题，仔细分析研究对象所经历的变化的物理过程,找出临界状态。
〔2〕寻找变化过程中相物理量的变化规律，找出临界条件。
〔3〕以临界条件为突破口，列临界方程，求解问题4.三类临界问题的临界条件〔1〕相互接触的两个物体将要脱离的临界条件是：相互作用的弹力为零。
〔2〕绳子松弛的临界条件是：绳中拉力为零〔3〕存在静摩擦的连接系统，当系统外力大于最大静摩擦力时，物体间不一有相对滑动，相对滑动与相对静止的临界条件是：静摩擦力达最大值临界现象是量变质变规律在物理学上的生动表达。
即在一的条件下，当物质的运动从一种形式或性质转变为另一种形式或性质时，往往存在着一种状态向另一种状态过渡的转折点，这个转折点常称为临界点，这种现象也就称为临界现象.如:静力的临界平衡；机车运动中的临界速度;振动中的临界脱离；碰撞中的能量临界、速度临界及位移临界；电磁感中动态问题的临界速度或加速度；光的临界角；光电效中的极限频率；带电粒子在磁场中运动的边界临界；电路中电学量的临界转折.解决临界问题，一般有两种方法，第一是以理、律为依据，首先求出所研究问题的一般规律和一般解的形式，然后再分析、讨论临界特殊规律和特殊解；第二是直接分析、讨论临界状态，找出临界条件，从而通过临界条件求出临界值。
【典例精讲】典例1：倾角为θ=37°的斜面与水平面保持静止，斜面上有一重为G的物体A，物体A与斜面间的动摩擦因数μ=0.5。
现给A施加一水平力F，如下图。
设最大静摩擦力与滑动摩擦力相〔sin37°=0.6，cos37°=0.8〕，如果物体A能在斜面上静止，水平推力F与G的比值不可能是A.3B.2C.1思路：假设物体刚好不下滑，此时静摩擦力沿斜面向上，到达最大值，根据平衡条件和摩擦力公式求出F与G的比值最小值；同理，物体刚好不上滑时求出F与G的比值最大值，得到F与G的比值范围。
高三物理三力平衡试题答案及解析
高三物理三力平衡试题答案及解析1.如图所示，物块在力F作用下向右沿水平方向匀速运动，则物块受到的摩擦力F与拉力F的合f力方向应该是()A．水平向右B．竖直向上C．向右偏上D．向左偏上【答案】B【解析】物体受向下的重力G、斜向上的拉力F和水平向左的摩擦力F三个力的作用下处于平衡f与拉力F的合力方向应和重力方向状态，则任意两个力的合力与第三个力等大反向，故摩擦力Ff相反即竖直向上，向下B正确。
【考点】物体的平衡。
2.小车上有一根固定的水平横杆，横杆左端固定的斜杆与竖直方向成θ角，斜杆下端连接一质量为m的小铁球。
横杆右端用一根轻质细线悬挂一相同的小铁球，当小车在水平面上做直线运动时，细线保持与竖直方向成α角（α≠θ），设斜杆对小铁球的作用力为F，下列说法正确的是A．F沿斜杆向上，F＝B．F沿斜杆向上，F＝C．F平行于细线向上，F＝D．F平行于细线向上，F＝【答案】D【解析】对右边的小铁球研究，受重力和细线的拉力，如图根据牛顿第二定律，得：mgtanα=ma得到：a=gtanα…①对左边的小铁球研究，受重力和细杆的弹力，如图，设轻杆对小球的弹力方向与竖直方向夹角为θ由牛顿第二定律，得：m′gtanβ=m′a′…②F′＝…③因为a=a′，得到β=α≠θ，则：轻杆对小球的弹力方向与细线平行，大小为F′＝=；【考点】本题考查共点力的平衡条件。
3.在倾角为的固定光滑斜面上有两个用轻弹簧相连接的物块A、B，它们的质量分别为m1、m2，弹簧劲度系数为k，C为一固定挡板，系统处于静止状态。
现用一平行于斜面向上的恒力F拉物块A使之向上运动，当物块B刚要离开挡板C时，物块A运动的距离为d，速度为v，则A．物块B的质量满足B．此时物块A的加速度为C．此时拉力做功的瞬时功率为D．此过程中，弹簧的弹性势能变化了【答案】D【解析】开始系统处于静止状态，弹簧弹力等于A的重力沿斜面下的分力，当B刚离开C时，弹簧的弹力等于B的重力沿斜面下的分力，故m2gsinθ=kx2，但由于开始是弹簧是压缩的，故d＞x2，故m2gsinθ＜ kd，A错误；当B刚离开C时，弹簧的弹力等于B的重力沿斜面下的分力，故m2gsinθ=kx2，但由于开始是弹簧是压缩的，故d＞x2，故m2gsinθ＜ kd，故物块A加速度小于，B错误；拉力的瞬时功率P=Fv，C错误；根据功能关系，弹簧弹性势能的增加量等于拉力的功减去系统动能和重力势能的增加量，即为，D正确；【考点】本题考查共点力的平衡条件。
高中物理平衡试题及答案
高中物理平衡试题及答案一、选择题（每题3分，共30分）1. 一个物体在水平面上静止时，其受到的支持力大小等于：A. 重力B. 摩擦力C. 压力D. 拉力2. 物体在斜面上保持静止状态，其受到的摩擦力的方向是：A. 沿斜面向下B. 沿斜面向上C. 垂直于斜面D. 与斜面平行3. 以下哪个条件是物体处于平衡状态的必要条件？A. 物体静止B. 物体匀速直线运动C. 物体受到的合外力为零D. 物体的速度为零4. 一个物体在竖直方向上受到重力和拉力作用，处于平衡状态，以下说法正确的是：A. 重力与拉力大小相等，方向相反B. 重力与拉力大小不等，方向相反C. 重力与拉力大小相等，方向相同D. 重力与拉力大小不等，方向相同5. 物体在水平面上匀速直线运动时，其受到的摩擦力大小等于：A. 0B. 重力C. 拉力D. 压力6. 一个物体在斜面上下滑，其受到的摩擦力大小与：A. 重力成正比B. 拉力成正比C. 斜面倾角成正比D. 物体的质量成正比7. 当物体处于平衡状态时，其合外力：A. 一定为零B. 可以不为零C. 一定为正数D. 一定为负数8. 一个物体在水平面上受到两个大小相等、方向相反的力作用，物体处于：A. 静止状态B. 匀速直线运动状态C. 匀加速直线运动状态D. 变速直线运动状态9. 物体在斜面上静止时，其受到的支持力的方向是：A. 垂直斜面向上B. 垂直斜面向下C. 沿斜面向上D. 沿斜面向下10. 当物体在斜面上匀速下滑时，其受到的摩擦力大小与斜面的倾角：A. 成正比B. 成反比C. 无关D. 先增大后减小答案：1-5 A B C C A6-10 C A A A B二、填空题（每空2分，共20分）1. 当物体处于平衡状态时，其受到的合外力为________。
2. 物体在斜面上静止时，其受到的支持力方向________。
3. 物体在水平面上匀速直线运动时，其受到的摩擦力大小等于________。
4. 物体在斜面上匀速下滑时，其受到的摩擦力大小与斜面的倾角成________。
2025届高考物理复习：经典好题专项(平衡中的临界极值问题)练习(附答案)
2025届高考物理复习：经典好题专项（平衡中的临界极值问题）练习1. 如图两个体重相同的人静止坐在秋千上，两秋千绳子能承受的最大张力是一样的。
往两人身上同时慢慢加相同重量的物体，直到绳子断开，则下面的叙述正确的是()A．甲中绳子先断B．甲、乙中绳子同时断C．乙中绳子先断D．不确定2．(多选)如图所示，一个重为5 N的大砝码用细线悬挂在O点，在力F作用下处于静止状态，现不断调整力F的方向，但砝码始终静止在如图所示的位置处，则下列说法正确的是()A．调整力F的方向的过程中，力F最小值为2.5 NB．力F在竖直方向时，力F最小C．力F在竖直方向时，细线上的张力最小D．当力F处于水平方向和斜向右上与水平方向夹角60°时，力F大小相等3. (多选)如图所示，物块的质量m＝6 kg，用与水平方向成α＝37°角的推力F作用在物块上，物块与地面间的动摩擦因数为μ＝0.75(最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin 37°＝0.6，g取10 m/s2)，下列判断正确的是()A．如果F＝50 N，不能把物块推动B．如果F＝50 N，可以把物块推动C．如果α＝60°，只要不断增大F，物块一定会推动D．如果α＝60°，则无论F为多大，该物块均无法被推动4. 如图所示，两质量均为M＝10 kg的物体甲、乙静置于水平地面上，两物体与地面间的动摩擦因数均为μ＝0.5，两物体通过一根不可伸长的细绳绕过光滑的动滑轮连接，滑轮质量m ＝1 kg，现用一竖直向上的力F拉滑轮，当滑轮拉起至细绳伸直，甲、乙两物体刚要开始滑动时，连接乙的细绳与水平方向的夹角为θ＝53°，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，下列说法正确的是()A ．力F 的大小为80 NB ．力F 的大小为90 NC ．轻绳对甲物体的拉力大小为60 ND ．轻绳对甲物体的拉力大小为80 N5. 固定斜面上的物体A 用跨过滑轮的细线与小沙桶相连，连接A 的细线与斜面平行，不计细线与滑轮间的摩擦力，若要使物体A 在斜面上保持静止，沙桶中的沙质量有一定的范围，已知其最大值和最小值分别为m 1和m 2(m 2＞0)，重力加速度为g ，由此可求出( )A ．物体A 的质量B ．斜面的倾角C ．物体A 与斜面间的动摩擦因数D ．物体A 与斜面间的最大静摩擦力6. (多选)(2023ꞏ河北张家口市期末)如图所示，光滑斜面倾角为θ，底端固定有一挡板，轻弹簧两端分别与挡板及物块a 拴接，物块b 叠放在a 上但不粘连。
高中物理高考 第2章 专题强化4 动态平衡问题 平衡中的临界、极值问题 2023年高考物理一轮
对小球进行受力分析，它受到重力、支持力和拉力的作用，如图所示： 根据共点力平衡条件有： FN＝mgcos θ， F＝mgsin θ， 其中θ为支持力FN与竖直方向的夹角，当小球向上移 动时，θ变大，故FN减小，F增大，故选C.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2.如图所示，在水平放置的木棒上的M、N两点，系着一根不可伸长的柔
答案 2 26 N
设拉力与水平方向夹角为 θ，根据平衡条件 Fcos θ＝μ(mg－Fsin θ)，整 理得 cos θ＋μsin θ＝μmFg， 1＋μ2sin (α＋θ)＝μmFg(其中 sin α＝ 11＋μ2)， 故所需拉力 F 的最小值 Fmin＝ μ1m＋gμ2＝2 26 N.
课时精练
2.一力恒定(如重力)，另一力与恒定的力不垂直但方向不变，作出不同状 态下的矢量三角形，确定力大小的变化，恒力之外的两力垂直时，有极 值出现. 基本矢量图，如图所示
作与F1等大反向的力F1′，F2、F3合力等于F1′，F2、F3、F1′构成矢量 三角形.
例2 (多选)如图所示，在倾角为α的斜面上，放一质量为m的小球，小球
必备基础练
1.如图所示，光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内，A端与水 平面相切.穿在轨道上的小球在拉力F作用下，缓慢地由A向B运动，F始 终沿轨道的切线方向，轨道对球的弹力为FN.在运动过程中 A.F增大，FN增大 B.F减小，FN减小
√C.F增大，FN减小
D.F减小，FN增大
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3.解题方法 (1)极限法：首先要正确地进行受力分析和变化过程分析，找出平衡的临 界点和极值点；临界条件必须在变化中去寻找，不能停留在一个状态来 研究临界问题，而要把某个物理量推向极端，即极大和极小. (2)数学分析法：通过对问题的分析，根据物体的平衡条件写出物理量之 间的函数关系(或画出函数图像)，用数学方法求极值(如求二次函数极值、 公式极值、三角函数极值). (3)物理分析方法：根据物体的平衡条件，作出力的矢量图，通过对物理 过程的分析，利用平行四边形定则进行动态分析，确定最大值与最小值.
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物体的平衡单元测试一、选择题1．关于静摩擦力，下列说法正确的是A．两个相对静止的物体之间一定有静摩擦力的作用B．静摩擦力一定是阻力 C．受静摩擦力作用的物体一定是静止的D．在压力一定的条件下，静摩擦力的大小是可以变化的，但有一定限度2．关于相互接触的两物体之间的弹力和摩擦力，下列说法正确的是 A．有摩擦力一定有弹力B．摩擦力的大小与弹力成正比 C．有弹力一定有摩擦力 D．弹力是动力，摩擦力是阻力3．一个弹簧挂30N的重物时，弹簧伸长1.2cm，若改挂100N的重物时，弹簧总长为20cm，则弹簧的原长为A．12cm B．14cm C．15cm D． 16cm4．把一个力分解成两个力，并已知一个力的大小和另一个力的方向．下列说法错误的是A．可能无解 B．可能有一个解 C．可能有两个解 D．一定有两个解5．将一个力F=10N分解为两个分力，已知一个分力的方向与F成30°角，另一个分力的大小为6N，则在分解中A．有无数组解 B．有两解 C．有唯一解 D．无解6．在分析物体受力时，下面的说法正确的是A．向上抛出后的物体受到向上的作用力B．两物体相互挤压时，其弹力沿接触面垂直的方向指向施力物体C．轻绳的拉力方向指向绳子收缩的方向 D．放在斜面上的物体受到的重力可分解成下滑力和正压力7．三个相同的支座上分别搁着三个质量和直径都相等的光滑圆球a、b、c，支点P、Q在同一水平面上，a球的重心Oa位于球心，b球和c球的重心Ob、Oc分别位于球心的正上方和球心的正下方，如图1-87所示，三球均处于平衡状态．支点P对a球的弹力为Na，对b球的弹力为Nb，对c球的弹力为Nc，则A．Na= N b= Nc B．Nb＞Na＞NcC．Nb＜Na＜Nc D．Na＞Nb=N c8．如图1-88所示，物体在水平力F作用下静止在斜面上，若稍增大水平力F，而物体仍能保持静止，下列说法正确的是A．斜面对物体的静摩擦力及支持力都不一定增大 B．斜面对物体的静摩擦力及支持力都一定增大C．斜面对物体的静摩擦力一定增大，支持力不一定增大D．斜面对物体的静摩擦力不一定增大，支持力一定增大9．用弹簧秤称物块时，读数是7.5N．用弹簧秤拉着物块沿着倾角为37°的斜面向上匀速滑动时，读数是6N．物块与斜面间的动摩擦因数是A．1 B．0.8 C．0.25 D．0.210．如图1-89所示，小球系在细绳的一端，放在光滑的斜面上，用力将斜面在水平桌面上缓慢地向左推移，使小球上升（最高点足够高）．那么，在斜面运动过程中，绳的拉力将A．先增大后减小 B．先减小后增大 C．一直增大 D．一直减小11．用一水平力推地面上的木箱，没有推动，则A．木箱运动趋势沿水平力方向B．木箱受到的摩擦力大于水平推力 C．此时摩擦力与木箱对地面的正压力成正比D．木箱与地面的最大静摩擦力等于木箱开始运动时的最小推力12．如图1-90所示，质量均为m的两木块a与b叠放在水平面上，a受到斜向上与水平成θ角的力作用，b受到斜向下与水平成θ角的力作用，两力大小均为F，两木块保持静止状态，则 A．a、b之间一定存在静摩擦力 B．b与地之间一定存在静摩擦力C．b对a的支持力一定小于mg D．地对b的支持力一定大于2mg13．如图1-91所示，大三角劈C置于粗糙水平面上，小三角劈B置于斜面上，B的上面又放一个小木块A，在A、B一起匀速下滑的过程中，下列说法正确的是A．木块A受到方向向左的摩擦力B．木块A对B的压力小于A的重力C．B与C之间的动摩擦因数μ=tgα D．水平地面对C没有摩擦力作用14．如图1-92所示，重20N的物体放在粗糙水平面上，用力F=8N的力斜向下推物体．F与水平面成30°角，物体与平面间的动摩擦因数μ=0.5，则A．物体对地面的压力为24N B．物体所受的摩擦力为12NC．物体所受的合力为5N D．物体所受的合力为零15．如图1-93所示装置，两物体质量分别为m1、m2，悬点a和b之间的距离大于滑轮的直径，不计一切摩擦，若装置处于静止状态，则A．m1可以大于m2B．m2一定大于m1/2 C．m2可能等于m1/2 D．θ1一定等于θ216．弹簧秤下挂一小球，秤的示数为T．现使小球靠着倾角为α的光滑斜面，并使弹簧秤仍保持竖直方向（图1-66），则小球对斜面的正压力为A．Tcosα B．Ttgα C．0 D．Tctgα17．如图1-67，放在水平地面上的物体M上叠放物体m，两者间有一条处于压缩状态的弹簧，整个装置相对地面静止，则A．M对m的摩擦力方向向右 B．m对M的摩擦力方向向左C．地面对M的摩擦力向右 D．地面对M没有摩擦力3．一根细绳能承受的最大拉力是G．现把一重力G的物体拴在绳的中点，两手靠拢分别握住绳的两端，再慢慢地沿水平方向左、右分开．当绳断裂时，两段绳间的夹角应稍大于 A．30° B．60° C．90°D．120°18．A、B两木块重均为60N，用细线绕过滑轮连结在一起并叠放在水平桌面上（图1-68）．A与B、B与桌面C之间的摩擦因数均为0.3．当对滑轮施以水平力F=30N时，则A．A对B的摩擦力为15N B．A对B的摩擦力为18NC．B对C的摩擦力为30N D．B对C的摩擦力为36N19．如图1-69所示，某人通过定滑轮拉住一重物，当人向右跨出一步后，人与物仍保持静止，则 A．地面对人的摩擦力减小 B．地面对人的摩擦力增大C．人对地面的压力增大 D．人对地面的压力减小20．一个质量3kg的物体，放在倾角α=30°的固定斜面上，物体与处于平衡状态的是A．仅甲图 B．仅乙图C．仅丙图 D．甲、乙、丙三图21．如图1-71所示，轻杆OP可绕O轴在竖直平面内自由转动，P端挂一重物，另用一轻绳通过滑轮系住P端．当OP和竖直方向间的夹角α缓慢增大时（0＜α＜180°＝，则OP杆所受作用力的大小A．恒定不变 B．逐渐增大 C．逐渐减小 D．先增大、后减小22．如图1-72所示，在杆的A端作用着四个力F1、F2、F3、F4，它们的大小关系是：F1＜F2＜F3＜F4．已知虚线BC∥AO，则四个力对轴O的力矩M1、M2、M3、M4的大小关系是 [ ]A．M1＜M2＜M3＜M4 B．M2＞M1=M3＞M4 C．M2＞M3＞M1＞M4 D．M2＞M4＞M3=M123．三个相同的支座上分别搁着三个质量和直径都相等的光滑圆球a、b、c，支点P、Q在同一水平面上，a球重心Oa位于球心，b球和c球的重心Ob、Oc分别位于球心的正上方和球心的正下方，如图1-73所示．三球均处于平衡状态．支点P对a球的弹力为Na，对b球和c球的弹力分别为Nb和Nc，则A．Na=N b=Nc B．Nb＞Na＞NcC．Nb＜Na＜Nc D．Na＞Nb=N c24．有一个直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑．AO上套有小环P，OB上套有小环Q，两球质量均为m，两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡（如图1-74）．现将P环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是 A．N不变，T变大 B．N不变，T变小 C．N 变大，T变大 D．N变大，T变小二、填空题25．降落伞由于受水平风力和空气阻力的作用沿与竖直方向成30°角的方向匀速下降，已知人伞共重700N，则风力为________N，空气阻力为________N．26．三个互成角度的共点力作用于一物体使其作匀速直线运动．已知F1=9N，F2=12N，则F3的大小范围是____，F2与F3的合力的大小为____．27．一个重G=60N的物体放在水平地面上，受到两个与水平面间夹（图 1-75），则物体对地面的压力为____；地面对物体的摩擦力为____，方向____．28．一个人用滑轮组使自己处于平衡状态（图1-76）．设人与筐总重为G，绳子和滑轮的质量及两者间摩擦不计，则人的拉力应为____．29．如图1-77所示，长为5m的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为4m的两杆的顶端A、B．绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其下连着一个重为12N的物体．平衡时，绳中的张力T____．30．重G=100N的木块放在倾角α=30°的玻璃板上，恰能匀速下滑．若将玻璃板水平放置，用跟水平方向成α=30°角的斜向上拉力拉木块沿玻璃板匀速运动，则拉力F=____．31．如图1-78所示，四块质量均为m的砖块被水平压力F夹在两竖直木板之间，处于静止状态，则第1块砖对第2块砖的摩擦力f12=____，第3块砖对第2块砖的摩擦力f32=____．三、计算题32．如图1-95所示，物体A重40N，物体B重20N，A与B，B与地的动摩擦因数都相同．物B用细绳系住，当水平力F=32N时，才能将A匀速拉出，接触面间的动摩擦因数多大？33．如图1-96所示，物重30N，用OC绳悬挂在O点．OC绳能承大拉力为30N．现用水平力拉BA，可以把OA绳拉到与竖直方向成多大角度？34．重G=10N的小球，用长为l=1m的细线挂在A点，靠在半径R=1.3m的光滑大球面上．已知A点离球顶距离d=0.7m，求小球对绳的拉力和对大球的压力各为多少？（图1-79）35．如图1-80所示，重G=100N的木块放在倾角θ=20°的斜面上静止不动，现用平衡于斜面底边、沿水平方向的外力F拉木块，则F为多少时，可使木块沿斜面匀速滑下，已知本块与斜面间摩擦因数μ=0.5，取sin20°=0.34，cos20°=0.94．36．在光滑的斜面上有一个重为2P的物体．当沿斜面向上和沿水平方向向右各加一个大小都等于P的力作用于这个物体时，物体正好处于平衡状态（如图1-81）．求：（1）斜面的底和高的比；（2）物体对斜面的压力．37．如图1-82所示，质量为m的物体放在倾角可变的固定斜面上，物体与斜面间的摩擦因数为μ．当倾角θ超过某个值时，对物体施加的水平推力无论多大，都不能使物体向上滑动，试求θ角的这个临界值．单元测试参考答案一、1．C． 2．A、B、D． 3．D． 4．A、C． 5．B、C． 6．D． 7．A． 8．B． 9．A． 10．B．1．D 2．A 3．D 4．D5．B 6．C 7．A 8．D 9．C 10．B 11．AD 12．AC13．CD 14．AD 15．ABD二、11．3～21N，9N． 12．20N；14.6N，水平向左．14．10N． 15．50N．提示：木块匀速下滑时，Gsinα=μGcosα；得μ=tgα．拉木块匀速运动时，应有Fcosα=μ(G-Fsinα)．16．mg，0．1．9.8，2 2．404，808 3．（1）中未记下细线的方向，（2）中应根据F1和F2的大小和方向作图，（3）中应将橡皮条与线的结点拉至原位置O点提示：先把四块砖和1.2两块看成一整体，再单独研究第2块砖．三、17．5N，6.5N．18．32.4N．20．ctg-1μ．1．0.4 2．30°3．10N，张力T保持不变（提示：AOB为一根绳，TBO=T AO．B力学综合练习题一、选择题1. 从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。