5.3力的平衡同步练习题（Word版含答案）

5.3力的平衡同步练习题2021-2022学年鲁科版高中必修一物理
一、单选题
如图所示，一电子沿等量异种电荷的中垂线由匀速运动，电子重力不计，则电子除受电场力外，所受的另一个力的大小和方向变化情况是
A. 先变大后变小，方向水平向左
B. 先变大后变小，方向水平向右
C. 先变小后变大，方向水平向左
D. 先变小后变大，方向水平向右
如图所示，质量为的木块在质量为的长木板上受到向右的拉力的作用向右滑行，长木板处于静止状态，已知木块与木板间的动摩擦因数为，木板与地面间的动摩擦因数为，有以下几种说法：
木板受到地面的摩擦力的大小一定是；
木板受到地面的摩擦力的大小一定是；
当时，木板便会开始运动；
无论怎样改变的大小，木板都不可能运动。
则上述说法正确的是
A. B. C. D.
如图所示，一小孩尝试用水平力推静止在水平地面上的大木箱，但没有推动。关于木箱受到的力及它们的关系，下列说法正确的是
A. 木箱与地球间有三对相互作用力；
B. 木箱对地面的压力就是该物体的重力；
C. 之所以没有推动木箱，是因为木箱所受的推力小于所受的摩擦力；
D. 木箱先对桌面施加压力，使地面发生形变后，地面再对物体施加支持力；
如图所示，两平行导轨倾斜放置，电源、电阻、金属细杆及导轨组成闭合回路，细杆与导轨间的摩擦不计整个装置分别处在如图所示的匀强磁场中，其中可能使金属细杆处于静止状态的是
A. B.
C. D.
重力为的体操运动员在进行自由体操比赛时，有如图所示的比赛动作，当运动员竖直倒立保持静止状态时，两手臂对称支撑，夹角为，则
A. 当时，运动员单手对地面的正压力大小为
B. 当时，运动员单手对地面的正压力大小为
C. 当不同时，运动员受到的合力不同
D. 当不同时，运动员与地面之间的相互作用力不相等
一个质量为的铁球用一根轻质细绳悬挂在光滑的竖直墙面上，已知细绳与墙壁间的夹角为，若细绳的拉力为，墙对球的支持力为下列说法中正确的是
A.
B.
C. 若增加悬绳的长度，拉力将会增大
D. 若增加悬绳的长度，支持力将会减小
如图所示，一个教学用的直角三角板的边长分别为、、，被沿两直角边的细绳、悬吊在天花板上，且斜边恰好平行天花板，过直角的竖直线为设、两绳对三角板的拉力大小分别为和，已知和及三角板的重力为在同一平面的共点力，则下列判断正确的是
A. 三角板的重心不在线上
B.
C.
D. 两绳对三角板的拉力和是由于三角板发生形变而产生
如图是“中国天眼”口径球面射电望远镜维护时的照片。为不损伤望远镜球面，质量为的工作人员被悬在空中的氦气球拉着，当他在离底部有一定高度的望远镜球面上缓慢移动时，氦气球对其有大小为、方向竖直向上的拉力作用，使其有“人类在月球上行走”的感觉，若将人视为质点，此时工作人员
A. 受到的重力大小为
B. 受到的合力大小为
C. 对球面的压力大小为
D. 对球面的作用力大小为
如图所示，斜面上的物块保持静止状态，下列结论正确的是
A. 物块所受的重力与弹力的合力方向垂直斜面向上
B. 斜面给物块的弹力与摩擦力的合力方向竖直向上
C. 物块所受重力、弹力、摩擦力的合力方向沿斜面向下
D. 物块所受重力、弹力、摩擦力中任两个力的合力必与第三个力大小相等、方向相同
如图所示，人站在自动扶梯上随扶梯一起向上匀速运动，下列说法中正确的是
A. 人受到三个力的作用，即重力、弹力、摩擦力
B. 人所受的弹力与重力大小相等
C. 人受沿斜面向上的摩擦力
D. 人所受的合力沿扶梯向上
二、填空题
一辆运载水泥管的货车在水平路面沿直线行驶，车厢底部一层根水泥管恰好水平紧密地排列着，上层摆放着着根水泥管没有用绳索固定，侧视图如图所示。已知每根水管的质量均为，当汽车匀速运动时，管对管的支持力大小为_____________；当汽车运动的加速度_______________，管与管、管都能保持相对静止。
如图所示，质量相等的两个小物体、视为质点紧贴在匀速转动的圆筒的竖直内壁随筒一起转动，圆筒上下两区域的半径比为，则、的向心加速度之比为________，受到筒壁的摩擦力之比为_________。
如图所示，一只重为的气球在风中处于静止状态，风对气球的作用力水平向右，细绳与竖直方向的夹角为，绳的拉力为，则风对气球作用力的大小为___________，空气对气球的浮力大小为______________。
三、实验题
某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为的重锤。实验操作如下：
用米尺量出重锤底端距地面的高度；
在重锤上加上质量为的小钩码；
左手将重锤压在地面上，保持系统静止。释放重锤，同时右手开启秒表，在重锤落地时停止计时，记录下落时间；
重复测量次下落时间，取其平均值作为测量值。
请回答下列问题：
步骤可以减小对下落时间测量的 选填“偶然”或“系统”误差。
实验要求小钩码的质量要比重锤的质量小很多，主要是为了 。
A. 使测得更准确
B. 使重锤下落的时间长一些
C. 使系统的总质量近似等于
D. 使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？
使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为 。用实验中的测量量和已知量表示，得 。
某同学利用如图甲所示装置测弹簧的劲度系数，待测弹簧竖直悬挂，下端连接一定质量的物块，物块压在压力传感器上。向上移动压力传感器的位置，设与初始位置间距离为，得到其示数为，所得数据如下表：
回答下列问题：
选择合适的标度在图乙的图纸中作出图线。
由所作图线可求得弹簧的劲度系数________。
实验中发现表中前组数据对应弹簧伸长状态，后组数据对应弹簧压缩状态，能否测出物块的质量？答：________填“能”或“不能”。简述理由：______________________________________________________________________________。结果均保留两位有效数字
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
电子做匀速直线运动，知受电场力和外力平衡，外力的大小与电场力的大小相等，方向相反，根据电场力的变化判断外力的变化。
解决本题的关键知道外力的大小与电场力的大小相等，方向相反，是一对平衡力。
【解答】
根据等量异种电荷周围的电场线分布知，从，电场强度的方向不变，水平向右，电场强度的大小先增大后减小。则电子所受电场力的大小先变大后变小，方向水平向左，则外力的大小先变大后变小，方向水平向右。故B正确，ACD错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】
【分析】
解决本题时要注意摩擦力公式可用来求滑动摩擦力或最大静摩擦力，一般的静摩擦力不能用这个公式直接求解，可根据平衡条件或牛顿运动定律求静摩擦力。
【解答】
由于木板处于静止状态，对木板受力分析：水平方向受到木块向右的滑动摩擦力和地面的向左的静摩擦力，其中，由平衡条件得：，故正确；
由于木板相对于地面是否刚好滑动不能确定，地面对木板的静摩擦力不一定达到最大，则木板受到地面的摩擦力的大小不一定是，故错误；
分析可知，木块对木板的摩擦力不大于地面对木板的最大静摩擦力，当改变时，不变，则木板不可能运动，故错误，正确。
故ACD错误，B正确。
故选：。
3.【答案】
【解析】
【分析】
物体静止或做匀速直线运动时，处于平衡状态，所受到的力是平衡力；二力平衡的条件是：作用在同一个物体上，大小相等、方向相反、作用在同一直线上；物体间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上．
该题考查平衡力与作用力、反作用力的区别与联系，解答本题关键要能区分平衡力与相互作用力，注意最明显的区别在是否作用于同一物体上．
【解答】
A.木箱与地球间有三对相互作用力，即木箱与地面之间的摩擦力、木箱的重力和木箱对地球的引力、地面对木箱的支持力和木箱对地面的压力，故A正确；
B.木箱对地面的压力和物体的重力是两种不同性质的力，故B错误；
C.没有推动木箱，木箱受力平衡，推力和静摩擦力也是一对平衡力，大小相等，方向相反，故C错误；
D.木箱对地面的压力和地面对木箱的支持力是一对作用力和反作用力，同时产生，故D错误．
故选A．

4.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查在磁场中物体平衡问题，这类问题的解题思路和以前所学物体平衡解题思路一样，只不过在受力分析时多了安培力，注意正确应用左手定则判断安培力的方向。
【解答】
A.磁场的方向与电流的方向平行，金属杆不受安培力，金属杆受重力和支持力不可能平衡，故A错误；
B.由左手定则可知，金属杆所受的安培力方向竖直向上，若安培力与重力平衡，金属杆能处于平衡状态，故B正确；
C.金属杆受垂直于斜面向上的安培力、重力和支持力，不可能平衡，故C错误；
D.金属杆受到水平向左的安培力、重力、支持力，不可能平衡，故D错误。
故选B。
5.【答案】
【解析】
【分析】
两手间距增大时，增大了手臂之间的夹角，两只手所受的力的合力与运动员重力平衡，由此可知合力大小不变，由于夹角的增大，合力保持不变，只每只手所受力是增大的两个力合成时，分力大小不变，合力随分力间夹角的增大而减小，能反推出：若保持合力不变，分力则随夹角的增大而增大．
【解答】
运动员的两只手受到的地面的作用力如图：
两手臂对称支撑，夹角为，则在竖直方向：所以：
A.当时，运动员单手对地面的正压力大小与地面对手的作用力沿竖直方向的分力是相等的，为，故A正确；
B.当时，运动员单手对地面的正压力大小与地面对手的作用力沿竖直方向的分力是相等的，为，故B错误；
C.运动员处于平衡状态，受到合力为零，故C错误；
D.两手臂对称支撑，夹角为，则在竖直方向：可知不管角度如何，运动员受到的地面对运动员的合力始终与运动员的重力大小相等，方向相反，故D错误；
故选A．
6.【答案】
【解析】
【分析】
对球受力分析，根据共点力平衡求出绳子拉力大小和支持力大小；绳子变长，则角变小，根据推导出的公式分析支持力和拉力的变化情况。
本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答。
【解答】
、小球的受力如图所示
根据平衡条件可知，绳子对圆球的拉力大小，，所以AB错误；
C、若增加悬绳的长度，则变小，由可知拉力将会减小，C错误；
D、若增加悬绳的长度，则变小，由可知支持力将会减小，D正确；
故选D。

7.【答案】
【解析】
【分析】
由题意可知，三角板受到重力以及两个拉力的作用，三力平衡，所以三个力的延长线必然交于一点，所以可知重心一定在图中直线上；进而根据平衡方程列出等式即可得出拉力的比值关系。
本题主要考查物体的受力平衡，解题的关键在于分析清楚受力情况，进而根据平衡条件得出平衡方程。
【解答】
A.三角板受重力、两个拉力处于平衡状态，三个力的延长线必然交于一点，由几何关系，三个力一定交于三角板下面的顶点，所以重心一定在线上，故A错误；
三角板受力分析如图所示，设直角边和斜边之间的夹角为，根据平衡条件有，，可得，故C正确，B错误；
D.两绳对三角板的拉力和是由于细绳发生形变而产生的，故D错误。

8.【答案】
【解析】解：、工作人员的质量为，则工作人员受到的重力为：，故A错误；
B、工作人员在球面上缓慢行走，处于平衡状态，合力为，故B错误；
C、工作人员站在的球面位置不水平，对球面的压力不等于，故C错误；
D、球面对工作人员的作用力为，由平衡条件得：，解得：，根据牛顿第三定律可得，工作人员对球面的作用力大小为，故D正确。
故选：。
根据求工作人员受到的重力；缓慢行走，处于平衡状态，合力为；工作人员站在的球面位置不水平，对球面的压力不等于；根据平衡条件和牛顿第三定律求得对球面的作用力大小。
本题以“中国天眼”口径球面射电望远镜维护时的照片为背景材料，考查了受力分析、平衡条件及牛顿第三定律的应用，体现了新高考倡导的物理来源于生活，要求学生能够用所学的物理知识去解释生活中的一些物理现象，有助于培养学生热爱科学，为科学而努力的拼搏精神。
9.【答案】
【解析】
【分析】
对物体受力分析，明确其在重力、支持力与摩擦力的作用下保持平衡，根据平衡条件以及三力平衡时的结论进行分析，从而明确合力以及任意两力的合力的大小与方向．
【解答】
A、物体处于平衡状态；受重力、支持力及摩擦力的合力为零；因物体有向下运动的趋势，故摩擦力方向沿斜面向上，故物块所受的重力与弹力的合力方向沿斜面向下；故A错误；
B、斜面给物块的弹力与摩擦力的合力与重力大小相等，方向相反；故方向竖直向上；故B正确；
C、物块所受重力、弹力、摩擦力的合力为零；故C错误；
D、由于物体处于平衡状态；故物块所受重力、弹力、摩擦力中任两个力的合力必与第三个力大小相等、方向相反；故D错误；
故选：。
10.【答案】
【解析】解：根据人向上匀速运动可得：人受力平衡，故竖直向上的支持力大小等于重力，摩擦力为零；所以，人只受重力和弹力作用，故B正确，ACD错误；
故选：。
分析人可能受到的力及其方向，然后由受力平衡得到里的大小，即可判断力的个数。
对于摩擦力是否存在问题的判断，一般根据物体运动分析摩擦力的类型，然后进行受力分析，根据受力平衡或牛顿第二定律求得摩擦力大小；从而根据摩擦力是否为零判断其存在与否。
11.【答案】；小于等于
【解析】
【分析】
当匀速时，受力平衡，根据平衡条件求解支持力；根据正交分解分析所受到的合力的表达式，根据牛顿第二定律求解加速度的极值。
本题主要是考查了牛顿第二定律的知识，利用牛顿第二定律答题时的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、进行正交分解、在坐标轴上利用牛顿第二定律建立方程进行解答。
【解答】
当匀速运动时，对支持力与对的支持力大小相等，受力分析如图所示：
由平衡条件可得：，解得：；
当以最大加速度匀加速，刚好脱离时此时对的支持力刚好为零，受力分析如图所示：
根据牛顿第二定律可得：，解得：，所以汽车向左做加速运动时，加速度时，管与管、管都能保持相对静止。
12.【答案】；
【解析】
【分析】
两物体共轴转动，角速度相等，根据转动的半径比较向心加速度的大小，抓住竖直方向上平衡比较摩擦力的大小。
解决本题的关键知道共轴转动，角速度相等，以及知道物体做圆周运动向心力的来源，结合牛顿第二定律分析判断。
【解答】
两物体共轴转动，角速度相等，根据可知，、的向心加速度之比为，由于物体竖直方向平衡，故摩擦力与重力大小相等，则、受到筒壁的摩擦力之比为。
故答案为：；
13.【答案】，
【解析】略
14.【答案】【小题】
偶然
【小题】
【小题】
粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量，直至拉动重锤时，能观察到重锤匀速下落，这时即可平衡摩擦力，减小该误差。
【小题】
【解析】
【分析】
明确各种实验仪器的使用方法和实验的实验原理是解决实验问题的关键，注意实验过程中平衡摩擦阻力的影响的方法与验证机械能守恒的实验中平衡摩擦力的方法是相同的。
【分析】
根据误差产生的原因分析是哪一种误差。
【解答】
在数据测量的过程中会存在偶然误差，使用多次测量取平均值的方法可以减小测量的偶然误差，这是实验数据处理常见的方法。
故答案为：偶然。
【分析】
分析实验的步骤，明确实验的原理，结合实验的原理与注意的问题，分析实验要求小钩码的质量要比重锤的质量小很多的目的。
【解答】
当两侧的重锤的质量不同时，质量大的重锤向下运动，质量小的重锤向上运动，运动的加速度的大小是相等的，由牛顿第二定律可得：，所以加速度：可知，相比于重锤的质量越小，则加速度越小，运动的时间就越大，测量的相对误差就越小，故B正确，ACD错误。
故选B。
【分析】
本题考查实验误差的处理方法，根据实验的要求，分析平衡摩擦力的方法即可。
【解答】
在重锤上滑轮的摩擦阻力会引起实验误差，可以采用平衡摩擦力的方法减小该误差，如：粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量，直至拉动重锤时，能观察到重锤匀速下落，这时即可平衡摩擦力。
故答案为：粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量，直至拉动重锤时，能观察到重锤匀速下落，这时即可平衡摩擦力，减小该误差。
【分析】
结合实验原理和牛顿第二定律，即可求出重力加速度的表达式。
【解答】
使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为。
此时由牛顿第二定律可得：
其中：，联立得：
落的过程做匀加速直线运动，则：
解得：
故答案为：。
15.【答案】
不能；由于无法确定弹簧的原长位置，所以不能测出物块的质量。
【解析】本题考查弹簧的劲度系数的测量实验。属于力学拓展创新实验。
根据表格中的数据，描点后画图，尽可能平滑连接，画出图像如图所示：
设时弹簧的伸长量为，弹簧的劲度系数为，对物块由平衡条件有，得：，所以图线的斜率表示弹簧的劲度系数，得：。
由于无法确定弹簧的原长位置，所以不能测出物块的质量。
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