专题2.5 物体静态平衡（有解析）--2024高考模拟题汇编

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2024高考物理模拟题分类解析
第二部分 相互作用
专题2.5 物体静态平衡
1．（2024年5月武汉三模）如图（a），摩擦角的物理意义是：当两接触面间的静摩擦力达到最大值时，静摩擦力f与支持面的支持力N的合力F与接触面法线间的夹角即为摩擦角，可知。利用摩擦角的知识可以用来估料，如图（b）所示。物料自然堆积成圆锥体，圆锥角底角必定是该物料的摩擦角。若已知物料的摩擦角和高h，动摩擦因数为。物料所受滑动摩擦力等于最大静摩擦力。可求出圆锥体的体积为（ ）
A． B． C． D．
.【答案】A
【解析】物料自然堆积成圆锥体，圆锥角底角必定是该物料的摩擦角，对物料作受力分析如图所示
当底角大于时，物料将沿锥面下滑，为使物料不下滑，应使减小；当底角小于时，物料将停留在锥面上，那么使物料恰好不下滑应使增大，且让，所以底角会保持为定值。若已知和锥体的高h，则可求出它的体积为 故选A。
2．（2024广东名校联盟4月二轮复习联考）图甲为家用燃气炉架，其有四个对称分布的爪，若将总质量一定的锅放在炉架上，如图乙所示（侧视图），忽略爪与锅之间的摩擦力，若锅是半径为的球面，正对的两爪间距为，则下列说法正确的是（ ）
A．越大．爪与锅之间的弹力越小 B．越大，爪与锅之间的弹力越大
C．越大，锅受到的合力越大 D．越大，爪与锅之间的弹力越小
【参考答案】．A
【名师解析】对锯进行受力分析如图所示，炉架的四个爪对锅的弹力的合力与锅受到的重力大小相等，
方向相反，即，，则越大，爪与锅之间弹力越小，A正确．B错误；
同理越大，爪与锅之间弹力越大，锅受到的合力为零，C、D错误。
3. （2024广东佛山一模）“人体旗帜”指的是用手抓着支撑物，使身体与地面保持平行的高难度动作。某同学重为，完成此动作时其受力情况如图所示，已知两手受力、方向与竖直方向夹角均为60°，则其中大小为（　　）
A. B. C. D.
【参考答案】C
【名师解析】
对身体受力分析如图：
两个力的夹角为120°，根据力的平衡条件可知 =G
故选C。
4. （2024福建漳州第二次质检） 如图，斜面体M放置在水平地面上，一物块m恰好静止在斜面体上。现对物块施加一水平向右的恒力F，物块与斜面体相对地面仍处于静止状态，则（ ）
A. 斜面体对物块摩擦力一定增大
B. 斜面体对物块的支持力可能不变
C. 地面对斜面体的支持力保持不变
D. 地面对斜面体的摩擦力可能减小
【参考答案】C
【名师解析】施加恒力前，物块恰好静止，则摩擦力沿斜面向上
施加恒力F后系统依然静止，物块所受合力为零，若F较小，物体相对斜面仍有下滑趋势，则静摩擦力仍向上，根据
此时斜面体对物块的静摩擦力小于施加F作用前的摩擦力，故A错误；
B．对物块受力分析，将恒力F沿斜面及垂直于斜面方向分解，可知
根据牛顿第三定律可知，斜面体对物块的支持力变大，故B错误；
C．对斜面体和物块整体分析可知，地面对斜面体的支持力始终为，故C正确；
D．斜面体最初静止，地面对斜面体的摩擦力为零，施加一个水平向右的恒力F后，地面对斜面体的摩擦力与F等大反向，则地面对斜面体的摩擦力增大，故D错误。
5. （2024深圳龙岗期末）如图（a），在倾角为的固定斜面上，有一质量为的拖把头被水平力推着沿斜面向上做匀速直线运动，轻杆质量不计，拖把头与斜面的动摩擦因数为。重力加速度取为。有位同学对此作了受力分析如图（b），并列写下列关系式，其中正确的是（　　）
A. B.
C. D.
【参考答案】AD
【名师解析】
对如图（b）中的重力和水平力进行正交分解，得如图所示
因为匀速直线运动受力平衡，得支持力大小为
滑动摩擦力大小为
由牛顿第三定律可得
得
沿斜面方向平衡力为
故A正确，B、C错误；
如图（b）拖把头在4个力的作用下做匀速直线运动，受力平衡合力为零，那么任意两个力的合力与另外两个力的合力一定大小相等，方向相反，合力为零，所以通过勾股定理求重力和水平力合力大小一定等于滑动摩擦力和支持力的合力大小，即
故D正确。
6. (2024山西晋城期末)如图所示，轻弹簧b一端固定在墙上，另一端拴一个质量为3m的小球，小球用固定在墙上的水平轻弹簧a支撑，静止时轻弹簧b与竖直方向的夹角为53°，已知重力加速度为g，cos53°=0.6，sin53°=0.8。下列说法正确的是（　　）
A. 小球静止时，a弹簧是拉伸状态
B. 小球静止时，b弹簧是压缩状态
C. 小球静止时，b弹簧的弹力大小为5mg
D. 小球静止时，a弹簧的弹力大小为5mg
【参考答案】C
【名师解析】
小球静止时，a弹簧是压缩状态，b弹簧是拉伸状态，选项AB错误；
小球静止时，对小球受力分析可知
解得
Tb=5mg
Ta=4mg
选项C正确，D错误。
7. （2024山西大同期末）有种棋盘是铁质的，每个棋子都是一个小磁铁，能吸在棋盘上。现将棋盘固定在竖直方向（如图中实线所示）。对于静止在棋盘上的某颗棋子，不计棋子间的相互作用力。下列说法正确的是（　　）
A. 棋子所受的弹力一定与其所受的重力大小相等
B. 棋盘对棋子的作用力大于棋子所受的重力
C. 棋子的磁性越弱，棋子所受的摩擦力越小
D. 若使棋盘倾斜（如图中虚线所示），棋子仍相对棋盘静止，则棋子所受的摩擦力变小
【参考答案】D
【名师解析】
由水平方向平衡可知，棋子所受的弹力大小与重力无关，故A错误；
棋子受合力为零，则棋盘对棋子的作用力与棋子的重力等大反向，故B错误；
棋子所受的摩擦力与棋子的重力等大反向，与磁性强弱无关，故C错误；
若使棋盘倾斜（如图中虚线所示），棋子仍相对棋盘静止，则棋子所受的摩擦力（等于重力沿斜面的分力）变小，故D正确。
8. （2024江西1月联考）儿童玩具弹射装置模型如图所示。可伸缩轻质弹簧和轻质杆的一端分别用铰链连接在固定竖直板的P、Q处，另一端连接在质量为m的小球上，初始时刻在竖直向上力F的作用下杆处于水平位置，弹簧的原长和杆的长度均为间距为。现保持力F的方向不变缓慢提升小球，直到弹簧呈水平状态。在这个过程中（弹簧在弹性限度内）（ ）
A. F先变大后一直变小
B. 小球可能受三个力作用
C. 弹簧在末态时的弹力比初态时的大
D. 轻质杆所受的弹力先变小后变大
【参考答案】CD
【名师解析】初始时刻对小球受力分析如图
此时弹簧的长度为
此时弹簧的弹力为
此时水平方向有
竖直方向有
当弹簧处于原长时，如图所示
此时小球受到2个力，；当弹簧呈水平状态时，对小球受力分析如图所示
此时弹簧的长度为
此时弹簧的弹力为
此时水平方向
竖直方向有
A．由图可知，从初始状态到弹簧恢复原长的过程中，F从逐渐增大到mg，然后从原长位置到弹簧呈水平状态位置，F从mg 增大到，故F一直在增大，A错误；
B．综上所述，小球在运动过程中不可能受到3个力的作用，可能受到2个力作用或者4个力的作用，故B错误；
C．因为
，
所以
故弹簧在末态时的弹力比初态时的大，故C正确；
D．初始状态时，轻质杆所受弹力为
当弹簧恢复到原长位置为，轻质杆所受的弹力为
当弹簧处于水平状态时，轻质杆所受的弹力为
又因为
所以轻质杆所受的弹力先变小后变大，故D正确。
9. (2024广东广州天河区二模)灯笼为春节增添了不少喜庆的气氛。如图所示，重力为的灯笼用细绳悬挂，在水平风力的吹动下偏离竖直方向一定的角度，并保持静止，此时细绳对灯笼的拉力为，则（　　）
A.
B.
C. 与的合力与相同
D. 若F增大，灯笼重新平衡时，则也增大
【参考答案】D
【名师解析】
根据题意，对灯笼受力分析，如图所示
由平衡条件有
解得
若增大，则增大，增大，故AB错误，D正确；
由共点力平衡特点可知，与的合力与大小相等，方向相反，故C错误。
。
10．（2024重庆模拟2）如果把重庆看成一幅大型立体山水画，那么在长江上划破天际的两组索道就是这幅画作里的“点睛之笔”。如题图所示，索道轿厢通过四根等长的吊臂吊在钢丝上，取每根吊臂的张力沿吊臂方向，每根吊臂与水平方向的夹角接近45°，轿厢和乘客的总重力为。轿厢匀速运动时，与的关系最接近（　　）
A． B． C． D．
【参考答案】B
【名师解析】由图可知，四根吊臂对称分布，对吊箱，由平衡条件，
解得： ， 选项B正确。
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