专题2.6 物体动态平衡（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2.6 物体动态平衡
1. （2024年4月安徽安庆示范高中联考）如图所示，有一小球被轻绳拴住悬挂在天花板上并放置在斜面上，已知轻与竖直方向的夹角为45°，斜面倾角为37°，所有接触面都是光滑的，在斜面上施加一水平外力，使整个装置开始处于静止状态。现水平向左缓慢移动斜面，直至轻绳到达竖直位置，该过程中小球一直在斜面上，小球视为质点。下列说法正确的是（ ）
A.斜面开始静止时，轻绳对小球的拉力大小等于斜面对小球的支持力大小
B.斜面缓慢移动过程中，斜面对小球的支持力先增大后减小
C.斜面缓移动过程中，施加在斜面上的水平外力先向左后向右
D.斜面缓慢移动过程中，斜面对水平面的压力一直减小
【参考答案】.D
【名师解析】A.斜面开始静止时，根据平衡条件，水平方向有
所以轻绳对小球的拉力小于斜面对小球的支持力，故A错误；
BC.分析小球的受力情况，如图所示
斜面缓慢向左运动过程中，细线与竖直方向的夹角不断减小，由图可看出，拉力T逐渐增大，支持力N逐渐减小，故B错误；利用整体法，可知水平外力大小等于轻绳拉力的水平分量，一直向左，轻绳拉力的竖直分量增大，可知斜面对水平面压力减小，C错误，选D。
2. （2024江西红色十校9月联考）如图所示，光滑挡板AB和CD在C点连接，AB板倾斜，CD板竖直，两板相对固定，小球静止于两极之间，现使整个装置绕A点在竖直面内沿顺时针方向缓慢转动到CD板水平，则在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 球对AB板的作用力变小
B. 球对CD板的作用力变小
C. 球对AB板作用力变大
D. 球对CD板的作用力变大
【参考答案】D
【名师解析】设AB板与CD板的夹角为，转动的角度为，根据平衡条件竖直方向有
水平方向有
根据几何关系可知、、三个力构成的三角形为圆的内接三角形，且在转动过程中，与的夹角不变，画出受力分析图，
可知球对CD板的作用力先增大后减小，球对AB板的作用力一直变小，故BCD错误，A正确。
。
3. （2024黑龙江哈尔滨重点高中开学考试） 一定质量的实心光滑大球半径为 R，放置在固定斜面上，被一竖直挡板挡住，挡板可绕 P 点在竖直平面 内转动，将一半径为 r、质量为 m 的光滑小球放置于大球与挡板之间，整体处于静止状态，如图所示，已 知 R=3r，现将竖直挡板沿顺时针方向缓慢放平（此过程中大球、小球与挡板始终紧密接触），重力加速度 为 g，下列说法正确的是（　　）
A. 当整体处于静止状态时，小球受挡板的弹力大小为 mg
B. 挡板沿顺时针方向缓慢放平过程中大球对小球的弹力一直变小
C. 挡板沿顺时针方向缓慢放平过程中挡板对小球的弹力一直变大
D. 斜面对大球的弹力逐渐变大
【参考答案】AB
【名师解析】
当开始系统处于静止状态时，对小球受力分析如图所示
（北京）股份有限公司 由几何关系知道 θ=30°
由平衡条件得到大球对小球的弹力为
2
FN11 mg tan30° mg 故 A 正确；
竖直挡板转动过程中挡板对小球的弹力 FN2（图中蓝色线）与大球对小球的弹力 FN1（图中红色线） 的夹角保持不变，小球所受三个力构成封闭的矢量三角形，动态矢量图如图所示
FN2 与 FN1 交点在外接圆的圆周上顺时针移动，可知弹力 FN1 一直变小，FN2 先变大再变小，故 B 正确，
C 错误； 把两个球当成一个整体，可得斜面对大球的弹力一直减小，故 D 错误。 故选 AB。
4. （2024年1月安徽联考）如图所示，轻绳1两端分别固定在M、N两点（N点在M点右上方），轻绳1上套有一个轻质的光滑小环O，质量为m的物块P通过另一根经绳2悬挂在环的下方，处于静止状态，。现用一水平向右的力F缓慢拉动物块，直到轻绳2与连线方向垂直。已知重力加速度为g。下列说法错误的是（　　）
A. 施加拉力F前，轻绳1的张力大小为
B. 物块在缓慢移动过程中，轻绳2的延长线始终平分
C. 物块在缓慢移动过程中，轻绳2的张力越来越大
D. 物块在缓慢移动过程中，经绳1的张力可能先增大后减小
【参考答案】D
【名师解析】
施加拉力F前，以小环O为对象，受到轻绳2的拉力等于物块P的重力，竖直方向根据受力平衡可得
解得轻绳1的张力大小为
故A正确，不满足题意要求；
B．物块在缓慢移动过程中，以小环O为对象，由于小环O两侧轻绳1的张力大小总是相等，则小环O两侧轻绳1的张力合力沿平分线上，根据受力平衡可知，轻绳2的延长线始终平分，故B正确，不满足题意要求；
C．物块在缓慢移动过程中，轻绳2与竖直方向的夹角逐渐增大，以物块为对象，根据受力平衡可得
可知
可知轻绳2的张力越来越大，故C正确，不满足题意要求；
物块在缓慢移动过程中，由于M、N之间的轻绳1长度不变，根据数学知识可知，小环O的运动轨迹为椭圆，M、N为椭圆的两个焦点；当轻绳2与连线方向垂直时，小环O刚好位于椭圆的短轴顶点上，根据椭圆知识可知此时最大，则此过程逐渐增大，以小环O为对象，根据受力平衡可得
可得
可知此过程经绳1的张力一直增大，故D错误，满足题意要求。
5. （2024安徽黄山一模）如图所示，轻质弹簧上端固定，下端连接一光滑小球a（可视为质点），斜面b静止在水平地面上，小球放在斜面上，开始时弹簧与斜面平行。现将斜面缓慢向左移到虚线处，小球仍静止在斜面上。下列说法正确的是（　　）
A. b对a的弹力增加 B. 弹簧的长度减小
C. 地面对b的支持力增加 D. 地面对b的摩擦力减小
【参考答案】D
【名师解析】．根据题意，对小球受力分析，如图所示
设弹簧与斜面的夹角为，斜面倾角为，由平衡条件有
，
又有
斜面缓慢向左移到虚线处，增大，则增大，减小，弹簧长度增大，故AB错误；
根据题意，对斜面受力分析，如图所示
结合AB分析，由牛顿第三定律可知，减小，由平衡条件可得，地面对b的支持力减小，地面对b的摩擦力减小，故C错误，D正确。
6. (2024年3月福建泉州质检)如图，一个球形碗固定在水平地面上，一只甲虫（可视为质点）从碗内最低点开始沿左侧缓慢往上爬行，则在爬行过程中（　　）
A. 碗对甲虫的支持力逐渐增大
B. 碗对甲虫的摩擦力逐渐增大
C. 碗对甲虫的作用力逐渐减小
D. 甲虫所受的合外力逐渐减小
【参考答案】B
【名师解析】．对在碗里的甲虫进行受力分析，画出所受各力的示意图，如图所示。
设碗对甲虫的支持力与竖直方向的夹角为θ，根据平衡条件有：
碗对甲虫的支持力：，碗对甲虫的摩擦力：。
甲虫往上缓慢爬行，碗对甲虫的支持力与竖直方向的夹角增大，由可知，碗对甲虫的支持力N逐渐减小，由可知碗对甲虫的摩擦力逐渐增大，A错误，B正确；
碗对甲虫有摩擦力与支持力两个力作用，则碗对甲虫的作用力为这两个力的合力，根据平衡条件可知，碗对甲虫的这两个力的合力，即碗对甲虫的作用力始终等于重力，C错误；甲虫从碗内最低点缓慢往上爬行，甲虫处于动态平衡状态，合力为零，即甲虫所受的合外力始终为0，D错误。
7. （2024山东威海期末）如图所示，光滑的轻质滑轮通过竖直杆固定于天花板上，一根不可伸长的轻绳跨过滑轮分别系着物块M和N，M静止在光滑水平地面上，N在水平拉力F作用下处于静止状态。现将F沿逆时针方向缓慢转至竖直方向，此过程中M和N始终静止不动。下列说法正确的是（　　）
A. F先增大后减小
B. 绳的弹力先减小后增大
C. M对地面压力逐渐减小
D. 滑轮对杆的作用力逐渐减小
【参考答案】D
【名师解析】
对N作受力分析，N受受重力mg、拉力F和绳的拉力T，其中重力的大小和方向均不变，绳的拉力的方向不变；三力平衡时，三个力可以构成首尾相连的矢量三角形，作图如下
力F沿逆时针方向缓慢旋转时，由图可看出，力F先减小后增大，而绳上的拉力T一直减小，则M对地面的压力逐渐增大，滑轮对杆的作用力逐渐减小。故选D。
8. （2024黑龙江哈尔滨重点高中质检）将四分之一圆柱体a置于粗糙水平面上，其横截面如图所示，B点为圆柱体a的最高点。现将小物块b（可视为质点）靠紧圆弧，用始终沿圆弧切线方向的拉力F拉动物块。使物块由圆弧与水平面的交点A缓慢向B点运动，整个过程中a始终保持静止，不计a与b间的摩擦，则拉动过程中（ ）
A. 拉力F一直减小 B. b对a压力先减小后增大
C. 地面对a的摩擦力一直增大 D. 地面对a的支持力逐渐增大
【参考答案】AD
【名师解析】
对物块进行受力分析，如图所示
由平衡条件知
可知θ增大，拉力F减小，支持力增大，根据牛顿第三定律知，b对a的压力增大，故A正确，B错误；
CD．对a与b看作整体，由平衡条件知
可知θ从0°增大90°，cosθ减小，F减小，则地面对a的支持力增大，而2θ从0°增大180°，sin2θ先增大后减小，地面对a的摩擦力先增大后减小，故C错误，D正确。
9. (2024陕西宝鸡期末)如图所示，用轻质细绳悬挂一质量为的小球，再对小球施加一个力，使小球平衡时悬线绷紧且与竖直方向夹角（已知，重力加速度为），则所加力的最小值为（　　）
A. B. C. D.
【参考答案】C
【名师解析】
以小球为研究对象，受力分析如图所示
小球受重力mg、绳拉力FT、外力F。根据平衡条件知F与FT合力与mg等大反向。即F与FT的合力为
在合力一定，其一分力FT方向一定的前提下，另一分力的最小值条件是F垂直于绳所在直线向上，则有
解得
故选C。
10. （2024海南海口市质检） 如图所示，轻弹簧上端固定，下端悬挂一小球静止，弹簧伸长量为。 在同一竖直平面内对小球施加拉力F，使弹簧伸长量保持为 缓慢地将弹簧向右拉到水平位置，设拉力F 与竖直方向间的夹角为。 该过程中（　　）
A. 角最大为60° B. 角最小为30°
C. F一直减小，先减小后增大 D. F一直增大，先增大后减小
【参考答案】D
【名师解析】
轻弹簧上端固定，下端悬挂一小球静止，弹簧伸长量为。在同一竖直平面内对小球施加拉力F，使弹簧伸长量保持为则弹力大小为，对小球受力分析如图所示
同一竖直平面内对小球施加一个拉力F，使弹簧伸长量保持不变，弹力的大小不变，缓慢地将细绳向右拉到水平位置，F一直增大，先增大后减小，根据几何关系可知当
此时最大为30°。故选D。
11. .(2024广东中山高一期末)目前，我市每个社区均已配备了公共体育健身器材，如图所示器材为一秋千，用两根等长轻绳将一座椅悬挂在竖直支架上等高的两点。由于长期使用，导致两根支架向内发生了微小倾斜，如图中虚线所示，但两悬挂点仍等高。座椅静止时用F表示两轻绳对座椅拉力的合力，F1表示单根轻绳对座椅拉力的大小，则（　　）
A. F不变，F1变小 B. F不变，F1变大
C. F变小，F1变小 D. F变大，F1变大
【参考答案】A
【名师解析】
由于座椅处于静止状态，其所受合力为零，故两轻绳对座椅拉力的合力F与座椅的重力等大反向；两支架向内微小倾斜，两轻绳的夹角减小，两轻绳对座椅拉力的合力F与座椅的重力等大反向，F不变；设绳子与竖直方向的夹角为，由平衡条件得
得
可得两分力F1随着夹角的减小而减小，选项A正确，选项BCD错误。
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