2026届高三物理一轮复习-同步分层精练（九）共点力的动态平衡（有解析）

同步分层精练（九） 共点力的动态平衡
1.单杠是一项大众喜闻乐见的体育健身运动,如图所示,健身者上杠后,双手缓慢向外分开的过程中,下列说法正确的是 (　 )
A.健身者所受的合力增大
B.健身者手臂所受的拉力增大
C.健身者所受重力是手臂拉力的分力
D.健身者所受重力和双臂的合力是一对作用力和反作用力
2.(2025·梅州模拟)梅州的非物质文化遗产有不少,兴宁花灯就是其中一种,它与北京宫灯是一脉相承,始于宋代,流行于明清,是传承了上千年的客家传统习俗,花灯用四条长度相同、承受能力相同的绳子高高吊起,如图所示,绳子与竖直方向夹角为θ,花灯质量为m,则下列说法正确的是 (　 )
A.每条绳子的拉力均相同
B.增大绳子与竖直方向的夹角,花灯受的合外力增大
C.绳子拉力的合力方向为竖直方向
D.绳子长一些更易断
3.将两个质量均为m的小球用细线相连后,再用细线悬挂于O点,如图所示。用力F拉右侧小球,使两个小球都处于静止状态,且细线Oa与竖直方向的夹角保持θ=30°,则F达到最小值时细线Oa上的拉力为 (　 )
A.mg B.mg
C.mg D.mg
4.(2025·海口模拟)如图所示,固定在竖直平面内的光滑半圆环上套有一质量为m的小球,半圆环的圆心为O。现用始终沿圆弧切线方向的力F拉动小球由M点向圆环最高点N缓慢移动,则此过程中,力F和小球所受支持力FN的变化情况是 (　 )
A.F减小,FN增大
B.F增大,FN减小
C.F增大,FN增大
D.F减小,FN减小
5.(2025·衡阳调研)(多选)如图所示,小球a、b质量均为m,用细线相连并悬挂于O点。现用一轻质弹簧给小球a施加一个拉力F,使整个装置处于静止状态,且Oa与竖直方向的夹角为θ=30°,已知弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g,则弹簧的形变量可能为 (　 )
A. B.
C. D.
6.(2025·郑州模拟)北方农村秋冬季节常用金属丝网围成圆柱形粮仓储存玉米棒,某粮仓由于玉米棒装的不匀称而发生倾斜现象,为避免倾倒,在左侧用木棍支撑,如图所示。若支撑点距水平地面的高度为 m,木棍与水平地面间的动摩擦因数为,木棍重力不计,粮仓对木棍的作用力沿木棍方向,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为使木棍下端一定不发生侧滑,则木棍的长度最长为 (　 )
A.1.5 m B. m
C.2 m D.2 m
7.(2025·南充二模)物理兴趣小组,在学习了力的合成和分解后,设计了如图所示的情境来体验力的作用效果,细线OB一端系于铅笔右端,另一端拴在手指上,使OA水平,手掌始终伸直,再在O处悬挂一物块,假设铅笔的重力可以忽略不计,在保证装置不散架的情况下,将整个装置绕过A点垂直于纸面的轴在竖直平面内逆时针缓慢转动的过程中,下列说法正确的是 (　 )
A.A点的刺痛感会增强　 B.A点的刺痛感会减弱
C.OB绳一定不会被拉断 D.OB绳可能被拉断
8.(2024·苏州模拟)竖直门闩简化结构的侧视图如图所示。下方部件A可以在水平槽内向前推进。槽表面光滑,摩擦力可以不计;部件A与部件B界面具有摩擦系数μ,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,界面与水平面呈45°夹角。部件B质量为m,重力加速度为g,为了使门闩启动,施加在部件A上的水平力F至少是 (　 )
A.mg B.mg
C.mg D.mg
9.(2025·广州模拟)如图所示,安全出口指示牌通过两条长度相同的链条竖直悬挂在固定于天花板横梁的挂钩上,其中A、C为挂钩与天花板的连接点,B、D为链条与指示牌的连接点,A、C和B、D分别关于指示牌中间对称,两链条的长度不变且始终对称,下列分析正确的是 (　 )
A.甲图中仅减小BD距离,指示牌静止时,每根链条的拉力变小
B.甲图中仅减小AC距离,指示牌静止时,每根链条的拉力变小
C.甲图中链条AB断开,指示牌重新恢复静止后,指示牌所受合力变大
D.乙图中若适当调整BD、AC之间的距离,指示牌静止时,每根链条的拉力可能都等于指示牌的重力
同步分层精练（九） 共点力的动态平衡
1.单杠是一项大众喜闻乐见的体育健身运动,如图所示,健身者上杠后,双手缓慢向外分开的过程中,下列说法正确的是 (　 )
A.健身者所受的合力增大
B.健身者手臂所受的拉力增大
C.健身者所受重力是手臂拉力的分力
D.健身者所受重力和双臂的合力是一对作用力和反作用力
解析:选B　根据题意可知,健身者双手缓慢分开的过程中,健身者处于平衡状态,所受的合力为零,A错误;由于双臂与竖直方向的夹角增大,由力的平衡可知健身者手臂所受的拉力增大,B正确;健身者所受重力是由于地球的吸引而受到的力,方向竖直向下,手臂拉力斜向上方,重力不是手臂拉力的分力,C错误;健身者所受重力和双臂的合力不是一对作用力和反作用力,是一对平衡力,D错误。
2.(2025·梅州模拟)梅州的非物质文化遗产有不少,兴宁花灯就是其中一种,它与北京宫灯是一脉相承,始于宋代,流行于明清,是传承了上千年的客家传统习俗,花灯用四条长度相同、承受能力相同的绳子高高吊起,如图所示,绳子与竖直方向夹角为θ,花灯质量为m,则下列说法正确的是 (　 )
A.每条绳子的拉力均相同
B.增大绳子与竖直方向的夹角,花灯受的合外力增大
C.绳子拉力的合力方向为竖直方向
D.绳子长一些更易断
解析:选C　每条绳子的拉力大小相等,但力的方向不一样,A错误;由于花灯处于静止状态,所以合外力始终为零,所以增大绳子与竖直方向的夹角,花灯受的合外力不变,B错误;合外力始终为零,绳子拉力与重力等大反向,故绳子拉力的合力方向为竖直方向,C正确;设绳子拉力为T,则4Tcos θ=mg,解得T=,绳子长一些,夹角θ减小,则拉力变小,更不容易断,D错误。
3.将两个质量均为m的小球用细线相连后,再用细线悬挂于O点,如图所示。用力F拉右侧小球,使两个小球都处于静止状态,且细线Oa与竖直方向的夹角保持θ=30°,则F达到最小值时细线Oa上的拉力为 (　 )
A.mg B.mg
C.mg D.mg
解析:选A　以两个小球组成的整体为研究对象受力分析,作出F在不同方向时整体的受力图如图所示。根据平衡条件可知,F与T的合力与重力2mg总是大小相等、方向相反的,由力的合成图可知,当F与细线Oa垂直时,F有最小值,即图中2位置,根据平衡条件得Fmin=2mgsin30°=mg,此时T=2mgcos30°=mg,故选A。
4.(2025·海口模拟)如图所示,固定在竖直平面内的光滑半圆环上套有一质量为m的小球,半圆环的圆心为O。现用始终沿圆弧切线方向的力F拉动小球由M点向圆环最高点N缓慢移动,则此过程中,力F和小球所受支持力FN的变化情况是 (　 )
A.F减小,FN增大
B.F增大,FN减小
C.F增大,FN增大
D.F减小,FN减小
解析:选A　对小球受力分析,如图所示,已知拉力F与支持力FN相互垂直,即α=90°,小球处于平衡状态,由正弦定理得==,因为小球的重力G和α不变,所以上式的比值不变;拉动小球由M点向圆环最高点N缓慢移动的过程中,β由钝角增大到180°,即sin β减小,故拉力F减小;θ由钝角减小到90°,即sin θ增大,故支持力FN增大。故A正确。
5.(2025·衡阳调研)(多选)如图所示,小球a、b质量均为m,用细线相连并悬挂于O点。现用一轻质弹簧给小球a施加一个拉力F,使整个装置处于静止状态,且Oa与竖直方向的夹角为θ=30°,已知弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g,则弹簧的形变量可能为 (　 )
A. B.
C. D.
解析:选AC　根据题意,以小球a、b整体为研究对象受力分析,作出F在几个方向时整体的受力图,根据平衡条件可知,F与FT的合力与整体的重力2mg总是大小相等、方向相反,由力的合成图可知,当F与绳子Oa垂直时,F有最小值,即图中2位置,F的最小值为Fmin=2mgsin θ=mg,根据胡克定律有Fmin=kxmin,解得xmin=,即弹簧的形变量的取值范围为x≥。
6.(2025·郑州模拟)北方农村秋冬季节常用金属丝网围成圆柱形粮仓储存玉米棒,某粮仓由于玉米棒装的不匀称而发生倾斜现象,为避免倾倒,在左侧用木棍支撑,如图所示。若支撑点距水平地面的高度为 m,木棍与水平地面间的动摩擦因数为,木棍重力不计,粮仓对木棍的作用力沿木棍方向,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为使木棍下端一定不发生侧滑,则木棍的长度最长为 (　 )
A.1.5 m B. m
C.2 m D.2 m
解析:选C　设木棍与竖直方向夹角为θ,木棍长度为L,粮仓对木棍的作用力为F。为使木棍下端一定不发生侧滑,则有Fsin θ≤μFcos θ,即μ≥tan θ,由几何知识有tan θ=,联立解得L≤2 m,即木棍的长度最长为2 m,故C正确。
7.(2025·南充二模)物理兴趣小组,在学习了力的合成和分解后,设计了如图所示的情境来体验力的作用效果,细线OB一端系于铅笔右端,另一端拴在手指上,使OA水平,手掌始终伸直,再在O处悬挂一物块,假设铅笔的重力可以忽略不计,在保证装置不散架的情况下,将整个装置绕过A点垂直于纸面的轴在竖直平面内逆时针缓慢转动的过程中,下列说法正确的是 (　 )
A.A点的刺痛感会增强　 B.A点的刺痛感会减弱
C.OB绳一定不会被拉断 D.OB绳可能被拉断
解析:选C　对O点进行受力分析,如图所示,根据正弦定理可得==,由题意可知,在整个装置绕过A点垂直于纸面的轴在竖直平面内逆时针缓慢转动的过程中,π-θ保持不变,即保持不变;由于∠1变小,从钝角变为锐角,sin ∠1先变大后变小,则铅笔的弹力FAO先变大后变小,A点的刺痛感先增强后减弱;由于∠2变大,sin ∠2变小,则OB绳的拉力TBO变小,所以OB绳一定不会被拉断。故C正确。
8.(2024·苏州模拟)竖直门闩简化结构的侧视图如图所示。下方部件A可以在水平槽内向前推进。槽表面光滑,摩擦力可以不计;部件A与部件B界面具有摩擦系数μ,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,界面与水平面呈45°夹角。部件B质量为m,重力加速度为g,为了使门闩启动,施加在部件A上的水平力F至少是 (　 )
A.mg B.mg
C.mg D.mg
解析:选C　设A、B刚好发生相对滑动,A、B的受力如图所示,以B为对象,则有mg+fsin 45°=FABcos 45°,以A为对象,则有F=fcos 45°+FBAsin 45°,又f=μFAB=μFBA,联立解得施加在部件A上的水平力F的最小值为F=mg。
9.(2025·广州模拟)如图所示,安全出口指示牌通过两条长度相同的链条竖直悬挂在固定于天花板横梁的挂钩上,其中A、C为挂钩与天花板的连接点,B、D为链条与指示牌的连接点,A、C和B、D分别关于指示牌中间对称,两链条的长度不变且始终对称,下列分析正确的是 (　 )
A.甲图中仅减小BD距离,指示牌静止时,每根链条的拉力变小
B.甲图中仅减小AC距离,指示牌静止时,每根链条的拉力变小
C.甲图中链条AB断开,指示牌重新恢复静止后,指示牌所受合力变大
D.乙图中若适当调整BD、AC之间的距离,指示牌静止时,每根链条的拉力可能都等于指示牌的重力
解析:选D　根据题图甲可知当前状态AC间距小于BD间距。根据链条的受力分析可知,静止时,两根链条在竖直方向的合力与指示牌的重力平衡,设链条与竖直方向夹角为θ,每根链条上的拉力为F,则,解得F=,可知当链条与竖直方向夹角越小,链条上拉力越小,则仅减小AC距离,每根链条的拉力变大;仅减小BD距离时,链条处于竖直状态时拉力最小,但再继续减小BD距离时,拉力又会变大,故A、B错误;链条AB断开前指示牌处于静止状态,断开重新恢复静止后也处于静止状态,合力为0且不变,故C错误;题图乙中若适当调整BD、AC之间的距离,若链条AB、CD之间夹角为120°,且指示牌静止时,每根链条的拉力都等于指示牌的重力,故D正确。
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