专题一 力与物体的平衡
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力与物体的平衡问题包括静态平衡问题和动态平衡问题,是高考考查的热点,常以选择题的形式出现。静态平衡问题常与生活实际相联系或是实际情境的抽象。解答静态平衡问题的关键是在准确选定研究对象的前提下,灵活地利用力的合成法、分解法或正交分解法,必要时结合整体法与隔离法分析问题。动态平衡是物体在缓慢移动过程中处于平衡状态,但物体所受的某些力的大小和方向均发生变化,使结果出现一些不确定性,这也是此类问题常失分的主要原因。另外,该部分内容更多的是融入其他物理模型中间接考查,如结合运动学命题,或者出现在复合场、导轨模型中等。
|小|题|热|身|自|评|
1.(2025·北京高考)如图所示,长方体物块A、B叠放在斜面上,B受到一个沿斜面方向的拉力F,两物块保持静止。B受力的个数为 ( )
A.4 B.5
C.6 D.7
2.(2025·陕晋宁青高考)如图所示,质量为m的均匀钢管,一端支在粗糙水平地面上,另一端被竖直绳悬挂,处于静止状态,钢管与水平地面之间的动摩擦因数为μ、夹角为θ,重力加速度大小为g。则地面对钢管左端的摩擦力大小为 ( )
A.μmgcos θ B.μmg
C.μmg D.0
3.(2025·福建高考)如图所示,山崖上有一个风动石,无风时地面对风动石的作用力是F1,当受到一个水平风力时,风动石依然静止,地面对风动石的作用力是F2,以下说法正确的是 ( )
A.F2大于F1 B.F1大于F2
C.F1等于F2 D.F1和F2大小关系与风力大小有关
4.(2025·河北高考)如图所示,内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上,左右边沿等高。该截面内,一根不可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球,一端固定于凹槽左边沿,另一端过右边沿并沿绳方向对其施加拉力F。小球半径远小于凹槽半径,所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点,则F的最大值为 ( )
A.G B.G
C.G D.G
5.(2025·浙江1月选考)中国运动员以121公斤的成绩获得2024年世界举重锦标赛抓举金牌,举起杠铃稳定时的状态如图所示。重力加速度g=10m/s2,下列说法正确的是 ( )
A.双臂夹角越大受力越小
B.杠铃对每只手臂作用力大小为605 N
C.杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对平衡力
D.在加速举起杠铃过程中,地面对人的支持力大于人与杠铃总重力
基本知能自助
1.(链接T1)在分析物块B受到的弹力和摩擦力时,应按照接触面从上到下逐一分析,以免多力或少力。
2.(链接T2)对于地面对钢管左端的摩擦力大小的判断,可采用假设法结合平衡条件进行分析。
3.(链接T3)求解时应注意地面对风动石的作用力是风动石受到地面作用力的合力,包括可能存在的支持力、摩擦力等。对物体受力分析时合力与分力不可同时分析,以免多力。
4.(链接T4)解答本题的关键是抓住“小球始终位于内壁最低点”,因此拉力F与左侧细绳的拉力关于竖直方向对称。
5.解答第5题的关键在于:
(1)运动员举起杠铃稳定时,杠铃处于平衡状态。
(2)一对平衡力作用在同一物体上,而一对相互作用力作用在不同的物体上。
专题一 力与物体的平衡
专题启动
1.选C 根据题意,对A受力分析可知,A受重力、B的支持力,由于A静止,则A还受沿A与B接触面向上的静摩擦力;对B受力分析可知,B受重力、A的压力、斜面的支持力、拉力F、沿A与B接触面向下的静摩擦力,由于B静止,则B还受沿斜面向上的静摩擦力,即B受6个力作用。故选C。
2.选D 由题意对钢管受力分析,如图所示,若钢管受到地面的摩擦力,则钢管水平方向受力不平衡,钢管不可能处于静止状态,故地面对钢管左端的摩擦力大小为零,A、B、C错误,D正确。
3.选A 无风时,地面对风动石的作用力与重力平衡,方向竖直向上,大小为F1=mg,当受到一个水平风力时,地面对风动石的作用力与竖直向下的重力及水平方向的风力F三力平衡,根据平衡条件可知,地面对风动石的作用力大小为F2=,故F2大于F1。故选A。
4.选B 分析可知当凹槽底部对小球支持力为零时,拉力F最大,根据平衡条件有2Fmcos 45°=G,解得Fm=G,故选B。
5.选D 杠铃的重力为G=mg=121×10 N=1 210 N,手臂与水平的杠铃之间有夹角,设手臂与竖直方向夹角为θ,根据平衡条件可知2Fcos θ =G,可知双臂夹角越大,F越大,结合cos θ<1,解得杠铃对每只手臂的作用力F>605 N,A、B错误;杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对相互作用力,C错误;加速举起杠铃,人和杠铃构成的系统加速度向上,系统处于超重状态,因此地面对人的支持力大于人与杠铃的总重力,D正确。
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把握命题动向
力与物体的平衡问题包括静态平衡问题和动态平衡问题，是高考考查的热点，常以选择题的形式出现。静态平衡问题常与生活实际相联系或是实际情境的抽象。解答静态平衡问题的关键是在准确选定研究对象的前提下，灵活地利用力的合成法、分解法或正交分解法，必要时结合整体法与隔离法分析问题。
动态平衡是物体在缓慢移动过程中处于平衡状态，但物体所受的某些力的大小和方向均发生变化，使结果出现一些不确定性，这也是此类问题常失分的主要原因。另外，该部分内容更多的是融入其他物理模型中间接考查，如结合运动学命题，或者出现在复合场、导轨模型中等。
小题热身自评
1.(2025·北京高考)如图所示，长方体物块A、
B叠放在斜面上，B受到一个沿斜面方向的
拉力F，两物块保持静止。B受力的个数为
( )
A.4 B.5
C.6 D.7
√
解析：根据题意，对A受力分析可知，A受重力、B的支持力，由于A静止，则A还受沿A与B接触面向上的静摩擦力；对B受力分析可知，B受重力、A的压力、斜面的支持力、拉力F、沿A与B接触面向下的静摩擦力，由于B静止，则B还受沿斜面向上的静摩擦力，即B受6个力作用。故选C。
2.(2025·陕晋宁青高考)如图所示，质量为m的均匀钢管，一端支在粗糙水平地面上，另一端被竖直绳悬挂，处于静止状态，钢管与水平地面之间的动摩擦因数为μ、夹角为θ，重力加速度大小为g。则地面对钢管左端的摩擦力大小为 ( )
A.μmgcos θ B.μmg
C.μmg D.0
√
解析：由题意对钢管受力分析，如图所示，若钢管受到地面的摩擦力，则钢管水平方向受力不平衡，钢管不可能处于静止状态，故地面对钢管左端的摩擦力大小为零，A、B、C错误，D正确。
3.(2025·福建高考)如图所示，山崖上有一个风动石，无风时地面对风动石的作用力是F1，当受到一个水平风力时，风动石依然静止，地面对风动石的作用力是F2，以下说法正确的是 ( )
A.F2大于F1
B.F1大于F2
C.F1等于F2
D.F1和F2大小关系与风力大小有关
√
解析：无风时，地面对风动石的作用力与重力平衡，方向竖直向上，大小为F1=mg，当受到一个水平风力时，地面对风动石的作用力与竖直向下的重力及水平方向的风力F三力平衡，根据平衡条件可知，地面对风动石的作用力大小为F2=，故F2大于F1。故选A。
4.(2025·河北高考)如图所示，内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上，左右边沿等高。该截面内，一根不可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球，一端固定于凹槽左边沿，另一端过右边沿并沿绳方向对其施加拉力F。小球半径远小于凹槽半径，所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点，则F的最大值为 ( )
A.G B.G
C.G D.G
√
解析：分析可知当凹槽底部对小球支持力为零时，拉力F最大，根据平衡条件有2Fmcos 45°=G，解得Fm=G，故选B。
5.(2025·浙江1月选考)中国运动员以121公斤的成绩
获得2024年世界举重锦标赛抓举金牌，举起杠铃
稳定时的状态如图所示。重力加速度g=10m/s2，
下列说法正确的是 ( )
A.双臂夹角越大受力越小
B.杠铃对每只手臂作用力大小为605 N
C.杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对平衡力
D.在加速举起杠铃过程中，地面对人的支持力大于人与杠铃总重力
√
解析：杠铃的重力为G=mg=121×10 N=1 210 N，手臂与水平的杠铃之间有夹角，设手臂与竖直方向夹角为θ，根据平衡条件可知2Fcos θ =G，可知双臂夹角越大，F越大，结合cos θ<1，解得杠铃对每只手臂的作用力F>605 N，A、B错误；杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对相互作用力，C错误；加速举起杠铃，人和杠铃构成的系统加速度向上，系统处于超重状态，因此地面对人的支持力大于人与杠铃的总重力，D正确。
1.(链接T1)在分析物块B受到的弹力和摩擦力时，应按照接触面从上到下逐一分析，以免多力或少力。
2.(链接T2)对于地面对钢管左端的摩擦力大小的判断，可采用假设法结合平衡条件进行分析。
3.(链接T3)求解时应注意地面对风动石的作用力是风动石受到地面作用力的合力，包括可能存在的支持力、摩擦力等。对物体受力分析时合力与分力不可同时分析，以免多力。
基本知能自助
4.(链接T4)解答本题的关键是抓住“小球始终位于内壁最低点”，因此拉力F与左侧细绳的拉力关于竖直方向对称。
5.解答第5题的关键在于：
(1)运动员举起杠铃稳定时，杠铃处于平衡状态。
(2)一对平衡力作用在同一物体上，而一对相互作用力作用在不同的物体上。
