第2章　相互作用 第4讲　牛顿第三定律　共点力的平衡--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
第4讲　牛顿第三定律　共点力的平衡
基础对点练
题组一　牛顿第三定律
1.(多选)(2025黑龙江哈尔滨模拟)有一种很火的玩具——磁悬浮陀螺,依靠磁场力可以让旋转的陀螺悬浮在空中,如图所示。对处于悬浮状态的陀螺,下列说法正确的是(　　)
A.陀螺处于完全失重状态
B.陀螺在竖直方向上受力平衡
C.底座对桌面的压力和桌面对底座的支持力是一对平衡力
D.桌面对底座的支持力大于底座的重力
2.一种感应飞行器的示意图如图所示,它的底部设置了感应器装置,主要通过手控感应飞行。只需要将手置于离飞行器底部一定距离处,就可以使飞行器静止悬浮在空中,操作十分方便。下列说法正确的是(　　)
A.手对飞行器的作用力与飞行器所受的重力是一对平衡力
B.空气对飞行器的作用力与飞行器所受的重力是一对平衡力
C.空气对飞行器的作用力和空气对手的作用力是一对作用力和反作用力
D.因为空气会流动,所以螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力大小不相等
题组二　受力分析
3.(2025北京卷)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
4.(多选)(人教版必修第一册第79页第2题改编)一根轻绳一端系小球P,另一端系于光滑墙壁上的O点,在墙壁和小球P之间夹有一长方体物块Q,如图所示,在小球P、物块Q均处于静止状态的情况下,下列有关说法正确的是(　　)
A.物块Q受3个力
B.小球P受4个力
C.若O点下移,物块Q受到的静摩擦力将增大
D.若O点上移,绳子的拉力将变小
题组三　共点力的平衡
5.(2025重庆卷)现代生产生活中常用无人机运送物品,如图所示,无人机携带质量为m的匀质钢管在无风的空中悬停,轻绳M端和N端系住钢管,轻绳中点O通过缆绳与无人机连接。MO、NO与竖直方向的夹角均为60°,钢管水平。则MO的弹力大小为(　　) (重力加速度为g)
A.2mg B.mg
C.mg D.mg
6.(2025海南阶段练习)如图所示,两个彩灯用电线1、2、3连接,悬吊在墙角,电线1与竖直方向的夹角θ1=30°,电线3与水平方向的夹角θ2=37°,不计电线的重力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则电线1、3上的拉力之比为(　　)
A.5∶6 B.6∶5
C.8∶5 D.5∶8
7.(2025辽宁模拟预测)如图所示,一质量为m的集装箱被吊在空中处于静止状态,集装箱AB宽8米,BC长20米,钢索AO、BO、CO、DO的长度均为14米。已知钢索的质量远小于集装箱的质量,重力加速度为g,则每根钢索的拉力大小为(　　)
A.mg B.mg
C.mg D.mg
8.(2025安徽合肥模拟预测)如图所示,质量m'=2 kg、倾角α=37°的粗糙斜面体放置在水平地面上,斜面体顶端装有一光滑定滑轮。一轻质细绳跨过滑轮,一端与斜面上静止的质量m=1 kg的物块相连,另一端与竖直轻弹簧相连,弹簧的另一端与水平地面相连,轻绳不可伸长且与斜面平行,弹簧保持竖直且始终在弹性限度内,系统处于静止状态时弹簧弹力大小F=8 N,重力加速度大小g取10 m/s2,sin 37°=0.6。下列说法正确的是(　　)
A.物块所受摩擦力大小为2 N
B.物块所受支持力和绳子拉力的合力大小为10 N
C.地面对斜面体的支持力大小为25.2 N
D.地面对斜面体的摩擦力大小为2 N
综合提升练
9.(2025湖南三模)如图所示,一个重力为mg的小环套在竖直的半径为R的光滑大圆环上,一劲度系数为k,自然长度为L0的轻质弹簧的一端固定在小环上,另一端固定在大圆环的最高点A,当小环静止时,弹簧与竖直方向之间的夹角为θ,已知k=,L0=R,则下列选项正确的是(　　)
A.θ=45°
B.弹簧的长度为2L0
C.小环受到大环的支持力为mg
D.弹簧弹力大小是
10.(2025山东临沂三模)如图所示,甲、乙两圆柱体的横截面分别为半径相等的圆和半圆,甲的右侧顶着一块竖直挡板,乙的平面部分与水平面接触。若乙的质量是甲的2倍,两柱体的曲面部分和挡板均光滑,开始时两圆柱体截面的圆心连线沿竖直方向。现将挡板缓慢向右移动,直到圆柱体甲刚要落至水平面为止,整个过程中半圆柱体乙始终保持静止,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则乙与水平面间的动摩擦因数不能小于(　　)
A. B.
C. D.
11.(多选)(2025广东江门模拟预测)如图所示的家用燃气炉架有四个爪,若将总质量为m的锅放在炉架上,忽略爪与锅之间的摩擦力,设锅是半径为R的球面,下列说法正确的是(　　)
A.每个爪对锅的弹力方向竖直向上
B.每个爪与锅之间的弹力大于mg
C.R越大,燃气炉架对锅的弹力越大
D.R越大,燃气炉架对锅的弹力越小
培优拔高练
12.(2025山东聊城三模)我国古建屋顶多采用如图甲所示的蝴蝶瓦方式铺设。图乙是两片底瓦和一片盖瓦的铺设示意图,三根相同且平行的椽子所在平面与水平面夹角为θ。图丙为截面示意图,圆弧形底瓦对称放在两根相邻的椽子正中间,盖瓦的底边恰与底瓦的凹槽中线接触。已知相邻两椽子与底瓦接触线间的距离和瓦的半径都为L,盖瓦和底瓦相同,厚度不计,质量均为m。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,底瓦与盖瓦均保持静止。若仅对铺设的这三片瓦进行研究,则(　　)
A.底瓦与每根椽子间弹力大小为mgcos θ
B.底瓦与每根椽子间的摩擦力大小为mgsin θ
C.适当增大两椽子间的距离,底瓦与每根椽子之间的弹力不变
D.适当增大两椽子间的距离,底瓦更不容易下滑
答案：
1.BD　解析 处于悬浮状态的陀螺,在竖直方向上处于平衡状态,即向上的磁场力与向下的重力平衡,因此陀螺既不超重也不失重,A错误,B正确;底座对桌面的压力和桌面对底座的支持力是一对作用力和反作用力,C错误;由题意可知,磁场对陀螺有向上的磁场力作用,由牛顿第三定律可知,底座也受向下的磁场力作用,对底座由平衡条件可知,桌面对底座的支持力等于底座的重力与所受磁场力的合力,因此桌面对底座的支持力大于底座的重力,D正确。
2.B　解析 手与飞行器没有接触,手对飞行器没有作用力,空气对飞行器的作用力与飞行器所受的重力是一对平衡力,选项A错误,B正确;空气对飞行器的作用力和飞行器对空气的作用力是一对作用力和反作用力,选项C错误;由牛顿第三定律可知,螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力大小相等,选项D错误。
3.C　解析 根据题意,对A受力分析可知,A受重力和来自B的支持力,由于A静止,则A还受来自B沿斜面向上的静摩擦力,对B受力分析可知,B受重力、来自斜面的支持力、来自A的压力、拉力F,B还受来自A沿斜面向下的摩擦力,由于B静止,则B还应受沿斜面向上的静摩擦力,即B受6个力作用,故选C。
4.BD　解析 分别对P和Q进行受力分析可知,Q受重力、墙壁的弹力、P对Q的弹力、P对Q的摩擦力,P受重力、绳子的拉力、Q对P的弹力、Q对P的摩擦力,A错误,B正确;分析Q的受力情况可知,若O点下移,Q处于静止状态,其受到的静摩擦力仍等于重力,静摩擦力不变,C错误;对P进行受力分析可知,若O点上移,绳子的拉力将变小,D正确。
5.B　解析 以钢管为研究对象,设轻绳的拉力为FT,根据对称性可知两边绳子拉力相等,根据平衡条件2FTcos 60°=mg,可得FT=mg,故选B。
6.C　解析 设电线1、3上的拉力大小分别为F1和F2,对两个灯和电线2整体受力分析,根据平衡条件有F1sin 30°=F2cos 37°,解得F1∶F2=8∶5,故选C。
7.B　解析 每根钢索与竖直方向夹角为θ,则sin θ=,根据平衡条件得4FTcos θ=mg ,解得FT=mg,故选B。
8.A　解析 物块所受重力沿斜面向下的分力大小为Gx=mgsin θ=6 N9.C　解析 对小环受力分析,如图所示,由力矢量三角形与几何三角形相似可得,可得小环受到大环的支持力FN=mg,设弹簧长度为lAB=L,由胡克定律有k(L-L0)=2mgcos θ,由几何关系有L=2Rcos θ,联立方程解得θ=30°、L=R=3L0,弹簧弹力F=mg,故选C。
10.B　解析 分析可知,当摩擦力最大时半圆柱乙刚好不动,此时对应的动摩擦因数μ最小,且刚好达到最大静摩擦力,设甲质量为m,地面对乙的支持力、摩擦力分别为FN、Ff,挡板给甲的力为F板,整体分析可知有FN=3mg、Ff=F板,设O1O2连线与水平方向夹角为θ,对甲由平衡条件得F板=,故可得Ff=,可知θ越小,Ff越大,由几何关系可知,θ最小为30°,又因为Ff=μFN,联立解得动摩擦因数的最小值μ=,故选B。
11.BD　解析 根据弹力的特点可知每个爪对锅的弹力方向过接触点指向球心,A错误;设每个爪与锅之间的弹力方向与水平方向夹角为θ,竖直方向受力平衡,由平衡条件有4Fsin θ=mg,解得F=mg,B正确;设正对的一对爪之间的距离为d,可知sin θ=,结合前面分析得F=,因为d不变,故可知当R越大时,燃气炉架对锅的弹力F越小,C错误,D正确。
12.D　解析 由题意知,相邻两根椽子的连线和相邻两根椽子与对应底瓦圆心的连线构成一个等边三角形,设底瓦与每根椽子间弹力大小为FN,则有4FNsin 60°=3mgcos θ,解得FN=mgcos θ,A错误;设底瓦对每根椽子的摩擦力大小为Ff,根据受力平衡有4Ff=3mgsin θ,得Ff=mgsin θ,B错误;设椽子对底瓦的弹力与相邻两椽子与底瓦接触线的夹角为α,则4FNsin α=3mgcos θ,得FN=,适当增大两椽子间的距离,则α减小,则底瓦与每根椽子之间的弹力增大,底瓦与每根椽子之间的最大静摩擦力增大,底瓦更不容易下滑,C错误,D正确。
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