1、20202020 年高考物理年高考物理专题专题训练训练卷卷 力与物体的平衡力与物体的平衡 一一、选择题选择题 1.如图所示，滑块放在水平地面上，左边受一个弹簧拉力作用，弹簧原长小于 h，水平向右 的拉力 F 拉动滑块，使滑块向右缓慢移动，并且滑块始终没有离开地面，则在上述过程中， 下列说法正确的是( ) A.弹簧弹力在竖直方向的分量不变，滑块受到的摩擦力不变 B.弹簧弹力在竖直方向的分量不变，滑块受到的摩擦力变小 C.弹簧弹力在竖直方向的分量增大，滑块受到的摩擦力变小 D.弹簧弹力在竖直方向的分量增大，滑块受到的摩擦力不变 解析 设弹簧的原长为 l0，劲度系数为 k，弹簧弹力在竖直方向的分量
2、Fyk( h sin l0)sin ， 故 Fykhkl0sin ，当滑块向右移动时弹簧与水平方向的夹角减小，可知弹簧弹力的竖直 分量在增大，故滑块与地面间的弹力减小，滑块与地面间的摩擦力减小，C 正确。 答案 C 2.如图所示， 质量为 m 的球放在倾角为 的光滑斜面上， 在斜面上有一光滑且不计厚度的木 板挡住球，使之处于静止状态。今使挡板与斜面的夹角 缓慢增大，在此过程中，斜面对球 的支持力 N1和挡板对球的压力 N2的变化情况为( ) A.N1、N2都是先减小后增加 B.N1一直减小，N2先增加后减小 C.N1先减小后增加，N2一直减小 D.N1一直减小，N2先减小后增加 解析 对球受力
3、分析，如图所示。球始终处于平衡状态，故三个力的合力始终为零，三力构 成矢量三角形。挡板逆时针转动时，N2方向也逆时针转动，作出如图所示的动态矢量三角 形。由图可见，N1随 的增大一直减小，N2先减小后增大。选项 D 正确。 答案 D 3.灯笼，又称灯彩，是一种古老的中国传统工艺品。每年的农历正月十五元宵节前后，人们 都挂起红灯笼，来营造一种喜庆的氛围。如图 3 是某节日挂出的一只灯笼，轻绳 a、b 将灯 笼悬挂于 O 点。绳 a 与水平方向的夹角为 ，绳 b 水平。灯笼保持静止，所受重力为 G，绳 a、b 对 O 点拉力分别为 F1、F2，下列说法正确的是( ) A.F1 G sin ，F2
4、G tan B.F1Gsin ，F2Gtan C.F1和 F2的合力与灯笼对地球的引力是一对平衡力 D.F1和 F2的合力与地球对灯笼的引力是一对相互作用力 解析 以结点 O 为研究对象，受力分析如图所示，由灯笼受力平衡可知，TG，而 F1与 F2的合力与 T 等大反向，即 F1与 F2的合力大小等于灯笼的重力大小。则可知 F1 G sin ， F2 G tan ，选项 A 正确，B 错误；F1 与 F2的合力与竖直方向绳的拉力是一对平衡力，选项 C 错误；地球对灯笼的引力与灯笼对地球的引力是一对相互作用力，选项 D 错误。 答案 A 4.如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，绝缘细线下面悬挂一质
5、量为 m、长为 l 的导线，导 线中有垂直纸面向里的恒定电流 I，静止时细线偏离竖直方向 角，现将磁场沿逆时针方向 缓慢转动到水平向右， 转动时磁感应强度B的大小不变， 在此过程中下列说法正确的是( ) A.导线受到的安培力逐渐变大 B.绝缘细线受到的拉力逐渐变大 C.绝缘细线与竖直方向的夹角 先增大后减小 D.导线受到的安培力与绝缘细线受到的拉力的合力大小不变， 方向随磁场的方向的改变而改 变 解析 导线受到的安培力 F安BIl 大小不变，选项 A 错误；磁场逆时针转动 90 的过程中， F安方向逐渐由水平向左变为竖直向下，由于变化缓慢，所以 F安与 mg 的合力 F合与 FT大小 相等，方
6、向相反，由图可知，F合大小逐渐增大， 逐渐减小，所以 FT大小逐渐增大，选项 B 正确，选项 C 错误；F安与 FT的合力总是与重力大小相等，方向相反，即竖直向上，选项 D 错误。 答案 B 5.(2019 山东济宁市二模山东济宁市二模)智能手机的普及使“低头族”应运而生。低头时，颈椎受到的压力会 增大(当人体直立时，颈椎所承受的压力等于头部的重量)。现将人体头颈简化为如图 6 所示 的模型：重心在头部的 P 点，在可绕 O 转动的颈椎 OP(轻杆)的支持力和沿 PQ 方向肌肉拉 力的作用下处于静止状态。当低头时，若颈椎与竖直方向的夹角为 45 ，PQ 与竖直方向的 夹角为 53 ，此时颈椎受
7、到的压力与直立时颈椎受到压力的比值为(sin 53 0.8，cos 53 0.6)( ) A.4 B.5 C.4 2 D.5 2 解析 由题意可明确人的头受力情况，如图所示： 由题意知，FG，则由几何关系可知： F F sin（180 53 ） sin（53 45 ） 4 2。 根据牛顿第三定律可知 C 正确。 答案 C 6.在粗糙水平地面上放着一个截面为半圆的柱状物体 A，A 与光滑竖直墙之间放另一截面也 为半圆的光滑柱状物体 B，整个装置处于静止状态，截面如图 7 所示。设墙对 B 的作用力为 F1，B 对 A 的作用力为 F2，地面对 A 的作用力为 F3。在 B 上加一物体 C，整个装
8、置仍保持 静止，则( ) A.F1保持不变，F3增大 B.F1增大，F3保持不变 C.F2增大，F3增大 D.F2增大，F3保持不变 解析 未放上 C 时，以 B 为研究对象，受力分析如图甲所示，由平衡条件得，墙对 B 的作 用力 F1GBtan 。当放上 C 时，F1增大，A 对 B 的作用力 F2 F1 sin ，F1 缓慢增大，则 F2 缓慢增大，即 F2也增大。再以整体为研究对象，受力分析如图乙所示，则放上 C 前，地面 对 A 的支持力 FNGAGB，放上 C后变为 GAGBGC，即 FN增大，地面对 A 的摩擦力 FfF1，且 F3为 FN与 Ff的合力，所以 F3缓慢增大，故选项
9、 C 正确。 答案 C 7.明朝谢肇淛的五杂组中记载：“明姑苏虎丘寺塔倾侧，议欲正之，非万缗不可。一游 僧见之曰：无烦也，我能正之。”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余 扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为 ，现在木楔背上加一力 F，方 向如图所示，木楔两侧产生推力 FN，则( ) A.若 F 一定， 大时 FN大 B.若 F 一定， 小时 FN大 C.若 一定，F 大时 FN大 D.若 一定，F 小时 FN大 解析 如图所示，根据力 F 的作用效果，把力 F 分解为垂直于木楔两侧方向的分力 F1、F2， 则 F1F2FN F 2sin 2 ，由表达式可知，若
10、F 一定， 越小，FN越大，A 项错误，B 项正确； 若 一定，F 越大，FN越大，C 项正确，D 项错误。 答案 BC 8.如图所示，水平平行光滑金属导轨上连有阻值为 R 的定值电阻，电阻不计的金属杆垂直导 轨放置，导轨间距为 l，导轨与金属杆组成的闭合电路面积为 S，金属杆上系一根轻绳，绕 过光滑定滑轮与一质量为 m 的物块相连，初始时物块静止在水平地面上，轻绳拉直但没有 弹力。在导轨区域加一竖直向上的磁场，磁感应强度随时间变化规律为 Bkt(k0)，重力 加速度大小为 g，导轨电阻不计，则下列说法正确的是( ) A.金属杆中的电流从 a 向 b B.tmgR kSl 时，物块恰好离开地面
11、 C.物块离开地面前，定值电阻上产生的总热量为mgS 2l D.物块离开地面前，流过定值电阻的总电荷量为mg kl 解析 磁场的磁感应强度方向向上， 逐渐增强， 由楞次定律可得感应电流的方向是从 a 向 b， 选项 A 正确；磁场的磁感应强度随时间均匀变化，则B tk，E B tSkS，I E R kS R ，物 块恰好离开地面时有 BIlmg，其中 Bkt，解得 tmgR k2Sl，选项 B 错误；物块离开地面前 QRI2RtmgS l ，选项 C 错误；物块离开地面前 qRItmg kl ，选项 D 正确。 答案 AD 9.如图所示，在一竖直平面内，y 轴左侧有一水平向右的匀强电场 E1和
12、一垂直纸面向里的匀 强磁场 B，y 轴右侧有一竖直方向的匀强电场 E2，一电荷量为 q(电性未知)、质量为 m 的微 粒从 x 轴上 A 点以一定初速度与水平方向成 37 角沿直线经 P 点运动到图中 C 点，其中 m、q、B 均已知，重力加速度为 g，则( ) A.微粒一定带负电 B.电场强度 E2一定竖直向上 C.两电场强度之比E1 E2 4 3 D.微粒的初速度为 v5mg 4Bq 解析 微粒从 A 到 P 受重力、静电力和洛伦兹力作用做直线运动，则微粒做匀速直线运动， 由左手定则及静电力的性质可确定微粒一定带正电，选项 A 错误；此时有 qE1mgtan 37 ， 微粒从 P 到 C
13、在静电力、重力作用下做直线运动，必有 mgqE2，所以 E2的方向竖直向上， 选项 B 正确；由以上分析可知E1 E2 3 4，选项 C 错误；AP 段有 mgBqvcos 37 ，即 v 5mg 4Bq， 选项 D 正确。 答案 BD 10.如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向 垂直于纸面向里，三个带正电的微粒 a、b、c 电荷量相等，质量分别为 ma、mb、mc，已知 在该区域内，a 在纸面内做匀速圆周运动，b 在纸面内向右做匀速直线运动，c 在纸面内向 左做匀速直线运动。下列选项正确的是( ) A.mambmc B.mbmamc C.mcmam
14、b D.mcmbma 解析 由题意知，三个带电微粒受力情况：magqE，mbgqEqvB，mcgqvBqE，所 以 mbmamc，故选项 B 正确，A、C、D 错误。 答案 B 11.质量为 m 的物体用轻绳 AB 悬挂于天花板上。用水平向左的力 F 缓慢拉动绳的中点 O， 如图所示。用 T 表示绳 OA 段拉力的大小，在 O 点向左移动的过程中( ) A.F 逐渐变大，T 逐渐变大 B.F 逐渐变大，T 逐渐变小 C.F 逐渐变小，T 逐渐变大 D.F 逐渐变小，T 逐渐变小 解析 对 O 点受力分析如图所示，F 与 T 的变化情况如图，由图可知在 O 点向左移动的过 程中，F 逐渐变大，T
15、 逐渐变大，故选项 A 正确。 答案 A 12.(多选)如图所示，倾角为 的斜面体 c 置于水平地面上，小物块 b 置于斜面上，通过绝缘 细绳跨过光滑的定滑轮与带正电小球 M 连接，定滑轮左侧连接物块 b 的一段细绳与斜面平 行，带负电的小球 N 用绝缘细线悬挂于 P 点。设两带电小球在缓慢漏电的过程中，两球心 始终处于同一水平面上，并且 b、c 都处于静止状态，下列说法中正确的是( ) A.b 对 c 的摩擦力一定减小 B.地面对 c 的支持力一定变大 C.地面对 c 的摩擦力方向一定向左 D.地面对 c 的摩擦力一定变大 解析 两带电小球在缓慢漏电过程中，库仑力 F库kQq r2 减小。对
16、小球 M，由平衡条件知， 绳子拉力大小 FT （mg）2F2库减小；对物块 b，摩擦力 Ff1mbgsin FT，方向向上或 Ff1FTmbgsin ，方向向下，故其可能增大，也可能减小，选项 A 错误；对 b、c 整体， 地面对 c 的支持力 FN(mbmc)gFTsin 随 FT减小而变大， 地面对 c 的摩擦力 Ff2FTcos 减小，方向一定向左，选项 B、C 正确，D 错误。 答案 BC 二、非选择题二、非选择题 13.如图所示，倾角为 37 的两根平行长直金属导轨的间距为 d，其底端接有阻值为 R 的 电阻，整个装置处在垂直两导轨所在斜面向上、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中。质
17、量 均为 m(质量分布均匀)、电阻均为 R 的导体杆 ab、cd 垂直于导轨放置，且与两导轨保持良 好接触。两导体杆与导轨间的动摩擦因数均为 0.5，现杆 ab 在恒力 F 作用下沿导轨向上 做匀速运动，杆 cd 能保持静止状态。导轨电阻不计，重力加速度大小为 g。求杆 ab 的速度 大小。 解析 导体杆 ab 以速度 v 运动，切割磁感线产生感应电动势，则有：EBdv 根据闭合电路欧姆定律，有 EI(RR 2) 导体杆 ab 有最小速度 vmin时，对于导体杆 cd 则有 B I1 2dmgcos 37 mgsin 37 解得 vmin3mgR 5B2d2 导体杆 ab 有最大速度 vmax
18、时，对于导体杆 cd 则有 B I2 2dmgcos 37 mgsin 37 解得 vmax3mgR B2d2 故导体杆 ab 的速度应满足条件：3mgR 5B2d2v 3mgR B2d2 答案 3mgR 5B2d2v 3mgR B2d2 14.如图，两固定的绝缘斜面倾角均为 ，上沿相连。两细金属棒 ab(仅标出 a 端)和 cd(仅标 出 c 端)长度均为 L，质量分别为 2m 和 m；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回 路 abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平。 右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向垂直于斜面向上，已知两根导线
19、刚好不 在磁场中，回路电阻为 R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为 ，重力加速度大小为 g， 已知金属棒 ab 匀速下滑。求 (1)作用在金属棒 ab 上的安培力的大小； (2)金属棒运动速度的大小。 解析 (1)由 ab、cd 棒被平行于斜面的导线相连，故 ab、cd 速度总是大小相等，cd 也做匀 速直线运动。设两导线上拉力的大小为 FT，右斜面对 ab 棒的支持力的大小为 FN1，作用在 ab 棒上的安培力的大小为 F，左斜面对 cd 棒的支持力大小为 FN2。对于 ab 棒，受力分析如 图甲所示，由物体的平衡条件得 甲 乙 2mgsin FN1FTF FN12mgcos 对于 cd 棒，受力分析如图乙所示，由物体的平衡条件得 mgsin FN2FT FN2mgcos 联立式得：Fmg(sin 3cos ) (2)设金属棒运动速度大小为 v，ab 棒上的感应电动势为 EBLv 回路中电流 IE R 安培力 FBIL 联立得：v(sin 3cos )mgR B2L2 答案 (1)mg(sin 3cos ) (2)(sin 3cos )mgR B2L2
