高考物理考点练习2.16 平衡状态的极值问题解析版

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1、2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练第二部分 相互作用十六、平衡状态临界和极值问题一选择题1.（2019全国高考猜题卷6）如图所示，质量为m10 kg的木箱置于水平地面上，它与地面间的动摩擦因数，受到一个与水平方向成角斜向上的拉力F，为使木箱做匀速直线运动，拉力F的最小值以及此时分别是()A50 N30 B50 N60C. N30 D. N60【参考答案】A【名师解析】木箱受重力mg、拉力F、地面的支持力和滑动摩擦力作用，根据平衡条件得Fcos Ff，Fsin FNmg，又FfFN，联立解得F，其中tan ，60，由数学知识知：当90，即30时F有最小值，且最小值为Fmin N50

2、N，故A正确，B、C、D错误。2. (2019山东青岛联考)如图所示，质量为m的长方体物块放在水平放置的钢板C上，物块与钢板间的动摩擦因数为，由于光滑固定导槽A、B的控制，该物块只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度v1向右匀速运动，同时用水平力F拉动物块使其以速度v2(v2的方向与v1的方向垂直，沿y轴正方向)沿导槽匀速运动，下列说法正确的是（ ） A若拉力F的方向在第一象限，则其大小一定大于mgB若拉力F的方向在第二象限，则其大小可能小于mgC若拉力F的方向沿y轴正方向，则此时F有最小值，其值为mgD若拉力F的方向沿y轴正方向，则此时F有最小值，其值为mg【参考答案】.BD【名师解析】工件有相

3、对于钢板水平向左的速度v1和沿导槽的速度v2，故工件相对于钢板的速度如图所示，滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，所以有：F=fcos=mgcos，因此F=mg0)由此可求出()A物块的质量 B斜面的倾角C物块与斜面间的最大静摩擦力 D物块对斜面的正压力【参考答案】：C【名师解析】考查静摩擦力的临界平衡问题当F为最大值时，此时F1mgsinFf；当F为最小值时，此时F2mgsinFf；由可知能求出最大静摩擦力，但不能求出物块的质量、斜面的倾角，C正确5.(2017山东师大附中一模)如图所示，三根长度均为L的轻绳分别连接于C、D两点，A、B两端被悬挂在水平天花板上，相距2L，现在C点上悬挂一个质量

4、为m的重物，为使CD绳保持水平，在D点上可施加力的最小值为()Amg B.mg C.mg D.mg【参考答案】.C【名师解析】：由题图可知，要使CD水平，各绳均应绷紧，则AC与水平方向的夹角为60；结点C受力平衡，受力分析如图所示，则CD绳的拉力FTmgtan 30mg；D点受绳子拉力大小等于FT，方向向左；要使CD水平，D点两绳的拉力与外界的力的合力为零，则绳子对D点的拉力可分解为沿BD绳的F1，及另一分力F2，由几何关系可知，当力F2与BD垂直时，F2最小，而F2的大小即为拉力的大小；故最小力FFTsin 60mg。故选C。6. 如图所示,有黑、白两条毛巾交替折叠地放在地面上,白毛巾的中部

5、用细线与墙连接着,黑毛巾的中部用细线拉住.设细线均水平,欲使黑、白毛巾分离开来,若每条毛巾的质量均为m、毛巾之间及其与地面之间的动摩擦因数均为,则将黑毛巾匀速拉出需施加的水平拉力F值为()A. mg B. 4mgC. 5mg D. mg【参考答案】. C【名师解析】 以黑毛巾为研究对象,其水平受力如图所示:其中f1=mg,f2=mg,f3=mg,f4=2mg,故F=f1+f2+f3+f4=5mg.二计算题1.(2018湖南株洲二中月考)一重为G的圆柱体工件放在V形槽中，槽顶角60，槽与工件接触处的动摩擦因数处处相同且大小为0.25，则：(sin 370.6，cos 370.8)(1)要沿圆柱体

6、的轴线方向(如图)水平地把工件从槽中拉出来，人要施加多大的拉力？(2)现把整个装置倾斜，使圆柱体的轴线与水平方向成37角，且保证圆柱体对V形槽两侧面的压力大小相等，发现圆柱体能自动沿槽下滑，求此时工件和槽之间的摩擦力大小【名师解析】(1)分析圆柱体的受力可知，沿轴线方向受到拉力F、两个侧面对圆柱体的滑动摩擦力，由题给条件知，Ff.将重力进行分解如图因为60，所以GF1F2，由fF1F2，得F0.5G.(2)把整个装置倾斜，则圆柱体重力压紧斜面的分力：F1F2Gcos 370.8G，此时圆柱体和槽之间的摩擦力大小：f2F10.4G.2(2018江西白鹭洲中学月考)一般教室门上都安装一种暗锁，这种

7、暗锁由外壳A、骨架B、弹簧C(劲度系数为k)、锁舌D(倾斜角45)、锁槽E以及连杆、锁头等部件组成，如图甲所示设锁舌D的侧面与外壳A和锁槽E之间的动摩擦因数均为，最大静摩擦力Ffm由FfmFN(FN为正压力)求得有一次放学后，当某同学准备关门时，无论用多大的力，也不能将门关上(这种现象称为自锁)，此刻暗锁所处的状态的俯视图如图乙所示，P为锁舌D与锁槽E之间的接触点，弹簧由于被压缩而缩短了x.(1)求自锁状态时D的下表面所受摩擦力的方向(2)求此时(自锁时)锁舌D与锁槽E之间的正压力的大小(3)无论用多大的力拉门，暗锁仍然能够保持自锁状态，则至少要多大？【参考答案】(1)向右(2)(3)0.41

8、【名师解析】(1)设锁舌D下表面受到的静摩擦力为Ff1，则其方向向右(2)设锁舌D受锁槽E的最大静摩擦力为Ff2，正压力为FN，下表面的正压力为F，弹力为kx，如图所示，由力的平衡条件可知：kxFf1Ff2cos 45FNsin 450FFNcos 45Ff2sin 450Ff1FFf2FN联立式解得正压力大小FN.(3)令FN趋近于，则有1220解得10.41.3如图所示，原长分别为L1和L2，劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧竖直悬挂在天花板上两弹簧之间有一质量为m1的物体A，最下端挂着质量为m2的另一物体B，整个装置处于静止状态 (1)这时两个弹簧的总长度为多大？(2)若用一个质量为M的

9、平板把下面的物体B竖直缓慢地向上托起，直到两个弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和，求这时平板受到下面物体B的压力大小.【参考答案】(1)L1L2 (2)m2g【名师解析】(1)劲度系数为k1的轻质弹簧受到向下的拉力为(m1m2)g，设它的伸长量为x1，根据胡克定律有：(m1m2)gk1x1，解得x1劲度系数为k2的轻质弹簧受到向下的拉力为m2g，设它的伸长量为x2，根据胡克定律有m2gk2x2，解得x2这时两个弹簧的总长度为LL1L2x1x2L1L2.(2)根据题意，下面的弹簧应被压缩x，上面的弹簧被拉伸x，以A为研究对象，根据平衡条件有(k1k2)xm1g，解得x以B为研究对象，设平板对B的支

10、持力为FN，根据平衡条件有：FNk2xm2gm2g故这时平板受到下面物体B的压力大小FNm2g.4.（10分）三个重量均为10N的相同木块a、b、c和两个劲度均为500N/m的相同轻弹簧p、q用细线连接如图，其中a放在光滑水平桌面上。开始时p弹簧处于原长，木块都处于静止。现用水平力缓慢地向左拉p弹簧的左端，直到c木块刚好离开水平地面为止。轻弹簧和细线的重量都忽略不计，求：该过程p弹簧的左端向左移动的距离。 【名师解析】开始时q弹簧处于压缩状态，由胡克定律，G=kx1，解得q弹簧压缩了x1=2cm。（2分）c木块刚好离开水平地面时，轻弹簧q中拉力等于木块c的重力，为Fq=10N，由胡克定律，Fq

11、=kx2，解得轻弹簧q伸长x2=2cm；（2分）把木块b、c看作整体，在c木块刚好离开水平地面时，ab之间细线中拉力为2G=20N。对物块a，由平衡条件可得轻弹簧p中拉力为20N，由胡克定律，Fp=kx3，轻弹簧p伸长，x3=4cm；（2分）该过程p弹簧的左端向左移动的距离是x= x1+ x2+x3=2cm+2cm+4cm=8cm.。（4分）【重点点拨】对于连接体，要分析各个部分、各个过程，注意弹簧是压缩还是拉伸。5.（10分）在现代汽车技术中，一般轿车都设置有“汽车悬架”。麦弗逊式(Mcpherson)及烛式悬架都是将螺旋弹簧和减振器有机组合，对缓冲冲击和消减冲击产生的振动全面考虑，大大提高

12、了乘坐者的舒适性。现在有一组合弹簧，一根大弹簧内套了一根小弹簧。大弹簧比小弹簧长0.2m.为了测量弹簧的劲度系数，把组合弹簧的一端平齐并竖直固定，另一端处于自由状态，如下图甲所示。当压缩此组合弹簧时，测得力与压缩距离之间的关系图线如图乙所示。（1）求大弹簧的劲度系数k1和小弹簧的劲度系数k2。（2）若取下小弹簧，制作一个弹簧测力计，则悬挂一包质量为400g食用盐，则弹簧伸长多少？（g取10m/s2）【名师解析】（1）由图乙可知，当用2N的压力压缩大弹簧时，大弹簧压缩0.2m，由胡克定律，F1=k1x可得大弹簧的劲度系数k1=10N/m。（3分）用5N的压力压缩组合弹簧时，大弹簧压缩0.3m，小弹簧压缩0.1m，由F2=k1x1+k2x2解得小弹簧的劲度系数k2=20N/m。（3分）（2）小弹簧下悬挂一包质量为400g食用盐，弹簧弹力等于F=mg=0.410N=4N。由胡克定律，F=k2x解得弹簧伸长：x=0.2m。（4分）6. 质量为M的木楔倾角为 ( 0，与本题第(2)问不矛盾(不判断亦可)由几何关系知当C下落到地面时，A向左移动的水平距离为xR(2分)所以摩擦力的功Wfx(2分)