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2020届高考物理冲刺专项训练04 力的合力与分解 (解析版)

力的合成与分解一、单选题1.(2020·北京高三期末)某实验小组发现:一个人直接用力拉汽车,一般无法将汽车拉动;但用绳索把汽车与固定立柱拴紧,在绳索的中央用较小的、垂直于绳索的水平侧向力F 就可以拉动汽车,汽车运动后F 的方向保持不变,如图所示。

若汽车在运动过程中所受摩擦力大小不变,下列说法正确的是( )A .汽车受到绳索的拉力大小等于FB .汽车受到绳索的拉力大于立柱受到绳索的拉力C .匀速拉动汽车的过程中所需拉力F 为恒力D .匀速拉动汽车的过程中所需拉力F 逐渐变大【答案】D【解析】B .同一根绳子上的拉力相等,汽车受到绳索的拉力等于立柱受到绳索的拉力。

故B 错误; A .由于绳子的夹角很大,所以拉力F 在绳子方向上的两个等大分力大于F ,所以汽车受到绳索的拉力大小大于F 。

故A 错误;CD .匀速拉动汽车的过程中,绳子的夹角越来越小,由于分力大小不变,所以所需拉力F 逐渐变大,故C 错误,D 正确;故选D 。

2.(2020·河北省高三专题练习)在甲、乙、丙、丁四幅图中,滑轮本身所受的重力忽略不计,滑轮的轴O 安装在一根轻木杆P 上,一根轻绳ab 绕过滑轮,a 端固定在墙上,b 端下面挂一个质量为m 的重物,当滑轮和重物都静止不动时,甲、丙、丙、丁图中木杆P 与竖直方向的夹角均为θ,乙图中木杆P 竖直。

假设甲、乙、丙、丁四幅图中滑轮受到木杆P 的弹力的大小依次为A F 、B F 、C F 、D F ,则以下判断正确的是( )A .ABCD F F F F ===B .D A BC F F F F >=>C .A CD B F F F F ==>D .C A B D F F F F >=>【答案】B 【解析】轻绳上的拉力大小等于重物所受的重力mg ,设滑轮两侧轻绳之间的夹角为ϕ,滑轮受到木杆P 的弹力F 等于滑轮两侧轻绳拉力的合力,即2cos2F mg ϕ=由夹角关系可得D A B C F F F F >=>故B 正确,ACD 错误。

故选B 。

3.(2020·全国高三专题练习)帆船运动中,运动员可以调节帆面与船前进方向的夹角,使船能借助风获得前进的动力.下列图中能使帆船获得前进动力的是 A . B .C .D .【答案】D【解析】A 、A 图中船所受风力垂直于船前进方向,沿船前进方向的分力是零.故A 项错误.B 、将B 图中风力分解后沿船前进方向分力与船前进方向相反,故B 项错误.C 、将C 图中风力分解后沿船前进方向分力与船前进方向相反,故C 项错误.D 、将D 图中风力分解后沿船前进方向分力与船前进方向相同,能使使帆船获得前进动力.故D 项正确. 4.(2019·全国高三专题练习)假期里,一位同学在厨房里协助妈妈做菜,对菜刀发生了兴趣.他发现菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,如图所示,菜刀横截面为等腰三角形,刀刃前部的横截面顶角较小,后部的顶角较大,他先后做出过几个猜想,其中合理的是A .刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了打造方便,外形美观,跟使用功能无关B .在刀背上加上同样的压力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关C .在刀背上加上同样的压力时,顶角越大,分开其他物体的力越大D .在刀背上加上同样的压力时,顶角越小,分开其他物体的力越大【答案】D【解析】把刀刃部分抽象后,可简化成一个等腰三角劈,设顶角为2θ,背宽为d ,侧面长为l ,如图乙所示.当在劈背施加压力F 后,产生垂直侧面的两个分力F 1、F 2,使用中依靠着这两个分力分开被加工的其他物体.由对称性知,这两个分力大小相等(F 1=F 2),因此画出力分解的平行四边形,实为菱形,如图丙所示.在这个力的平行四边形中,取其四分之一考虑(图中阴影部分),根据它跟半个劈的直角三角形的相似关系,由关系式,得F 1=F 2,由此可见,刀背上加上一定的压力F 时,侧面分开其他物体的力跟顶角的大小有关,顶角越小,sin θ的值越小,F 1和F 2越大.但是,刀刃的顶角越小时,刀刃的强度会减小,碰到较硬的物体刀刃会卷口甚至碎裂,实际制造过程中为了适应加工不同物体的需要,所以做成前部较薄,后部较厚.使用时,用前部切一些软的物品(如鱼、肉、蔬菜、水果等),用后部斩劈坚硬的骨头之类的物品,俗话说:“前切后劈”,指的就是这个意思.故D 正确.5.(2019·长沙市湘一芙蓉中学高三三模)如图所示为小朋友喜欢的磁性黑板,下面有一个托盘,让黑板撑开一个安全角度(黑板平面与水平面的夹角为θ),不易倾倒,小朋友不但可以在上面用专用画笔涂鸦,磁性黑板擦也可以直接吸在上面.图中就有小朋友把一块质量m 为黑板擦吸在上面保持静止,黑板与黑板擦之间的动摩擦因数μ,则下列说法正确的是( )A .黑板擦对黑板的压力大小为mgcosθB .黑板斜面对黑板的摩擦力大小为μmgcosθC .黑板对黑板擦的摩擦力大于mgsinθD .黑板对黑板擦的作用力大小为mg【答案】D【解析】对黑板擦受力分析,受到竖直向下的重力,黑板给的支持力N ,以及垂直黑板向下的吸力F ,沿黑板平面向上的摩擦力f ,根据正交分解可知sin f mg θ=,cos N mg F θ=+,根据牛顿第三定律可知黑板擦对黑板的压力大小为'cos N mg F θ=+,由于黑板擦处于静止,所以重力和其余三个力(黑板对黑板擦的作用力)的合力为零,故黑板对黑板擦的作用力大小为mg ,D 正确.二、多选题6.(2019·全国高三单元测试)生活中拉链在很多衣服上应用,图中是衣服上拉链的一部分,当我们拉拉链的时候,拉头与拉链接触处呈三角形,使很难直接分开的拉链拉开,关于其中的物理原理,以下说法正确的是( )A .拉开拉链的时候,三角形的物体增大了拉拉链的拉力B .拉开拉链的时候,三角形的物体将拉力分解为两个较大的分力C .拉开拉链的时候,三角形的物体将拉力分解为方向不同的两个分力D .以上说法都不正确【答案】BC【解析】在拉开拉链的时候,三角形物体在两链间和拉链一起运动,手的拉力在三角形物体上产生了两个分力,分力的大小大于拉力的大小,所以很难直接分开的拉链很容易拉开,B 正确;7.(2018·全国高三专题练习)竖直墙面与水平地面均光滑且绝缘,小球A 、B 带有同种电荷,用指向墙面的水平推力F 作用于小球B,两球分别静止在竖直墙面和水平地面上,如图所示.若将小球B 向左推动少许,当两球重新达到平衡时,与原来的平衡状态相比较( )A.推力F变大B.竖直墙面对小球A的弹力变大C.地面对小球B的支持力不变D.两个小球之间的距离变大【答案】CD【解析】受力分析如图,对A球:F斥cosθ=m A g,由于B球向左运动,θ减小,cosθ增大,故F斥减小,由F斥=kq1q2/r2可知,两球间的距离r增大,故D项正确.对B球:F=F斥sinθ,因F斥减小,θ减小,故F减小,故A项错.对A、B构成的整体:水平方向F=F N2,可见竖直墙壁对小球A的弹力变小,故B项错.竖直方向F N1=m A g+m B g,可见地面对小球B的弹力F N1不变,故C项正确,故选C、D.8.(2020·河北省高三专题练习)如图所示是轿车常用的千斤顶,当摇动把手时,螺纹轴就能迫使千斤顶的两臂靠拢,从而将汽车顶起.当车轮刚被顶起时,汽车对千斤顶的压力为1.0×105 N,此时千斤顶两臂间的夹角为120°.下列判断正确的是A.此时千斤顶每臂受到的压力大小均为5.0×104 NB.此时千斤顶对汽车的支持力为1.0×105NC.若继续摇动把手,将汽车顶起,千斤顶每臂受到的压力将增大D.若继续摇动把手,将汽车顶起,千斤顶每臂受到的压力将减小【答案】BD【解析】【详解】车轮刚被顶起时,千斤顶两臂支持力的合力为千斤顶对汽车的支持力,等于汽车对千斤顶的压力,大小为51.010N ⨯,故B 错误;两臂夹角为120︒,由几何关系可知,千斤顶每臂受到的压力为51.010N ⨯,故A 错误;继续摇动把手,将汽车顶起,千斤顶两臂夹角变小,每臂受到的压力减小,故C 错误,D 正确. 9.(2017·河北省高三专题练习)如图所示,一光滑轻绳左端固定在竖直杆顶端,其右端系于一光滑圆环上,圆环套在光滑的矩形支架ABCD 上.现将一物体以轻质光滑挂钩悬挂于轻绳之上,若使光滑圆环沿着ABCD 方向在支架上缓慢地顺时针移动,圆环在A 、B 、C 、D 四点时,绳上的张力分别为F a 、F b 、F c 、F d ,则( )A .F a <F bB .F b >F cC .F c =F dD .F d >F a【答案】CD【解析】设绳子两端点所悬点的水平距离为d ,绳长为l ,绳子拉力为T ,绳子与竖直方向之间的夹角为θ,物体的质量为m .根据共点力平衡:2cos T mg θ=,sin d l θ=T =可见,d 相等,T 相等,所以Fa=Fb ,Fc=Fd ,故A 、B 错误,C 正确;d 大,T 也大,Fd>Fa ,D 正确;故选CD .10.(2019·合肥理工学校高三一模)如图所示,倾角为θ的斜面体C 置于水平面上,B 置于斜面上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与A 相连接,连接B 的一段细绳与斜面平行,A 、B 、C 都处于静止状态.则( )A.B受到C的摩擦力一定不为零B.C受到水平面的摩擦力一定为零C.不论B、C间摩擦力大小、方向如何,水平面对C的摩擦力方向一定向左D.水平面对C的支持力与B、C的总重力大小相等【答案】CD【解析】隔离B可知当m A g=m B gsinθ时,B与C之间无摩擦,A错误;将B、C作为一个整体时,由A 对B的拉力在水平与竖直两方向上的分力知C正确B错误,而水平面对C的支持力应比B、C的总重力小,D错误.三、实验题11.(2020·河北省高三专题练习)一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中验证力的平行四边形定则.(1)如图甲,在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶_________时电子秤的示数F.(2)如图乙,将三细线L1、L2、L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上.水平拉开细线L1,在白纸上记下结点O的位置、________和电子秤的示数F1.(3)如图丙,将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上,并将L1拴在其上.手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2,使______和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2.(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示,若________,则平行四边形定则得到验证.【答案】静止三细线的方向结点O的位置F和F′在误差允许的范围内重合【解析】(1)[1]要测量装满水的水壶的重力,则记下水壶静止时电子秤的示数F;(2)[2]要画出平行四边形,则需要记录分力的大小和方向,所以在白纸上记下结点O的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1;(3)[3]已经记录了一个分力的大小,还要记录另一个分力的大小,则结点O点位置不能变化,力的方向也都不能变化,所以应使结点O的位置和三根细线的方向与②中重合,记录电子秤的示数F2;(4)[4]根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示,若F和F′在误差范围内重合,则平行四边形定则得到验证。

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