2020年高考物理《整体与隔离法在两种力学状态下的应用规律》专题训练及答案解析

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1、高考物理高考物理整体与隔离法在两种力学状态下的应用规律整体与隔离法在两种力学状态下的应用规律专题训练专题训练 1.（2018重庆市一诊）如图所示，有 8 个完全相同的长方体木板叠放在一起，每个木板的质量为 100 g， 某人用手在这叠木板的两侧各加一水平压力F，使木板水平静止。若手与木板之间的动摩擦因数为 0.5，木 板与木板之间的动摩擦因数为0.2， 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s 2。 则水平压力 F至少为( ) A8 N B15 N C16 N D30 N 【答案】B 【解析】 ：如图甲所示，根据对称性，分析可得 4、5 之间无摩擦力，3 对 4 摩擦力向上fmg,4 对

2、3 摩擦力 向下fmg,1,2 间的摩擦力最大，以 2,3 整体为研究对象，受力分析如图乙所示，则f3mg0.2F解 得：F15mg15 N，B 正确。 甲 乙 2.（2018连云港高三检测如图，支架固定在水平地面上，其倾斜的光滑直杆与地面成 30角，两圆环A、 B穿在直杆上，并用跨过光滑定滑轮的轻绳连接，滑轮的大小不计，整个装置处于同一竖直平面内。圆环平 衡时，绳OA竖直，绳OB与直杆间夹角为 30。则环A、B的质量之比为( ) A1 3 B12 C. 31 D. 32 【答案】A 【解析】 ：分别对A、B两圆环受力分析如图，以A为研究对象，则A只能受到重力和绳子的拉力的作用， 杆对A没有力

3、的作用，否则A水平方向受力不能平衡。所以TmAg；以B为研究对象，根据共点力平衡条 件，结合图可知，绳子的拉力T与B受到的支持力N与竖直方向之间的夹角都是 30，所以T与N大小相 等，得：mBg2Tcos30 3T，故mAmB1 3，A 正确。 3 （2018长沙模拟）如图所示的是一个力学平衡系统，该系统由三条轻质细绳将质量均为m两个小球连 接悬挂组成，小球直径相比轻绳长度可以忽略，轻绳 1 与竖直方向的夹角为 30，轻绳 2 与竖直方向的夹 角大于 45，轻绳 3 水平。当此系统处于静止状态时，轻绳 1、2、3 的拉力分别为F1、F2、F3，比较三力的 大小，下列结论正确的是( ) AF14

4、5，可知F2F3，B 错误；对上方小球分析，水平方向：F1sin30F2sin，因45， 则F1F2，C 正确，D 错误。 4 （2017哈尔滨六中摸底）一个截面是直角三角形的木块放在水平面上，在斜面上放一个光滑球，球的 一侧靠在竖直墙上，木块处于静止，如图所示。若在光滑球的最高点施加一个竖直向下的力F，球仍处于静 止，则木块对地面的压力N和摩擦力f的变化情况是( ) AN增大 Bf增大 CN不变 Df不变 【答案】 AB 【解析】 以整体为研究对象受力分析如图甲： 施加F以后很明显地面对木块的支持力由(Mm)g变为(Mm)g F，则木块对地面的压力N变大。水平方向fFN。 隔离球受力如图乙：

5、 竖直方向：F1cosmgF 水平方向：F1sinFN 由竖直方向知加F后F1变大， 则由水平方向知FN变大， 联系整体知木块对地面的摩擦力 f变大， 故选 A、 B。 5.(2018杭州七校联考)如图所示，甲、乙两个小球的质量均为m，两球间用细线连接，甲球用细线悬挂在 天花板上。现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球，平衡时细线都被拉紧。则平衡时两球的可能 位置是下面的( ) 【答案】 ： A 【解析】 ：用整体法分析，把两个小球看作一个整体，此整体受到的外力为竖直向下的重力 2mg、水平向左 的力F(甲受到的)、水平向右的力F(乙受到的)和细线 1 的拉力，两水平力相互平衡，故细线 1

6、 的拉力一定 与重力 2mg等大反向，即细线 1 一定竖直；再用隔离法，分析乙球受力的情况，乙球受到向下的重力mg， 水平向右的拉力F，细线 2 的拉力F2。 要使得乙球受力平衡，细线 2 必须向右倾斜。 6.(10 分)如图所示，质量 M2 3 kg的木块 A 套在水平杆上，并用轻绳将木块 A 与质量 m 3 kg的小球 B 相连。今用与水平方向成 30角的力 F10 3 N，拉着小球带动木块一起向右匀速运动，运动中 A、 B 相对位置保持不变，取 g10 m/s 2。求： (1)运动过程中轻绳与水平方向夹角 ； (2)木块与水平杆间的动摩擦因数 。 【答案】 (1)30 (2) 3 5 【

7、解析】(1)设轻绳对 B 的拉力为 FT，以小球为研究对象，分析受力，作出受力图如图甲，由平衡条件可得： Fcos30FTcos，Fsin30FTsinmg 代入解得，FT10 3 N，tan 3 3 ，即 30。 (2)以木块和小球组成的整体为研究对象，分析受力情况，如图乙。由平衡条件得 Fcos30Ff FNFsin30(Mm)g， 又 FfFN 解得 Fcos30 MmgFsin30 3 5 。 7.(15 分)所受重力G18 N 的物块悬挂在绳PA和PB的结点上。PA偏离竖直方向 37角，PB在水平方向， 且连在所受重力为G2100 N 的木块上，木块静止于倾角为 37的斜面上，如图所

8、示，试求：(sin53 0.8，cos530.6，重力加速度g取 10 m/s 2) (1)木块与斜面间的摩擦力大小； (2)木块所受斜面的弹力大小。 【答案】(1)64.8 N (2)76.4 N 【解析】如图甲所示，分析P点受力，由平衡条件可得：FAcos37G1，FAsin37FB 可解得：FB6 N。 再分析G2的受力情况如图乙所示，由平衡条件可得FfG2sin37FBcos37，FNFBsin37 G2cos37，FBFB，可求得Ff64.8 N，FN76.4 N。 8.(多选)(2015新课标全国20)在一东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩连接好的车厢。当 机车在东边拉着这列

9、车厢以大小为a的加速度向东行驶时，连接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小 为F；当机车在西边拉着车厢以大小为2 3a 的加速度向西行驶时，P和Q间的拉力大小仍为F。不计车厢与铁 轨间的摩擦，每节车厢质量相同，则这列车厢的节数可能为( ) A8 B10 C15 D18 【答案】 ： BC 【解析】 ：设每节车厢的质量为m，这列车厢的节数为n，东边车厢的节数为x，西边车厢的节数为nx。 当机车在东边拉车厢时，对西边车厢受力分析，由牛顿第二定律可得F(nx)ma；当机车在西边拉车厢 时，对东边车厢受力分析，由牛顿第二定律可得F2 3max，联立可得 n5 3x，x 为 3 的倍数，则n为 5 的倍

10、 数，选项 B、C 正确，选项 A、D 错误。 9.如图所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿水平方向做匀加速直线 运动(m1在光滑地面上，m2在空中)。已知力F与水平方向的夹角为。则m1的加速度大小为( ) A.Fcos m1m2 BFsin m1m2 C.Fcos m1 DFsin m2 【答案】 ： A 【解析】 ：把m1、m2看成一个整体，在水平方向上加速度相同，由牛顿第二定律可得Fcos (m1m2)a， 所以aFcos m1m2 ，选项 A 正确。 10.如图所示，有材料相同的P、Q两物块通过轻绳相连，并在拉力F作用下沿斜面向上运动，轻绳与拉力F

11、的方向均平行于斜面。当拉力F一定时，Q受到绳的拉力( ) A与斜面倾角有关 B与动摩擦因数有关 C与系统运动状态有关 D仅与两物块质量有关 【答案】 ： D 【解析】 ： 设P、Q的质量分别为m1、m2，Q受到绳的拉力大小为FT，物块与斜面间的动摩擦因数为。根 据牛顿第二定律，对整体进行分析，有F(m1m2)gsin (m1m2)gcos (m1m2)a；对Q进行分析， 有FTm2gsin m2gcos m2a，解得FT m2 m1m2F。可见 Q受到绳的拉力FT与斜面倾角、动摩擦因 数和系统运动状态均无关，仅与两物块质量和F有关，选项 D 正确。 11.如图甲所示，质量为m0的小车放在光滑水

12、平面上，小车上用细线悬吊一质量为m的小球，m0m，用一力 F水平向右拉小球，使小球和车一起以加速度a向右运动时，细线与竖直方向成角，细线的拉力为FT。 若用一力F水平向左拉小车，使小球和车一起以加速度a向左运动时，细线与竖直方向也成角，如 图乙所示，细线的拉力为FT。则( ) AFF，FTFT BFF，FTFT CFFT DFa。对小球与车组成的整体，由牛顿第二定律得F(m0m)a，F (m0m)a，所以FF，选项 B 正确。 12 （2017福建宁德一模）如图所示，质量为 0.2 kg 的物体A静止在竖直的轻弹簧上，质量为 0.6 kg 的 物体B由细线悬挂在天花板上，B与A刚好接触但不挤压

13、。现将细线突然剪断，则在剪断细线的瞬间A、B 间的作用力大小为(g取 10 m/s 2)( ) A0.5 N B2.5 N C0 D1.5 N 【答案】D 【解析】剪断细线前，A、B间无压力，则弹簧的弹力FmAg2 N，在剪断细线的瞬间，对整体受力分析， 得整体加速度a mAmBgF mAmB 7.5 m/s 2，对 B隔离分析有mBgFNmBa，解得FNmBgmBa1.5 N。故 选 D。 13 （2017盐城月考）一辆小车静止在水平地面上，bc是固定在车上的一根水平杆，物块M穿在杆上，M 通过细线悬吊着小物体m，m在小车的水平底板上，小车未动时细线恰好在竖直方向上。现使小车如下图分 四次分

14、别以a1、a2、a3、a4的加速度向右匀加速运动，四种情况下M、m均与车保持相对静止，且图甲和图乙 中细线仍处于竖直方向，已知a1a2a3a41248，M受到的摩擦力大小依次为f1、f2、f3、f4，则 错误的是 ( ) Af1f212 Bf1f223 Cf3f412 Dtan2tan 【答案】 B 【解析】甲、乙图中由于M水平方向只受静摩擦力，由牛顿第二定律知fMa，所以f1f2a1a212， 故 A 正确、B 错误；丙、丁图中以M、m整体为研究对象，由牛顿第二定律有：f(Mm)a，所以f3f4 a3a412，故 C 正确；丙、丁图中以m为研究对象，由受力分析知受拉力和重力，合力为F合mgt

15、an， 所以a3a4tantan，故tan tan a4 a3 2 1，即 tan2tan，D 正确。 14 （2017长春质监二）如图所示，物块A、B质量相等，在恒力F作用下，在水平面上做匀加速直线运 动。若物块与水平面间接触面光滑，物块A的加速度大小为a1，物块A、B间的相互作用力大小为N1；若物 块与水平面间接触面粗糙，且物块A、B与水平面间的动摩擦因数相同，物块B的加速度大小为a2，物块A、 B间的相互作用力大小为N2，则以下判断正确的是( ) Aa1a2 Ba1a2 CN1N2 DN1 3 2mg 时，A、B 相对地面运动，故 A错 误。对 A、B 整体应用牛顿第二定律，有 F 2

16、3mg3ma；对 B，在 A、B 恰好要发生相对运动时，2mg 2 3mgma，两式联立解得 F3mg，可见，当 F3mg 时，A 相对 B 才能滑动，C正确。当 F5 2mg 时，A、B 相对静止，对整体有：5 2mg 2 3mg3ma，a1 3g，故 B正确。无论 F 为何值，B 所受最大 的动力为 A 对 B 的滑动摩擦力 2mg，故 B 的最大加速度 aBm 2mg1 23mg m 1 2g，可见 D正确。 17.（2017海南）如图，水平地面上有三个靠在一起的物块 P、Q 和 R，质量分别为 m、2m 和 3m，物块与地 面间的动摩擦因数都为 用大小为 F 的水平外力推动物块 P，R 和 Q 之间相互作用力 F1 与 Q 与 P 之间相 互作用力 F2 大小之比为 k下列判断正确的是（ ） 5 3 0: 2 1 , 0: 5 3 0: 6 5 0: kD kC kB kA 则若 则若 ，则若 ，则若 【答案】:BD 【解析】 ：将 PQR 看成两部分，PQ 为一部分，R 为一部分，结合结论： QR 之间的力FF 6 3 1 将 QR 看成一部分，P 看成一部分 PQ 之间的FF 6 5 2 力： 故 5 3 k，B 正确，又因为 PQR 与水平面间的摩擦因数相同，故 D 也正确；