第三章 相互作用单元测试卷 -2022-2023学年高一上学期物理教科版（2019）必修第一册（word版含答案）

《第三章　相互作用》单元测试卷
一、单项选择题(每小题3分,共24分)
1.[2022广东实验中学期末考试]如图所示,一次化学实验中,A同学用铁夹竖直固定一盛水容器,现缓慢向容器中注水,容器始终保持静止,下列说法正确的是(　　)
A.容器受到的摩擦力不变
B.容器受到的摩擦力不断增大
C.铁夹对容器的压力不断增大
D.容器受到的合外力不断增大
2.[2022重庆市西南大学附中期中考试]如图所示,一个“Y”形弹弓顶部跨度为L,4根相同的橡皮条自由长度均为L,在橡皮条的末端用一块软羊皮(长度不计)做成囊片。若橡皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律,且劲度系数为k,发射弹丸时将橡皮条拉长至每根橡皮条长度均为2L(弹性限度内),然后放手。刚放手时囊片对弹丸的作用力为(　　)
A.2kL B.kL C.kL D.kL
3.[2022山东省青岛市4区期中考试]如图,铁制的棋盘竖直放置,每个棋子都是一个小磁铁,能吸在棋盘上处于静止状态。不计棋子间的相互作用力,下列说法正确的是(　　)
A.磁性越强的棋子所受的摩擦力越大
B.棋子所受到的摩擦力大小等于棋子的重力
C.棋子对棋盘的弹力是由棋盘形变引起的
D.相同质量的棋子所受的摩擦力可能不相同
4.[2022福建省龙岩市期末考试]2021年8月5日,在东京奥运会女子单人10米台跳水决赛中,我国的跳水小将全红婵凭完美的“水花消失术”,以466.2分的总成绩获得金牌。下列说法正确的是(　　)
A.起跳时受到的支持力是由于脚部的形变产生的
B.研究从起跳到完成抱膝动作的过程不可将全红婵看成质点
C.全红婵在空中最高点处于静止状态
D.在入水时,全红婵受重力、水的阻力、水的浮力和下冲力的作用
5.[2022北京市第八中学期末考试]大型商场或者大型超市为了方便顾客上下楼,都会安装自动扶梯。小王同学经过调查研究发现,不同商场或超市中的自动扶梯是不一样的,可以分为两种,一种有台阶,另一种无台阶,两种自动扶梯分别如图所示。此外,小王同学还发现,为了节约能源,在没有顾客乘行时,这两种自动扶梯都以较小的速度匀速运行,当有顾客乘行时,自动扶梯经过先加速再匀速两个运行阶段。则电梯在运送顾客上楼的整个过程中(　　)
A.图甲所示的无台阶自动扶梯中,乘客始终受摩擦力作用
B.图乙所示的有台阶自动扶梯中,乘客始终受摩擦力作用
C.图甲所示的无台阶自动扶梯中,乘客对扶梯的作用力始终竖直向下
D.图乙所示的有台阶自动扶梯中,乘客对扶梯的作用力始终竖直向下
6.[2022山东省菏泽市教学质量检测]如图所示为利用传送带运送防疫物资的情景。质量为20 kg的物资包随传送带一起向上匀速运动,已知传送带与水平地面成30°的夹角,g=10 m/s2。下列说法正确的是(　　)
A.物资包受重力、弹力、摩擦力和下滑力作用
B.物资包所受重力在垂直传送带方向的分力就是对传送带的压力
C.传送带对物资包的摩擦力方向沿传送带向上,大小为100 N
D.传送带对物资包的作用力大小为100 N
7.[2022山东省德州市期末考试]如图所示,整个装置处于静止状态,球Q光滑,若用外力使MN保持竖直并且缓慢地向右移动,在Q落到地面以前发现P始终保持静止,在此过程中,下列说法正确的是(　　)
A.MN对Q的弹力逐渐减小
B.地面对P的摩擦力逐渐增大
C.地面对P的弹力变小
D.P、Q之间的弹力逐渐减小
8.[2022湖北天门中学检测]如图所示,A、B两物体的质量分别为mA、mB,且mA>mB,整个系统处于静止状态,滑轮的质量和一切摩擦均不计。如果绳一端由Q点缓慢地向左移到P点,P、Q距离为L,整个系统重新平衡后,物体A的高度和两滑轮间的绳与水平方向的夹角θ的变化情况是(　　)
A.物体A上升,上升的高度为,θ角不变
B.物体A下降,下降的高度为,θ角不变
C.物体A上升,上升的高度为,θ角不变
D.物体A的高度不变,θ角变小
二、多项选择题(每小题4分,共16分)
9.[2022辽宁省沈阳市重点高中联合体月考]如图所示,斜面B放置于水平地面上,其两侧放有物体A、C,物体C通过轻绳连接于天花板,轻绳平行于斜面且处于拉直状态,A、B、C均静止。下列说法正确的是(　　)
A.A、B间的接触面一定是粗糙的
B.地面对B一定有摩擦力
C.B、C间的接触面可能是光滑的
D.B可能受到5个力的作用
10.[2022福建省厦门外国语学校石狮分校期中考试]不计质量的光滑小滑轮用细绳悬挂于墙上O点,跨过滑轮的细绳连接物块A、B,A、B都处于静止状态,现将物块B从水平桌面上的D点移至C点后,A、B仍保持静止,下列说法正确的是(　　)
A.B与水平桌面间的摩擦力减小
B.水平桌面对B的弹力减小
C.悬挂于墙上的细绳所受拉力减小
D.A、B静止时,图中α、β两角始终相等
11.[2022湖南省永州市期末考试]如图所示,用一细绳将光滑小球P系于竖直墙壁上的O点,在墙壁和小球P之间夹有一矩形物块Q,P、Q均处于静止状态,现用一铅笔压着细绳紧贴墙壁从O点开始缓慢下移,则在铅笔缓慢下移的过程中(　　)
A.Q受到墙壁的弹力逐渐变小
B.细绳的拉力逐渐变大
C.Q将从墙壁和小球之间滑落
D.Q受到墙壁的摩擦力不变
12.[2022河北省邢台市期末考试]如图所示,一小球静止在“V”形容器QPR内,开始时PQ、PR板与水平地面的夹角均为60°,将“V”形容器沿顺时针方向缓慢旋转60°至PR板水平,不计小球与容器间的摩擦,下列判断正确的是(　　)
A.小球对PQ板的压力一直减小
B.小球对PQ板的压力先增大后减小
C.小球对PR板的压力一直增大
D.小球对PR板的压力先增大后减小
三、非选择题(共50分)
13.(6分)[2022山东省东营市模拟考试]某实验小组设计实验探究弹簧的劲度系数与哪些因素有关,在研究弹簧劲度系数与弹簧的圈数关系时:
(1)小组取材料相同,直径相同,粗细相同,长度相同,圈数不同的两个弹簧进行实验。这种实验方法称为　 。
(2)按照如图甲所示的方案设计实验,1的圈数少,2的圈数多,改变被支撑重物的质量m,静止时测出弹簧的形变量x,得到质量m与形变量x的关系图像,取多组类似弹簧实验均可得到类似的图像,如图乙所示,则可知弹簧单位长度的圈数越　　　(填“多”或“少”),弹簧的劲度系数越大。
(3)图乙中,已知弹簧1的劲度系数为k,则弹簧2的劲度系数为　　　　。
14.(10分)[2022上海市建平中学期末考试]某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:
①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。
②如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧测力计示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧测力计的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:
F/N 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
l/cm l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05
③找出②中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O',橡皮筋的拉力记为FOO'。
④在挂钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在挂钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使挂钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。
完成下列作图和填空:
(1)利用表中数据在图丙中画出F-l图像,根据图像求得l0=　　　　 cm。
(2)测得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则FOA的大小为　　　　 N。
(3)根据给出的标度,在图丁中作出FOA和FOB的合力F'的图示。
(4)通过比较F'与　　　　的大小和方向,即可得出实验结论。
15.(10分)[2022深圳市福田区统考]如图所示,半径为R的四分之一圆柱体固定在水平地面上,其表面光滑,在其圆心O的正上方P处有一光滑小滑轮。甲、乙两小球通过两光滑的小滑轮用细线相连,质量均为m的小球乙与物块丙通过轻质弹簧连接。A点为小球甲与圆柱体的接触点,当P、A间细线的长度与圆柱体的半径相等且PA与竖直方向的夹角θ=30°时,系统处于静止状态,此时轻质弹簧恰好处于原长,重力加速度大小为g,小球可视为质点。
(1)求小球甲的质量;
(2)若缓慢增大小球甲的质量,小球甲缓慢下滑到A'点,当PA'与竖直方向的夹角最大时,物块丙对地面的压力恰好为零,求此时小球甲的质量m'甲。
16.(11分)[2022江苏省盐城市响水中学期中考试]如图甲所示,一重为G的圆柱体工件放在V形槽中,如图乙所示,槽顶角α=60°,槽的两侧面与水平面的夹角相同,槽与工件接触处的动摩擦因数处处相同,大小为μ。
(1)求圆柱体工件对V形槽的压力大小;
(2)若μ=0.25,要沿圆柱体的轴线方向(如图甲所示)水平地把工件从槽中拉出来,人至少要施加多大的拉力;
(3)现把整个装置倾斜,使圆柱体的轴线与水平方向成37°角,如图丙所示,且保证圆柱体对V形槽两侧面的压力大小相等,发现圆柱体恰好能沿槽匀速下滑,求此时槽与工件接触处的动摩擦因数μ。
17.(13分)[2022湖北省武汉市期中调考]如图a所示,水平桌面上放有一本质量分布均匀的字典,大于字典页面的长方形白纸夹在字典中(白纸的左边与字典的左边对齐),白纸离桌面的高度是字典厚度的。已知字典的质量M=1.2 kg,宽度x0=0.2 m,白纸上、下表面与字典书页之间的动摩擦因数均为μ=0.25,且只有与白纸重叠部分的字典才对白纸有压力。若白纸的质量和厚度均可忽略不计,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现用与白纸长边垂直的水平拉力F将白纸由静止从字典中向右拉出,在此过程中字典始终保持静止,重力加速度g=10 m/s2。
(1)求白纸刚开始运动时,白纸上表面所受的摩擦力f1;
(2)写出白纸在运动过程中所受的摩擦力f的大小与位移x大小的关系式;
(3)若控制水平拉力F,使白纸的加速度与位移关系如图b所示,当白纸速度v=0.3 m/s时,求白纸所受的摩擦力f2的大小。
参考答案
一、单项选择题
1.B　对容器受力分析可知,竖直方向上摩擦力与重力平衡,注水过程中,重力增大,所以摩擦力不断增大,A错误,B正确;若开始时铁夹对容器的压力F足够大,容器注满水时摩擦力还未达到最大静摩擦力,则F可以不变,C错误;整个过程中容器处于平衡状态,合外力为零,D错误。
2.D　根据胡克定律知,每根橡皮条的弹力F=k(2L-L)=kL,设此时一侧橡皮条与合力的夹角为θ,如图所示,根据几何关系知sin θ=,刚放手时囊片对弹丸的作用力为F合=2×2Fcos θ=kL,故选D。
3.B　根据竖直方向上二力平衡知f=G,即摩擦力与磁性无关,相同质量的棋子所受的摩擦力相同,AD错误,B正确;棋子对棋盘的弹力是由棋子形变引起的,C错误。
4.B　起跳时受到的支持力是由于与脚部接触的跳台形变产生的,故A错误;研究从起跳到完成抱膝动作的过程,全红婵的动作不能忽略,不能看成质点,故B正确;在空中最高点受重力,处于非平衡状态,故C错误;在入水时,全红婵受重力、水的阻力、水的浮力,没有下冲力,故D错误。
5.A　乘客在无台阶的扶梯上运动时,在加速和匀速阶段,都受到重力、支持力和静摩擦力,匀速阶段乘客对扶梯的作用力竖直向下,在加速阶段乘客对扶梯的作用力偏离竖直方向。乘客在有台阶的扶梯上运动时,加速阶段受到重力、支持力和静摩擦力,乘客对扶梯的作用力偏离竖直方向;匀速阶段受到重力与支持力,乘客对扶梯的作用力竖直向下。综上分析,选项A正确,BCD错误。
6.C　物资包受竖直向下的重力、垂直传送带的弹力、沿传送带向上的摩擦力,A错误;物资包所受重力在垂直传送带方向的分力大小等于对传送带的压力,B错误;传送带对物资包的摩擦力方向沿传送带向上,大小为f=mgsin 30°=100 N,C正确;传送带对物资包的作用力与物资包的重力平衡,所以大小为F=mg=200 N,D错误。
7.B　对Q进行受力分析,受重力、P对Q的支持力F2和MN对Q的支持力F1,如图甲所示,根据共点力平衡条件有F1=mgtan θ,F2=,MN保持竖直并且缓慢地向右移动,角θ不断变大,则F1变大,F2变大,AD错误;在Q落到地面以前, P始终保持静止,把P、Q看成整体受力分析知,受重力、地面的支持力FN、地面的摩擦力f和MN的支持力F1,如图乙所示,根据共点力平衡条件有F1=f,G=FN,F1变大,G不变,则f变大,FN不变,B正确,C错误。
8.A　将绳一端由Q点缓慢向左移到P点时,绳子的拉力大小不变,分析动滑轮的受力情况,如图甲所示,设绳子的拉力大小为F,两绳子的夹角为2α,由于动滑轮两侧绳子的拉力关于竖直方向对称,则有2Fcos α=mBg,由于F=mAg且保持不变,则知α角保持不变,由几何关系知,α+θ=90°,则θ保持不变。当绳一端的固定点Q缓慢向左移到P点时,动滑轮将下降,则物体A的高度升高,如图乙所示,由几何关系可知,动滑轮与天花板间的两段绳子的长度增加量为ΔL=,则A上升的高度为h=,故选项A正确,BCD错误。
二、多项选择题
9.AC　以A为研究对象,若只受到重力和支持力不可能平衡,A一定受到B对A沿斜面向上的静摩擦力,A、B间的接触面一定是粗糙的,A正确。由题意可知,轻绳处于拉直状态,但不确定是否有拉力,以C为研究对象,若斜面粗糙,C受到重力、B对C的支持力和斜面的静摩擦力作用就能平衡,轻绳上可以无拉力,若B、C间光滑,C处于平衡状态,轻绳上一定有拉力,B、C间的接触面可能是光滑的,以A、B、C整体为研究对象,若轻绳上无拉力,整体受到重力和地面的支持力作用,地面对B没有摩擦力,若轻绳上有拉力,整体有向左的运动趋势,地面对B有水平向右的静摩擦力,B错误,C正确。以B为研究对象,若B、C间光滑(轻绳上有拉力),B受到重力、A对B的压力、C对B的压力、地面对B的支持力、A对B的静摩擦力、地面对B的静摩擦力,共六个力作用;若B、C间不光滑(轻绳上无拉力),B受到重力、A对B的压力、C对B的压力、地面对B的支持力、A对B的静摩擦力和C对B的静摩擦力,共六个力作用;若B、C间不光滑且轻绳上有一定拉力,则B受到重力、A对B的压力、C对B的压力、地面对B的支持力、A对B的静摩擦力、地面对B的静摩擦力,C对B的静摩擦力,共七个力作用,故D错误。
10.CD　对A分析,由于A静止,细绳的拉力等于A的重力,所以细绳对B的拉力大小保持不变,等于A的重力。对B分析,B向右移动时,细绳与水平桌面的夹角变小,细绳拉力的水平分量变大,而水平方向上B受力平衡,则摩擦力变大;细绳拉力的竖直分量变小,则水平桌面对B的弹力变大,AB错误。由于滑轮两侧的细绳夹角变大,而两细绳拉力大小不变,则悬挂于墙上的细绳的拉力将减小,C正确。因滑轮两侧的细绳的拉力相等,而悬挂于墙上的细绳对滑轮的拉力与滑轮两侧细绳的拉力的合力大小相等,方向相反,则悬挂于墙上的细绳对滑轮的拉力应在滑轮两侧细绳拉力的角平分线上,故A、B静止时α、β始终相等,D正确。
11.BD　P受到重力、拉力和Q对P的弹力作用处于平衡状态,设拉力与竖直方向的夹角为θ,根据共点力平衡,细绳拉力为F=,Q对P的支持力为N=mgtan θ,铅笔压着细绳缓慢下移的过程中,θ增大,则拉力F增大,Q对P的支持力增大,B正确; 对Q分析知,在水平方向上P对Q的压力增大,则墙壁对Q的弹力增大,在竖直方向上重力与摩擦力相等,Q受到的摩擦力不变,Q不会从墙壁和小球之间滑落,D正确,AC错误。
12.AD　对小球受力分析,受到重力G,PQ板对球的支持力NQ,PR板对球的支持力NR,在三个力的作用下处于平衡状态,根据平衡条件,可知三个力可构成首尾相连的矢量三角形,如图所示。将“V”形容器沿顺时针方向缓慢旋转60°的过程中,两个支持力的方向顺时针转动60°,可等效成重力方向逆时针转动60°,故θ角不变,β角不断减小(锐角),α角不断增大(先锐角后钝角),根据正弦定理得,由于θ角不变,β角不断减小(锐角),α角不断增大(先锐角后钝角),小球重力不变,则NQ一直减小,NR先增大后减小,AD正确,BC错误。
三、非选择题
13.答案　(1)控制变量法(2分)　(2)少(2分)　(3)(2分)
解析　(2)根据胡克定律有mg=kx,整理后有x=m,则x-m图像的斜率为,则图像斜率越大弹簧的劲度系数越小,由题图乙可看出直线2的斜率大于直线1的斜率,则k1>k2,由于1的圈数少,2的圈数多,则可知弹簧单位长度的圈数越少,弹簧的劲度系数越大。
(3)根据x=m,结合图乙可计算出3x1=m,x1=m,由于弹簧1的劲度系数为k,则k1=k,k2=。
14.答案　(1)如图1所示(2分)　10.00(9.90~10.10均可)(2分)　(2)1.80(1.70~1.90 均可)(2分)　(3)如图2所示(2分)　(4)FOO'(2分)
解析　(1)在坐标系中描点,用直线将各点连接起来,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。如图1所示,由图1可知,橡皮筋原长l0=10.00 cm。
(2)橡皮筋的长度l=OA+OB=13.60 cm,由图1可得F=1.80 N,所以FOA=FOB=F=1.80 N。
(3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示,然后以FOA和FOB为邻边作出平行四边形,过O点的对角线即为合力F',如图2所示。
(4)FOO'的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同,F'是FOA、FOB两个力的合力,所以只要比较F'和FOO'的大小和方向,即可得出实验结论。
15.答案　(1)m　(2)m
解:(1)对小球甲进行受力分析,由几何关系可知,拉力FT和支持力FN与水平方向的夹角相等,则有2FTcos θ=m甲g(1分)
对小球乙分析有FT=mg(1分)
联立解得m甲=m(2分)
(2)对小球甲分析,由平衡条件及相似三角形法有 (1分)
对小球乙和物块丙整体分析有F'T=2mg(1分)
由题意得PO=R(1分)
当PA'与竖直方向的夹角最大时,即PA'与圆柱体相切时,有PA'=R(1分)
联立解得m'甲=m(2分)
16.答案　(1)G　(2) 0.5G　(3)0.375
解:(1)将圆柱体重力进行分解则由圆柱体重力产生的效果如图所示
由几何关系可得F1=F2=G(2分)
(2)分析圆柱体的受力可知,沿轴线方向圆柱体受到拉力F、两个侧面对圆柱体的滑动摩擦力,由题给条件知F=2f(1分)
由f=μF1=0.25G(1分)
得F=2f=0.5G(2分)
(3)把整个装置倾斜,则重力沿V形槽截面分量为Gcos 37°,垂直V形槽截面分量为Gsin 37°
将沿V形槽截面的重力分量分解有F'1=F'2=Gcos 37°=0.8G(1分)
工件沿槽匀速下滑,此时工件所受槽一个侧面的摩擦力大小f'==0.3G(1分)
由f'=μF'1(1分)
得μ==0.375(2分)
17.答案　(1)1.5 N,方向水平向左　 (2)f=-15x+3(N)　(3)1.5 N
解:(1)由受力分析得FN1=Mg,f1=μFN1(2分)
解得f1=1.5 N,方向水平向左(1分)
(2)白纸运动过程中,压力FN与x的关系为FN=·(1分)
又f=2μFN(1分)
解得f=-15x+3(N)(0≤x≤0.2 m)(2分)
(3)由题图b可得加速度与位移的代数关系为a=0.4+x(1分)
由公式v2-=2ax,v0=0可知,速度平方等于题图b所示图线与x轴所围面积的2倍,当v=0.3 m/s时,可得关系式v2=x(0.4+0.4+x)(2分)
解得x=0.1 m(x=-0.9 m不符合实际,舍去)(1分)
代入f=-15x+3(N)(1分)
求得f2=1.5 N(1分)