3.4 分析物体的受力情况 同步练习卷（含答案）

沪科版（2019）必修第一册《3.4 分析物体的受力情况》2022年同步练习卷（1）
一 、单选题（本大题共12小题，共72分）
1.（6分）有两个大小恒定的力，作用在一点上，当两力同向时，合力为，反向时合力为，当两力相互垂直时，其合力大小为
A. B. C. D.
2.（6分）疫情期间，疫情防控工作人员通过如图装置把生活物资送入隔离单元楼居民手中，用一条绳子架起了爱的桥梁。若当物资提升到窗口后，工作人员和居民保持位置不动，工作人员通过缓慢释放手中的绳子，使居民能够用一个始终水平的力拉轻绳上的某固定点，将物资缓慢向左拉动，完成物资的运送。若绳的重力及滑轮的摩擦不计，滑轮大小忽略不计，则在物资向左移动过程中
A. 工作人员手中绳子上的拉力不断减小
B. 地面对工作人员的支持力始终不变
C. 工作人员受到的摩擦力始终等于居民受到的摩擦力
D. 居民受到的摩擦力不断增大
3.（6分）如图所示，滑块穿在水平横杆上并可沿杆左右滑动，它的下端通过一根细线与小球相连，小球受到水平向右的拉力的作用，此时滑块与小球处于静止状态．保持拉力始终沿水平方向，改变的大小，使细线与竖直方向的夹角缓慢增大，这一过程中滑块始终保持静止，则
A. 滑块对杆的压力增大
B. 滑块受到杆的摩擦力不变
C. 小球受到细线的拉力大小增大
D. 小球所受各力的合力增大
4.（6分）如图所示，倾角为的光滑斜面固定在水平地面上，小球被一个与斜面平行的细绳拉住静止在斜面上。下列说法正确的是

A. 绳子对小球的拉力与小球的重力大小相等
B. 斜面对小球的支持力与小球的重力大小相等
C. 绳子对小球的拉力与斜面对小球的支持力大小相等
D. 绳子对小球的拉力与斜面对小球的支持力大小之和等于小球的重力
5.（6分）图甲为家庭常用的燃气灶实物图，灶面上有一个支架。共有四个均匀分布的支撑面，对放在上面的厨具起到支撑作用。现把一个蒸锅放在支架上，并抽象成示意图乙，已知支架的每个支撑面与水平方向成角。蒸锅和里面的食物总计重为，则每个支撑面给蒸锅的支持力为忽略蒸锅和支撑面之间的摩擦力
A. B. C. D.
6.（6分）如图，在竖直平面内，有一直角三角形金属框架，底边水平质量为的小球和质量为的小球套在框架上，可以无摩擦地滑动。、之间不可伸长的细线连接。当系统处于平衡时，关于细线上的张力及细线与金属框架形成的夹角，下列说法正确的是
A. ， B. ，
C. ， D. ，
7.（6分）近年来，智能手机的普及使“低头族”应运而生。近日研究发现，玩手机时，就有可能让颈椎承受多达磅约的重量。不当的姿势与一系列健康问题存在关联，如背痛，体重增加，胃痛，偏头疼和呼吸道疾病等，当人体直立时，颈椎所承受的压力等于头部的重量；但当低头时，颈椎受到的压力会随之变化，现将人低头时头颈部简化为如图所示的模型，重心在头部的点，颈椎轻杆可绕转动，人的头部在颈椎的支持力和沿方向肌肉拉力的作用下静止。假设低头时颈椎与竖直方向的夹角为，与竖直方向的夹角为，此时颈椎受到的压力约为直立时颈椎受到压力的
A. 倍 B. 倍 C. 倍 D. 倍
8.（6分）用手施加水平向左的力把物体、压在竖直墙上，如图所示，、处于静止状态，关于、两物体的受力情况，下列说法正确的是
A. 物体对物体的弹力是由手的形变产生的 B. 共受到五个力的作用
C. 共受到三个力的作用 D. 受到墙壁摩擦力的大小随的增大而增大
9.（6分）如图所示，、两物体紧靠着放在粗糙水平面上．、间接触面光滑．在水平推力作用下两物体一起加速运动，物体恰好不离开地面，则物体关于、两物体的受力个数，下列说法正确的是
A. 受个力，受个力 B. 受个力，受个力
C. 受个力，受个力 D. 受 个力，受个力
10.（6分）如图、在竖直墙壁的点处有一根水平轻杆，杆的左端有一个轻滑轮一根细线上端固定在该天花板的点处，细线跨过滑轮，下端系一个重为的物体，开始时段细线与天花板的夹角为系统保持静止，当轻杆缓慢向下移动的过程中，不计一切摩擦，下列说法中正确的是
A. 细线对天花板的拉力不变 B. 杆对滑轮的作用力的方向沿杆水平向右
C. 杆对滑轮的作用力逐渐减小 D. 开始时绳对滑轮的作用力大小大于
11.（6分）关于合力与其分力的关系，下列说法错误的是
A. 合力与其分力在作用效果上是等效的 B. 合力可以比任意分力都小
C. 合力可以和两个分力的大小相等 D. 合力至少比某一个分力大
12.（6分）关于力的合成分解，下列说法正确的是
A. 两个力的合力一定大于任意一个分力
B. 两个力的合力至少比其中的一个分力大
C. 把一个力分解为两个分力，只可能有唯一的两个分力的大小
D. 若两个分力大小不变，当它们的夹角在变化时，夹角越大合力越小
二 、填空题（本大题共4小题，共24分）
13.（6分）三个木块、、在水平外力的作用下，一起在水平面上向右匀速运动，则木块受到的 ______个力的作用，木块受到 ______个力的作用。
14.（6分）如图所示，、、的质量分别为、、，、间用细绳连接跨在固定在上的光滑定滑轮上，整个系统处于静止状态，则与之间的摩擦力的大小为______，与地面之间的摩擦力的大小为______。
15.（6分）如图所示，一块质量为的物体悬挂在一根质量为、长为的均匀直杆的端处，杆可绕过点且垂直于纸面的固定轴无摩擦地转动．一根细钢丝拉住这根杆，使它保持在水平位置，的长度为，细钢丝与杆的夹角为，则杆所受到的顺时针力矩有______个，钢丝对杆的拉力大小为______重力加速度
16.（6分）如图所示，有一倾角的斜面体固定于水平地面上，质量为的物体放置于上，其左侧面与水平轻弹簧接触。现对轻弹簧施加一个水平作用力，和始终保持静止，弹簧始终在弹性限度内。当、之间的摩擦力为时，弹簧弹力大小为 ______ ；当弹簧弹力大小为时，所受摩擦力大小为 ______ 。
三 、计算题（本大题共1小题，共12分）
17.（12分）风洞实验室中可以产生水平向右、大小可调节的风力。如图甲所示，现将质量为的小球套在足够长与水平方向夹角的细直杆上，放入风洞实验室。在无风情况下小球由静止释放，经沿细杆运动了。小球孔径略大于细杆直径，假设小球所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力大小。取，，
求小球与细杆间的动摩擦因数；
请分析说明：在不同恒定风力作用下小球由静止释放后的运动情况。
四 、简答题（本大题共1小题，共6分）
18.（6分）已知图中的物块和球处于静止状态，、中的球是光滑的，请画出它们所受的弹力方向。
答案和解析
1.【答案】B;
【解析】解：两力同向时，有
两力反向时，有
解得
，；
两个力垂直时，有

解得

故选
本题关键是先假设出两个分力，然后根据题意列方程求解出两个分力，最后再得到合力
2.【答案】D;
【解析】解：、设物资的质量为，工作人员的质量为，居民手中绳子与竖直方向的夹角为，工作人员手中绳子与竖直方向的夹角为，工作人员手中绳子上的拉力与居民手中绳子的拉力相等，均为，物资受力如图所示，由平衡条件得：，得，不断增大，不断增大，故错误；
、工作人员受力如图所示：，不变，不断增大，不断减小，故错误；
、工作人员受到的摩擦力为，居民受到的摩擦力，，，和的关系不确定，无法比较两个摩擦力大小，故错误；
、由于居民受到的摩擦力 ，不断增大，不断增大，故正确。
故选：。
、分析物资受力，列平衡方程结合数学知识解答；、分析工作人员受力，列平衡方程结合数学知识解答；、分别表达工作人员和居民受到的摩擦力，再比较大小；、表达居民受到的摩擦力，结合数学知识解答。
本题以疫情期间物资运送为背景，考查受力分析和力学动态平衡的知识，推理能力，熟练用正交分解法解答问题能力，体现科学态度与责任和科学思维。
3.【答案】C;
【解析】
先对球分析，根据平衡条件求解拉力和细线的张力情况；然后对球和滑块整体分析，根据平衡条件求解支持力和静摩擦力情况。
此题主要考查了动态平衡分析；本题关键在于运用整体法和隔离法对整体和小球受力分析，然后根据共点力平衡条件列式求解，对于研究对象的灵活选择，有时可以使问题大大简化，起到事半功倍的效果。
对球分析，受重力、拉力和细线的拉力，如图所示：

根据平衡条件，有：
；
；
故拉力不断增加，拉力也增加；小球的合力为零，保持不变；
故正确，错误；
对球和滑块整体分析，受到总重力、支持力、拉力和静摩擦力，根据平衡条件，有：
；
；
支持力不变，根据牛顿第三定律，压力也不变；
静摩擦力等于拉力，不断增加；
故错误。
故选。
4.【答案】C;
【解析】解：对小球进行受力分析，把重力分解为沿斜面向下和垂直于斜面两个方向，根据平衡条件，
绳子对小球的拉力为：
斜面对小球的支持力为：
故有：，故正确，错误。
故选：。
此题主要考查了受力分析及正交分解的应用，关键要知道小球处于平衡状态合外力为零。
5.【答案】B;
【解析】解：四个支撑面对蒸锅的支持力的合力与蒸锅包括食物的重力相等，设其中一个支撑面对蒸锅的支持力为，则其方向与竖直方向夹角为，由分析可知

又在竖直方向受力平衡，有
故
故错误，正确。
故选：。
分析一个支撑面对蒸锅的支持力方向，根据共点力的平衡条件可以求出支持力。
在处理共点力的平衡问题，要注意如果物体处于平衡状态，在利用正交分解法时，有，。
6.【答案】A;
【解析】解：分别对两小球受力分析有

由图可得，，
解得，，
故选：。
对两球进行受力分析，做出受力分析图，从而求出各力以及夹角之间的数量关系，即可求解。
此题主要考查受力分析，要求学生做出受力分析图进行分析并求出相关力的大小，难度适中。
7.【答案】B;
【解析】解：由题意可明确人的头受力情况，如图所示：
则由几何关系可知：人的颈椎对头的支持力，有：

所以有：；
故选：。
对人的头部进行分析，明确其受力情况，由共点力的平衡条件可得出对应的平行四边形；由正弦定理可求得颈椎受到的压力。
该题考查共点力的平衡在实际生活中的应用，要注意正确根据题意明确作出对应的图象，再由几何关系即可求解。
8.【答案】B;
【解析】解：物体对物体的弹力是由于物体发生弹性形变，要恢复原状从而对物体产生弹力，故错误；
以、组成的整体为研究对象，分析受力情况：竖直方向受到、的总重力和墙壁对的摩擦力，根据平衡条件得知，墙壁对的摩擦力等于和的总重力，与的大小无关，故受到五个力：重力、墙对向右的弹力和向上的静摩擦力，对向左的压力和向下的静摩擦力；再以为研究对象，分析受力：竖直方向受到的重力和对的摩擦力，故共受到四个力的作用：重力、、对向右的弹力和向上的静摩擦力，故正确，错误。
故选：。
分析受力时先分析重力，再分析弹力和摩擦力。分别以、为研究对象，根据受力分析方法进行分析。
本题涉及两个物体的平衡问题，可根据平衡条件进行受力分析，一般按重力、弹力和摩擦力的顺序进行受力分析。
9.【答案】A;
【解析】
物体恰好不离开地面时，地面对没有支持力，按重力、弹力和摩擦力的顺序分析两物体受力。
解答本题的关键是分析临界条件：恰好不离开地面，与地间无弹力，也就无摩擦力．分析受力的一般顺序是：重力、弹力和摩擦力。

对于物体：由题，物体恰好不离开地面，地面对没有支持力，也没有摩擦力，则受到重力、和对的支持力共个力作用。
对于物体：受到重力、对的压力和地面的支持力和摩擦力，共个力作用。
故选A。
10.【答案】C;
【解析】解：当轻杆缓慢向下移动的过程中，细线的拉力大小始终等于物体的重力，保持不变，但由于增大，所以细线对天花板的拉力方向发生改变，所以此拉力是变化的，故A错误；
两细线拉力大小不变，夹角增大，由它们的合力减小，根据滑轮平衡可知，杆对滑轮的作用力与两细线的合力大小相等、方向相反，所以杆对滑轮的作用力逐渐减小，杆对滑轮的作用力的方向沿两夹平分线斜向右上方，如图，故B错误，C正确；
D.细绳、大小都等，且两绳拉力夹角为，由平行四边形定则可知，合力为，即开始时绳对滑轮的作用力大小等于，故D错误。
故选：。
当轻杆缓慢向下移动的过程中，段细线与天花板的夹角增大，细线的拉力大小不变，根据方向判断细线对天花板的拉力是否变化。杆对滑轮的作用力与两细线拉力的合力大小相等。当两细线夹角增大时，它们的合力减小，则知杆对滑轮的作用力逐渐减小。
本题关键是先后对滑轮和杆进行受力分析，然后根据共点力平衡条件进行分析求解。
11.【答案】D;
【解析】解：、合力与分力的关系是等效替代的关系，等效说的就是相同的作用效果，故A正确；
、根据矢量的合成法则，则有合力的大小可能大于任一分力，可能小于任一分力，可能等于某一分力，故BC正确，D错误；
本题选择错误的，
故选：。
如果二力在同一条直线上，根据力的合成计算合力的大小，即同一直线上同方向二力的合力等于二力之和；
同一直线反方向二力的合力等于二力之差。
如果二力不在同一条直线上，合力大小介于二力之和与二力之差之间。
解此题关键是要理解合力的大小范围：大于两力之差，小于两力之和；分析时考虑问题要全面，既要考虑到两个力同向，也要考虑反向的情况。
12.【答案】D;
【解析】解：根据平行四边形定则，合力在两个分力之差与两个分力之和之间，合力可以大于分力，或可以小于分力，或可以等于分力，故错误；
C.把一个力分解为两个分力，有无数个两个分力的大小，故错误；
D.根据力的平行四边形定则可知，在间，两个分力的夹角越大，合力的大小越小，故正确。
故选：。
力的合成，根据平行四边形定则判断两个力的合力大小变化。
力是矢量，合成遵循平行四边形定则，不是简单的代数和。
13.【答案】4 2;
【解析】解：以为研究对象，向右做匀速直线运动，则受力平衡，受水平外力、重力、支持力、摩擦力，共个力作用。
以为研究对象进行受力分析，受重力、对的支持力，共个力作用。
故答案为：，
对受力分析，确定间摩擦力，判断的受力个数；对受力分析，确定间摩擦力情况，判断的受力的个数．
本题关键是要灵活地选择研究对象进行受力分析，同时根据牛顿第三定律，相互作用力等值、反向、共线．
14.【答案】mg ; 0 ;
【解析】解：以为研究对象，水平方向受绳子的拉力，方向向右，大小为，因水平方向上合力为零，所以受到的摩擦力为，方向向左；把看做整体，在水平方向上不受外力作用，所以地面对的摩擦力为零。
故答案为：，。
先以为研究对象，对其受力分析，可知受到的摩擦力大小；把看做一个整体，进行受力分析，可知地面对的摩擦力大小。
本题主要是考查了摩擦力的判断，解答此类题目的一般方法有：根据摩擦力产生的条件来判断；根据假设法来判断；根据共点力的平衡来判断；根据牛顿第二定律来判断。
15.【答案】2 200;
【解析】解：以点为支点，绳子的拉力要使杆逆时针转动，杆重力力矩要使杆顺时针转动，重物拉力力矩要使杆顺时针转动，根据力矩平衡条件，有：

解得：
故答案为：，
以点为支点，绳子的拉力要使杆逆时针转动，杆重力力矩要使杆顺时针转动，重物拉力力矩要使杆顺时针转动，根据力矩平衡条件求解绳子的拉力．
本题关键是明确杆的受力情况和各个力的力矩，然后根据力矩平衡条件列式求解，基础题．
16.【答案】mg mg;
【解析】解：对物体受力分析，受重力、支持力、弹簧的弹力，可能会有平行斜面的静摩擦力，设弹簧弹力大小为为；
如果，即时，所受的摩擦力为零；
当弹簧弹力大小为时，有沿斜面向上的运动趋势，受到的摩擦力大小为，方向沿着斜面向下。
故答案为：；。
对滑块受力分析，考虑弹簧弹力的平行斜面分量与重力的下滑分量的大小关系，得到滑块相对斜面的运动趋势，判断静摩擦力的有无和方向，根据平衡条件求解摩擦力大小。
本题主要是考查了共点力的平衡问题，关键是能够确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成，然后建立平衡方程进行解答。
17.【答案】解：（1）小球沿杆做匀加速直线运动，x=a
代入数据解得：a=2m/
小球受力如右图所示

根据牛顿第二定律，mgsinθ- mgcosθ=ma
代入数据解得： =0.5
（2）小球保持静止状态时：若小球受到摩擦力方向沿杆向上，静摩擦力最大时，风力为F风min
则根据平衡条件可得mgsinθ=F风mincosθ+f
代入数据解得：F风min=1.82N；
若小球受到摩擦力方向沿杆向下，静摩擦力最大时，风力为F风max
根据平衡条件可得mgsinθ=F风maxcosθ-f
代入数据解得：F风max=20N
因此，当F风＜1.82N时，合外力沿杆向下，小球沿杆向下做匀加速直线运动。
当1.82N≤F风≤20N时，合外力为零，小球保持静止状态。
当F风＞20N时，合外力沿杆向上，小球沿杆向上做匀加速直线运动。
答：（1）小球与细杆间的动摩擦因数为0.5；
（2）在不同恒定风力作用下小球由静止释放后的运动情况如下：
当F风＜1.82N时，合外力沿杆向下，小球沿杆向下做匀加速直线运动。
当1.82N≤F风≤20N时，合外力为零，小球保持静止状态。
当F风＞20N时，合外力沿杆向上，小球沿杆向上做匀加速直线运动。;
【解析】
在无风情况下小球由静止开始经沿细杆运动了，根据位移时间关系结合牛顿第二定律求解动摩擦因数；当小球受到的摩擦力沿杆向上时风力最小，当小球受到的摩擦力沿杆向下时风力最大，根据平衡条件列方程求解；
本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答。本题还需注意摩擦力方向的变化。
18.【答案】解：A图中弹力垂直于支持力，指向受力物体；
B中物体受地面向上的支持力和板向左下的压力，方向垂直于板；
C图中只受向上的弹力；
D图中小球受两绳子的拉力，方向均指向绳收缩的方向．
;
【解析】
弹力产生在接触面上，常见的支持力或压力是弹力，它们的方向是垂直接触面指向受力物体，常见的方向分种情况：点和平面接触垂直于平面，点和曲面接触垂直于曲面的切面，曲面和曲面接触垂直于曲面的公切面．
常见的弹力方向是垂直接触面指向受力物体，如果接触面不是平面的话需要垂直曲面的切面．有些接触的物体它们之间有没有弹力需要我们根据平衡条件进行判断．