2025人教版高中物理必修第一册同步练习题（有解析）--1　重力与弹力 第1课时

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2025人教版高中物理必修第一册
第三章　相互作用——力
1　重力与弹力
第1课时　重力与弹力
基础过关练
题组一　对力的理解
1.(2024湖南常德月考)如图所示,歼-20战机是中国研制出的第五代隐身重型歼击机。它以具有隐身性、高机动性以及先进的航电系统让世界震惊。关于歼-20战机的受力,下列说法正确的是 (　　)
A.战机受到的重力一定指向地心
B.战机向前运动的推力无施力物体
C.战机受重力的同时,它也对地球产生引力
D.战机匀速飞行时,它不受重力作用
题组二　重力与重心
2.(2024天津北辰期中)下列关于重力、重心的说法正确的是 (　　)
A.物体的重心一定与它的几何中心重合
B.重力就是地球对物体的吸引力
C.用一绳子将物体悬挂起来,物体处于静止状态时,该物体的重心一定在绳子的延长线上
D.任何物体的重心都在物体内,不可能在物体外
3.(2023广东佛山一中期中)如图是一质量分布均匀的铅球的重力的图示,下列说法正确的是(　　)
A.力的图示中重力的作用点在重心上,表示其他部分不受重力
B.力的图示中重力的方向垂直平面向下,若铅球在斜面上,则其重力垂直斜面向下
C.根据力的图示可读得铅球重力的大小为50 N
D.力的图示中标度是唯一的,必须是25 N
4.(2024江苏南通月考)如图所示,在水杯中将一个实心铁球从图中位置释放直到触碰杯底,则杯中水的重心位置 (　　)
A.一直降低　　　　 B.一直升高
C.先降低再升高　　　　D.先升高再降低
题组三　弹性形变和弹力
5.(多选)(2024河北保定部分高中期中)关于形变,下列说法正确的是 (　　)
　
A.图甲中的人下落到最低点时,橡皮绳的形变量不再增大,就没有了弹力
B.图甲中的人下落到最低点时,橡皮绳的伸长量最大,弹力最大
C.图乙中的硬木板发生微小形变,观察此形变采用的是放大法
D.图乙中的木板很硬,放上重物后,木板没有发生形变
6.(2024天津南开期中)玩具汽车停在模型桥面上,如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.桥面受到汽车给它的向下的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变
B.桥面受到汽车给它的向上的弹力,是因为汽车发生了弹性形变
C.汽车受到桥面给它的向上的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变
D.汽车受到桥面给它的向下的弹力,是因为汽车发生了弹性形变
7.(多选)(2024广东广州期中)如图所示,底端置于粗糙水平地面上的杆,其顶端连接一根细线并用手拉住,杆处于静止状态,细线水平。下列说法正确的是 (　　)
A.细线对杆的弹力方向水平向左
B.杆对细线的弹力方向水平向右
C.地面受到杆的弹力沿杆向左下方
D.杆受到的地面的弹力是由于地面发生形变产生的
8.(经典)(2024福建福州第一中学期中)图1中的A、B、C和D球均为光滑球,E球是一足球,一学生将足球踢向斜台的示意图如图2所示,下列说法正确的是 (　　)
A.A球和斜面之间可能有弹力作用
B.B球和C球间没有弹力作用
C.倾斜的细线对D球没有拉力作用
D.E球(足球)与斜台作用时,斜台对足球的弹力方向先沿v1的方向后沿v2的方向
9.画出下列图中A物体所受弹力的示意图,各图中A物体均处于静止状态。
题组四　胡克定律的简单应用
10.(2024江苏南京六校联合体调研)一轻质弹簧原长为8 cm,在4 N的拉力作用下伸长了2 cm,弹簧未超出弹性限度,则该弹簧的劲度系数为 (　　)
A.2.5 cm/N　　　　B.40 N/m
C.0.5 cm/N　　　　D.200 N/m
11.(经典)(2024安徽合肥八校联考)一重力为G的物体与一轻弹簧用两种不同的方式连接,分别如图甲、乙所示,两种情形下该物体均保持静止状态,测得弹簧长度分别为L1、L2,则弹簧的劲度系数为 (　　)
A.
12.(多选)(2024河南郑州期中)如图所示为一轻质弹簧的弹力和长度的关系图像,下列说法正确的是(轻质弹簧未超过弹性限度)(　　)
A.弹簧的原长为6 cm
B.弹簧的劲度系数为10 N/m
C.当弹簧弹力为5 N时,弹簧的长度一定为11 cm
D.该弹簧两端各加1 N压力时,弹簧的长度为5 cm
能力提升练
题组一　重心及其位置变化
1.(2024河南南阳六校联考)如图所示为仰韶文化时期的一款尖底瓶,该瓶装水后“虚则欹、中则正、满则覆”(瓶未装水时倾斜、装适量水时直立,装太满时又倾倒)。现持续有水流入瓶中,过一段时间瓶会翻转一次,下面有关瓶(包括瓶中的水)的说法正确的是 (　　)
A.瓶的重心一定在两根绳子连线的交点上
B.往空瓶里不断加水时,瓶的重心一直降低
C.决定瓶能否翻转的主要因素是瓶与水整体重心的位置
D.装入瓶中水的多少不会影响瓶的重心位置
2.(2024福建福州第一中学期中)如图(a)所示,沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成。沙子从上方玻璃球穿过狭窄的管道流入底部空玻璃球的过程中,下方玻璃球和内部沙子的重心位置　　　　(选填“一直升高”“一直降低”或“先降低后升高”)。如图(b)所示,将乒乓球用双面胶粘贴于烧杯底部,往烧杯中注入一些水,用细木棍轻微拨动乒乓球,乒乓球将会从杯底上升到水面。在乒乓球从杯底上升到水面的过程中,烧杯、水和乒乓球组成的系统重心位置　　　　(选填“先升高后降低”“先降低后升高”或“一直下降”)。
题组二　弹力的大小、有无及方向的判断
3.(多选)(2024山东菏泽期中)“笔搁”又称“笔架”,即架笔之物,是中国传统文房常用器具之一。如图所示,毛笔的一端A架在笔搁上,另一端B静止在水平桌面上,下列说法正确的是(　　)
A.毛笔B端对桌面的压力沿竖直向下的方向
B.毛笔B端对桌面的压力沿垂直于毛笔笔杆斜向下的方向
C.毛笔受到的笔搁的支持力沿垂直于毛笔笔杆斜向下的方向
D.毛笔受到的笔搁的支持力是由于笔搁发生形变产生的
4.(多选)(2024天津滨海新区大港一中期中)下列选项中物体P受到的所有弹力的示意图,画法全部正确的是 (　　)
　　　
5.(2024广东珠海期中)下列各实例中力的方向的描述正确的是 (　　)
A.甲图中,由于书的形变,对桌面产生向上的弹力F2
B.乙图中,篮球与水平地面作用时,地面对篮球的弹力如图中1所示
C.丙图中,碗对筷子下端的弹力沿筷子斜向上,碗沿对筷子的弹力方向垂直筷子斜向上,如图所示
D.丁图中,固定杆对小球的弹力沿着杆斜向上
6.(经典)(多选)(2022江苏苏州实验中学期中)如图所示,A、B两物体的重力大小分别是GA=3 N,GB=4 N。A用细线悬挂在顶板上,B放在水平面上,A、B间轻弹簧的弹力大小F=2 N,则细线中的张力FT及B对地面的压力FN的可能值分别是 (　　)
A.5 N和6 N　　　　B.5 N和2 N
C.1 N和6 N　　　　D.1 N和2 N
题组三　胡克定律的综合应用
7.(多选)(2024浙江“七彩阳光”新高考研究联盟期中)脚蹬拉力器由脚环、两根相同的弹性绳、把手等组成,可以做到手脚配合,锻炼手臂、腿、腰部、腹部等部位,深受健身人士的喜爱。某人用沿平行于弹性绳的力拉动拉力器,每只手拉力大小为120 N时,弹性绳比原长伸长了40 cm。弹性绳的弹力与伸长量成正比,且未超过弹性限度,不计把手和弹性绳重力,下列说法正确的是 (　　)
A.把手对弹性绳的拉力是由于把手发生弹性形变产生的
B.若对拉力器的拉力增大,则弹性绳的劲度系数也增大
C.每根弹性绳的劲度系数为300 N/m
D.若每只手的拉力改为60 N,则弹性绳长度变为20 cm
8.(2024河南信阳中学期中)一根大弹簧内套一根小弹簧,大弹簧比小弹簧长0.20 m,它们的下端固定在地面上,上端自由,如图甲所示。当施加力压缩此组合弹簧时,测得力和弹簧压缩距离之间的关系如图乙所示,则两根弹簧的劲度系数分别是(设大弹簧劲度系数为k1,小弹簧劲度系数为k2)(　　)
A.k1=100 N/m,k2=200 N/m
B.k1=200 N/m,k2=100 N/m
C.k1=100 N/m,k2=300 N/m
D.k1=300 N/m,k2=200 N/m
9.(经典)(2024浙江金华第一中学期中)三个质量均为1 kg的相同木块a、b、c和两根劲度系数为500 N/m的相同轻弹簧p、q间的连接如图所示,其中a放在足够大的光滑水平桌面上。开始时p弹簧处于原长,木块都静止。现用水平力F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,已知q弹簧始终沿竖直方向,重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是 (　　)
A.q弹簧上端向上移动的距离为2 cm,p弹簧的左端向左移动的距离是4 cm
B.q弹簧上端向上移动的距离为4 cm,p弹簧的左端向左移动的距离是4 cm
C.q弹簧上端向上移动的距离为4 cm,p弹簧的左端向左移动的距离是8 cm
D.q弹簧上端向上移动的距离为2 cm,p弹簧的左端向左移动的距离是6 cm
10.(经典)(2024广东广雅中学月考)如图所示,A、B两轻质弹簧原长分别为l1和l2,劲度系数分别为k1和k2(k1≠k2),竖直地悬挂在天花板上,两弹簧之间连接有一质量为m1的物体,最下端挂着质量为m2的另一物体,整个装置处于静止状态。现用一个平板把下面的物体缓慢向上托起,直到两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和,则(重力加速度大小为g)(　　)
A.此时A、B两弹簧均处于原长状态
B.此过程上面的物体保持不动
C.此时A、B两弹簧的弹力大小相等
D.此过程下面的物体上升的高度是
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.C 3.C 4.B 5.BC 6.C
7.ABD 8.C 10.D 11.A 12.AD
1.C　重力的方向竖直向下,并不是一定指向地心,只有在赤道和两极处,重力才指向地心,故A错误;任何力的产生都必有施力物体和受力物体,B错误;由于物体间力的作用是相互的,战机受重力是由于地球对战机的吸引,同时战机也对地球产生引力,C正确;任何在地球附近的物体都受到重力的作用,D错误。
2.C　只有质量分布均匀、形状规则的物体的重心才与它的几何中心重合,所以物体的重心不一定在物体的几何中心,也不一定在物体内,A、D错误;重力是由于地球的吸引而使物体受到的力,不是地球对物体的吸引力,B错误;用一绳子将物体悬挂起来,物体处于静止状态时,重力与拉力平衡,根据二力平衡条件,两个力等大、反向、共线,可知物体的重心一定在绳子的延长线上,C正确。
3.C　重心是物体各部分所受重力的等效作用点,并不是其他部分不受重力,物体的各部分都要受到重力,A错误;重力的方向总是竖直向下的,当铅球在斜面上时其重力也是竖直向下的,B错误;根据力的图示,图中标度为25 N,表示重力的作用线为2个标度的长度,可读得铅球重力的大小为50 N,C正确;力的图示中,标度根据实际需要设定,并不是唯一的,D错误。
4.B　在实心铁球下降时,可以认为挤压等大的水球上升,所以杯中水的重心位置在一直升高,选B。
5.BC　题图甲中的人下落到最低点时,橡皮绳的伸长量最大,弹力最大,A错误,B正确;题图乙中的硬木板发生微小形变产生弹力,观察此形变采用的是放大法(利用光的反射),C正确,D错误。
6.C　桥面受到汽车给它的向下的弹力(压力),是由于汽车发生了弹性形变要恢复原状而产生的,A、B错误;汽车受到桥面给它的向上的弹力(支持力),是由于桥梁发生了弹性形变要恢复原状而产生的,C正确,D错误。
7.ABD　细线对杆的弹力方向沿细线指向线收缩的方向,即水平向左,A正确;细线对杆的弹力方向水平向左,由力的相互性可知杆对细线的弹力方向水平向右,B正确;地面对杆的弹力过杆与地面的接触点,垂直于地面向上,故地面受到的杆的弹力方向垂直于地面向下,C错误;弹力是由于施力物体发生弹性形变产生的,杆受到的地面的弹力是由于地面发生形变产生的,D正确。
8.C　假设A球和斜面之间有弹力作用,弹力方向垂直于斜面斜向右上方,则A球会向右运动,与实际不符,故假设错误,A球和斜面之间没有弹力作用,A错误;假设没有B球或没有C球,另一个球会向圆弧底端运动,故B球与C球之间有弹力作用,B错误;倾斜的细线对D球没有拉力作用,否则D球会向左摆动,C正确;弹力的方向与接触面垂直并指向受力物体(破题关键),E球(足球)与斜台作用时斜台对足球的弹力方向垂直于斜台斜面向左上方,D错误。
9.答案　如图所示
总结归纳　常见的几种典型弹力方向总结如下:
　　(1)轻质弹簧两端的弹力方向,与弹簧中心轴线相重合,指向弹簧恢复原长的方向;
　　(2)轻绳对物体的弹力(即拉力)方向,总是沿着绳指向绳收缩的方向;
　　(3)轻质杆对物体的拉力或支持力的方向,不一定沿着杆的方向;
　　(4)面与面接触的弹力方向,垂直于接触面指向受力物体;
　　(5)点与面(点)接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面(或接触点的切面),指向受力物体;
　　(6)球与面接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上),指向受力物体;
　　(7)球与球相接触的弹力方向,垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上),指向受力物体。
10.D　由胡克定律可得k= N/m=200 N/m,故选D。
11.A　设弹簧的劲度系数为k,原长为L,根据胡克定律,对图甲,有F1=k(L1-L)=G,对图乙,有F2=k(L-L2)=G,解得L=,k=,故选A。
12.AD　
图形剖析　从图中可获取的信息如图所示:
当弹簧弹力为零时,弹簧处于原长,由题图可知弹簧的原长为l0=6 cm,A正确;根据胡克定律,可得弹簧的劲度系数为k= N/m=100 N/m,B错误;当弹簧弹力为5 N时,根据F=kx,得弹簧形变量为x2==0.05 m=5 cm,则弹簧的长度可能是1 cm或11 cm(易错点),C错误;该弹簧两端各加1 N压力时,弹簧的弹力为1 N,弹簧处于压缩状态,长度小于原长,根据胡克定律有F1=k(l0-l)=1 N,解得弹簧的长度为l=5 cm,D正确。
能力提升练
1.C 3.AD 4.AB 5.B 6.BC 7.AC
8.A 9.C 10.D
1.C　往空瓶里不断加水过程中,重心在变化,故瓶的重心不一定在两根绳子连线的交点上,A错误;往空瓶里不断加水时,瓶的重心先降低后升高,B、D错误;“持续有水流入瓶中,过一段时间瓶会翻转一次”说明装的水到一定量之后,导致瓶与水整体的重心往上移动,竖直向下的重力作用线偏离中心转轴,导致瓶不能稳定平衡,发生翻转,C正确。
2.答案　先降低后升高　一直下降
解析　下方玻璃球内没有沙子时,重心在球心,沙子流入下方玻璃球内,下方玻璃球和内部沙子的重心下降,随着下方玻璃球内沙子增多,重心又逐渐上升,故重心位置先降低后升高。由于乒乓球的密度小于水的密度,乒乓球上升的过程中,烧杯、水和乒乓球组成的系统整体的质量分布发生变化,下方的质量变大,上方的质量变小(破题关键),故重心逐渐降低。
3.AD　点与面接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面,指向受力物体,(破题关键)毛笔B端对桌面的压力过B端与桌面的接触点,垂直水平桌面向下,即沿竖直向下的方向,A正确,B错误;毛笔受到的笔搁的支持力过笔杆与笔搁的接触点,垂直于毛笔笔杆斜向上,C错误;弹力是施力物体发生弹性形变要恢复原状而产生的,故毛笔受到的笔搁的支持力是由于笔搁发生形变产生的,D正确。
4.AB　题图A中绳的弹力沿着绳指向绳收缩的方向,故A正确;题图B中物体P受到斜面的弹力方向垂直于斜面指向物体P,同时绳的弹力沿着绳指向绳收缩的方向,故B正确;题图C中物体P受到上面物体垂直于接触面向下的弹力,同时还受到地面的垂直于地面向上的弹力,C错误;题图D中物体P受到斜面的弹力垂直于斜面向上,D错误。
5.B　甲图中,由于书的形变,对桌面产生向下的弹力F1,A错误;乙图中,篮球与地面作用时,地面对篮球的弹力竖直向上,如图中1所示,B正确;丙图中,碗对筷子下端的弹力过接触点垂直于接触点的切面斜向上,C错误;丁图中,小球所受重力与杆的弹力平衡,故杆对小球的弹力竖直向上,D错误。
6.BC　本题中,仅根据弹簧弹力的大小不能确定弹簧的状态,应分情况讨论。如果弹簧处于拉伸状态,它会有收缩到原长的趋势,会向下拉A,向上提B,则对物体A、B分别有FT=GA+F=5 N,FN=GB-F=2 N;如果弹簧处于压缩状态,它会有向两端伸长恢复原长的趋势,会向上推A,向下压B,则有FT=GA-F=1 N,FN=GB+F=6 N。故选B、C。
7.AC　把手对弹性绳的拉力是由于把手(施力物体)发生弹性形变产生的,A正确;劲度系数是弹性绳的固有属性,与拉力大小无关,B错误;两根相同的弹性绳并联,根据胡克定律可得2F=2kx,(破题关键)解得k=300 N/m,C正确;若每只手的拉力改为60 N,则2F'=2kx',解得x'=20 cm,20 cm是弹性绳的伸长量,不是弹性绳的长度,D错误。
8.A　
关键点拨　弹簧并联时,每根弹簧的弹力都遵循胡克定律。两弹簧的弹力之和作用在接触物体上,有F弹=k1x1+k2x2,知0~0.2 m范围内只有大弹簧被压缩,0.2~0.3 m范围内,大、小弹簧均被压缩。
压缩距离在0到0.2 m范围内时只有大弹簧被压缩,根据胡克定律,有20 N=k1×0.2 m①;压缩距离在0.2 m到0.3 m范围内,大、小弹簧均被压缩,且小弹簧的压缩量比大弹簧的小0.2 m,有50 N=k1×0.3 m+k2×0.1 m②,联立①②解得k1=100 N/m,k2=200 N/m,故选项A正确。
9.C　开始时p弹簧处于原长,可知q弹簧处于压缩状态,由胡克定律F=kx,得压缩量为Δxq= m=2 cm。c木块刚好离开水平地面时,q弹簧伸长量为Δxq'==2 cm,p弹簧伸长量为Δxp= m=4 cm。则q弹簧上端向上移动的距离为4 cm;p弹簧的左端向左移动的距离是8 cm,选项C正确,A、B、D错误。
易错分析　本题中p弹簧的左端向左移动的距离等于p弹簧与q弹簧长度的改变量之和,容易出现的错误是只考虑了其中一根弹簧长度发生变化,忽略了另一根弹簧长度发生变化也会导致p弹簧的左端向左移动,从而错选B。在解此类问题时,要注意考虑全面,必要时可以画图帮助理清过程。
10.D　根据题意,开始时两弹簧都处于拉伸状态,当用一个平板把下面的物体缓慢向上托起,两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和时,对上面的物体进行受力分析,若A、B两弹簧均处于原长状态,可得上面的物体不能平衡,同理,若A弹簧处于压缩状态,B弹簧处于拉伸状态,可得上面的物体仍然不能平衡,所以可得此时A弹簧处于拉伸状态,B弹簧处于压缩状态,且有两弹簧的形变量相同,故A错误。由于B弹簧由拉伸变为压缩,弹力方向发生改变,所以上面的物体原来的平衡态要被打破,即位置发生变化,B错误。由于上侧A弹簧的伸长量等于下侧B弹簧的压缩量,而两根弹簧的劲度系数不相等,所以此时A、B两弹簧的弹力大小不相等,C错误。平板上托之前,设A、B弹簧的伸长量分别为x1、x2,则(m1+m2)g=k1x1,m2g=k2x2,解得x1=,x2=,平板上托之后,下面物体上升的高度为h=x2+x1=,D正确。
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