2025人教版高中物理必修第一册同步练习题（有解析）--第三章 相互作用——力
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| 名称 | 2025人教版高中物理必修第一册同步练习题（有解析）--第三章 相互作用——力 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 595.5KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-06-20 11:33:22 | ||
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文档简介
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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
全卷满分100分 考试用时90分钟
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.下列关于弹力和摩擦力的说法中正确的是 ( )
A.用细杆拨动水中的木头,木头受到的弹力是由于木头发生形变而产生的
B.在一个接触面上有弹力,就一定会有摩擦力
C.摩擦力有可能是物体前进的动力
D.如果地面没有摩擦,人们将行走如飞
2.电动平衡车是时下热门的一种运动娱乐工具。人笔直站在电动平衡车上,车在水平地面上沿直线匀速前进,下列说法正确的是 ( )
A.平衡车匀速前进时不受摩擦力作用
B.在行驶过程中突然刹车,平衡车受到地面的摩擦力向前
C.平衡车及人受到的重力和车对地面的压力是一对相互作用力
D.平衡车及人受到的重力和地面对车的支持力是一对平衡力
3.如图,一个物体受到大小分别为1 N、2 N、3 N、4 N的四个力作用而处于平衡状态。现保持大小为1 N、2 N、3 N的三个力的方向和大小不变,而将大小为4 N 的力绕O点顺时针旋转120°,此时作用在物体上的合力大小为 ( )
A.3 N B.4 N C.5 N D.10 N
4.如图所示,质量为m的木块放在质量为M的长木板上,受到水平向右大小为F的拉力作用向右加速滑行,长木板处于静止状态。已知木块与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数为μ2,各接触面均水平,重力加速度为g。下列说法正确的是 ( )
A.木块受到的摩擦力大小等于F
B.木块受到的摩擦力大小等于μ1mg
C.木板受到地面的摩擦力大小等于μ2Mg
D.木板受到地面的摩擦力大小等于μ2(m+M)g
5.如图所示,两细杆间距离相同、与水平地面所成的角度均为α,小球从装置顶端由静止释放,离开细杆前的运动可视为匀加速直线运动,已知小球质量为m,重力加速度为g,则当两杆的支持力的夹角为2θ时,每根杆的支持力大小为 ( )
A. B. C. D.
6.如图所示,三棱柱A和横截面为矩形的四棱柱B用力F压在竖直墙面上,F的方向与B的表面垂直,关于A与B分别受力的个数,正确的是 ( )
A.4个,3个 B.4个,4个
C.5个,4个 D.5个,5个
7.野炊时,三根对称分布的轻质细杆构成烹煮支架静置于水平地面上,如图甲所示。炊具与食物的总质量为m,各杆与竖直方向的夹角均为30°。出于安全考虑,盛取食物时用光滑铁钩缓慢拉动吊绳使炊具偏离火堆,如图乙所示。已知重力加速度为g,下列说法正确的是 ( )
A.烹煮食物时,各杆对地面的作用力大小均为mg
B.烹煮食物时,各杆受到地面的摩擦力大小均为mg
C.拉动吊绳过程中,吊绳上的张力不断增大
D.拉动吊绳过程中,铁钩对吊绳的作用力方向不变
8.如图所示,四分之一圆柱体P放在水平地面上,圆心O的正上方有一个大小可忽略的定滑轮A,一根轻绳跨过定滑轮,一端和置于P上、质量为m的小球连接,另一端系在固定竖直杆上的B点,一质量为m0的钩码挂在A、B间的轻绳上,整个装置处于静止状态。除P与地面之间的摩擦以外,其他摩擦不计。若在钩码下方再加挂一个钩码,整个装置再次处于静止状态时,小球依然处于P上,则此时与先前整个装置处于静止状态时相比 ( )
A.地面对P的摩擦力减小 B.P对小球的弹力增大
C.轻绳的张力增大 D.P对地面的压力减小
二、多项选择题(本大题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)
9.如图所示,某同学用大小为100 N、方向与水平方向的夹角为37°的拉力拉着质量为22 kg的行李箱沿水平地面匀速前进。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,行李箱与地面间的摩擦力视为滑动摩擦力,重力加速度g=10 m/s2。则下列说法正确的是 ( )
A.行李箱受到的摩擦力大小为60 N
B.地面对行李箱的支持力大小为160 N
C.该同学对行李箱的拉力大于行李箱对他的拉力
D.行李箱与地面间的动摩擦因数为0.5
10.如图,用三根细线a、b、c将两个小球1和2连接并悬挂起来,其中小球1的重力G1=7 N,小球2的重力G2=9 N,两小球处于静止状态,已知细线a与竖直方向的夹角为37°,细线c水平,sin 37°=0.6,则 ( )
A.细线a对小球1的拉力为20 N
B.细线b对小球2的拉力为15 N
C.细线c对小球2的拉力为12 N
D.细线c对小球2的拉力为15 N
11.如图所示,一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上,质量分别为m和2m的物块A、B,通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接,A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。重力加速度大小为g。当木板与水平面的夹角为45°时,物块A、B刚好要滑动,则μ和此时轻绳的拉力F为( )
A.F=mg B.F=mg C.μ= D.μ=
12.如图所示,倾角为θ的斜面体c置于水平地面上,物块b置于斜面上,通过跨过光滑定滑轮的细绳与小盒a连接,连接b的一段细绳与斜面平行,连接a的一段细绳竖直,a连接在竖直固定于地面的弹簧上。现向盒内缓慢加入适量砂粒,a、b、c始终处于静止状态。下列判断正确的是 ( )
A.c对b的支持力一定不变
B.c对地面的压力一定减小
C.地面对c的摩擦力可能不变
D.c对b的摩擦力可能减小
三、非选择题(本大题共6小题,共60分)
13.(8分)某物理兴趣小组用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和弹簧长度l的关系,把弹簧上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。在弹簧下端悬挂不同质量的钩码,记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置,实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度。通过分析数据得出实验结论。
(1)某次弹簧上的指针在刻度尺上对应的位置如图乙所示,该处的读数为 cm。
(2)以弹簧弹力F为横轴、弹簧长度l为纵轴建立直角坐标系,作出l-F图像,如图丙所示,则弹簧自由下垂时的长度为 cm;弹簧的劲度系数为 N/m。(结果保留2位有效数字)
(3)实验中未考虑弹簧在自身重力下的形变,这会导致弹簧劲度系数的测量结果 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
14.(10分)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,实验装置及过程如图甲、乙、丙所示,E为橡皮筋原长时小圆环的位置,O为实验时小圆环被拉至的位置。
(1)图丁中弹簧测力计的示数为 N。
(2)在实验过程中,必须记录的有 。
A.甲图中E的位置 B.乙图中O的位置
C.OB、OC的方向 D.弹簧测力计的示数
(3)下列选项中,与本实验要求相符的是 。
A.两细绳OB、OC夹角要尽量大一些
B.读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度
C.同一次实验中,只需保证两次橡皮筋伸长量相同即可
D.不同次实验中,均应将小圆环拉到同一O点处
(4)某次实验记录纸如图戊所示,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点,拉力F的方向过P点;三个力的大小分别为:F1=2.70 N、F2=2.30 N和F=4.00 N。得出正确实验结论后,请根据实验结论和图中给出的标度:
①在图中作出F1和F2的合力;
②根据作出的图求出该合力大小为 N。(结果保留2位小数)
15.(8分)如图所示,光滑圆球A的半径为10 cm,悬线长l=40 cm,物体B的厚度为20 cm,重为12 N。物体B与墙之间的动摩擦因数μ=0.2,物体B在未脱离圆球前匀速下滑,试求:
(1)球对物体B的压力多大
(2)球多重
16.(10分)如图所示,将水平轻弹簧测力计的一端固定在竖直墙上,另一端拉住质量为m1的木块,在木块上放置一质量为m2的砝码,木块放置在质量为m3的木板上,木板放置在水平桌面上,木板足够长,然后用手水平向右拉动木板,拉力从0开始缓慢增大。当木块与木板刚要相对运动时,弹簧测力计的示数为F1;当木板运动,木块不动时,弹簧测力计的示数为F2。已知拉木板前,弹簧测力计的示数恰好为0,重力加速度大小为g。
(1)比较F1与F2的大小,并求木板对桌面的压力大小;
(2)求木块与木板间的动摩擦因数。
17.(11分)如图所示,斜面与水平面、斜面与挡板间的夹角均为30°,一重力为G的小球静置在斜面与挡板之间,挡板对小球的弹力为F1,斜面对小球的弹力为F2,不计一切摩擦。
(1)求挡板对小球的弹力F1以及斜面对小球的弹力F2。
(2)以挡板与斜面连接点P为轴,将挡板从图示位置开始逆时针缓慢地转到水平位置,求F1的最小值。
18.(13分)如图1所示,质量为2m的物体A经一轻质弹簧与地面上的质量为3m的物体B相连,弹簧的劲度系数为k,一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮,一端连接物体A,另一端连接质量为m的物体C,物体A、B、C都处于静止状态。已知重力加速度为g,忽略一切摩擦。
(1)求物体B对地面的压力;
(2)把物体C的质量改为5m,并使C缓慢下降,最终A、B、C又处于静止状态,且C只受重力和绳的拉力作用,求此过程中物体A上升的高度;
(3)如图2所示,在物体A右侧加一竖直粗糙面,其与A间的动摩擦因数为μ=0.25,给质量为m的物体C施加一竖直向下的外力F使C缓慢下降,同时给物体A施加一水平向右的压力F0=4mg。求B刚离开地面瞬间C受到的竖直外力大小。
答案与分层梯度式解析
1.C 2.D 3.B 4.B 5.C 6.C
7.B 8.A 9.BD 10.ABC 11.AC 12.ABD
1.C 用细杆拨动水中的木头,木头受到的弹力是由于细杆发生形变而产生的,A错误;在一个接触面上有弹力但不一定有摩擦力,还要看两接触面是否粗糙以及两物体是否有相对运动或者相对运动趋势,B错误;摩擦力有可能是物体前进的动力,也可能是阻碍物体运动的阻力,C正确;如果地面没有摩擦,地面对人也就没有向前的力,人不可能在地面上行走,D错误。
2.D 平衡车匀速前进时受到向前的摩擦力作用,A错误;在行驶过程中突然刹车,平衡车相对地面向前运动,受到地面的摩擦力向后,B错误;平衡车及人受到的重力的施力物体是地球,车对地面的压力,施力物体是车,这两个力的施力物体不是彼此,它们不是相互作用力,C错误;平衡车及人受到的重力和地面对车的支持力是一对平衡力,D正确。
3.B 由力的平衡条件可知,大小为1 N、2 N、3 N的三个力的合力与大小为4 N的力等大、反向,将大小为4 N的力绕O点顺时针旋转120°时,相当于两个大小为4 N的力夹角为60°,则此时的合力大小为F=2×4 N×cos 30°=4 N,选B。
4.B 木块向右加速滑行,则木块受到木板向左的滑动摩擦力,摩擦力大小为f=μ1FN=μ1mg,A错误,B正确;木板处于静止状态,受到地面的摩擦力与木块的摩擦力二力平衡,大小相等,等于μ1mg,C、D错误。
5.C 设两细杆对小球支持力的合力为FN,沿垂直两细杆所在平面方向,由平衡条件得FN=mg cos α;设每根杆的支持力大小为F,由平行四边形定则可得2F cos =FN,解得F=,故选C。
6.C 对B进行受力分析,受竖直向下的重力GB、垂直B表面的推力F和A对它的支持力NAB,由于重力GB有沿斜面向下的分力,根据平衡条件可知B受到A沿斜面向上的摩擦力fAB,故B受4个力;对A进行受力分析,受竖直向下的重力GA、B对A的压力NBA、B对A沿斜面向下的摩擦力fBA、墙面对A的支持力F墙A和墙面对A的竖直向上的摩擦力f墙A,共5个力。选C。
7.B 烹煮食物时,以支架顶端结点为研究对象,根据共点力平衡条件有3F cos 30°=mg,可得杆上的作用力为F=mg,即各杆对地面的作用力大小均为mg,A错误;由于杆静止,可得各杆受到地面的摩擦力大小均为f=F sin 30°=mg,B正确;拉动吊绳过程中,炊具与食物受力平衡,吊绳的拉力等于炊具与食物的重力,大小不变,C错误;拉动吊绳过程中,结点受竖直向下的绳子拉力、斜向上的绳子拉力以及铁钩对结点的作用力,三力合力为0,由于斜向上的绳子拉力的方向改变,因此铁钩对吊绳的作用力方向改变,D错误。
8.A 对小球受力分析,如图所示,小球受重力mg、P对小球的支持力N以及轻绳对小球的拉力T,小球在三个力的作用下处于静止状态,由相似三角形的性质可得==,式中L为定滑轮左侧拴接小球的轻绳的长度。当在钩码下方再加挂一个钩码,到小球再次静止的过程中,钩码将下移,小球将沿P上移,小球再次静止时,由于AO、mg、R不变,而L减小,可知N大小不变,T减小,即轻绳的张力减小,P对小球的弹力大小不变,B、C错误;对小球与P整体受力分析,设拴接小球的轻绳与竖直方向的夹角为θ,沿水平方向整体受力平衡,地面对P的摩擦力大小为f=T sin θ,由于θ减小,且轻绳的拉力T减小,所以地面对P的摩擦力f减小,A正确;对P受力分析,设P的质量为M,小球对P的压力大小为N'=N,设N与竖直方向的夹角为α,沿竖直方向P受力平衡,地面对P的支持力大小为FN=N cos α+Mg,由于α减小,且N大小不变,所以地面对P的支持力FN增大,根据牛顿第三定律,P对地面的压力大小F'N=FN增大,D错误。
9.BD 对行李箱受力分析,如图所示,行李箱沿水平地面匀速前进,根据平衡条件,沿水平方向有f=F cos 37°=80 N,即行李箱受到的摩擦力大小为80 N,沿竖直方向有FN=mg-F sin 37°=160 N,即地面对行李箱的支持力大小为160 N,A错误,B正确;根据牛顿第三定律,该同学对行李箱的拉力大小等于行李箱对他的拉力,C错误;根据f=μFN知,行李箱与地面间的动摩擦因数为μ==0.5,D正确。
10.ABC 将两小球视为整体,对整体受力分析如图甲所示,根据共点力的平衡条件有Fa==20 N,Fc=(G1+G2) tan 37°=12 N,A、C正确,D错误;对小球2进行受力分析如图乙所示,根据共点力的平衡条件有Fb==15 N,B正确。
11.AC 物块A、B刚好要滑动,说明A、B刚好处于平衡状态,所受摩擦力均为最大静摩擦力。分别对A、B受力分析,对A,A相对B有向上滑动的趋势,所受B的摩擦力向下,则F=mg sin 45°+μmg cos 45°;对B,B相对斜面和A有向下滑动的趋势,则F+μmg cos 45°+3μmg cos 45°=2mg sin 45°,联立解得μ=,F=mg,故A、C正确。
12.ABD 由平衡条件知c对b的支持力N=mg cos θ,向盒内缓慢加入砂粒,c对b的支持力不变,A正确;向盒内缓慢加入适量砂粒,a、b、c始终处于静止状态,所以细绳拉力增大,即细绳对b、c整体拉力增大,c对地面的压力减小,B正确;地面对c的摩擦力大小等于细绳拉力的水平分力,所以地面对c的摩擦力变大,C错误;c对b的摩擦力方向不能确定,若最初c对b的摩擦力沿斜面向上,细绳拉力增大,则c对b的摩擦力减小,若最初c对b的摩擦力沿斜面向下,细绳拉力增大,则c对b的摩擦力增大,D正确。
13.答案 (1)18.00(2分) (2)8.0(2分) 53(2分) (3)不变(2分)
解析 (1)刻度尺的分度值为0.1 cm,需要估读到0.01 cm,读数为18.00 cm。
(2)设弹簧原长为l0,由胡克定律,有F=k(l-l0),变形得l=+l0,对比题给图像的截距和斜率,可得l0=8.0 cm,= m/N,故k≈53 N/m。
(3)弹簧劲度系数的测量结果由l-F图像的斜率确定,无论是否考虑弹簧自身重力下的形变,l-F图像的斜率不变,则测量结果不变。
14.答案 (1)2.35(2.33~2.37)(2分) (2)BCD(2分) (3)B(2分) (4)①图见解析(2分) ②4.00(3.80~4.20)(2分)
解析 (1)弹簧测力计的分度值为0.1 N,需要估读一位,所以读数为2.35 N。
(2)实验过程中必须要记录的有两个分力F1和F2的大小和方向、合力F的大小和方向,力的大小通过测力计读出,两次都要使小圆环被拉到O点位置,所以必须记录的有B、C、D,不需要记录的是甲图中E的位置,故选B、C、D。
(3)实验中两细绳OB、OC夹角要适当,不宜太小或太大,否则作图时误差较大,A错误;读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度,B正确;同一次实验中,不仅要保证两次橡皮筋伸长量相同,还必须保证沿同一方向伸长至O点,C错误;同一次实验中,均应将小圆环拉到同一O点处,不同次实验时,小圆环位置可以不同,D错误。故选B。
(4)根据平行四边形定则作图如下:
根据作图可得合力大小为4.00 N。
15.答案 (1)60 N (2)80 N
解析 (1)对物体B受力分析,如图所示
因为物体B匀速下滑,根据平衡条件可得GB=Ff(2分)
又Ff=μN,N=FNA (1分)
解得FNA=60 N(1分)
(2)对球A受力分析,A球静止,所受三个力组成矢量三角形如图所示:
可得GA== (2分)
根据几何关系知 tan θ= (1分)
解得GA=80 N(1分)
16.答案 (1)F1>F2 (m1+m2+m3)g (2)
解析 (1)由题意可知,木块与木板之间的最大静摩擦力等于F1,滑动摩擦力等于F2;最大静摩擦力大于滑动摩擦力,则有F1>F2 (2分)
竖直方向,由平衡条件可知,桌面对木板的支持力与三个物体的总重力大小相等,则有
FN1=(m1+m2+m3)g (2分)
由牛顿第三定律可得木板对桌面的压力大小为F压=FN1=(m1+m2+m3)g (1分)
(2)木块与木板间的弹力大小为FN2=(m1+m2)g (1分)
木块与木板间的滑动摩擦力大小为F2=μFN2 (2分)
解得μ== (2分)
17.答案 (1)G,垂直于挡板向下 G,垂直于斜面向上 (2)G
解析 (1)对小球受力分析如图所示:
由平衡条件可得,沿斜面方向有
G sin 30°=F1 sin 30° (2分)
可得,挡板对小球的弹力F1=G,方向垂直于挡板向下; (1分)
沿垂直斜面方向有F2=G cos 30°+F1 cos 30° (2分)
可得,斜面对小球的弹力F2=G,方向垂直于斜面向上。 (1分)
(2)以挡板与斜面连接点P为轴,将挡板从图示位置开始逆时针缓慢地转到水平位置的过程中,小球处于动态平衡,重力G的大小和方向都不变,斜面对小球的弹力F2的方向不变。小球所受重力G、弹力F2和弹力F1组成一个封闭的矢量三角形,如图所示
可知F1先减小后增大,当挡板转到垂直于斜面,即F1垂直于F2时,F1最小, (3分)
最小值为F1min=G sin 30°=G (2分)
18.答案 (1)4mg,方向竖直向下 (2) (3)5mg
解析 (1)对于物体C,由平衡条件可得绳上的拉力FT=mg (1分)
对于物体A、B及弹簧整体,由平衡条件可得FT+FN=5mg (1分)
联立解得地面对物体B的支持力FN=4mg,方向竖直向上, (1分)
根据牛顿第三定律,物体B对地面的压力F'N=FN=4mg,方向竖直向下。 (1分)
(2)设初态时弹簧的压缩量为x1,对于物体A,由平衡条件得FT+kx1=2mg (1分)
末态时,对于物体C,由平衡条件得F'T=5mg (1分)
设末态时弹簧的伸长量为x2,对于物体A,由平衡条件得,F'T=2mg+kx2 (1分)
物体A上升的高度为h=x1+x2 (1分)
联立解得h= (1分)
(3)物体B刚离开地面时,地面对B的支持力刚好为0,则弹簧弹力为Fk=3mg (1分)
对物体C施加一竖直向下的外力F使C缓慢下降,物体C受力平衡,绳上的拉力T=F+mg (1分)
对于物体A,有T=2mg+Fk+μF0 (1分)
联立解得竖直外力大小为F=5mg (1分)
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第三章 相互作用——力
全卷满分100分 考试用时90分钟
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.下列关于弹力和摩擦力的说法中正确的是 ( )
A.用细杆拨动水中的木头,木头受到的弹力是由于木头发生形变而产生的
B.在一个接触面上有弹力,就一定会有摩擦力
C.摩擦力有可能是物体前进的动力
D.如果地面没有摩擦,人们将行走如飞
2.电动平衡车是时下热门的一种运动娱乐工具。人笔直站在电动平衡车上,车在水平地面上沿直线匀速前进,下列说法正确的是 ( )
A.平衡车匀速前进时不受摩擦力作用
B.在行驶过程中突然刹车,平衡车受到地面的摩擦力向前
C.平衡车及人受到的重力和车对地面的压力是一对相互作用力
D.平衡车及人受到的重力和地面对车的支持力是一对平衡力
3.如图,一个物体受到大小分别为1 N、2 N、3 N、4 N的四个力作用而处于平衡状态。现保持大小为1 N、2 N、3 N的三个力的方向和大小不变,而将大小为4 N 的力绕O点顺时针旋转120°,此时作用在物体上的合力大小为 ( )
A.3 N B.4 N C.5 N D.10 N
4.如图所示,质量为m的木块放在质量为M的长木板上,受到水平向右大小为F的拉力作用向右加速滑行,长木板处于静止状态。已知木块与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数为μ2,各接触面均水平,重力加速度为g。下列说法正确的是 ( )
A.木块受到的摩擦力大小等于F
B.木块受到的摩擦力大小等于μ1mg
C.木板受到地面的摩擦力大小等于μ2Mg
D.木板受到地面的摩擦力大小等于μ2(m+M)g
5.如图所示,两细杆间距离相同、与水平地面所成的角度均为α,小球从装置顶端由静止释放,离开细杆前的运动可视为匀加速直线运动,已知小球质量为m,重力加速度为g,则当两杆的支持力的夹角为2θ时,每根杆的支持力大小为 ( )
A. B. C. D.
6.如图所示,三棱柱A和横截面为矩形的四棱柱B用力F压在竖直墙面上,F的方向与B的表面垂直,关于A与B分别受力的个数,正确的是 ( )
A.4个,3个 B.4个,4个
C.5个,4个 D.5个,5个
7.野炊时,三根对称分布的轻质细杆构成烹煮支架静置于水平地面上,如图甲所示。炊具与食物的总质量为m,各杆与竖直方向的夹角均为30°。出于安全考虑,盛取食物时用光滑铁钩缓慢拉动吊绳使炊具偏离火堆,如图乙所示。已知重力加速度为g,下列说法正确的是 ( )
A.烹煮食物时,各杆对地面的作用力大小均为mg
B.烹煮食物时,各杆受到地面的摩擦力大小均为mg
C.拉动吊绳过程中,吊绳上的张力不断增大
D.拉动吊绳过程中,铁钩对吊绳的作用力方向不变
8.如图所示,四分之一圆柱体P放在水平地面上,圆心O的正上方有一个大小可忽略的定滑轮A,一根轻绳跨过定滑轮,一端和置于P上、质量为m的小球连接,另一端系在固定竖直杆上的B点,一质量为m0的钩码挂在A、B间的轻绳上,整个装置处于静止状态。除P与地面之间的摩擦以外,其他摩擦不计。若在钩码下方再加挂一个钩码,整个装置再次处于静止状态时,小球依然处于P上,则此时与先前整个装置处于静止状态时相比 ( )
A.地面对P的摩擦力减小 B.P对小球的弹力增大
C.轻绳的张力增大 D.P对地面的压力减小
二、多项选择题(本大题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)
9.如图所示,某同学用大小为100 N、方向与水平方向的夹角为37°的拉力拉着质量为22 kg的行李箱沿水平地面匀速前进。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,行李箱与地面间的摩擦力视为滑动摩擦力,重力加速度g=10 m/s2。则下列说法正确的是 ( )
A.行李箱受到的摩擦力大小为60 N
B.地面对行李箱的支持力大小为160 N
C.该同学对行李箱的拉力大于行李箱对他的拉力
D.行李箱与地面间的动摩擦因数为0.5
10.如图,用三根细线a、b、c将两个小球1和2连接并悬挂起来,其中小球1的重力G1=7 N,小球2的重力G2=9 N,两小球处于静止状态,已知细线a与竖直方向的夹角为37°,细线c水平,sin 37°=0.6,则 ( )
A.细线a对小球1的拉力为20 N
B.细线b对小球2的拉力为15 N
C.细线c对小球2的拉力为12 N
D.细线c对小球2的拉力为15 N
11.如图所示,一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上,质量分别为m和2m的物块A、B,通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接,A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。重力加速度大小为g。当木板与水平面的夹角为45°时,物块A、B刚好要滑动,则μ和此时轻绳的拉力F为( )
A.F=mg B.F=mg C.μ= D.μ=
12.如图所示,倾角为θ的斜面体c置于水平地面上,物块b置于斜面上,通过跨过光滑定滑轮的细绳与小盒a连接,连接b的一段细绳与斜面平行,连接a的一段细绳竖直,a连接在竖直固定于地面的弹簧上。现向盒内缓慢加入适量砂粒,a、b、c始终处于静止状态。下列判断正确的是 ( )
A.c对b的支持力一定不变
B.c对地面的压力一定减小
C.地面对c的摩擦力可能不变
D.c对b的摩擦力可能减小
三、非选择题(本大题共6小题,共60分)
13.(8分)某物理兴趣小组用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和弹簧长度l的关系,把弹簧上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。在弹簧下端悬挂不同质量的钩码,记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置,实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度。通过分析数据得出实验结论。
(1)某次弹簧上的指针在刻度尺上对应的位置如图乙所示,该处的读数为 cm。
(2)以弹簧弹力F为横轴、弹簧长度l为纵轴建立直角坐标系,作出l-F图像,如图丙所示,则弹簧自由下垂时的长度为 cm;弹簧的劲度系数为 N/m。(结果保留2位有效数字)
(3)实验中未考虑弹簧在自身重力下的形变,这会导致弹簧劲度系数的测量结果 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
14.(10分)在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,实验装置及过程如图甲、乙、丙所示,E为橡皮筋原长时小圆环的位置,O为实验时小圆环被拉至的位置。
(1)图丁中弹簧测力计的示数为 N。
(2)在实验过程中,必须记录的有 。
A.甲图中E的位置 B.乙图中O的位置
C.OB、OC的方向 D.弹簧测力计的示数
(3)下列选项中,与本实验要求相符的是 。
A.两细绳OB、OC夹角要尽量大一些
B.读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度
C.同一次实验中,只需保证两次橡皮筋伸长量相同即可
D.不同次实验中,均应将小圆环拉到同一O点处
(4)某次实验记录纸如图戊所示,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点,拉力F的方向过P点;三个力的大小分别为:F1=2.70 N、F2=2.30 N和F=4.00 N。得出正确实验结论后,请根据实验结论和图中给出的标度:
①在图中作出F1和F2的合力;
②根据作出的图求出该合力大小为 N。(结果保留2位小数)
15.(8分)如图所示,光滑圆球A的半径为10 cm,悬线长l=40 cm,物体B的厚度为20 cm,重为12 N。物体B与墙之间的动摩擦因数μ=0.2,物体B在未脱离圆球前匀速下滑,试求:
(1)球对物体B的压力多大
(2)球多重
16.(10分)如图所示,将水平轻弹簧测力计的一端固定在竖直墙上,另一端拉住质量为m1的木块,在木块上放置一质量为m2的砝码,木块放置在质量为m3的木板上,木板放置在水平桌面上,木板足够长,然后用手水平向右拉动木板,拉力从0开始缓慢增大。当木块与木板刚要相对运动时,弹簧测力计的示数为F1;当木板运动,木块不动时,弹簧测力计的示数为F2。已知拉木板前,弹簧测力计的示数恰好为0,重力加速度大小为g。
(1)比较F1与F2的大小,并求木板对桌面的压力大小;
(2)求木块与木板间的动摩擦因数。
17.(11分)如图所示,斜面与水平面、斜面与挡板间的夹角均为30°,一重力为G的小球静置在斜面与挡板之间,挡板对小球的弹力为F1,斜面对小球的弹力为F2,不计一切摩擦。
(1)求挡板对小球的弹力F1以及斜面对小球的弹力F2。
(2)以挡板与斜面连接点P为轴,将挡板从图示位置开始逆时针缓慢地转到水平位置,求F1的最小值。
18.(13分)如图1所示,质量为2m的物体A经一轻质弹簧与地面上的质量为3m的物体B相连,弹簧的劲度系数为k,一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮,一端连接物体A,另一端连接质量为m的物体C,物体A、B、C都处于静止状态。已知重力加速度为g,忽略一切摩擦。
(1)求物体B对地面的压力;
(2)把物体C的质量改为5m,并使C缓慢下降,最终A、B、C又处于静止状态,且C只受重力和绳的拉力作用,求此过程中物体A上升的高度;
(3)如图2所示,在物体A右侧加一竖直粗糙面,其与A间的动摩擦因数为μ=0.25,给质量为m的物体C施加一竖直向下的外力F使C缓慢下降,同时给物体A施加一水平向右的压力F0=4mg。求B刚离开地面瞬间C受到的竖直外力大小。
答案与分层梯度式解析
1.C 2.D 3.B 4.B 5.C 6.C
7.B 8.A 9.BD 10.ABC 11.AC 12.ABD
1.C 用细杆拨动水中的木头,木头受到的弹力是由于细杆发生形变而产生的,A错误;在一个接触面上有弹力但不一定有摩擦力,还要看两接触面是否粗糙以及两物体是否有相对运动或者相对运动趋势,B错误;摩擦力有可能是物体前进的动力,也可能是阻碍物体运动的阻力,C正确;如果地面没有摩擦,地面对人也就没有向前的力,人不可能在地面上行走,D错误。
2.D 平衡车匀速前进时受到向前的摩擦力作用,A错误;在行驶过程中突然刹车,平衡车相对地面向前运动,受到地面的摩擦力向后,B错误;平衡车及人受到的重力的施力物体是地球,车对地面的压力,施力物体是车,这两个力的施力物体不是彼此,它们不是相互作用力,C错误;平衡车及人受到的重力和地面对车的支持力是一对平衡力,D正确。
3.B 由力的平衡条件可知,大小为1 N、2 N、3 N的三个力的合力与大小为4 N的力等大、反向,将大小为4 N的力绕O点顺时针旋转120°时,相当于两个大小为4 N的力夹角为60°,则此时的合力大小为F=2×4 N×cos 30°=4 N,选B。
4.B 木块向右加速滑行,则木块受到木板向左的滑动摩擦力,摩擦力大小为f=μ1FN=μ1mg,A错误,B正确;木板处于静止状态,受到地面的摩擦力与木块的摩擦力二力平衡,大小相等,等于μ1mg,C、D错误。
5.C 设两细杆对小球支持力的合力为FN,沿垂直两细杆所在平面方向,由平衡条件得FN=mg cos α;设每根杆的支持力大小为F,由平行四边形定则可得2F cos =FN,解得F=,故选C。
6.C 对B进行受力分析,受竖直向下的重力GB、垂直B表面的推力F和A对它的支持力NAB,由于重力GB有沿斜面向下的分力,根据平衡条件可知B受到A沿斜面向上的摩擦力fAB,故B受4个力;对A进行受力分析,受竖直向下的重力GA、B对A的压力NBA、B对A沿斜面向下的摩擦力fBA、墙面对A的支持力F墙A和墙面对A的竖直向上的摩擦力f墙A,共5个力。选C。
7.B 烹煮食物时,以支架顶端结点为研究对象,根据共点力平衡条件有3F cos 30°=mg,可得杆上的作用力为F=mg,即各杆对地面的作用力大小均为mg,A错误;由于杆静止,可得各杆受到地面的摩擦力大小均为f=F sin 30°=mg,B正确;拉动吊绳过程中,炊具与食物受力平衡,吊绳的拉力等于炊具与食物的重力,大小不变,C错误;拉动吊绳过程中,结点受竖直向下的绳子拉力、斜向上的绳子拉力以及铁钩对结点的作用力,三力合力为0,由于斜向上的绳子拉力的方向改变,因此铁钩对吊绳的作用力方向改变,D错误。
8.A 对小球受力分析,如图所示,小球受重力mg、P对小球的支持力N以及轻绳对小球的拉力T,小球在三个力的作用下处于静止状态,由相似三角形的性质可得==,式中L为定滑轮左侧拴接小球的轻绳的长度。当在钩码下方再加挂一个钩码,到小球再次静止的过程中,钩码将下移,小球将沿P上移,小球再次静止时,由于AO、mg、R不变,而L减小,可知N大小不变,T减小,即轻绳的张力减小,P对小球的弹力大小不变,B、C错误;对小球与P整体受力分析,设拴接小球的轻绳与竖直方向的夹角为θ,沿水平方向整体受力平衡,地面对P的摩擦力大小为f=T sin θ,由于θ减小,且轻绳的拉力T减小,所以地面对P的摩擦力f减小,A正确;对P受力分析,设P的质量为M,小球对P的压力大小为N'=N,设N与竖直方向的夹角为α,沿竖直方向P受力平衡,地面对P的支持力大小为FN=N cos α+Mg,由于α减小,且N大小不变,所以地面对P的支持力FN增大,根据牛顿第三定律,P对地面的压力大小F'N=FN增大,D错误。
9.BD 对行李箱受力分析,如图所示,行李箱沿水平地面匀速前进,根据平衡条件,沿水平方向有f=F cos 37°=80 N,即行李箱受到的摩擦力大小为80 N,沿竖直方向有FN=mg-F sin 37°=160 N,即地面对行李箱的支持力大小为160 N,A错误,B正确;根据牛顿第三定律,该同学对行李箱的拉力大小等于行李箱对他的拉力,C错误;根据f=μFN知,行李箱与地面间的动摩擦因数为μ==0.5,D正确。
10.ABC 将两小球视为整体,对整体受力分析如图甲所示,根据共点力的平衡条件有Fa==20 N,Fc=(G1+G2) tan 37°=12 N,A、C正确,D错误;对小球2进行受力分析如图乙所示,根据共点力的平衡条件有Fb==15 N,B正确。
11.AC 物块A、B刚好要滑动,说明A、B刚好处于平衡状态,所受摩擦力均为最大静摩擦力。分别对A、B受力分析,对A,A相对B有向上滑动的趋势,所受B的摩擦力向下,则F=mg sin 45°+μmg cos 45°;对B,B相对斜面和A有向下滑动的趋势,则F+μmg cos 45°+3μmg cos 45°=2mg sin 45°,联立解得μ=,F=mg,故A、C正确。
12.ABD 由平衡条件知c对b的支持力N=mg cos θ,向盒内缓慢加入砂粒,c对b的支持力不变,A正确;向盒内缓慢加入适量砂粒,a、b、c始终处于静止状态,所以细绳拉力增大,即细绳对b、c整体拉力增大,c对地面的压力减小,B正确;地面对c的摩擦力大小等于细绳拉力的水平分力,所以地面对c的摩擦力变大,C错误;c对b的摩擦力方向不能确定,若最初c对b的摩擦力沿斜面向上,细绳拉力增大,则c对b的摩擦力减小,若最初c对b的摩擦力沿斜面向下,细绳拉力增大,则c对b的摩擦力增大,D正确。
13.答案 (1)18.00(2分) (2)8.0(2分) 53(2分) (3)不变(2分)
解析 (1)刻度尺的分度值为0.1 cm,需要估读到0.01 cm,读数为18.00 cm。
(2)设弹簧原长为l0,由胡克定律,有F=k(l-l0),变形得l=+l0,对比题给图像的截距和斜率,可得l0=8.0 cm,= m/N,故k≈53 N/m。
(3)弹簧劲度系数的测量结果由l-F图像的斜率确定,无论是否考虑弹簧自身重力下的形变,l-F图像的斜率不变,则测量结果不变。
14.答案 (1)2.35(2.33~2.37)(2分) (2)BCD(2分) (3)B(2分) (4)①图见解析(2分) ②4.00(3.80~4.20)(2分)
解析 (1)弹簧测力计的分度值为0.1 N,需要估读一位,所以读数为2.35 N。
(2)实验过程中必须要记录的有两个分力F1和F2的大小和方向、合力F的大小和方向,力的大小通过测力计读出,两次都要使小圆环被拉到O点位置,所以必须记录的有B、C、D,不需要记录的是甲图中E的位置,故选B、C、D。
(3)实验中两细绳OB、OC夹角要适当,不宜太小或太大,否则作图时误差较大,A错误;读数时,视线应正对弹簧测力计的刻度,B正确;同一次实验中,不仅要保证两次橡皮筋伸长量相同,还必须保证沿同一方向伸长至O点,C错误;同一次实验中,均应将小圆环拉到同一O点处,不同次实验时,小圆环位置可以不同,D错误。故选B。
(4)根据平行四边形定则作图如下:
根据作图可得合力大小为4.00 N。
15.答案 (1)60 N (2)80 N
解析 (1)对物体B受力分析,如图所示
因为物体B匀速下滑,根据平衡条件可得GB=Ff(2分)
又Ff=μN,N=FNA (1分)
解得FNA=60 N(1分)
(2)对球A受力分析,A球静止,所受三个力组成矢量三角形如图所示:
可得GA== (2分)
根据几何关系知 tan θ= (1分)
解得GA=80 N(1分)
16.答案 (1)F1>F2 (m1+m2+m3)g (2)
解析 (1)由题意可知,木块与木板之间的最大静摩擦力等于F1,滑动摩擦力等于F2;最大静摩擦力大于滑动摩擦力,则有F1>F2 (2分)
竖直方向,由平衡条件可知,桌面对木板的支持力与三个物体的总重力大小相等,则有
FN1=(m1+m2+m3)g (2分)
由牛顿第三定律可得木板对桌面的压力大小为F压=FN1=(m1+m2+m3)g (1分)
(2)木块与木板间的弹力大小为FN2=(m1+m2)g (1分)
木块与木板间的滑动摩擦力大小为F2=μFN2 (2分)
解得μ== (2分)
17.答案 (1)G,垂直于挡板向下 G,垂直于斜面向上 (2)G
解析 (1)对小球受力分析如图所示:
由平衡条件可得,沿斜面方向有
G sin 30°=F1 sin 30° (2分)
可得,挡板对小球的弹力F1=G,方向垂直于挡板向下; (1分)
沿垂直斜面方向有F2=G cos 30°+F1 cos 30° (2分)
可得,斜面对小球的弹力F2=G,方向垂直于斜面向上。 (1分)
(2)以挡板与斜面连接点P为轴,将挡板从图示位置开始逆时针缓慢地转到水平位置的过程中,小球处于动态平衡,重力G的大小和方向都不变,斜面对小球的弹力F2的方向不变。小球所受重力G、弹力F2和弹力F1组成一个封闭的矢量三角形,如图所示
可知F1先减小后增大,当挡板转到垂直于斜面,即F1垂直于F2时,F1最小, (3分)
最小值为F1min=G sin 30°=G (2分)
18.答案 (1)4mg,方向竖直向下 (2) (3)5mg
解析 (1)对于物体C,由平衡条件可得绳上的拉力FT=mg (1分)
对于物体A、B及弹簧整体,由平衡条件可得FT+FN=5mg (1分)
联立解得地面对物体B的支持力FN=4mg,方向竖直向上, (1分)
根据牛顿第三定律,物体B对地面的压力F'N=FN=4mg,方向竖直向下。 (1分)
(2)设初态时弹簧的压缩量为x1,对于物体A,由平衡条件得FT+kx1=2mg (1分)
末态时,对于物体C,由平衡条件得F'T=5mg (1分)
设末态时弹簧的伸长量为x2,对于物体A,由平衡条件得,F'T=2mg+kx2 (1分)
物体A上升的高度为h=x1+x2 (1分)
联立解得h= (1分)
(3)物体B刚离开地面时,地面对B的支持力刚好为0,则弹簧弹力为Fk=3mg (1分)
对物体C施加一竖直向下的外力F使C缓慢下降,物体C受力平衡,绳上的拉力T=F+mg (1分)
对于物体A,有T=2mg+Fk+μF0 (1分)
联立解得竖直外力大小为F=5mg (1分)
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