第3章　相互作用 测评卷（含答案解析）

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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
第3章　相互作用
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时90分钟。
2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。
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.在某赛事中有拉汽车前进的一项比赛,如图是某选手正通过绳索拉着汽车运动。则汽车所受拉力的施力物体和受力物体分别是　 (　　)
A.选手、汽车　　　　　　　　B.选手、绳索
C.绳索、汽车　　　　　　　　D.汽车、绳索
2.下列关于弹力和摩擦力的说法,正确的是 (　　)
A.绳子的弹力方向总是沿着绳子而指向绳子收缩的方向
B.滑动摩擦力的大小一定与物体的重力大小成正比
C.没有直接接触的物体之间也可能存在弹力
D.滑动摩擦力的方向总是沿着接触面,并跟物体的运动方向相反
3.如图所示,在桌面上放置一张纸和一瓶矿泉水,矿泉水瓶静止在纸面上,如果突然迅速向右拉动纸的一边,将纸拉出,而矿泉水瓶相对桌面的位置几乎没变。下列说法正确的是 (　　)
A.纸对矿泉水瓶摩擦力的方向向左
B.矿泉水瓶相对纸向左运动
C.拉动纸越快,矿泉水瓶受到的摩擦力越大
D.拉动纸越快,矿泉水瓶受到的摩擦力越小
4.中国书法是一种艺术,小刚练习书法时,在水平桌面铺上一张白纸,为防止白纸移动,用镇纸压住白纸,那么小刚从上至下行笔过程中,关于各物体的受力情况说法正确的是 (　　)
A.笔尖受到的摩擦力是静摩擦力
B.笔尖受到的摩擦力方向与毛笔运动的方向相反
C.白纸上表面受到的摩擦力方向与毛笔运动的方向相反
D.白纸下表面受到的摩擦力方向与毛笔运动的方向相同
5.探究弹力和弹簧伸长的关系时,在弹性限度内,悬挂重力为15 N的重物时,弹簧长度为0.16 m,悬挂重力为20 N的重物时,弹簧长度为0.18 m,则弹簧的原长L0和劲度系数k分别为 (　　)
A.L0=0.02 m,k=500 N/m
B.L0=0.10 m,k=500 N/m
C.L0=0.02 m,k=250 N/m
D.L0=0.10 m,k=250 N/m
6.如图,某同学用一根劲度系数为k的轻质弹簧测量物块与水平面间的动摩擦因数。将弹簧一端固定在竖直挡板上,另一端与物块连接,物块置于水平面上,弹簧与地面平行。改变物块在水平面上的位置,发现物块只能在A、B两点间保持静止,测得A、B两点到竖直挡板的距离分别为d1、d2,物块的质量为m,当地重力加速度为g,则物块与水平面间的动摩擦因数为(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力) (　　)
A.　　　　　　　　B.
C.　　　　　　　　D.
7.如图,在水平桌面上放置一斜面体P,两长方体物块a和b叠放在P的斜面上,整个系统处于静止状态。若a和b、b与P、P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2和f3表示,则 (　　)
A.f1=0,f2≠0,f3≠0
B.f1≠0,f2≠0,f3=0
C.f1≠0,f2=0,f3=0
D.f1≠0,f2≠0,f3≠0
8.如图所示,质量为1 kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0时刻开始以初速度v0沿水平地面向右滑行,同时受到一个水平向左的恒力F=1 N的作用,取向右为正方向,该物体受到的摩擦力f随时间变化的图像是下列图中的 (　　)
　　　　　　　　
　　　　　　　　
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示,重力为10 N的物体A与重力为20 N的物体B用跨过光滑定滑轮的轻绳连接,B物体放在水平桌面上,且绳的BO段水平,AO段竖直,已知B与桌面间的动摩擦因数μ=0.4,现对B物体施加一个水平向左的拉力F,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,能使A、B均保持静止的F可能值为　 (　　)
A.1 N　　　　　　　　B.5 N
C.15 N　　　　　　　　D.20 N
10.如图所示,一个质量为m=1 kg的木块放在水平面上,在水平向右的外力F=5 N作用下向右做匀速运动,下列说法正确的是 (　　)
A.木块与水平面间的动摩擦因数为0.5
B.若运动过程中突然将外力大小变为10 N,则摩擦力大小也立刻变为10 N
C.若运动过程中突然将外力变为水平向左,则摩擦力方向立刻变为水平向右
D.若运动过程中突然将外力撤掉,则一段时间内摩擦力大小不变
11.如图所示,对静止于水平地面上所受重力为G的木块,施加一竖直向上且逐渐增大的力F,若F总小于G,下列说法正确的是 (　　)
A.木块对地面的压力随F的增大而减小
B.木块受到地面的支持力是由于木块发生微小形变而产生的
C.木块对地面的压力就是木块的重力
D.地面对木块的支持力N=G-F
12.如图1所示,水平木板上有质量m=3.75 kg的物块,受到随时间t变化的水平拉力F作用,用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小如图2所示,则下列说法正确的是　 (　　)
A.t=1 s时外力F等于零
B.t=6 s时外力F可能等于5 N
C.物块与木板间的动摩擦因数为0.08
D.物块与木板间的动摩擦因数为0.11
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(8分)某同学用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和长度x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。然后,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性限度。通过分析数据得出实验结论。
　　
(1)图丙是该同学某次测量的弹簧长度,该长度是　　　　cm。
(2)以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧长度x为横轴建立直角坐标系,依据实验数据作出F-x图像,如图乙所示。由图像可知:弹簧自由下垂时的长度L0=　　　cm,弹簧的劲度系数k=　　　N/m。
(3)该同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验时,如果他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用毫米刻度尺测出弹簧的原长L0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-L0作为弹簧的伸长量x,作出F-x图像,通过图像斜率计算劲度系数。这样操作,会使弹簧劲度系数的测量结果　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
14.(6分)小军同学利用如图甲所示的装置可以测量弹簧的劲度系数k0,整个装置放置在水平桌面上,跨过光滑定滑轮的细线两端分别与放置在木板上的木块和弹簧相连接。向右拉动木板,待弹簧指针示数稳定后,读取弹簧指针的位置1,在木块上放置质量为m的砝码,重复上述操作,计算弹簧指针的位置与位置1之差可以得到弹簧的伸长量x,小军同学画出弹簧伸长量x与放置在木块上的砝码质量m的关系图像如图乙所示。
　
(1)对于同一次操作的指针位置读数,不同的人读数可能是不一样的,这样引起的误差是　　　　(选填“偶然误差”或者“系统误差”)。
(2)本次实验还需要知道木块与木板之间的动摩擦因数,小军经过多次测量得到木块与木板之间的动摩擦因数μ平均值为0.25,其中第三次测量值为μ3=0.26,则该次测量的相对误差为　　　　。(结果保留1位有效数字)
(3)由图乙以及木块与木板之间的动摩擦因数μ=0.25,可以求得该弹簧的劲度系数为　　　N/m。(结果保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 N/kg)
15.(10分)一根轻弹簧的伸长量x跟所受的外力F之间的关系图像如图所示。
(1)求弹簧的劲度系数k;
(2)若弹簧原长l0=60 cm,当把弹簧压缩到40 cm长时,需要多大的压力
16.(10分)在平坦的雪地上用10 N的水平拉力恰好可以拉着雪橇做匀速直线运动。已知雪橇所受的重力为500 N,求:
(1)雪橇对雪地的压力FN;
(2)雪橇与雪地间的动摩擦因数μ;
(3)如果雪橇载有重500 N的货物,那么,在水平拉力作用下雪橇在该雪地上滑行时受到的摩擦力大小f'是多少
17.(12分)如图所示,6本厚度相同的书被两块相同的竖直木板夹在中间,书静止不动,此时两侧对木板施加的水平压力为FN=40 N,每本书的质量为m=0.5 kg,木板和书之间的动摩擦因数为0.4,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则
(1)左侧木板对书的静摩擦力为多大
(2)书和书之间的动摩擦因数至少为多大
(3)如果把左侧第二本书向上抽出至少需要多大的竖直拉力
18.(14分)如图所示,质量为2m的物体A经一轻质弹簧与地面上质量为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,一端连物体A,另一端连一质量为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,这时,C缓慢下降,经过一段时间系统达到新的平衡状态,这时B仍没离开地面,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。
答案全解全析
1.C　要研究的是汽车,直接对汽车产生拉力的是绳索而不是选手,汽车所受拉力是绳索对汽车的作用力,故其施力物体是绳索,受力物体是汽车。故选C。
2.A　绳子的弹力方向总是沿着绳子而指向绳子收缩的方向,故A正确;滑动摩擦力的大小与接触面间的压力大小成正比,故B错误;弹力产生的条件为接触、挤压,所以没有直接接触的物体之间不可能存在弹力,故C错误;滑动摩擦力的方向总是沿着接触面,并跟物体的相对运动方向相反,故D错误。
3.B　将纸拉出过程中,纸相对矿泉水瓶向右运动,故矿泉水瓶相对纸向左运动,则纸对矿泉水瓶的摩擦力方向向右,故A错误,B正确;将纸拉出过程中,纸与矿泉水瓶间的摩擦力是滑动摩擦力,根据滑动摩擦力公式f=μFN,可知滑动摩擦力的大小只与动摩擦因数、正压力有关,与纸运动的快慢无关,故C、D错误。故选B。
4.B　笔尖与纸面之间发生相对滑动,所以笔尖受到的摩擦力是滑动摩擦力,故A错误;笔尖受到的摩擦力方向与毛笔运动的方向相反,故B正确;白纸上表面受到的摩擦力方向与笔尖受到的摩擦力方向相反,而与毛笔运动的方向相同,故C错误;白纸下表面受到的摩擦力方向与上表面受到的摩擦力方向相反,与毛笔运动的方向相反,故D错误。
5.D　根据胡克定律得当悬挂重力为15 N的重物时,F1=k(L1-L0),当悬挂重力为20 N的重物时,F2=k(L2-L0),将F1=G1=15 N,L1=0.16 m,F2=G2=20 N,L2=0.18 m,代入解得k=250 N/m,L0=0.10 m,故D正确,A、B、C错误。
6.A　由题意可知,改变物块在水平面上的位置,物块只能在A、B两点间保持静止,则有轻质弹簧的原长L0=d1+,物块在A、B两点间静止,故物块在A、B两点时轻质弹簧的弹力与最大静摩擦力大小相等,因此有k=μmg,解得μ=,A正确,B、C、D错误。故选A。
7.B　对a分析可知,a在重力、支持力的作用下有沿斜面向下滑动的趋势,因此a受到b对其沿斜面向上的摩擦力,f1≠0;再对a、b整体分析可知,a、b整体在重力、支持力的作用下有沿斜面向下滑动的趋势,因此b受到P对其沿斜面向上的摩擦力,f2≠0;对a、b及P组成的整体分析,整体在水平方向不受外力,P不受桌面的摩擦力,f3=0。故选项B正确。
8.A　开始物体受到水平向左的滑动摩擦力,f=μmg=0.2×1×10 N=2 N,物体速度减为0后,因为F9.BC　物体B所受最大静摩擦力大小为f=μNB=μG2=0.4×20 N=8 N,摩擦力方向水平向右时,F≤f+T=f+G1=18 N才能够静止,摩擦力方向水平向左时,F≥G1-f=2 N才能够静止,故选B、C。
10.AD　木块向右做匀速运动,则有F=f,f=μmg,解得μ==0.5,故A正确;若运动过程中突然将外力大小变为10 N,木块做加速运动,木块受到的滑动摩擦力大小不变,故B错误;若运动过程中突然将外力变为水平向左,木块向右做减速运动,此时运动方向不变,摩擦力方向向左,故C错误;若运动过程中突然将外力撤掉,在一段时间内木块做减速运动,仍受滑动摩擦力,则一段时间内摩擦力大小不变,故D正确。
11.AD　对木块受力分析,木块受竖直向下的重力G、竖直向上的力F和支持力N,F总小于G,由三力平衡得N+F=G,即N=G-F,当F逐渐增大时,N逐渐减小,木块对地面的压力减小,故选项A、D正确;木块是受力物体,它受到的支持力是地面产生的,故选项B错误;压力和重力不是同一性质的力,不能说压力就是重力,故选项C错误。
12.ABC　由题图2知,t=1 s时物块在水平方向上受到的摩擦力为零,假设此时外力F不为零,则必定会产生摩擦力,故t=1 s时F=0,A正确;由题图2可知,物块受到的最大静摩擦力为4 N,外力需要大于最大静摩擦力才可能让物块受到的摩擦力从静摩擦力变成滑动摩擦力,而在t=6 s时,物块受到的摩擦力刚好从静摩擦力变成滑动摩擦力,所以外力F必定大于4 N,可能是5 N,故B正确;由题图2可知,物块受到的滑动摩擦力Ff=3 N,由Ff=μmg得,μ===0.08,故C正确,D错误。
13.答案　(1)7.10(2分)　(2)4.00(2分)　50(2分)　(3)不变(2分)
解析　(1)根据刻度尺的读数原理可知弹簧的长度为7.10 cm;
(2)根据胡克定律得F=k(x-L0)=kx-kL0
所以弹簧弹力为零时弹簧的长度为弹簧原长,根据图像得L0=4.00 cm
F-x图像的斜率表示弹簧的劲度系数,则k= N/m=50 N/m
(3)由于弹簧的劲度系数是通过图像的斜率k=得出的,弹簧原长的测量不影响图像的斜率,所以弹簧劲度系数的测量结果不变。
14.答案　(1)偶然误差(2分)　(2)4%(2分)　(3)4.9(2分)
解析　(1)对于同一次操作的指针位置读数,不同的人读数可能是不一样的,这样引起的误差是偶然误差。
(2)该次测量的相对误差为δ=×100%=×100%=4%
(3)设木块质量为M,木块受到的摩擦力为f,对木块受力分析得
k0x=f=μ(M+m)g
化简得m=-M
可知图乙的图像斜率为= kg/m=2 kg/m
把μ=0.25和g=9.8 m/s2代入得k0=4.9 N/m
15.答案　(1)1 500 N/m　(2)300 N
解析　(1)由题图x-F图线知,弹簧的伸长量x和弹簧所受外力F成正比,而F弹=F,则x-F图线斜率的倒数等于弹簧的劲度系数,则k== N/m=1 500 N/m(4分)
(2)若弹簧原长l0=60 cm,当把弹簧压缩到40 cm长时,弹簧的压缩量为Δx1=60 cm-40 cm=20 cm=0.2 m(3分)
需要的压力F1=kΔx1=1 500×0.2 N=300 N(3分)
16.答案　(1)500 N,方向竖直向下　(2)0.02
(3)20 N
解析　(1)(2)雪橇做匀速直线运动,水平方向上受到拉力与滑动摩擦力,则由平衡条件得,滑动摩擦力大小为f=F=10 N(2分)
雪橇对雪地的压力
FN=G=500 N(2分)
方向竖直向下 (1分)
雪橇和雪地间的动摩擦因数为
μ===0.02 (2分)
(3)当雪橇上载有重500 N的货物在该雪地上滑行时,所受摩擦力大小为
f'=μ(G+G')=20 N(3分)
17.答案　(1)15 N　(2)0.25　(3)25 N
解析　(1)把6本书看成整体,整体受力平衡,则根据共点力的平衡条件可得两个木板对书施加的静摩擦力为
2f=6mg (2分)
解得f=15 N,两侧木板对书的摩擦力相等,所以每个木板对书的静摩擦力大小为15 N。 (1分)
(2)对左边第一本书受力分析则有
mg+f12=f (1分)
解得左边第一、二本书之间的摩擦力为
f12=2mg=10 N(2分)
又有f12=μF,其中F=FN=40 N
解得μ=0.25 (3分)
(3)当向上抽出左侧第二本书时,书受到两侧的向下的滑动摩擦力和重力,因此需要的拉力至少为
F1=2μF+mg=25 N(3分)
18.答案　(1)4mg　(2)
解析　(1)对A、B整体有mg+FN=5mg
解得FN=4mg
根据力的相互性可知,物体B对地面的压力为4mg。 (2分)
(2)达到新的平衡时,对C有FT=5mg (1分)
对A有FT'=F+2mg=FT(1分)
解得F=3mg,设此时弹簧的伸长量为x1,则kx1=3mg (2分)
解得x1= (1分)
开始时,对B受力分析有FN=3mg+F' (1分)
解得弹簧弹力大小为F'=mg (1分)
设此时弹簧的压缩量为x2,则kx2=mg (2分)
解得x2= (1分)
所以A上升的高度为
hA=x1+x2= (2分)