2025-2026学年高中物理必修第一册章末检测：第3章 相互作用——力（含解析）

第3章 相互作用——力
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(共10题。第1~7题为单项选择题,每题4分;第8~10题为多项选择题,每题6分,共46分)
1.如图所示,P是位于水平粗糙桌面上的物块。用跨过定滑轮的轻绳将P与小盘相连,小盘内有砝码,小盘与砝码的总质量为m。在P运动的过程中,若不计空气阻力,则关于P在水平方向受到的作用力与相应的施力物体,下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.拉力和摩擦力,施力物体是地球和桌面
B.拉力和摩擦力,施力物体是绳和桌面
C.重力mg和摩擦力,施力物体是地球和桌面
D.重力mg和摩擦力,施力物体是绳和桌面
2.某品牌菜刀如图所示,菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,刀刃前部的顶角小,后部的顶角大,下列说法正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.在刀背上加上同样的力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关
B.刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了外形美观,跟使用功能无关
C.在刀背上加上同样的压力时,顶角不同,分开其他物体的力会有所不同
D.刀刃顶角的大小对分开其他物体的力没有影响
3.如图所示,一重为120 N的球固定在弹性杆AB的上端,今用测力计沿与水平方向成37°角斜向右上方拉球,使杆发生弯曲,此时测力计的示数为100 N。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则杆AB对球作用力的大小为(　　)
A.80 N
B.100 N
C.110 N
D.120 N
4.如图所示的水平面上,橡皮绳一端固定,另一端连接两根弹簧,连接点P在F1、F2、F3三力作用下保持静止,下列判断正确的是(　　)
A.F1>F2>F3
B.F3>F1>F2
C.F2>F3>F1
D.F3>F2>F1
5.a、b两个质量相同的球用线相连接,a球用线挂在天花板上,b球放在光滑斜面上,系统保持静止(线的质量不计),则下列图正确的是(　　)
6.吊兰是常养的植物盆栽之一,下图是悬挂的吊兰盆栽,四条等长的轻绳与竖直方向夹角均为30°,花盆总质量为2 kg,g取10 m/s2,则每根轻绳的弹力大小为(　　)
A.5 N B. N
C.10 N D.20 N
7.如图所示,三个重力均为100 N的物块,叠放在水平桌面上,各接触面水平,水平拉力F=20 N作用在物块2上,三条轻质绳结于O点,水平绳与物块3连接,竖直绳悬挂重物B,倾斜绳通过定滑轮与物体A连接,已知倾斜绳与水平绳间的夹角为120°,A物体重40 N,不计滑轮质量及摩擦,整个装置处于静止状态。则物块3受力个数为(　　)
A.3 B.4
C.5 D.6
8.两个中间有孔的质量为m0的小球A、B用一轻弹簧相连,套在一根光滑水平杆上。两个小球下面分别连有一轻弹簧。两轻弹簧下端系在同一小球C上,如图所示。已知小球C的质量为m,三根轻弹簧的劲度系数都为k,三根轻弹簧刚好构成一个等边三角形。则(　　)
A.水平杆对质量为m0的小球的支持力为(m0+m)g
B.连接质量为m的小球的轻弹簧的弹力为
C.连接质量为m的小球的轻弹簧的伸长量为
D.套在光滑水平杆上的轻弹簧的形变量为
9.如图所示,在探究摩擦力的实验中,用弹簧测力计水平拉一放在水平桌面上的小木块,小木块的运动状态与弹簧测力计的读数如下表所示(每次实验时,木块与桌面的接触面相同)。则由下表分析可知,下列选项正确的是(　　)
实验次数 小木块的运动状态 弹簧测力计读数/N
1 静止 0.4
2 静止 0.6
3 直线加速 0.7
4 匀速直线 0.5
5 直线减速 0.3
A.木块受到的最大静摩擦力为0.7 N
B.木块受到的最大静摩擦力可能为0.6 N
C.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小有三次是相同的
D.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小各不相同
10.如图所示,倾角为θ的斜面体C置于水平面上,物块B置于斜面上,通过细绳跨过光滑定滑轮与沙漏A连接,连接B的一段细绳与斜面平行。在A中的沙子缓慢流出的过程中,A、B、C都处于静止状态,则下列说法正确的是(　　)
A.B对C的摩擦力可能始终增大
B.地面对C的支持力可能不变
C.C对地面的摩擦力方向始终向左,且逐渐减小
D.滑轮对绳的作用力方向始终不变
二、实验题 (18分)
11.(8分)在探究弹簧弹力和伸长量的关系时,某同学把两根弹簧如图甲所示连接起来进行探究。
甲
乙
(1)某次测量如图乙所示,指针示数为　　　　 cm。
(2)在弹性限度内,将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数lA和lB如表所示。用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为　　　　 N/m(重力加速度g取10 m/s2)。由表中数据　　　　(选填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数。
钩码数 1 2 3 4
lA/cm 15.71 19.71 23.66 27.76
lB/cm 29.96 35.76 41.51 47.36
12.(10分)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤:
(1)用图钉将白纸固定在水平木板上。
(2)将橡皮条的一端固定在木板上,另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上,它们的另一端均挂上弹簧测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个弹簧测力计,小圆环停止时由两个弹簧测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小,并　　　　。(多选,填正确标号)
A.用刻度尺量出橡皮条的长度
B.用刻度尺量出两细线的长度
C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置
D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向
(3)撤掉一个弹簧测力计,用另一个弹簧测力计把小圆环拉到　　　　,由弹簧测力计的示数得到拉力F的大小,沿细线标记此时F的方向。
(4)选择合适标度,由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图,得出合力F'的大小和方向;按同一标度在白纸上画出力F的图示。
(5)比较F'和F的　　　,从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。
三、计算题(本题共3小题,共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后的不能得分。有数值计算的题,中必须明确写出数值和单位)
13.(10分)滑板运动是一项非常刺激的水上运动,研究表明,在进行滑板运动时,水对滑板的作用力的方向垂直于板面,大小为kv2,其中v为滑板的速度大小(水可视为静止),k为常数且k=54 kg/m。如图所示,人在水平牵引力作用下,与滑板一起做匀速直线运动,滑板和水平面的夹角θ=37°,若人和滑板的总质量为108 kg,不计空气阻力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,求:
(1)人受到的水平牵引力的大小;
(2)滑板的速度大小。
14.(12分)如图所示,水平细杆上套有一质量为0.54 kg的小环A,用轻绳将质量为0.5 kg的小球B与A相连。B受到始终与水平方向成53°角的风力作用,与A一起向右匀速运动,此时轻绳与水平方向夹角为37°。运动过程中B球始终在水平细杆的下方。求:(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
(1)B对绳子的拉力大小;
(2)A与杆间的动摩擦因数。
15.(14分)一般教室门上都会安装一种暗锁,这种暗锁由外壳A、骨架B、弹簧C(劲度系数为k)、锁舌D(倾斜角θ=45°)、锁槽E,以及连杆、锁头等部件组成,如图甲所示。设锁舌D的侧面与外壳A和锁槽E之间的动摩擦因数均为μ,最大静摩擦力Ffm由Ffm=μFN(FN为正压力)求得。有一次放学后,当某同学准备关门时,无论用多大的力,也不能将门关上(这种现象称为自锁),此刻暗锁所处的状态的俯视图如图乙所示,P为锁舌D与锁槽E之间的接触点,弹簧由于被压缩而缩短了x。
(1)试判断自锁状态时,D的下表面所受摩擦力的方向;
(2)求自锁时锁舌D与锁槽E之间的正压力的大小;
(3)无论用多大的力拉门,暗锁仍然能够保持自锁状态,则μ至少为多大
第3章 相互作用——力
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(共10题。第1~7题为单项选择题,每题4分;第8~10题为多项选择题,每题6分,共46分)
1.B
以P为研究对象,水平方向P受到绳的拉力和桌面对P的摩擦力的作用,拉力的施力物体是绳,摩擦力的施力物体是桌面。
2.C
把刀刃部分抽象后,可简化成一个等腰三角劈,设顶角为2θ,背宽为d,侧面长为l,如图甲所示。
当在劈背施加压力F后,产生垂直侧面的两个分力F1、F2,使用中依靠着这两个分力分开被加工的其他物体。由对称性知,这两个分力大小相等(F1=F2),因此画出力分解的平行四边形,实为菱形,如图乙所示。
在这个力的平行四边形中,取其四分之一考虑(图中阴影部分),根据它跟半个劈的直角三角形的相似关系,得F1=F2=,由此可见,刀背上加上一定的压力F时,侧面分开其他物体的力跟顶角的大小有关,顶角越小,sin θ的值越小,F1和F2越大。但是,刀刃的顶角越小时,刀刃的强度会减小,碰到较硬的物体刀刃会卷口甚至碎裂,实际制造过程中为了适应加工不同物体的需要,所以做成前部较薄,后部较厚。使用时,用前部切一些软的物品(如鱼、肉、蔬菜、水果等),用后部斩劈坚硬的骨头之类的物品。故选C。
3.B
球受到重力mg、测力计的拉力F=100 N和杆对其的作用力FN,根据平衡条件可得FNx=Fcos 37°=80 N,FNy=mg-Fsin 37°=60 N,所以FN==100 N,选项B正确。
4.B
P点受力如图所示。
由几何知识得F3>F1>F2,选项B正确。
5.B
对a、b球整体受力分析知,受重力、斜面的支持力和如图甲所示线的拉力,同理,对b球受力分析如图乙,选项B正确。
6.B
根据对称性可知,每根绳的拉力大小相等,设每根绳的拉力大小为F。在竖直方向由平衡条件得4Fcos 30°=G,解得F= N,故选项A、C、D错误,B正确。
7.C
对结点O受力分析,水平方向受力平衡,则FT3=FTAcos 60°,又FTA=GA,故绳子对物块3的拉力为GAcos 60°=20 N。将物块1和物块2看成一个整体分析,受重力、支持力、向右的拉力F和向左的静摩擦力Ff32,根据平衡条件得Ff32=F=20 N;根据牛顿第三定律,物块2对物块3的静摩擦力Ff23水平向右,大小为20 N;又绳子对物块3的拉力水平向左,大小也为20 N,则物块3与桌面间的摩擦力为0。故物块3受重力、支持力、压力、物块2给物块3的摩擦力、绳子拉力,共5个力作用,选项C正确。
8.CD
以三个小球和三根弹簧组成的整体为研究对象,由平衡条件可得水平杆对质量为m0的小球的支持力F=g,选项A错误。单独研究质量为m的小球,由平衡条件可得连接质量为m的小球的轻弹簧的弹力F=,再由胡克定律可得连接质量为m的小球的轻弹簧的伸长量x=,选项B错误,C正确。单独研究质量为m0的小球,由平衡条件可得套在水平杆上的弹簧的弹力F'=,由胡克定律可得该弹簧的形变量x'=,选项D正确。
9.BC
第1次和第2次实验都没有拉动木块,说明这两次的拉力大小均未超过最大静摩擦力,第3次实验时,木块做加速运动,说明拉力已经大于最大静摩擦力Ffmax,因此可知,最大静摩擦力范围0.6 N≤Ffmax<0.7 N,选项A错误,B正确。滑动摩擦力与运动情况无关,因此第3、4、5次的摩擦力大小相等,选项C正确,D错误。
10.AD
若一开始C对B的摩擦力就沿斜面向上,则在A中的沙子缓慢流出的过程中,C对B的摩擦力逐渐增大,根据牛顿第三定律可知,此时B对C的摩擦力也始终增大,选项A正确。在A中的沙子缓慢流出的过程中,细绳的拉力逐渐减小,以B、C为整体,根据平衡条件可知,在竖直方向,地面对C的支持力逐渐变大;在水平方向,地面对C的摩擦力方向向左,始终减小,根据牛顿第三定律可知C对地面的摩擦力方向始终向右,且逐渐减小,选项B、C错误。绳的拉力大小处处相等,且方向不变,根据平行四边形定则可知,它们的合力的方向也不变,因此滑轮对绳的作用力方向也始终不变,选项D正确。
二、实验题 (18分)
11.(8分)
(1)16.00
(2)12.5　能
(1)刻度尺最小分度为0.1 cm,读数时需估读到0.01 cm。
(2)题表中对lA的测量有四组数据,应采用逐差法计算增加一个钩码时弹簧Ⅰ增加的长度。
l0==0.04 m
故k==12.5 N/m
通过计算lB-lA可得出A、B两指针间的长度,进而计算出增加一个钩码时弹簧Ⅱ增加的长度,从而计算出其劲度系数。
12.(10分)
(2)CD
(3)同一位置
(5)大小和方向
(2)不需要用刻度尺量出橡皮条的长度和细线的长度,选项A、B错误;合力与分力是等效替代的关系,作用效果相同,用一个弹簧测力计拉小圆环时,应拉到同一位置,需要用铅笔记录小圆环的位置,选项C正确;需要记录两个拉力的大小和方向,需要用铅笔在白纸上标记出两细线的方向,选项D正确。
(3)合力与分力是等效替代的关系,作用效果相同,用一个弹簧测力计拉小圆环时,应拉到同一位置。
(5)力是矢量,既有大小也有方向,则需要比较F'和F的大小和方向。
三、计算题(本题共3小题,共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后的不能得分。有数值计算的题,中必须明确写出数值和单位)
13.(10分)
(1)810 N　(2)5 m/s
(1)以滑板和运动员为研究对象,受重力、水平牵引力F与水对滑板的作用力FN,其受力分析如图所示。
由共点力平衡条件可得
FNcos θ=mg
FNsin θ=F
解得
F=810 N。
(2)由于
FN=
根据题意可知
FN=kv2
解得
v==5 m/s。
14.(12分)
(1)3.0 N　(2)0.3
(1)对小球B由平衡条件得,绳的拉力为
FT=mBgsin 37°=3.0 N
由牛顿第三定律知B对绳子的拉力大小为3.0 N。
(2)环A做匀速直线运动,有
FTcos 37°-Ff=0
FN=mAg+FTsin 37°
而Ff=μFN
解得μ=0.3。
15.(14分)
(1)水平向右
(2)
(3)-1
(1)自锁状态时,D有向左运动的趋势,所以它的下表面所受摩擦力的方向为水平向右。
(2)D的受力情况如图所示。
根据平衡条件
水平方向FNsin θ=Ff1+Ff2cos θ+kx
竖直方向F=Ff2sin θ+FNcos θ
又Ff1=μF,Ff2=μFN
解得FN=。
(3)自锁状态时,无论FN多大,都不能将门关上,所以有
1-2μ-μ2=0
得μ=-1。