高中物理2019届沪科版力与相互作用

(三)　力与相互作用
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～10题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)
1．下列说法正确的是(　　)
A．力的大小可以用天平测量
B．物体的重心一定在物体上
C．每个力都必须有施力物体和受力物体
D．有的物体自己就有力，如爆炸的手榴弹，所以有的力没有受力物体
C　[力的大小可用弹簧测力计测量，不能用天平测量，A错误．重心与物体的形状、质量分布有关，不一定在物体上，B错误．力是物体间的相互作用，力的施力物体和受力物体是同时存在的，C正确．手榴弹爆炸是由于火药燃烧产生的高温高压气体与弹片发生的相互作用而发生的，D错误．]
2．跳高运动员在下列各图所示的四种过杆姿势中，重心最能接近甚至低于横杆的是(　　)
A．滚式　 B．跨越式　　　　
C．剪式　　 D．背越式
D　[四种过杆姿势中，A、B、C三种过杆时重心均在横杆之上，而背越式过杆时，头、躯干、腿依次过杆，身体的大部分与杆接近，重心接近甚至低于杆．选项D正确．]
3．一个鸡蛋放在一块海绵上，处于静止状态，下列说法正确的是(　　)
A．海绵受到鸡蛋的压力就是鸡蛋的重力
B．海绵受到鸡蛋的压力是海绵的形变产生的
C．海绵受到鸡蛋的压力是鸡蛋的形变产生的
D．海绵对鸡蛋的支持力与鸡蛋对海绵的压力是一对平衡力
C　[海绵受到鸡蛋的压力与鸡蛋的重力的施力物体、受力物体各不相同，不是同一个力，A错误．海绵受到鸡蛋的压力是由该力的施力物体鸡蛋的形变产生的，B错误，C正确．海绵对鸡蛋的支持力与鸡蛋对海绵的压力是一对相互作用力，不是平衡力，D错误．]
4．跳水一直是我国的优势项目，如图1所示，一运动员静止站在3 m跳板上，图中F1表示人对跳板的弹力，F2表示跳板对人的弹力，则(　　)
图1
A．F1和F2是一对平衡力
B．F1和F2是一对作用力和反作用力
C．先有力F1，后有力F2
D．G和F2方向相反，大小可能不相等
B　[F1是人对跳板的弹力，受力物体是跳板．F2是跳板对人的弹力，受力物体是人，故F1、F2不是平衡力，A错；F1、F2性质都是弹力，是一对作用力和反作用力，B正确；F1、F2同时产生，C错；运动员静止站立时处于平衡状态，G与F2是平衡力，大小相等，故D错．]
5.如图2所示，重为20 N的物体悬挂在弹簧的下端时，弹簧伸长了4 cm.现换用另一个重为40 N的物体悬挂在弹簧的下端(形变仍在弹性限度内)，这时弹簧的弹力大小、劲度系数分别是(　　)
图2
A．20 N,500 N/m　　　　 B．20 N,1 000 N/m
C．40 N,500 N/m D．40 N,1 000 N/m
C　[重为20 N的物体悬挂在弹簧的下端时，根据物体平衡条件可知，弹簧的弹力F＝20 N，弹簧伸长的长度x＝4 cm＝4×10－2 m．根据胡克定律F＝kx得：k＝ N/m＝500 N/m，当重为40 N的物体悬挂在弹簧的下端时，弹簧的弹力F＝40 N，劲度系数不变，故C正确．]
6.木块甲、乙分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25.夹在甲、乙之间的轻弹簧被压缩了2 cm，弹簧的劲度系数为400 N/m.系统置于水平地面上静止不动．现将F＝1 N的水平拉力作用在木块乙上，如图3所示，力F作用后 (　　)
图3
A．木块甲所受摩擦力大小是12.5 N
B．木块甲所受摩擦力大小是11.5 N
C．木块乙所受摩擦力大小是9 N
D．木块乙所受摩擦力大小是7 N
C　[由题意可得木块乙受到的最大静摩擦力fmax＝μN＝0.25×60 N＝15 N，弹簧的弹力F弹＝kx＝400×0.02 N＝8 N，木块乙受到向右的力F弹＋F＝9 N7．足球运动是目前全球体育界最具影响力的项目之一，深受青少年喜爱．如图4所示为四种与足球有关的情景．下列说法错误的是(　　)
甲　　　　乙　　　　丙　　　　　丁
图4
A．甲图中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力
B．乙图中，静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力
C．丙图中，踩在脚下且静止在水平草地上的足球可能受到3个力的作用
D．丁图中，落在球网中的足球受到弹力是由于足球发生了形变
ABD　[静止在草地上的足球受到的弹力是地面对球的向上的力，受到的重力是地球对球的向下的引力，选项A错误．静止在光滑水平面上的两个足球间没有相互作用的弹力，选项B错误．踩在脚下的球可能受重力、地面对它的弹力、脚对它的弹力三个力的作用，选项C正确．网中的足球受到弹力是由于网发生了形变，选项D错误．]
8．如图5所示，有一刚性方形容器被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态．现缓慢地向容器内注水，直到注满为止，在此过程中容器始终保持静止，下列说法中正确的是(　　)

图5
A．容器受到的摩擦力逐渐增大
B．容器受到的摩擦力不变
C．水平力F可能不变
D．水平力F必须逐渐增大
AC　[由题知，容器始终处于静止状态，则其受力平衡，即所受的摩擦力大小始终等于容器和水的总重力，所以容器受到的摩擦力逐渐增大，故A正确，B错误；水平方向上容器受力平衡，若最大静摩擦力大于重力，则力F可能不变，若最大静摩擦力小于等于重力，则力F要增大，故C正确，D错误．]
9.为保障市民安全出行，有关部门规定：对乘坐轨道交通的乘客所携带的物品实施安全检查．如图6所示为乘客在进入地铁站乘车前，将携带的物品放到以恒定速率运动的水平传送带上，使物品随传送带一起运动并通过检测仪接受检查时的情景．当乘客将携带的物品轻放在传送带上之后，关于物品受到的摩擦力，下列说法正确的是 (　　)
图6
A．当物品与传送带相对静止时，物品受到静摩擦力
B．由于物品相对于地面是运动的，物品一定受到滑动摩擦力
C．当物品受到摩擦力作用时，物品一定受到弹力作用
D．当物品受到摩擦力作用时，摩擦力方向与物品运动方向相同
CD　[当物品与传送带相对静止时物体与传送带做匀速直线运动，两者之间没有要发生相对运动的趋势，故物品不受静摩擦力，A错误．判断物体是否受滑动摩擦力，是看与接触面有没有发生相对运动，与物品相对地面的运动情况无关，这里物品相对与之接触的传送带是静止的，故不受滑动摩擦力，B错误．摩擦力存在的条件：①接触面粗糙，②有弹力，③有相对运动或者相对运动趋势，即有弹力不一定有摩擦力，有摩擦力一定有弹力，C正确．物品是在摩擦力作用下运动的，该摩擦力对物品来说是动力，故方向与物品运动的方向相同，D正确．]
10.如图7所示，质量为m的木块被水平推力压着，静止在竖直墙壁上，当推力F的大小增加到2F时，则 (　　)
图7
A．木块所受墙面的弹力增加到原来的2倍
B．木块所受墙面的摩擦力增加到原来的2倍
C．木块所受墙面的摩擦力方向向下
D．木块所受墙面的摩擦力不变
AD　[由于木块是静止的，因此木块与墙之间的摩擦力为静摩擦力．木块在水平方向受到推力F和墙对它的弹力，它们是一对平衡力，即FN＝F，则当F增加到2F时，FN也增加到2F，A正确；在竖直方向上，木块的重力与墙面对木块的静摩擦力是一对平衡力，即木块受到墙面的静摩擦力大小恒等于木块的重力大小，方向与重力的方向相反，沿墙壁向上，B、C错误，D正确．]
二、非选择题(本题共6小题，共60分．按题目要求作答)
11．(10分)如图8所示，甲、乙是测定动摩擦因数常用的两种方案，根据你的经验和相关知识回答下列问题．
甲　　　　　　　　　　　　乙
图8
(1)用水平力拉木块A或B，为了保证弹簧测力计的读数表示A、B间的滑动摩擦力，下列说法中正确的是________．
A．甲图中只要A相对B滑动即可，乙图中A必须做匀速运动
B．乙图中只要A相对B滑动即可，甲图中B必须做匀速运动
C．若两种装置中，被拉木块均做匀速运动，则两种情况下两弹簧测力计的读数相同
D．若两种装置中，被拉木块均做匀速运动，则甲图中弹簧测力计的读数较大
(2)设木块A和B的质量分别为mA＝2 kg，mB＝4 kg，木块A和B间的动摩擦因数μ1＝0.2，木块B与地面间的动摩擦因数μ2＝0.3，弹簧测力计中弹簧的劲度系数k＝100 N/m，g取10 m/s2.则在甲图中，B匀速运动时，外力FB的大小为________N，弹簧测力计中弹簧的伸长量为________cm.
[解析]　(1)题图甲中拉动B时，木块B受到向左的摩擦力，由于木块A相对地面静止，只要A相对B滑动即可，题图乙中，A必须做匀速运动，摩擦力才等于拉力，A正确，B错误．若两种装置中，被拉木块均做匀速运动，滑动摩擦力等于弹簧弹力，由于A对B压力相等，因此滑动摩擦力相等，故弹簧测力计示数相等，C正确，D错误．
(2)A、B间滑动摩擦力f1＝μ1mAg＝4 N，B与地面间滑动摩擦力f2＝μ2(mA＋mB)g＝18 N．题图甲中，B受f1、f2两个摩擦力作用，且方向均向左，故FB＝f1＋f2＝22 N，弹簧测力计弹力F1＝f1＝4 N，由F1＝kx1得x1＝4 cm.
[答案]　(1)AC　(2)22　4
12．(10分)如图9甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．
图9
(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_________________________.
(2)实验中需要测量的物理量有：________________________________.
(3)图乙是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度x的F-x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m.图线不过原点的原因是__________________________．
(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：
A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；
B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度L0；
C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；
D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；
E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式；首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；
F．解释函数表达式中常数的物理意义；
G．整理仪器．
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：__________________________.
[解析]　(1)根据实验目的可知还需要刻度尺以测量弹簧原长和形变量．
(2)根据实验目的，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或对应的长度)．
(3)取图像中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入F＝kx＋b可得k＝200 N/m.由于弹簧自身的重力，使得弹簧在不加外力时就有形变量．
(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG.
[答案]　(1)刻度尺　(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或对应的长度)
(3)200　弹簧自身的重力使其在不加外力时就有形变量
(4)CBDAEFG
13．(10分)如图10所示，重20 N的物块放在水平桌面上，用F＝8 N的水平拉力拉物块，可使其做匀速直线运动．求：
图10
(1)物块所受的滑动摩擦力为多大？
(2)物块和桌面间的动摩擦因数为多大？
(3)当水平拉力增大到16 N时，物块受到的滑动摩擦力为多大？
(4)物块运动过程中突然撤去外力，在物块停止运动前它受到的摩擦力为多大？
[解析]　(1)物块匀速运动时，在水平方向和竖直方向都受到平衡力的作用，如图所示．水平方向受到水平拉力F和滑动摩擦力f，物块匀速运动时，这两个力大小相等、方向相反，即f＝F.所以物块所受的滑动摩擦力f＝8 N.
(2)竖直方向由二力平衡得：
桌面对物块的支持力N＝G＝20 N，
由滑动摩擦力公式f＝μN，
得μ＝＝＝0.4.
(3)当水平拉力增大到16 N时，这时拉力和滑动摩擦力不再相等，应当用滑动摩擦力公式求解．
由于f＝μN，且μ和N都没有变，
所以这时的滑动摩擦力f＝μN＝0.4×20 N＝8 N.
(4)当撤去拉力后，在停止运动前，物块始终受到滑动摩擦力的作用．由f＝μN，且μ和N均未变，可知f＝8 N.
[答案]　(1)8 N　(2)0.4　(3)8 N　(4)8 N
14．(10分)如图11所示，已知弹簧B、C的劲度系数分别为k1、k2，钩码的质量为m，弹簧C的右端在a点时刚好没有形变．不计滑轮的摩擦．将弹簧C的右端由a点沿水平拉到b点时，弹簧B刚好没有形变．求a、b两点间的距离.

图11
[解析]　由题知，开始时C无形变．设B的压缩量为x1，由胡克定律得k1x1＝mg
得x1＝
弹簧C的右端拉到b点时，B无形变，设C的伸长量为x2，
则k2x2＝mg
得x2＝
所以a、b两点间的距离为x＝x1＋x2＝mg.
[答案]　mg
15．(10分)由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度L的关系图像如图12所示，求：

图12
(1)该弹簧的原长为多少？
(2)该弹簧的劲度系数为多少？
[解析]　解法一：(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长，由题图可知该弹簧的原长为L0＝15 cm.
(2)据F＝kx得劲度系数：k＝＝，由图线可知，该弹簧伸长量ΔL＝25 cm－15 cm＝10 cm时，弹力变化量ΔF＝50 N．所以k＝＝ N/m＝500 N/m.
解法二：根据胡克定律得F＝k(L－L0)，代入图像中的两点(0.25,50)和(0.05，－50)．
可得50＝k(0.25－L0)
－50＝k(0.05－L0)
解得L0＝0.15 m＝15 cm，k＝500 N/m.
[答案]　(1)15 cm　(2)500 N/m
16．(10分)如图13所示，A物体重力为20 N，B物体重力为10 N，力F竖直向下，A与水平面间的动摩擦因数μ＝0.4，其余摩擦不计，求(1)(2)两种情况下物体A受什么摩擦力？大小如何？(假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
图13
(1)F＝0时由静止释放B物体；
(2)F＝10 N时由静止释放B物体；
(3)若要使A匀速运动，所加力F的大小是多少？
[解析]　(1)F＝0时，A所受最大静摩擦力为f静max＝μmAg＝8 N，此时mBg＞f静max，故A将运动，A所受摩擦力为滑动摩擦力，大小为f滑＝μmAg＝8 N.
(2)当F＝10 N时，A所受最大静摩擦力为f静max′＝μ(F＋mAg)＝12 N，此时mBg＜f静max′，故A静止，A所受摩擦力为静摩擦力，大小为f静＝mBg＝10 N.
(3)若A匀速运动，此时滑动摩擦力大小等于B的重力大小，故此时有：μ(mAg＋F)＝mBg，代入数据得：F＝5 N，故所加力F的大小是5 N.
[答案]　(1)滑动摩擦力　8 N　(2)静摩擦力　10 N　(3)5 N