人教版高一物理必修一第三章《相互作用》单元测试(含解析)

第三章
相互作用
一、单选题
1.关于力的下列各种说法中，正确的是(
)
①力是改变物体的运动状态的原因??????
②力是产生形变的原因??
③只有相互接触的物体才有力的作用????
④在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号为N
A.
①②③
B.
②③④
C.
①②④
D.
①③④
2.如图所示，在斜面上放一物体静止不动，该物体受重力G、弹力N和静摩擦力f的作用，该物体的受力示意图正确的是
A.
B.
C.
D.
3.一根轻质弹簧，竖直悬挂，原长为10cm．当弹簧下端挂2.0N的重物时，伸长1.0cm；则当弹簧下端挂8.0N的重物时，弹簧的长度为（　　）
A.
4.0?cm
B.
14.0?cm
C.
8.0?cm
D.
18.0?cm
4.下列关于力的说法正确的是(
)
A.
力一定发生在相互接触的两个物体之间
B.
重力方向总是垂直于接触面向下
C.
弹力产生在直接接触且发生弹性形变的物体之间
D.
摩擦力总是阻碍物体运动的
5.三个共点力的大小分别是2N，6N，10N，则它们的合力不可能是（　　）
A.
10N
B.
1.5N
C.
3.7N
D.
18?N
6.如图所示，质量为m的物体在与水平面成θ角的恒力F作用下沿水平面做匀速直线运动，物体与水平面间动摩擦因数为μ，则物体受到的摩擦力的大小为(
)
?
??
①Fsinθ?
　②Fcosθ?
　③μ(Fsinθ－mg)
??④μ(mg－Fsinθ)
A.
①③　　　　　　
B.
②③
C.
①④
D.
②④
7.如图所示，质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2，从t=0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=1N的作用，取g=10m/s2，向右为正方向，该物体受到的摩擦力f随时间变化的图象是（最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（　　）
?
A.
B.
C.
D.
8.跳伞运动员在空中打开降落伞一段时间后，保持匀速下降．已知运动员的重量为G1，圆顶形伞面的重量为G2，在伞面边缘有24条均匀分布的相同轻细拉线与运动员相连，每根拉线和竖直方向都成30°角．设运动员所受空气阻力不计，则每根拉线上的张力大小为（）
A.
B.
C.
D.
二、多选题
9.如图，半圆形支架BAD，两细绳OA和OB结于圆心O，下悬重为G的物体，使OA绳固定不动，将OB绳的B端沿半圆支架从水平位置逐渐移至竖直位置C的过程中，分析OA绳和OB绳所受的力大小如何变化（　　）
A.
OA绳拉力逐渐变大
B.
OA绳拉力逐渐变小
C.
OB绳拉力先变小后变大
D.
OB绳拉力逐渐变小
10.合力与分力下列说法中正确的是
A.
合力的大小一定大于每一个分力的大小
B.
合力的大小至少大于其中一个分力的大小
C.
合力的大小可能比每一个分力都大也有可能比每一个分力都小
D.
合力的大小可能与两个分力的大小相等
11.重力为G的体操运动员在进行自由体操比赛时，有如图所示的比赛动作，当运动员竖直倒立保持静止状态时，两手臂对称支撑，夹角为θ，则
A.
当时，运动员单手对地面的正压力大小为
B.
当时，运动员单手对地面的正压力大小为
C.
当θ不同时，运动员受到的合力相同
D.
当θ不同时，运动员与地面之间的相互作用力不相等
12.下列两个共点力F1与F2的合力可能为7N的是（　　）
A.
F1=6?N，F2=3N
B.
F1=3?N，F2=3N
C.
F1=1N，F2=4N
D.
F1=5N，F2=3N
13.关于两个大小不变的共点力与其合力的关系，下列说法正确的是（　　）
A.
合力大小随它们之间的夹角的减小而增大
B.
两个分力的大小同时增加10N，合力大小随之增加10N
C.
合力的大小可能小于任何一个分力
D.
合力的大小不可能小于分力中最小者
三、实验题
14.“研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示．
(1)图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是力________．
(2)本实验采用的主要科学方法是________．
A．理想实验法B．等效替代法
C．控制变量法D．建立物理模型法
(3)实验中可减小误差的措施有________．
A．两个分力F1、F2的大小要尽量大些
B．两个分力F1、F2间夹角要尽量大些
C．拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行
D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些
四、计算题
15.如图所示，一粗糙斜面倾角为37°,一质量不计的弹簧原长为10
cm，一端固定于质量m＝2
kg的物体上，另一端施一平行斜面向上的拉力F.(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，弹簧始终在弹性限度内.)
（1）若物体与斜面间的动摩擦因数为0.5，当弹簧拉长至14
cm时，物体恰好沿斜面向上匀速运动，弹簧的劲度系数多大；
（2）若将弹簧拉长至12
cm，物体受到的摩擦力大小；
（3）将弹簧拉长至多少时,物体受到的摩擦力为零.
16.灯重G=20N，AO与天花板间夹角α=30°，试求:
?(1)AO、BO两绳受到的拉力？
?(2)三根绳子完全相同，若将灯泡换为重物且不断增加重量，则这三根绳子中最先断的是哪根????
17.如图所示，质量40kg的物体在水平推力F=400N的作用下，沿倾角30°斜面匀速向上滑动。取,求
（1）物体对斜面的压力大小。
（2）物体与斜面间的动摩擦因数。（结果可用根式表示）
答案和解析
1.【答案】C
【解析】【分析】
本题根据力的作用效果、产生条件和单位进行分析，力有两种作用效果:一是改变物体的运动状态;二是使物体产生形变，力有接触力与不接触力，力的单位是牛顿。
【解答】
?①根据牛顿第二定律得知:力是产生加速度的原因，即是改变物体的运动状态的原因，故①正确。
②力能使物体产生形变，故②正确。
③力有不接触力和接触力两类，不接触也可能有力作用，比如重力、电场力和磁场力,故③错误。
④在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号为N,故④正确。故C正确。
故选:?C。
2.【答案】D
【解析】【分析】本题主要考查平衡态物体的受力，关键是明确平衡条件，及重力、支持力、摩擦力的画法。
重力的方向竖直向下，支持力垂直于斜面向上；物体有下滑的趋势，故摩擦力沿斜面向上，重力、摩擦力以及支持力的作用点都在物体的重心。
【解答】
物体处于平衡状态，过物体的重心分别沿竖直向下、垂直于斜面向上的方向画一条带箭头的线段，分别用符号G和N表示，物体有下滑的趋势，沿斜面向上画一条带箭头的线段，用f表示，如图所示，故D正确，ABC错误。
故选D。
3.【答案】B
【解析】解：当弹簧下端挂2.0N的重物时，弹簧的拉力F1=2N，弹簧伸长的长度x1=0.01m，根据胡克定律F=kx，得弹簧的劲度系数
N/m
当弹簧下端挂8.0N的重物时，弹簧的拉力F2=8N，则弹簧伸长的长度为
m，所以弹簧的长度为：l=l0+x2=0.10m+0.04m=0.14m
故选：B。
当弹簧下端挂2.0N的重物时，弹簧的拉力等于重物的重力．根据胡克定律求出弹簧的劲度系数．当弹簧下端挂8.0N的重物时，弹簧的拉力等于8N，由胡克定律求出弹簧伸长的长度，加上原长即为弹簧的长度．
弹簧的弹力与形变量的关系遵守胡克定律，公式F=kx中，x是弹簧伸长的或压缩的长度，不是弹簧的长度．
4.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查力得基本概念说法，力是物体间的相互作用，力的作用是相互的，但不一定相互接触；重力方向总是竖直向下而不是垂直于接触面向下；弹力产生的条件是物体之间直接接触且发生弹性形变；摩擦力的方向总是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势，而不是阻碍物体的运动。
【解答】
A.力的作用是相互的，力一定发生在两个物体之间，但不一定相互接触，例如磁力，故A错误；
B.重力方向总是竖直向下而不是垂直于接触面向下，故B错误；
C.弹力产生的条件是物体之间直接接触且发生弹性形变，故C正确；
D.摩擦力的方向总是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势，可以与物体运动得方向相同也可以与物体运动的方向相反，而不是阻碍物体的运动，故D错误。
故选C。
5.【答案】B
【解析】【分析】
当三个力同向的时候，合力最大，第三个力在另外的两个力合力的范围内的时候，它们的总的合力可以为零，此时合力最小。
求三个力的合力的时候，一定能要注意三个力的合力有可能为零的情况。
【解答】
2N、6N、10N方向相同的时候，合力最大为18N；
2N、6N的合力的范围是4N≤F≤8N，所以三个力的最小值为2N；
因此合力的范围是2N≤F≤18N，在这个范围内的都是可能的，所以ACD可能，B不可能，
本题选择不可能的，故选：B。
6.【答案】D
【解析】?【分析】
质量为m的物体在恒力F作用下沿水平地面做匀速直线运动，由此可知，物体处于平衡状态，对物体进行受力分析，根据正交分解法分析计算。
本题考查正交分解法解决平衡问题，关键在每个方向列出平衡方程，结合滑动摩擦力公式列式计算。
【解答】
对物体受力分析，将推力F正交分解，如图：
根据共点力平衡条件，水平方向：Fcos
θ?-f=0
，则物体受到摩擦力大小：f=Fcosθ，竖直方向：Fsinθ+N-mg=0
，摩擦力大小f
=μN=μ(mg-Fsinθ)，故②④正确。
故选D。
7.【答案】A
【解析】【分析】
先分析物体的运动情况：物体先向右做匀减速运动，当速度减到零时，根据恒力F与最大静摩擦力的关系，分析物体的状态，再研究摩擦力。
对于摩擦力，要根据物体的受力情况分析物体的状态，判断物体受到的是静摩擦力还是滑动摩擦力，滑动摩擦力可以根据公式求解，而静摩擦力由平衡条件求解。
【解答】
从t=0开始以初速度v0沿水平地面向右做匀减速运动，受到的滑动摩擦力大小为f=μmg=0.2×1×10N=2N，方向向左，为负值。
当物体的速度减到零时，物体所受的最大静摩擦力为fm=μmg=2N＞1N，则F＜fm，所以物体不能被拉动而处于静止状态，受到静摩擦力作用，其大小为f=F=1N，方向向右，为正值，根据数学知识得知，A图象正确。
故选A。
8.【答案】A
【解析】解：如图以一根丝线为例，每根丝线拉力向上的分力F1=Fcos30°=F；
由共点力的平衡条件可知：
24F1=G1；
解得：F=G1；
故选：A。
运动员受本身的重力及24根丝线的拉力而处于平衡状态；将丝线的拉力分解为水平和竖直两个方向上的分力，则竖直上的分力之和等于向下的重力．
本题注意24根绳子在竖直方向上的分力均是相同的，而向上的合力与向下的重力一定是大小相等、方向相反的．
9.【答案】BC
【解析】【分析】
OB绳的B端沿半圆支架从水平位置逐渐移至竖直的位置C的过程中，物体始终处于平衡状态，找出不变的物理量，画出平行四边形进行分析。
此题为物体平衡条件的一个应用：动态分析，处理这个类型的题需要找出不变的物理量，然后作图或找变化的物理量与不变的物理量之间的关系再加以分析，就是以不变应万变。
【解答】
解：对结点O受力分析如图：
结点O始终处于平衡状态，所以OB绳和OA绳上的拉力的合力大小保持不变，方向始终是竖直向上的。所以OA绳受力大小变化情况：逐渐变小；OB绳受力大小变化情况是：先变小后变大，故BC正确，AD错误。
故选BC。
10.【答案】CD
【解析】【分析】
（1）如果二力在同一条直线上，根据力的合成计算合力的大小，即同一直线上同方向二力的合力等于二力之和；同一直线反方向二力的合力等于二力之差．（2）如果二力不在同一条直线上，合力大小介于二力之和与二力之差之间。
解此题关键是要理解合力的大小范围：大于两力之差，小于两力之和，注意特殊情况：两力大小相等时，夹角为120°，合力大小与分力相等。
【解答】
解：A.当两个力方向相同时，合力等于两分力之和，合力才大于每一个分力，故A错误；
B.当二力反向时，合力等于二力大小之差，合力有可能小于分力，故B错误；
C.随两分力夹角的不同，合力的大小也不同，合力可能大于分力，也可能小于分力，故C正确；
D.如果两个分力分力大小相等、方向夹角为120°时，两个力的合力大小与两个分力的大小都相等，故D正确。
故选CD。
11.【答案】AC
【解析】【分析】
两手间距增大时，增大了手臂之间的夹角，两只手所受的力的合力与运动员重力平衡，由此可知合力大小不变，由于夹角的增大，合力保持不变，只每只手所受力F是增大的。
【解答】
运动员的两只手受到的地面的作用力两手臂对称支撑，夹角为θ，则在竖直方向：2F?cos=G，
A.当θ=60°时，运动员单手对地面的正压力大小与地面对手的作用力沿竖直方向的分力是相等的，可得单手对地面的正压力为F，则得F=，故A正确；
B.当θ=120°时，运动员单手对地面的正压力大小与地面对手的作用力沿竖直方向的分力是相等的，为F?cos=cos，则F=，故B错误；
C.两手臂对称支撑，夹角为θ，则在竖直方向：2F?cos=G，可知不管角度如何，运动员受到的地面对运动员的合力始终与运动员的重力大小相等，方向相反，故C正确；
D.根据牛顿第三定律可知，不管角度如何，相互作用力总是等大，故D错误。
故选AC。
12.【答案】AD
【解析】解：A、根据|F1+F2|≥F≥|F1-F2|知，6N和3N的合力范围为[3N，9N]，知合力能为7N．故A正确．
B、根据|F1+F2|≥F≥|F1-F2|知，3N和3N的合力范围为[0N，6N]，知合力不能为7N．故B错误．
C、根据|F1+F2|≥F≥|F1-F2|知，1N和4N的合力范围为[3N，5N]，知合力不能为7N．故C错误．
D、根据|F1+F2|≥F≥|F1-F2|知，5N和3N的合力范围为[2N，8N]，知合力能为7N．故D正确．
故选：AD．
根据|F1+F2|≥F≥|F1-F2|求出两个力的合力范围，看7N是否在合力范围之内．
解决本题的关键知道两个力同向时，合力最大，两个力反向时，合力最小．
13.【答案】AC
【解析】解：A、根据力的合成法则，可知合力大小随两分力间夹角的减小而增大，夹角增大而减小，故A正确；
B、F1、F2同时增加10N，根据平行四边形定则合成之后，合力的大小增加不一定是10N，故B错误；
CD、合力与几个分力共同作用的效果相同，但合力的大小不一定大于任何一个分力的大小，可以小于分力，也可以等于分力，故C正确，D错误。
故选：AC。
合力与分力的关系是等效替代的关系，解答本题应掌握二个力的合力大小公式F=及力的合成三角形定则。合力大小关系是：|F1-F2|≤F合≤F1+F2通过这两个关系进行判断。
本题考查的是合力与分力的关系，合力与分力的大小关系判断时可取几个特值比较。
14.【答案】（1）
（2）B
?
?（3）ACD
【解析】【分析】
此题主要考查验证力的平行四边形定则实验，掌握实验原理是解题关键。
（1）在实验中F和F′分别由平行四边形定则及实验得出，明确理论值和实验值的区别即可正确解答；
（2）如果相同来验证的平行四边形定则，因此采用“等效法”，注意该实验方法的应用。
（3）①明确实验原理，了解实验误差的存在，知道该实验中“理论值”和“实验值”的区别；
②根据合力与分力的关系来分析判断；在分析合力和分力的大小关系时，可以类比一下平行四边形对角线和两边之间的关系。
【解答】
（1）实验中F是由平行四边形得出的，而是通过实验方法得出的，其方向一定与橡皮筋的方向相同，方向一定沿AO方向的是；
（2）本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同，采用的科学方法是等效替代法，故B正确，ACD错误；
（3）
AB.实验要方便、准确，两分力适当大点，读数时相对误差小，夹角不宜太大，也不宜太小，合力太小，读数的相对误差大，故A正确，B错误；
C.拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，故C正确；
D.拉橡皮条的绳长些，标记同一细绳方向的点要远些，故D正确。
故选ACD。
故填：（1）；（2）B；（3）ACD。
15.【答案】解：（1）物体恰好沿斜面向上匀速运动，则：
F=f+mgsin37°；
N=mgcos37°；
又f=μN；
解得：F=μmgcos37°++mgsin37°；
代入数据得：F=20N；
由胡克定律F=k△L=k(L-L0)，得：；
即：弹簧的劲度系数为500N/m；
（2）将弹簧拉长至12cm：F?=k(L??-L0)=500×（12-10）×10-2N=10N＜mgsin37°=2×10×0.6N=12N；
所以物体受到的摩擦力：f?=mgsin37°-F?=12N-10N=2N；
即：若将弹簧拉长至12
cm，物体受到的摩擦力大小为2N；
（3）物体受到的摩擦力为零时：；
由胡克定律得：；
则；
即：将弹簧拉长至12.4cm时,物体受到的摩擦力为零。
【解析】对于摩擦力问题，首先要根据物体的受力情况，判断物体的状态，确定是何种摩擦力，再选择解题方法．静摩擦力由平衡条件求解，而滑动摩擦力可由公式或平衡条件求解。
（1）物体匀速运动时，弹簧的拉力与滑动摩擦力平衡，由平衡条件和胡克定律求出弹簧的劲度系数；
（2）若将弹簧拉长到12cm时，弹簧的拉力小于重力在斜面方向的分力，物体仍静止，由平衡条件求解物体所受到的静摩擦力大小；
（2）物体受到的摩擦力为零时，弹簧的拉力等于重力在斜面方向的分力，由平衡条件及胡克定律求解弹簧拉长至多少。
16.【答案】解：（1）将电灯所受的重力G按效果沿两个绳子方向进行分解，如图
根据平衡条件结合几何知识得：
（2）因为FOA＞FOB＞F0C，所以若将灯泡换为重物且不断增加重量，AO绳先断
【解析】本题考查共点力的平衡问题，也可以以结点O为研究对象，采用正交分解法或合成法求解。
将电灯所受的重力G分解为沿AO方向的分力和沿BO方向的分力，作出力图，由几何知识求解。
17.【答案】?
?
解：（1）对物体进行受力分析如图，沿斜面方向有??①，
所以，
垂直斜面方向有?②，
所以，
?代入数字得：；
（2）滑动摩擦力：③?
联立①②③解得?
?；
代入数字得动摩擦因数为：。答：（1）物体对斜面的压力。（2）物体与斜面间的动摩擦因数为（）。
【解析】本题是四力平衡问题，关键是受力分析后根据共点力平衡条件列式求解，注意压力不等于重力。
（1）对物体进行受力分析，分别在沿着斜面和垂直于斜面两个方向列平衡方程，带入即可求解；
（2）联立摩擦力、压力大小表达式，结合摩擦力计算公式可得。
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