湖南省怀化三中第三章 相互作用——力单元测试卷(含答案解析)

一、第三章相互作用——力易错题培优（难）
1．如图所示，O点有一个很小的光滑轻质圆环，一根轻绳AB穿过圆环，A端固定，B端悬挂一个重物。

另一根轻绳一端固定在C点，另一端系在圆环上，力F作用在圆环上。

圆环静止时，绳OC与绳OA水平，F与OA的夹角为45°。

现改变力F，圆环位置不变，且重物始终处于平衡状态，则下列说法中正确的是（）
A．改变F方向时绳AB中拉力将改变
B．当F沿逆时针旋转时，F先增大后减小
C．当F沿顺时针旋转时，绳OC中的拉力先增大后减小
D．F沿逆时转过的角度不能大于90°
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A．因为重物始终处于平衡状态，所以AB绳子的拉力的大小与重物的重力大小相等，不变化，选项A错误；
BC．对环受力分析，环受AO和BO两绳子的拉力，以及绳子CO和F的拉力；环的位置不变，则AB绳子的拉力不变，AO与BO的合力也不变，方向沿它们的角平分线，根据共点力平衡的特点可知，CO与F的合力与AO、BO的合力大小相等，方向相反；当力F的方向变化时，做出F与CO上的拉力的变化如图：
由图可知，当沿逆时针族转时，F先减小后增大，绳OC的拉力减小；而当F沿顺时针旋转时，F逐渐增大，绳OC的拉力增大，选项BC错误；
D．由于F与CO绳子的拉力的合力方向与水平方向之间的夹角是45°，可知F沿逆时转过的角度不能大于90°，选项D正确。

故选D。

2．内壁光滑的球体半径为R ，一长度小于直径的轻杆两端固定质量分别为m A 、m B 的小球A 、B 。

将轻秆置于球体内部后。

最终静止在图示位置不动，球心O 与轩在同一竖直平面内，过球心O 竖直向下的半径与杆的交点为M ，2
R OM =。

下列判断正确的是（ ）
A ．A
B m m <
B ．球体内壁对A 球的支持力A A 2N m g =
C ．轻杆对B 球的支持力有可能小于B 球的重力
D ．若增大m A ，θ角会增大 【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】 A ．假设两球质量相等，则杆应处于水平位置，现A 位于B 的下方，可知m A ＞m B ．故A 错误； B ．以A 球为研究对象，A 球受到重力m A g 、球体内壁对A 球的支持力N A 、杆的压力F 。

由平衡条件知，m A g 与F A 的合力与N A 等大、反向。

运用平行四边形定则作出力的合成图如图。

根据三角形相似得：
A A N m g OA OM
= 由OA ＝R ，OM 2
R =，解得 N A ＝2m A g
故B 正确；
C ．以B 球为研究对象，分析其受力情况如图。

根据几何知识有 β＞α，则在图中，一定有
F B＞m B g，即轻杆对B球的支持力一定大于B球的重力，故C错误；
D．若增大m A，A球下降，θ角会减小，故D错误。

故选B。

3．如图所示，木块B静止在水平地面上，木块A叠放在B上。

A的左侧靠在光滑的竖起墙面上。

关于A、B的受力情况，下列说法中正确的是（）
A．B对A的作用力方向一定竖直向上
B．B对A的作用力一定大于A的重力
C．地面对B的摩擦力方向可能向右
D．地面对B的支持力大小等于A、B的总重力
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
AB．对A受力分析可知：若A与B的接触面光滑，则A受重力、支持力及墙壁对A的支持力作用，A处于静止状态，合力为零，由于A、B之间的接触面倾斜，则B对A的支持力垂直接触面斜向上，且大于A的重力。

若接触面粗糙，A受到重力、B对A的支持力，还可能受到B对A的摩擦力，有可能A还受到墙壁的支持力；当墙壁对A没有支持力时，B 对A的支持力与摩擦力的合力与A的重力大小相等，方向相反。

由以上分析可知，故A错误，B错误；
C．若A与B的接触面光滑，木块B受重力、地面的支持力、A对B斜向下的压力以及地面的摩擦力处于静止状态，合力为零，则摩擦力方向水平向左。

若接触面粗糙，木块B受重力、地面的支持力、A对B斜向下的压力以及A对B的静摩擦力，其中A对B斜向下的压力以及A对B的静摩擦力的合力与A的重力大小相等，方向竖直向下，所以B不受地面的摩擦力，故C错误；
D．对整体进行受力分析可知，整体在竖直方向合外力为零，故地面对B的支持力一定等于两物体的重力，故D正确。

故选D。

4．如图所示，固定倾斜直杆上套有一个质量为m的小球和两根原长均为L的轻弹簧，两根轻弹簧的一端与小球相连，另一端分别固定在杆上相距为2L的A、B两点。

已知直杆与
水平面的夹角为θ，两弹簧的劲度系数均为k=3sin
mg
L
，小球在距B点
4
5
L的P点处于
静止状态，重力加速度为g 。

则小球在P 点处受到摩擦力为（ ）
A ．sin 5mg f θ=
，方向沿杆向下 B ．sin 5mg f θ=，方向沿杆向上 C ．sin 2
mg f θ=，方向沿杆向下 D ．sin 2mg f θ=，方向沿杆向上 【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
小球在P 点时两根弹簧的弹力大小相等，设为F ，根据胡克定律有
45F k L L ⎛⎫=- ⎪⎝
⎭ 设小球静止时受到的摩擦力大小为f ，方向沿杆向下，根据平衡条件有
sin 2mg f F θ+=
解得
sin 5
mg f θ=
方向沿杆向下，选项A 正确，BCD 错误。

故选A 。

5．如图所示的装置中，在A 端用外力F 把一个质量为m 的小球沿倾角为30°的光滑斜面匀速向上拉动，已知在小球匀速运动的过程中，拴在小球上的绳子与水平固定杆之间的夹角从45°变为90°，斜面体与水平地面之间是粗的，并且斜面体一直静止在水平地面上，不计滑轮与绳子之间的摩擦．则在小球匀速运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A ．地面对斜面体的静摩擦力始终为零
B ．绳子对水平杆上的滑轮的合力一定大于绳子的拉力
C ．绳子A 端移动的速度大小大于小球沿斜面运动的速度大小
D ．外力F 一定增大
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
D ．设连接小球的绳子与水平方向的夹角为θ，对小球沿斜面方向，由平衡条件有
cos -30sin 30T mg θ︒=︒（）
则当θ角从45°变为90°的过程中，绳子的拉力T 变大，因F =T ，则外力F 一定增大，选项D 正确；
A ．对小球和斜面的整体，地面对斜面体的静摩擦力等于绳子拉力的水平分量，则地面对斜面体的静摩擦力
cos f T θ=
可知随θ角的增加，地面对斜面的静摩擦力f 是变化的，选项A 错误；
B ．当θ=90°时，滑轮两边绳子的夹角为120°，根据几何关系和平行四边形定则可知此时刻绳子对水平杆上的滑轮轴的合力等于绳子的拉力，选项B 错误；
C ．将小球的速度v 分解可知，绳子的速度
cos 30v v θ=-︒绳()
可知绳子移动的速度大小小于小球沿斜面运动的速度的大小，选项C 错误。

故选D 。

6．如图所示，轻杆的一端固定一光滑球体，杆以另一端O 为自由转动轴，而球又搁置在光滑斜面上，若杆与竖直墙面的夹角为β，斜面倾角为θ，开始时β<θ，且β+θ<90°，则为使斜面能在光滑水平面上缓慢向右运动，在球体离开斜面之前，作用于斜面上的水平外力F 的大小、轻杆受力T 和地面对斜面的支持力N 的大小变化情况是（ ）
A ．F 逐渐增大，T 逐渐减小，N 逐渐减小
B ．F 逐渐减小，T 逐渐减小，N 逐渐增大
C ．F 逐渐增大，T 先减小后增大，N 逐渐增大
D ．F 逐渐减小，T 先减小后增大，N 逐渐减小
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
对小球受力分析，受到重力mg 、支持力N 和杆的支持力T ，如图
根据共点力平衡条件，有
sin sin sin()
N T mg βααβ==+ 解得 sin sin()sin cot cos mg N mg βαβββα==+⋅+，sin sin()
T mg ααβ=+ 对斜面体受力分析，受到推力F 、重力Mg 、支持力F N 和压力N ，如图
根据共点力平衡条件，有
N sin α=F
Mg +N cos α=F N
解得
sin sin sin cot cos cot cot mg mg F N mg αααβαβα
⋅===⋅++ N cos tan cot 1mg F Mg N Mg ααβ=+=+
⋅+ 故随着β的增大，T 减小，F 增大，F N 增大；故ABD 错误，C 正确。

故选C 。

7．如图所示，光滑的圆环固定在竖直平面内，圆心为O ，三个完全相同的小圆环a 、b 、c 穿在大环上，小环c 上穿过一根轻质细绳，绳子的两端分别固定着小环a 、b ，通过不断调整三个小环的位置，最终三个小环恰好处于平衡位置，平衡时绳子ac 、bc 段夹角为120°，已知小环的质量为m ，重力加速度为g ，轻绳与c 的摩擦不计。

则（ ）
A ．a 与大环间的弹力大小为mg
B ．绳子的拉力大小为3mg
C ．c 受到绳子的拉力大小为3mg
D ．c 与大环间的弹力大小为3mg
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】 AB ．三个小圆环能静止在光的圆环上，由几何知识知aoc 恰好能组成一个等边三角形，对a 受力分析如图所示：
在水平方向上有
cos30cos 60a T N ︒=︒
在竖直方向上有
sin 30sin 30a T N mg ︒+︒=
解得
a N T mg ==
选项A 正确，B 错误；
C ．c 受到绳子拉力的大小为
2sin 30T T mg '=︒=
选项C 错误；
D ．以c 为对象受力分析，在竖直方向上有
c N mg T '=+
解得
2c N mg mg mg =+=
选项D 错误。

故选A 。

8．如图所示，质量为m 的正方体和质量为M 的正方体放在两竖直墙和水平面间，处于静
止状态。

m 与M 的接触面与竖直方向的夹角为α，若不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A ．水平面对正方体M 的弹力大小大于（M +m ）g
B ．水平面对正方体M 的弹力大小为（M +m ）g ·cosα
C ．墙面对正方体M 的弹力大小为mg tanα
D ．墙面对正方体M 的弹力大小为
tan mg α
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．对M 和m 构成的整体进行受力分析，受重力G 、底面支持力N ，两侧面的支持力M N 和m N ，如图：
两物体受力平衡，根据共点力平衡条件有
水平方向，墙面对正方体M 的弹力大小
M m N N =
竖直方向，水平面对正方体M 的弹力大小
N G M m g ==+（）
选项AB 错误；
CD ．对m 进行受力分析，受重力mg 、墙面支持力N m ，M 的支持力N '，如图：
在木块受力平衡的过程中，根据共点力平衡条件有
竖直方向
sin mg N α'=
水平方向
cos m N N α'=
解得
sin mg N α
'= cot tan m mg N mg αα==
所以墙面对正方体M 的弹力大小
tan M m mg N N α
==
选项C 错误，D 正确。

故选D 。

9．20世纪末，由于生态环境的破坏，我国北方地区3、4月份沙尘暴天气明显增多。

近年来，我国加大了环境治理，践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念，沙尘天气明显减少。

现把沙尘上扬后的情况简化为沙尘颗粒悬浮在空中不动。

已知风对沙尘的作用力表达式为F =αρAv 2，其中α为常数，ρ为空气密度，A 为沙尘颗粒的截面积，v 为风速。

设沙尘颗粒为球形，密度为ρ0，半径为r ，风速竖直向上，重力加速度为g ，则v 的表达式为（ ）
A
B
C
D
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
沙尘悬浮时受力平衡，根据平衡条件有
mg F =
其中
30043
m V r ρρπ⨯==
由题意知
2
2
F Av
A r
αρ
π
=
=，
联立以上四式得
4
3
gr
v
ρ
αρ
=
选项B正确，ACD错误。

故选B。

10．2018年10月23日，港珠澳跨海大桥正式通车．为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索（所有钢索均处在同一竖直面内）斜拉桥，其索塔与钢索如图所示．下列说法正确的是（）
A．增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力
B．为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度
C．索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下
D．为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布
【答案】C
【解析】
【详解】
A、以桥身为研究对象，钢索对桥身的拉力的合力与桥身的重力等大反向，则钢索对索塔的向下的压力数值上等于桥身的重力，增加钢索的数量钢索对索塔的向下的压力数值不变，故A错误；
B、由图甲可知2cos
T Mg
α=，当索塔高度降低后，α变大，cosα变小，故T变大，故B错误
C、由B的分析可知，当钢索对称分布时，2cos
T Mg
α=，钢索对索塔的合力竖直向下，故C正确
D、受力分析如图乙，由正弦定理可知，只要
sin sin
AC
AB
F
F
αβ
=，钢索AC、AB的拉力F
AC、F AB 进行合成，合力竖直向下，钢索不一定要对称分布，故D错误；综上分析：答案为C
11．表面光滑、半径为R 的半球固定在水平地面上，球心
O 的正上方'O 处有一无摩擦定滑轮，轻质细绳两端各系一个可视为质点的小球挂在定滑轮上，如图所示．两小球平衡时，若滑轮两侧细绳的长度分别为1 2.4L R =和2 2.5L R =，则这两个小球的质量之比为
1
2
m m ，小球与半球之间的压力之比为12N N ，则以下说法正确的是
A ．1224
25m m = B ．122524m m = C ．
122524
N N = D ．
122425
N N = 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
试题分析：先以左侧小球为研究对象，分析受力情况：重力1m g 、绳子的拉力T 和半球的支持力N ，作出力图．
由平衡条件得知，拉力T 和支持力N 的合力与重力mg 大小相等、方向相反．设
OO h '=，根据三角形相似得：
，解得：1111
,Th TR m g N l l =
=…①同理，以右侧小球为研究对象，得：2222
Th TR
m g N l l =
=，…②，由①：②得12212524m l m l ==，122125
24
N l N l ==
12．如图所示，倾角为30°的斜面体静止在水平地面上，轻绳一端连着斜面上一质量为m 的物体A ，轻绳与斜面平行，另一端通过两个滑轮相连于天花板上的P 点。

动滑轮上悬挂物体B ，开始时悬挂动滑轮的两绳均竖直.现将P 点缓慢向右移动，直到动滑轮两边轻绳的夹角为120°时，物体A 刚好要滑动。

假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物体A 与斜面间的动摩擦因数为
3。

整个过程斜面体始终静止，不计滑轮的质量及轻绳与滑轮间的摩擦。

下列说法正确的是（ ）
A ．物体
B 的质量为1.25m
B ．物体A 受到的摩擦力先减小再增大
C ．地面对斜面体的摩擦力一直水平向左并逐渐增大
D ．斜面体对地面的压力逐渐增大 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
A ．随着P 点缓慢向右移动，拉物体
B 的两边绳子拉力越来越大，当夹角为120o 时绳子拉力恰好等于B 物体的重力，此时物体A 恰好达到最大静摩擦力将向上滑动，则
o o B sin 30cos30mg mg m g μ+=
解得
B 1.25m m =
A 正确；
B ．初始时刻，拉物体B 的两边绳子竖直时，绳子拉力
o B 1
0.625sin 302
T m g m mg =
=> 此时A 受摩擦力沿斜面向下，因此当P 缓慢移动过程中，绳子拉力逐渐增大，A 受斜面的
摩擦力一直增大，B 错误；
C ．将物体A 与斜面体做为一个整体，设拉物体B 的绳子与水平方向夹角为θ ，则斜面体受地面的摩擦力
cos f T θ=
随P 点缓慢移动，绳子拉力T 越来越大，绳子与水平夹角θ越来越小，地面对斜面体的摩擦力越来越大，C 正确；
D ．将物体A 、B 及斜面体做为一个整体，在P 向右缓慢移动的过程中，绳子拉力的竖直分量为
B 1
sin 2
T m g θ=
保持不变，因此地面的支持力保持不变，D 错误。

故选AC 。

13．如图所示直角三角形框架OMN 的OM 、ON 初始位置分别处于水平和竖直方向上，且
30NMO ∠=︒，一个重为G 的光滑小球位于框架内且恰好与OM 、ON 、MN 三边相切，但
接触点未必都有弹力。

现以O 点为轴缓慢将框架在同一竖直平面内顺时针转动一周的过程中，下列说法正确的是（ ）
A ．转动θ为0到
2
π
的过程中，MN 边受到小球的压力一直为零。

B ．转动一周的过程中，当MN 边第一次处于竖直位置时ON 边受到的力最大且为3
3
C ．转动一周的过程中OM 边受到的力最大值为2G
D ．转动一周的过程中有可能存在使OM 、ON 、MN 三边都同时受力的位置 【答案】ABC 【解析】 【分析】 【详解】
A ．转动θ为0到
2
π
的过程中如图所示，MN 边在小球的上方，MN 边受到小球的压力一直为零，故A 正确；
BCD ．转动一周的过程中，当MN 边在小球的上方时，MN 边受到小球的压力一直为零，设ON 边与水平方向的夹角为1θ，如图所示
根据平衡条件可得ON 边受到的力
21cos θN F G G =<
OM 边受到的力
11sin θN F G G =<
当OM 边在小球的上方时，OM 边受到小球的压力一直为零，设MN 边与水平方向的夹角为2θ，如图所示
根据平衡条件和正弦定理可得
2
sin 60sin θON F G
=︒
可知，当290θ=︒时，即MN 边第一次处于竖直位置时ON 边受到的力最大，最大为
23
sin 60ON G F G =
=︒ 当ON 边在小球的上方时，ON 边受到小球的压力一直为零，设OM 边与水平方向的夹角为3θ，如图所示
根据平衡条件和正弦定理可得
3sin 30sin(150)
OM F G θ=︒︒-
可知，当360θ=︒时，OM 边受到的力最大，最大为
2sin 30ON G
F G =
=︒
所以转动一周的过程中不可能存在使OM 、ON 、MN 三边都同时受力的位置，故B 、C 正确，D 错误； 故选ABC 。

14．如图所示，把倾角为30°的粗糙斜面体C 固定于水平地面上，质量为2m 的物块A 通过跨过光滑轻定滑轮的轻绳与质量为m 的小球B 连接，O 点为轻绳与定滑轮的接触点，初始时，小球B 在水平向右的拉力F 作用下，使轻绳OB 段与水平拉力F 的夹角为θ=120°，A 、B 均保持静止状态。

现改变拉力F ，并保持夹角θ大小不变，将小球B 向右上方缓慢拉起至OB 水平，物块A 始终保持静止状态。

g 为重力加速度，关于该过程下列说法正确的是（ ）
A ．拉力F 最大为
23
3
mg B ．拉力F 一直变小 C ．物块A 所受摩擦力先变小后变大 D ．轻绳拉力先变大后变小
【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
A ．设O
B 绳与水平面夹角为α，因=120θ︒不变，且小球B 受力平衡，有
()cos 60cos F T αα︒-= ()sin 60sin F T mg αα︒-+=
代算可得
23
cos F α=
当=0α︒时，拉力F 最大为
23
F =
故A 正确；
B ．由题意可知α的取值范围是
060α︒≤≤︒
且α是从60°逐渐减小到0°，则拉力F 一直变大，故B 错误； C ．因为OB 绳的拉力T 满足
()cos 60cos F T αα︒-=
则有
()23
cos 60T α=
︒- 开始时=60α︒，拉力T 最大，且
max 23
2sin 303
T mg mg =
>︒ 最后=0α︒，拉力T 最小，且
min 3
2sin 303
T mg mg =
<︒ 即物块A 所受摩擦力先变小后变大，故C 正确； D ．因为
()23
cos 603
T mg α=
︒- 即T 逐渐减小，故D 错误。

故选AC 。

15．粗糙水平面上a 、b 、c 、d 四个相同小物块用四根完全相同的轻弹簧连接，正好组成一个等腰梯形，系统静止。

ab 之间、ac 之间以及bd 之间的弹簧长度相同且等于cd 之间弹簧长度的一半。

ab 之间弹簧弹力大小为cd 之间弹簧弹力大小的一半。

若a 受到的摩擦力大小为f ，则（ ）
A ．ab 之间的弹簧一定是压缩的
B ．b 受到的摩擦力大小为f
C ．c 3
D ．d 受到的摩擦力大小为2f
【答案】ABC 【解析】 【分析】
由题可知本题考查力的平衡和弹簧的弹力。

【详解】
A ．设弹簧的原长为0L ，ab 之间弹簧的长度为L ，则cd 之间弹簧长度为2L ，因为ab 之间弹簧弹力大小为cd 之间弹簧弹力大小的一半，所以有
0022k L L k L L -=-
即有
02L L L <<
ab 之间、ac 之间以及bd 之间的弹簧一定是压缩的，选项A 正确；
B ．由对称性可知b 受到的摩擦力和a 受到的摩擦力大小相同，等于f ，选项B 正确； CD ．对a 进行受力分析可知其所受摩擦力大小等于ab 间弹簧和ac 间弹簧的合力大小，由于ab 之间、ac 之间的弹簧长度相同且都是压缩的，所以两个弹簧对a 的弹力大小相等，又因夹角为120°，所以两个弹簧对a 的弹力大小都为f 。

d 受到两个弹簧的弹力，大小分别为f 、2f ，夹角为120°，由平行四边形定则与几何知识可知二者的合力等于3，由三力平衡条件可知d 3，同理c 受到的摩擦力大小也为
，选项C正确，D错误。

故选ABC。