物理高一上册 第三章 相互作用——力单元综合测试(Word版 含答案)

一、第三章 相互作用——力易错题培优（难）
1．水平传感器可以测量器械摆放所处的水平角度，属于角度传感器的一种，其作用就是测量载体的水平度，又叫倾角传感器。

如图为一个简易模型，截面为内壁光滑的竖直放置的正三角形，内部有一个小球，其半径略小于内接圆半径，三角形各边有压力传感器，分别感受小球对三边压力的大小，根据压力的大小，信息处理单元能将各边与水平面间的夹角通过显示屏显示出来。

如果图中此时BC 边恰好处于水平状态，将其以C 为轴在竖直平面内顺时针缓慢转动，直到AC 边水平，则在转动过程中（ ）
A ．当BC 边与AC 边所受压力大小相等时，A
B 处于水平状态 B ．球对A
C 边的压力一直增大 C ．球对BC 边的压力一直减小
D ．BC 边所受压力不可能大于球的重力 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】
对正三角形内部的小球受力分析，如图所示
由几何关系可知，随着角度θ从0°到120°增大过程中，角α与角θ之和保持不变，且α + θ = 120°，所以角β也保持不变，β = 60°，由平衡条件和正弦定理得
()
sin sin sin 120AC BC N N G
βθθ==︒- 所以球对AC 边的压力
23
sin sin sin sin sin 60AC
AC G G N N θθθβ'====︒ 球对BC 边的压力
()()()23
sin 120sin 120sin 120sin sin 60BC
BC G G N N G θθθβ'==︒-=︒-=︒-︒ A ．当BC 边与AC 边所受压力大小相等时，即AC
BC N N ''=，则θ = 60°，此时AB 处于水平状态，故A 正确；
BC ．角度θ从0°到120°增大过程中，sin θ和()sin 120θ︒-都是先增大后减小，所以球对AC 边的压力和球对BC 边的压力都是先增大后减小，BC 错误；
D ．当0 < θ < 60°时，BC
N G '>，即BC 边所受压力有可能大于球的重力，故D 错误。

故选A 。

2．如图所示，在固定光滑半球体球心正上方某点悬挂一定滑轮，小球用绕过滑轮的绳子被站在地面上的人拉住。

人拉动绳子，球在与球面相切的某点缓慢运动到接近顶点的过程中，试分析半球对小球的支持力N 和绳子拉力T 大小如何变化（ ）
A ．N 增大，T 增大
B ．N 增大，T 减小
C ．N 不变，T 减小
D ．N 不变，T 增大
【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
对球受力分析，受重力、支持力和拉力，根据平衡条件作图，如图所示
图中矢量三角形与三角形ABC 相似，故
mg N T
AC BC AB
== 解得
BC
N mg AC = AB T mg AC
=
由于AB 变小，AC 不变、BC 也不变，故N 不变，T 变小，故ABD 错误，C 正确； 故选C 。

【点睛】
利用相似三角形求解物体的平衡，根据受力分析找到力的三角形，和空间几何三角形相似，对应边成比例。

3．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 θ，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 5
mg 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 2
mg 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 。

4．如图所示，一质量为m 的木块靠在竖直粗糙墙壁上，且受到水平力F 的作用，下列说法正确的是（ ）
A．若撤去F，木块沿墙壁下滑时，木块受滑动摩擦力大小等于mg
B．若木块静止，当F增大时，木块受到的静摩擦力随之增大
C．若木块与墙壁间的动摩擦因数为μ，则当撤去F时，木块受到的滑动摩擦力大小等于μmg
D．若木块静止，则木块受到的静摩擦力大小等于mg，方向竖直向上
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
AC．若撤去推力后，墙壁对物体的支持力减小为零，故最大静摩擦力减为零，物体只受重力，做自由落体运动；故AC错误；
BD．木块在推力作用下静止时，处于平衡态，受推力F、重力G、向上的静摩擦力f和向右的支持力N，如图
根据共点力平衡条件：F=N，G=f，当推力增大时，物体仍然保持静止，故静摩擦力的大小不变，始终与重力平衡；B错误，D正确；
故选D。

5．如图所示，横截面为直角三角形的斜劈P，靠在粗糙的竖直墙面上，力F通过球心水平作用在光滑球Q上，系统处于静止状态。

当力F增大时，系统仍保持静止，下列说法正确的是（）
A．斜劈P所受合外力增大B．斜劈P对竖直墙壁的压力不变
C．墙面对斜劈P的摩擦力可能增大D．球Q对地面的压力不变
【答案】C
【解析】 【分析】 【详解】
A ．由于系统仍保持静止，斜劈P 所受合外力仍为零，保持不变，A 错误；
B ．将斜劈和球作为一个整体，当F 增大时，斜劈P 对竖直墙壁的压力也增大，B 错误；
C ．如果斜劈原来受到的摩擦力向上，增大F 时，球对斜劈斜面的压力变大，斜劈受到的摩擦力可能减小，而如果斜劈原来受到的摩擦力向下，增大F 时，球对斜劈的压力变大，斜所受摩擦力变大，C 正确；
D ．将斜劈和球作为一个整体，在竖直方向上，如果斜劈与墙壁间的摩擦力变化，球对地面的压力也会变化，D 错误。

故选C 。

6．在一竖直平面内有一高速逆时针旋转的飞轮，内壁粗糙，当把一物体静止放在圆心正下方A 点，随着飞轮旋转，物体也会运动，运动最高点C 后又滑下来，最后静止在B 点。

若∠AOB =α，∠COB =β，物体与接触面间的摩擦因素为μ，则下列说法中正确的是（ ）
A ．物体上升时受到的滑动摩擦力与运动方向相反
B ．物体与接触面间的摩擦因素μ=tanα
C ．若增大转速，则物体停留的位置在B 点左上方
D ．若仅增大物体的质量，物体最后静止的位置在B 点左上方。

【答案】B 【解析】 【分析】
分析摩擦力对于物体是运动的动力还是阻力，可很快分析出摩擦力的方向，由于虽物体静止于B 点但受到的仍为滑动摩擦力，与飞轮转动速度大小无关，当物体处于静止状态时，对物体进行受力分析可求解。

【详解】
A ．物体上升的过程中，受到的摩擦力是物体上升的动力，与运动方向相同，A 错误；
B ．当静止在B 点时，受力平衡，对物体进行受力分析，可得
sin cos mg mg αμα=
因此，可以推出
tan μα=
B 正确；
C ．由于物体力受到的摩擦力为滑动摩擦力，与运动速度无关，因此增大转速后，物体仍停留在B 点，C 错误；
D ．当物体停留在B 点时，满足
sin cos mg mg αμα=
两边质量消去，因此停留的位置与物体的质量无关，D 错误。

故选B 。

7．2018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，cos α 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
8．如图所示，两个半圆柱A 、B 紧靠着静置于水平地面上，其上有一光滑圆柱C ，三者半径均为R 、C 的质量为m ，A 、B 的质量都为0.5m ，与地面的动摩擦因数均为μ。

现用水平向右的力拉A ，使A 一直缓慢向右移动，直至C 恰好降到地面。

整个过程中B 保持静止。

设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g 。

下列说法正确的是（ ）
A ．未拉A 时，C 受到
B 作用力的大小F mg = B ．动摩擦因数的最小值min 32
μ=
C ．整个过程中，C 的位移大小为(31)R -
D ．A 移动过程中，受到的摩擦力大小为A f mg μ= 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．未拉A 时，对C 进行受力分析，由平衡条件可知
2cos30F mg =
解得
3F =
故A 错误；
B ．
C 恰好降落到地面时，B 对C 的支持力最大为F m ，对物体B 进行受力分析，由平衡条件
有
m C 2cos 60F m g =
C m min B cos30()2
m g
F m g μ=+
由于m c =m ，m B =0.5m 代入解得
min 3μ=
故B 正确；
C ．整个过程中，由数学关系可知C 的位移大小为
22sin154sin15x R R =⨯=
故C 错误；
D ．A 移动过程中，A 对地面的正压力有
C N A 2
m g
F m g mg =+
= 地面对A 的摩擦力等于
A N f F mg μμ==
故D 正确。

故选BD 。

9．如图所示，在水平地面上放置一个边长为a 、质量为M 的正方体，在竖直墙壁和正方体之间放置半径为R （R <a ）、质量为m 的光滑球体，球心O 与正方体的接触点A 的连线OA 与竖直方向的夹角为θ。

已知重力加速度为g ，正方体与水平地面的动摩擦因数为
3
μ=
，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，球和正方体始终处于静止状态，且球没有掉落地面，下列说法正确的是（ ）
A ．正方体对球的支持力的大小为mg tan θ
B ．若θ=45°，球的半径不变，只增大球的质量，为了不让正方体滑动，球的质量最大为
31
2
M + C ．若球的质量m =
12M ，则正方体的右侧面到墙壁的最大距离是32R + D ．当正方体的右侧面到墙壁的距离小于3
2
R 时，无论球的质量是多少，正方体都不会滑动 【答案】BCD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．以球为研究对象，受力如图
由平衡条件知
1cos F mg θ=
则正方体对球的支持力的大小
1cos mg
F θ
=
故A 错误；
B ．以正方体和球整体为研究对象，竖直方向受重力()m M g +和地面的支持力N F ，水平方向受墙壁的弹力2F 和地面的摩擦力f F ，根据平衡条件，有
()N F m M g =+
2f tan45F mg F =︒≤
f N F F μ=
联立解得球的质量
31
m M +≤
故B 正确； C ．若球的质量m =
1
2
M ，对整体分析，有 ()N F m M g =+
2f tan F mg F θ=≤
f N F F μ=
联立解得
60θ≤︒
则正方体的右侧面到墙壁的最大距离是
32
sin 60L R R R +=+︒=
故C 正确；
D ．由上述分析知，正方体不滑动的条件
tan ()mg m M g θμ≤+
即
3tan (1)M m
θ≤
+ 当30θ≤︒时，上述式子必定成立，此时正方体的右侧面到墙壁的距离
3
sin sin 302
L R R R R R θ=+≤+︒=
所以当正方体的右侧面到墙壁的距离小于3
2
R 时，无论球的质量是多少，正方体都不会滑动，故D 正确。

故选BCD 。

10．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 23
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
cos 3
F α=
当=0α︒时，拉力F 最大为
3F mg =
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
()cos 603
T α=
︒- 开始时=60α︒，拉力T 最大，且
max 2sin 30T mg =>︒ 最后=0α︒，拉力T 最小，且
min 2sin 303T mg mg =
<︒ 即物块A 所受摩擦力先变小后变大，故C 正确；
D ．因为
()cos 603
T α=
︒- 即T 逐渐减小，故D 错误。

故选AC 。

11．如图所示，M 、N 两物体叠放在一起，在恒力F 作用下，一起向上做匀加速直线运动，则关于两物体受力情况的说法正确的是（ ）
A ．物体M 一定受到4个力
B ．物体N 可能受到4个力
C ．物体M 与墙之间一定有弹力和摩擦力
D ．物体M 与N 之间一定有摩擦力
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
M 、N 两物体一起向上做匀加速直线运动，合力向上，对MN 整体进行受力分析，受到重力和F ，墙对M 没有弹力，否则合力不能向上，也就不可能有摩擦力；对N 进行受力分析，得：N 受到重力，M 对N 的支持力，这两个力的合力不能向上，所以还受到M 对N 向上的静摩擦力，则N 也给M 一个沿斜面向下的静摩擦力，再对M 进行受力分析，得：M 受到重力、推力F 、N 对M 的压力以及N 给M 沿斜面向下的静动摩擦力，一共4个力，故AD 正确，BC 错误; 故选AD ．
12．如图所示，物体P 、Q 用轻绳连接后跨过定滑轮，物体P 静止在倾角为37°角的斜面上，斜放木板上悬挂着Q ，已知P 、Q 的质量P m ，Q m 大小的关系为34
Q P m m =，今将斜放木板的倾角从37°增到60°，物体P 仍保持静止而没有滑动，若不计滑轮处的摩擦，则下列说法中正确的是（ ）
A ．绳子的张力变大
B ．物体P 受到的静摩擦力将先减小后增大
C ．物体P 对斜板的压力将变大
D ．滑轮受到绳子的作用力将变大
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】 A ．物体P 保持静止状态，绳子的张力等于Q 的重力，则绳子的张力将不变，A 错误； B ．木板的倾角为37︒时,物体P 受到的静摩擦力大小为
133sin 370.1545
Q P P P P f m g m g m g m g m g =-︒=-= 方向沿斜面向下。

木板的倾角为60︒时,物体P 受到的静摩擦力大小为
2sin 600.46P Q P f m g m g m g =︒-=
方向沿斜面向上。

可知物块P 受到的摩擦力先减小到零后增大，B 正确；
C ．开始时斜面对P 的支持力为
1cos370.8P P N m g m g =︒=
后来斜面对P 的支持力为
2cos 600.5P P N m g m g =︒=
所以物体对斜板的压力将变小，C 错误；
D ．斜放木板的倾角从37︒增到60︒时，绳子之间的夹角减小，由于绳子的拉力大小不变，所以绳子的合力增大，则滑轮受到绳子的作用力将变大，D 正确。

故选BD 。

【点睛】
由题，物体P 保持静止状态，绳子的张力等于Q 的重力。

根据P 受力平衡，可求出物体P 受到的静摩擦力和支持力，再分析各力的变化情况。

13．如图所示，水平面上等腰三角形均匀框架顶角30BAC ∠=︒，一均匀圆球放在框架内，球与框架BC 、AC 两边接触但无挤压，现使框架以顶点A 为转轴在竖直平面内顺时针方向从AB 边水平缓慢转至AB 边竖直，则在转动过程中（ ）
A ．球对A
B 边的压力先增大后减小
B ．球对B
C 边的压力先增大后减小
C ．球对AC 边的压力一直增大
D ．球的重心位置一直升高
【答案】AC
【解析】
【分析】
【详解】
ABC ．对球受力分析可知球受重力、AB 边和AC 边的支持力，两支持力的夹角为120°，BC 边与球间没有弹力，根据平衡条件可知三个力可以构成首尾相连的矢量三角形，如图
根据正弦定理有
==sin 30sin sin AC AB F F mg a
β︒ 解得
sin sin 30AB F mg α︒=
sin sin 30
AC F mg β︒= 在框架以定点A 为转轴在竖直平面顺时针从AB 边水平缓慢转至AB 边竖直过程中α减小，β增大，由于α先大于90°后小于90°，所以sinα先增加后减小，因此F AB 先增大后减小，F AC 一直增加，故A 正确，B 错误，C 正确；
D ．在框架以顶点A 为转轴在竖直平面内顺时针方向从AB 边水平缓慢转至AB 边竖直过程中，球的重心在BC 边水平时最高，故转动过程中球的重心先升高后降低，故D 错误。

故选AC 。

14．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3f ，由三力平衡条件可知d 受到的摩擦力大小为3f ，同理c 受到的摩擦力大小也为3f ，选项
C 正确，
D 错误。

故选ABC 。

15．如图所示，将质量为m 的小球用橡皮筋悬挂在竖直墙的O 点，小球静止在M 点，N 为O 点正下方一点，ON 间的距离等于橡皮筋原长，在N 点固定一铁钉，铁钉位于橡皮筋右侧．现对小球施加拉力F ，使小球沿以MN 为直径的圆弧缓慢向N 运动，P 为圆弧上的点，角PNM 为60°．橡皮筋始终在弹性限度内，不计一切摩擦，重力加速度为g ，则
A ．在P 点橡皮筋弹力大小为
12mg B ．在P 点时拉力F 5 C ．小球在M 向N 运动的过程中拉力F 的方向始终跟橡皮筋垂直
D ．小球在M 向N 运动的过程中拉力F 先变大后变小
【答案】AC
【解析】
A 、设圆的半径为R ，则2MN R =，ON 为橡皮筋的原长，设劲度系数为k ，开始时小球二力平衡有2k R mg ⋅=；当小球到达P 点时，由几何知识可得sin30NP MN R =⋅︒=，则橡皮筋的弹力为k F k R =⋅，联立解得2
k mg F =，故A 正确．B 、小球缓慢移动，即运动到任意位置均平衡，小球所受三个力平衡满足相似三角形，即
NMP ∆∆∽力，2k F mg F R R MP ==，因3MP R =，可得3F mg =,故B 错误．C 、同理
，则拉力F始终垂直于橡皮筋的弹在缓慢运动过程中由相似三角形原理可知MN MP
力，C正确．D、在两相似三角形中，代表F大小的边MP的长度一直增大，故F一直增大，故D错误．则选AC．
【点睛】三力平衡可以运用合成法、作用效果分解法和正交分解法，而三力的动态平衡就要用图解法或相似三角形法，若有直角的还可以选择正交分解法．。