人教版高中物理必修一第三章《相互作用——力》测试卷(含答案解析)

一、选择题
1．如图所示，小明同学借助放满书籍的整理箱做摩擦力探究实验，发现随着水平拉力的增大，静止的整理箱开始运动，箱子运动后，发现拉动箱子反而比刚拉动时省力，若假设小明施加的水平拉力随时间均匀增加，则下列能正确反映整理箱所受摩擦力随时间变化的图像是（）
A．B．
C．
D．
2．如图甲所示，推力F垂直斜面作用在斜面体上，斜面体静止在竖直墙面上，若将斜面体改成如图乙所示放置，用相同大小的推力F垂直斜面作用到斜面体上，则下列说法正确的是（）
A．乙图中墙面受到的压力可能变小
B．乙图中斜面体一定受到四个力
C．乙图中斜面体受到的摩擦力一定变小
D．乙图中斜面体可能沿墙面向上滑动
3．如图所示，在粗糙的水平面上，固定一个半径为R的半圆柱体M，挡板PQ固定在半圆柱体M上，PQ的延长线过半圆柱截面圆心O，且与水平面成30°角。

在M和PQ之间有一个质量为m的光滑均匀球体N，其半径也为R。

整个装置处于静止状态，则下列说法正确的是（）
A．N对PQ的压力大小为mg B．N对PQ的压力大小为1
2 mg
C．N对M的压力大小为mg D．N对M的压力大小为
3
3
mg
4．如图所示，放在地面上的木箱重为G1，重为G2的人站在木箱里，用力F向上推木箱，则有（）
A．人对木箱底的压力大小为G2
B．人对木箱底的压力大小为（G2-F）
C．木箱对地面的压力大小为（G1＋G2-F）
D．木箱对地面的压力大小为（G1＋G2）
5．质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。

用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图所示。

用T表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中（）
A．F逐渐变小，T逐渐变大
B．F逐渐变大，T逐渐变小
C．F逐渐变大，T逐渐变大
D．F逐渐变小，T逐渐变小
6．质量分别为1kg、2kg、1kg的木块a、b、c和两个劲度系数均为500N/m的相同轻弹簧p、q用轻绳连接，如图所示，其中a放在光滑水平桌面上．开始时p弹簧处于原长，木块都处于静止状态．现用水平力F缓慢地向左拉p弹簧的左端，直到c木块刚好离开水平地
面为止，g取10m/s2。

该过程p弹簧的左端向左移动的距离是（）
A．12cm B．10cm C．8cm D．6cm
7．作用于O点的三力平衡，设其中一个力的大小F1，沿y轴正方向，力F2大小未知，与x轴负方向夹角θ（θ<90°），如图所示。

下列说法正确的是（）
A．力F3只能在第四象限
B．F3的最小值为F1cosθ
C．力F3与F2夹角越小，则F3与F2的合力越大
D．力F3可能在第一象限的任意区域
8．下列关于常见力的说法中正确的是（）
A．物体相互作用时，先有施力物体，后又受力物体
B．有规则形状的物体，其重心一定在物体的几何中心
C．挂在电线下面的电灯对电线的拉力，是因为电灯发生微小形变而产生的
=可知，劲度系数k与弹力F成正比
D．由F kx
9．如图所示，一定质量的物块用两根轻绳悬在空中，其中绳OA固定不动，绳OB在竖直面内转动，物块保持静止。

则在绳OB由水平位置转至竖直位置的过程中，绳OB的张力大小将（）
A．一直变大B．一直变小C．先变大后变小D．先变小后变大10．如图，一个大小为60N的力F分解为两个分力，其中一个分力1F与F垂直，大小等于80N，那么另一个分力的大小是（）
A．140N B．100N C．60N D．20N
11．下列关于合力与分力的说法中正确的是（）
A．合力与分力同时作用在物体上
B．分力同时作用于物体时共同产生的效果与合力单独作用时产生的效果是相同的
C．合力一定大于分力
D．合力大小不变时，增大两等大分力间的夹角，则分力增大；当两分力大小不变时，增大两分力间的夹角，则合力增大。

12．如图所示，吊车用两根等长的绳子OA和OB将质量分布均匀的铁板匀速吊离地面，下列说法中正确的是（）
A．两根绳子对铁板的拉力和铁板的重力不是共点力
B．绳越长，两根绳对铁板拉力的合力越小
C．两根绳子对铁板拉力的合力竖直向上
D．绳越长，每根绳对铁板拉力越大
二、填空题
13．一个物块m与竖直墙壁接触，受到水平推力F的作用，F随时间变化的规律为F=4t （N）。

设物块从t=0时该起由静止开始沿墙壁竖直向下滑动，物块与墙壁间的动摩擦因数为μ（μ<1），得到物块与墙壁间的摩擦力f 随时间t变化的图象如图所示，由图可知物块的重力等于_______牛，物块与竖直墙壁间的摩擦系数为______。

14．木块A、B分别重50N和30N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.2与A、B相连接的轻弹簧被压缩了5cm，系统置于水平地面上静止不动。

已知弹簧的劲度系数为
100N/m。

用1N
F 的水平力作用在木块A上，如图所示，若木块和水平地面之间的最大静摩擦力大小等于相同压力下的滑动摩擦力，力F作用后，木块A所受摩擦力大小是
______N，木块B所受摩擦力大小是______N。

15．用穿过钢管的绳索吊起钢管，钢管重20000N，长2m，厚度忽略不计，如图所示，绳索能承受的最大拉力为12000N，绳索全长至少要________m。

16．如图所示，A 、B 两物体被一个竖直向上的力F 托着，处于静止状态，则A 物体一共受________个力，B 物体一共受________个力。

17．在两个共点力1F 和2F 大小一定的情况下，合力F 的大小与两个力的夹角θ有关： （1）当0，即两个力方向__________时，F =__________，说明合力的大小等于__________，合力的方向与__________的方向相同；
（2）当180θ︒=，即两个力方向__________时，F =__________，说明合力的大小等于__________，合力的方向跟两个力中较__________（填“大”或“小”）的那个方向相同.若1F 和2F 大小相等，则合力为__________；
（3）当90θ︒=，即两个力方向__________时，F
=__________，tan ϕ=_________，φ
为合力F 与1F 的夹角；
（4）当1F 和2F 的夹角θ在0︒到180︒之间时，越大，cos θ的值越__________，因而合力就越__________.综上所述，两个大小一定的共点力，它们的合力取值范围为
__________F ≤≤__________.
18．如图所示，长为l 的轻质细杆OA ，O 端为转轴，固定于竖直墙壁上，A 端绕接（固定）两条细绳，一绳拴重为G 的重物，另一绳跨过墙上的光滑小滑轮用力F 拉，两绳与杆的夹角分别为α、β，则力F 的大小为___________，现让杆缓慢逆时针方向转动的过程中，杆的弹力大小变化情况是__________（选填“一直变大”“一直变小”“一直不变”“先变大后变小”或“先变小后变大”）．
19．物块A 所受重力为10 N ，物块B 所受重力为20 N ，A 、B 间和B 与地面间动摩擦因数
均为0.5，绳一端系于A 上，另一端系于墙上，绳与墙成45，欲将B 匀速向右抽出，需要水平力F 大小________N ，此时AB 间的摩擦力大小为________ N 。

20．一热气球的质量为0.3t ，受到的空气浮力为3300N ，它受到的合力为____N ；如图所示，若热气球同时又受到水平气流的水平冲力400N ，则其受到的合力为______N ，方向______.
三、解答题
21．如图所示，质量为m 的物体与A 、B 两个轻弹簧相连，B 弹簧下端与地相连，其劲度系数分别为1k 和2k ，现用手拉A 的上端，使A 缓慢上移，当B 弹簧的弹力为原来的13
时，A 上端移动的距离是多少？（重力加速度取g ）
22．小明在一次劳动中负责把一个重为500kg 的装满书的书柜从教室前面搬到后面，书柜与地面间的动摩擦系数为0.4，小明最大推力为1200N ，小明沿水平方向使劲地推了一下，书柜一动也不动，这下小明心急了：教室里只剩下他一个人，怎样也推不动啊！ （1）推不动时，书柜一共受到几个力的作用、各是多大？
（2）小明要完成任务，至少要先搬走多少书才行？（计算时取
max f f =动静，210m/s g =）
23．如图所示，静止在水平地面上的质量为m =2kg 的木块，与地面的动摩擦因数为μ=0.3，其右端接一劲度系数为k =2N/cm 的轻弹簧，现在用一水平力F 作用于弹簧右端，弹簧没有超出弹性限度，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g 取10m/s 2。

(1)当F =5N ，方向向右时，求弹簧的伸长量和物体所受的摩擦力；
(2)当弹簧压缩量为4cm 时，求木块受到的摩擦力。

24．如图所示，一半球体放在水平地面上，从半球顶部沿半径方向竖直向下开一光滑小孔，孔上端固定在半球体上有一光滑小滑轮，柔软光滑的轻绳绕过滑轮两端分别系着质量为m 1、m 2的物体，两物体均可看成质点，m 2悬于空中，m 1与半球的球心O 的连线与水平面成θ角，整个装置始终处于静止状态。

若已知m 1与半球面的动摩擦因数为0.5，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin53°=0.8，cos53°=0.6
(1)假设题中53θ=︒，当两物体的质量之比12
m m 为多少时，半球体对m 1的摩擦力为零？此时地面对半球体的摩擦力为多少？ (2)假设题中53θ=︒，要使整个装置处于静止状态，试求两物体的质量之比12
m m 的取值范围。

25．质量为M 的小球A 分别与质量均为m 的小球B 、C ，用长为L 的轻杆通过铰链连接，三个小球刚好在竖直面内构成一个等边三角形，始终处于静止状态，如图甲所示。

重力加速度大小为g 。

(1)求连接球A 和球B 的轻杆对A 球的作用力大小；
(2)求地面对B 球的弹力大小和摩擦力大小；
(3)若地面光滑，当外界对A 球施加一个竖直向上的作用力F 后，三个小球仍然在竖直面内构成一个等边三角形，静止不动，如图乙所示。

求此时地面对B 球的弹力大小和外界对A 球的作用力F 的大小。

26．如图，将完全相同、质量均为4kg 的木块A 和B 叠放在水平桌面上，在16 N 的水平拉力F 1作用下，A 、B 一起做匀速直线运动。

（g 取10 N/kg ）
(1)此时木块B 上表面受到摩擦力F f1是多少？B 的下表面所受的摩擦力F f 2又是多少？
(2)桌面与木块之间的动摩擦因数是多少？
【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除
一、选择题
1．C
解析：C
刚开始整理箱处于静止状态，所受到的摩擦力是静摩擦力，静摩擦力等于拉力，随着拉力的 增大而增大，当刚要开始滑动时达到最大静摩擦力，当整理箱运动起来后受到的是滑动摩擦力，根据
f N F F m
g μμ==
滑动摩擦力是一个定值，而滑动摩擦力力略小于最大静摩擦力。

故选C 。

2．C
解析：C
【分析】
考查共点力的平衡。

A ．根据正交分解，可知两图中物体对墙的压力均为cos F θ，故A 错误；
B ．根据正交分解，可知乙图中在竖直方向上有
sin mg F θ=或sin mg F f θ=+
由于重力和F 分力大小无法确定，故f 的有无也无法确定，故B 错误；
C ．甲图中斜面提供大小为sin f mg F θ=+的摩擦力，乙图中若有摩擦力，则大小为sin f mg F θ'=-，故减小，C 正确；
D ．由甲图可知，墙面可提供的摩擦力
sin f mg F θ≥+
故sin F θ无法克服重力和摩擦力的合力而使得物体向上运动，故D 错误。

故选C 。

3．D
解析：D
对球N 受力分析，如图
设N 对M 的压力为F 1，N 对PQ 的压力为F 2，由几何关系可知，F 1和F 2与G 的夹角相等，均为30，则
12132cos303
mg F F mg ===︒ 故选D 。

4．D
解析：D
AB.对人分析，人受到重力、箱子对人的支持力，箱顶对人的压力，根据平衡有
2N G F =+
故AB 错误；
CD. 对整体分析，受总重力和支持力，有
12N G G '=+
根据牛顿第三定律，压力与支持力的大小相等，故C 错误，D 正确。

故选D 。

5．C
解析：C
以结点O 为研究对象受力分析如下图所示
由题意知点O 缓慢移动，即在移动过程中始终处于平衡状态，则可知：绳OB 的张力
B T mg =
根据平衡条件可知
T B cos 0F T θ-=
T sin 0F F θ-=
由此两式可得
B tan tan F T mg θθ==
B T cos T F θ
= 在结点为O 被缓慢拉动过程中，夹角θ增大，由三角函数可知：F 和T F 均变大。

故C 正确，ABD 错误。

故选C 。

6．A
解析：A
开始未用水平力拉p 弹簧时，弹簧q 处于压缩状态，受到的压力等于b 物体的重力，由胡克定律得弹簧q 压缩的长度为
14cm b m g x k
== 当c 木块刚好离开水平地面时，弹簧q 处于伸长状态，受到的拉力为等于c 物体的重力，根据胡克定律得弹簧q 伸长的长度为
22cm c m g x k
== 此时，弹簧p 处于伸长状态，受到的拉力等于b 、c 的总重力，则弹簧p 伸长的长度为
36cm c b m g m g x k
+== 根据几何关系得到，该过程p 弹簧的左端向左移动的距离为
12312cm s x x x =++=
故选A 。

7．B
解析：B
AD ．三力平衡时，三个力中任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线；F 1、F 2的合力F 可以在F 1与F 2之间的任意方向，故力F 3只能在AOB ∠ 之间的某个方向上（不含边界，如图所示），AD 错误；
B．当F1、F2的合力F与F2垂直时合力F最小，如下图所示根据平衡条件可得F3的最小值为
31cos
F Fθ
=
B正确；
C．F3与F2的合力大小始终与F1平衡，无论两个力的夹角大小如何，F3与F2的合力不变，C错误。

故选B。

8．C
解析：C
A. 物体相互作用时，施力物体和受力物体之间没有先后，A错误；
B. 有规则形状并且质量分布均匀的物体，其重心一定物体的几何中心上，B错误；
C. 挂在电线下面的电灯对电线的拉力，是因为电灯发生微小形变而产生的，C正确；D．劲度系数k由弹簧本身的性质决定，与弹簧的弹力无关，D错误。

故选C。

9．D
解析：D
对O点受力分析，受重力和两个拉力，如图所示。

根据平衡条件，合力为零，将两个拉力合成，与重力平衡，从图中可以看出，OB绳子的拉力先变小后变大，OA绳子的拉力一直变小，故D正确，ACD错误。

故D正确。

10．B
解析：B
由题意，根据平行四边形定则作出如下图所示
由数学知识可得
22 21100N
F F F
=+=
故选B。

11．B
解析：B
AB．合力与分力的作用效果相同，它们并不是同时作用在物体上，故A错误，B正确；CD．当两个分力大小不变时，由平行四边形定则可知，分力间的夹角越大，合力越大，合力可能大于分力（如两分力间的夹角为锐角时），也可能小于分力（如两分力间的夹角为钝角时），故CD错误。

故选B。

12．C
解析：C
A．两根绳子对铁板的拉力和铁板的重力交于一点是共点力，A错误；
BC．由于铁板保持静止，则绳子对铁板的拉力的合力和铁板的重力等大方向，则无论绳子长短如何两根绳对铁板拉力的合力大小总等于重力，B错误、C正确；
D．对铁板做受力分析如下图
则铁板在竖直方向上的受力有
2T cos
2
θ
= mg 当绳变长时，θ变小，因此T 变小，D 错误。

故选C 。

二、填空题
13．05
解析：0.5
[1]由题可知，物体先受滑动摩擦力后受静摩擦力，由图可知，当t =10s 以后，物体受到的重力等于静摩擦力等于10N 。

[2]由图可知，t =5s 时，物体受到的滑动摩擦力为f =10N ，水平推力为
F =4×5N=20N
故摩擦因数为
0.5f
F
μ=
= 14．5
解析：5
[1][2]由题意知A 、B 与地面间的最大静摩擦力分别为
0.250N 10N mA A f G μ==⨯= 0.230N 6N mB B f G μ==⨯=
根据胡克定律得弹簧的弹力大小为
1000.05N 5N F kx ==⨯=弹
当1N F =时，有
4mA F F N f -=<弹
mB F f <弹
所以两物体都保持静止状态，则由平衡条件得A 所受摩擦力为
4N A f F F =-=弹
方向水平向右；B 所受的摩擦力为
5N B f F ==弹
方向水平向左。

15．6
解析：6
设钢管长为L ，绳索长为l ，两绳中的合力等于钢管的重力
2cos T mg θ=
其中
cos θ=
代入数据解得
3.6m l = 16．4
解析：4
[1][2]以整体为对象可知，墙面对A 无弹力，故墙面对A 也无摩擦力，所以A 物体受到重力、B 对A 的支持力，B 对A 的摩擦力三个力，B 受到重力，A 对B 的压力、摩擦力，和外力F 共4个力。

17．相同分力之和两个力相反分力之差大零垂直小小
解析：相同 12F F + 分力之和 两个力 相反 12F F - 分力之差 大 零 垂直
2
1
F F 小 小 12F F - 1
2F F + (1)[1][2][3][4]当
0，即两个力方向相同，合力12F F F =+，说明合力的大小等于分力
之和，合力的方向与两个力方向相同；
(2)[5][6][7][8][9]当180θ︒=，即两个力方向相反时，合力12F F F =-，说明合力的大小等于两分力之差，合力的方向跟两个力中较大的那个方向相同，若1F 和2F 大小相等，则合力为零；
(3)[10[11][12]当90θ︒=，即两个力方向垂直，由勾股定理得
F =
φ为合力F 与1F 的夹角；
2
1
tan F F ϕ=
(4)[13][14][15][16]当1F 和2F 的夹角θ在0︒到180︒之间时，越大，cos θ的值越小，因而合力就越小，综上所述，两个大小一定的共点力，它们的合力取值范围为
1212F F F F F -≤≤+
18．一直不变【分析】以A 点为研究对象分析受力情况作出力图根据平衡条件由数学正弦定理求解力F 的大小当杆缓慢逆时针转动时整个装置处于动态平衡状态以A 点为研究对象分析受力情况作出力图根据平衡条件运用三角形相似
解析：
sin sin G β
α
一直不变 【分析】
以A 点为研究对象，分析受力情况，作出力图，根据平衡条件，由数学正弦定理求解力F 的大小。

当杆缓慢逆时针转动时，整个装置处于动态平衡状态，以A 点为研究对象，分析受力情况，作出力图。

根据平衡条件，运用三角形相似法，得出杆的弹力大小与边长AO ， BO 及物体重力的关系，再分析其变化情况。

以A 点为研究对象，分析受力情况，作出力图，根据平衡条件得知，N 与F 的合力F 合与G 大小相等，方向相反，如图
根据数学上正弦定理得
sin sin F F
βα
=合 又因为=F G 合 则
sin =
sin G F β
α
当杆缓慢逆时针转动时，整个装置处于动态平衡状态，则根据三角形相似定理得
F N
AO BO
=合 式中AO ，BO ，F 合不变，则N 一直不变。

19．67333
解析：67 3.33
[1][2]．A 、B 的受力分析如图所示．
对A ：由平衡条件得：
11 45T f N F sin F F μ︒== …①
1 45T N A F cos F m g ︒+=…②
联立①、②两式可得：
120
N 3
N F =
1110
N 3.33N 3
f N F F μ==
= 对B ，根据平衡条件得：
121211150
3
2f f f N f N B f B F F F F F F F m g F m g μμμ='+='+=++=+=
（）N=16.67N 20．500与竖直向上成53°
解析：500 与竖直向上成53° [1] 热气球受到重力和空气浮力合力为：
33003000300N F =-=
方向竖直向上。

[2] 若热气球同时又受到水平气流的水平冲力400N ，根据平行四边形可知：
F '=
[3]方向与竖直方向成53°
三、解答题
21．12211()3mg k k +或12
411()3mg k k + 开始时B 弹簧原压缩量为
12
mg
k x =
，A 弹簧无形变，所以： 情况一：B 弹簧现压缩量为
2213mg k x =
A 弹簧现拉长量为
3123
mg k x =
A 上端移动的距离为
12312
211()3mg k k x x x -+=
+ 情况二：B 弹簧现拉长量为
2213mg k x =
A 弹簧现拉长量为
3143
mg k x =
则A 上端移动的距离为
12312
411()3x mg k k x x ++=
+ 22．（1）见解析；（2）200kg
（1）对书柜受力分析可知，推不动时，书柜受重力、支持力、推力以及摩擦力四个力的作用，重力
50010N 5000N G mg ==⨯=
根据平衡条件可知，支持力
5000N N G ==
小明的推力
1200N F =
摩擦力等于小明的最大推力故
1200N f =
（2）小明要想推动书柜，应搬走部分书，使最大静摩擦力小于等于1200N ；则有
f G μ'='
解得
1200
N 3000N 0.4
G =
=' 剩余书的质量
300kg m '=
因此要先搬走的书的质量为
Δ500kg 300kg 200kg m =-=
23．(1)2.5cm ，5N ，水平向左；(2)6N ，水平向右 (1)最大静摩擦力为
6N m f mg μ==
当F =5N ，方向向右时，弹簧的伸长量
5
cm=2.5cm 2
F x k ∆=
= 物体所受的摩擦力为5N ，方向水平向左；
(2)当弹簧压缩量为4cm 时，弹力为F=kx=8N ，此时物体发生滑动，则木块受到的滑动摩擦力为
6N f mg μ==
方向水平向右。

24．(1)5 3
，0；(2)1
2
15m m ≤
≤ (1)若半球体对m 1的摩擦力为零，对m 1受力分析如图
将重力正交分解，根据共点力平衡条件得到 x 方向有
1cos530T m g ︒-=
y 方向有
1sin 530N m g ︒-=
据题意得知
T =m 2g
联立解得
1253
m m = 对半球体m 1、m 2整体受力分析，只受重力和支持力这一对平衡力，相对地面并无运动趋势，故地面对半球体的摩擦力为零
(2)若m 2有上滑趋势，受到的摩擦力沿切线向下且达到最大值，此时有
m 1g cos53°+μm 1g sin53°=m 2g
解得
1
2
1m m = 若m 2有下滑趋势，受到的摩擦力沿切线向上且达到最大值，此时有
m 1g cos53°=m 2g +μm 1g sin53°
解得
1
2
5m m = 两物体的质量之比1
2
m m 的取值范围是
1
2
15m m ≤
≤
25．Mg ；(2)()2M m g +Mg ；(3)mg ，Mg (1)对A 球
12cos300F Mg '︒-=
解出：13
F Mg '=。

(2)对B 球
11cos300N F F mg ''-︒-=
11sin300f F F ''︒-=
11F F '''=
解出：1(
)2N M F m g =+，1f F =。

(3)对小球B 进行受力分析知：由于不受地面的摩擦力，故轻杆对B 的作用力为0；同理轻杆对C 的作用力也为0。

对于A 球
0F Mg -=
对于B 球
N F mg =
解出：N F mg =，F Mg =。

26．(1)0，16 N ；(2)0.2
(1)A 做匀速运动，水平方向不受力 所以B 上表面
F f1＝0
下表面
F f2＝F 1＝16 N
(2)由
F N ＝（m A ＋m B ）g
F f2＝μF N
解得
μ＝0.2。