高一上册物理 第三章 相互作用——力专题练习(解析版)

一、第三章 相互作用——力易错题培优（难）
1．如图所示，竖直面内有一圆环，轻绳OA 的一端O 固定在此圆环的圆心，另一端A 拴一球，轻绳AB 的一端拴球，另一端固定在圆环上的B 点。

最初，两绳均被拉直，夹角为θ（2π
θ>）且OA 水平。

现将圆环绕圆心O 顺时针缓慢转过90°的过程中（夹角θ始终不变），以下说法正确的是（ ）
A ．OA 上的张力逐渐增大
B ．OA 上的张力先增大后减小
C ．AB 上的张力逐渐增大
D ．AB 上的张力先增大后减小
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
取球为研究对象，缓慢转动过程可视为平衡状态，物体受到重力mg ，OA 绳子的拉力OA F ，AB 绳子的拉力AB F ，这三个力合力为零，可构成如图所示的矢量三角形，由动态图分析可知OA F 先增大后减小，AB F 一直减小到零。

故选择B 。

2．如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为m 和2m 的物块A 、B ，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A 、B 间的接触面和轻绳均与木板平行。

A 与B 间、B 与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

当木板与水平面的夹角为45°时，物块A 、B 刚好要滑动，则μ的值为（ ）
A ．13
B ．14
C ．15
D ．16
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
当木板与水平面的夹角为45︒时，两物块刚好滑动，对A 物块受力分析如图
沿斜面方向，A 、B 之间的滑动摩擦力
1cos 45f N mg μμ==︒
根据平衡条件可知
sin 45cos45T mg mg μ=︒+︒
对B 物块受力分析如图
沿斜面方向，B 与斜面之间的滑动摩擦力
23cos 45f N mg μμ='=⋅︒
根据平衡条件可知
2sin 45cos453cos45mg T mg mg μμ︒=+︒+⋅︒
两式相加，可得
2sin 45sin 45cos45cos453cos45mg mg mg mg mg μμμ︒=︒+︒+︒+⋅︒
解得
15
μ=
故选C 。

3．如图所示，在粗糙地面上放有一装有定滑轮的粗糙斜面体，将两相同的A 、B 两物体通过细绳连接处于静止状态，用水平力F 作用于物体B 上，缓慢拉开一小角度，斜面体与物体A 仍然静止。

则下列说法正确的是（ ）（不计绳的质量和绳与滑轮间的摩擦）
A ．水平力F 变小
B ．物体A 所受合力变大
C ．物体A 所受摩擦力不变
D ．斜面体所受地面的摩擦力变大
【答案】D
【解析】
【分析】 先对物体B 进行受力分析，根据共点力平衡条件求出绳的拉力，再对A 进行受力分析，同样根据共点力平衡条件得出各个力的情况，对斜面体所受地面的摩擦力可以用整体法进行分析。

【详解】
A ．对
B 物体进行受力分析，如图
根据共点力平衡条件
B tan F m g θ=，B cos m g T θ
= 在缓慢拉开B 的过程中，θ角度变大，故绳上的张力T 变大，水平力F 增大，故A 错误； B ．因物体A 始终处于静止，故A 所受合外力为0，B 错误；
C ．物体A 受重力、支持力、细线的拉力，可能没有摩擦力，也可能有沿斜面向下的静摩擦力，还有可能受斜面向上的静摩擦力。

故拉力T 增大后，静摩擦力可能变小，也可能变大，故C 错误；
D ．对整体分析可以知道，整体在水平方向受拉力和静摩擦力作用，因拉力变大，故静摩擦力一定变大，故D 正确。

故选D 。

【点睛】
整体法与隔离法相结合。

4．如图所示，斜面体置于粗糙水平地面上，斜面体上方水平固定一根光滑直杆，直杆上套有一个滑块．滑块连接一根细线，细线的另一端连接一个置于斜面上的光滑小球．最初斜面与小球都保持静止，现对滑块施加水平向右的外力使其缓慢向右滑动至A 点，如果整个过程斜面保持静止，小球未滑离斜面，滑块滑动到A 点时细线恰好平行于斜面，则下列说法正确的是（ ）
A ．斜面对小球的支持力逐渐减小
B ．细线对小球的拉力逐渐增大
C ．滑块受到水平向右的外力逐渐增大
D ．水平地面对斜面体的支持力保持不变
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．对小球受力分析可知，沿斜面方向
cos sin T mg αθ=
在垂直斜面方向
sin cos N F T mg αθ+=
（其中α是细线与斜面的夹角，θ为斜面的倾角），现对滑块施加水平向右的外力使其缓慢向右滑动至A 点，α变小，则细线对小球的拉力T 变小，斜面对小球的支持力N F 变大，故A B 错误；
C ．对滑块受力分析可知，在水平方向则有
sin cos()cos()sin (cos tan sin )cos mg F T mg θαθαθθθαθα
+=+==- 由于α变小，则有滑块受到水平向右的外力逐渐增大，故C 正确；
D ．对斜面和小球为对象受力分析可知，在竖直方向则有
sin()N mg Mg F T θα'+=++
由于()αθ+变小，所以水平地面对斜面体的支持力逐渐增大，故D 错误。

故选C 。

5．如图所示，小球A 置于固定在水平面上的光滑半圆柱体上，小球B 用水平轻弹簧拉着系于竖直板上，两小球A 、B 通过光滑滑轮O 用轻质细线相连，两球均处于静止状态，已知B 球质量为m ，O 点在半圆柱体圆心O 1的正上方，OA 与竖直方向成30°角，OA 长度与半圆柱体半径相等，OB 与竖直方向成45°角，则下列叙述正确的是
A ．小球A 、
B 受到的拉力T OA 与T OB 相等，且T OA ＝T OB ＝3mg
B ．弹簧弹力大小2mg
C ．A 球质量为6m
D ．光滑半圆柱体对A 球支持力的大小为mg
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A 、
B 、隔离对B 分析，根据共点力平衡得：
水平方向有：T OB sin45°=F
竖直方向有：T OB cos45°=mg ，
则2OB T mg =，弹簧弹力 F =mg ，
根据定滑轮的特性知：T OA 与T OB 相等；故A ，B 错误.
C 、
D 、对A 分析，如图所示：
由几何关系可知拉力T OA 和支持力N 与水平方向的夹角相等，夹角为60°，则N 和T 相等，有：2T OA sin60°=m A g ，
解得：6A m m =，由对称性可得：2OA N T mg ==，故C 正确，D 错误.
故选C.
【点睛】
解决本题的关键能够正确地受力分析，运用共点力平衡进行求解．本题采用隔离法研究比较简便．
6．在一半径为R 、质量为m 的乒乓球内注入质量为M 的水，但未将乒乓球注满，用水平“U ”形槽将其支撑住，保持静止状态，其截面如图所示。

已知“U ”形槽的间距d =R ，重力加速度为g ，忽略乒乓球与槽间的摩擦力，则“U ”形槽侧壁顶端A 点对乒乓球的支持力大小为（ ）
A ．()M m g +
B ．()3M m g +
C ．3()M m g +
D ．2()M m g +
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】 以乒乓球和水为研究对象，受力分析如图
根据平衡条件有
()2sin 2sin60F F M m g θ=︒=+
A 点对乒乓球的支持力大小为
()33
F M m g =
+ 选项B 正确，ACD 错误。

故选B 。

7．如图所示，固定有光滑竖直杆的三角形斜劈放置在水平地面上，放置于斜劈上的光滑小
球与套在竖直杆上的小滑块用轻绳连接，开始时轻绳与斜劈平行。

现给小滑块施加一个竖直向上的拉力F ，使小滑块沿杆缓慢上升，整个过程中小球始终未脱离斜劈，则（ ）
A ．小球对斜劈的压力逐渐减小
B ．斜劈对地面压力保持不变
C ．地面对斜劈的摩擦力逐渐减小
D ．轻绳对滑块的拉力先减小后增大
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
AD ．对小球受力分析，受重力、支持力和细线的拉力，如图所示
根据平衡条件可知，细线的拉力T 增加，故轻绳对滑块的拉力增大，小球受到的斜劈的支持力N 逐渐减小，根据牛顿第三定律，小球对斜面的压力也减小，故A 正确，D 错误； BC ．对球和滑块整体分析，受重力、斜面的支持力N ，杆的支持力N ′，拉力F ，如图所示
根据平衡条件，有水平方向
sin N N θ'=
竖直方向
cos F N G θ+=
由于N 减小，故N ′减小，F 增加；
对小球、滑块和斜劈整体分析，在竖直方向
F N
G +=地总
故
N G F =-地总
根据牛顿第三定律，斜劈对地面压力减小。

整体在水平方向不受力，故地面对斜劈的摩擦力始终为零，故BC 错误。

故选A 。

8．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。

9．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 2.4
L R
=和
2
2.5
L 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1
2
N
N，则以下说法正确的是
A．1
2
24
25
m
m
=B．1
2
25
24
m
m
=
C．1
2
25
24
N
N
=D．1
2
24
25
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
1
m 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：11
11
,
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 ==，12212524
N l N l ==
10．如图，半圆柱体半径为4R ，固定在水平面上。

竖直挡板紧靠柱体低端，使半径为R 的光滑小球停在柱体与挡板之间，球与柱体接触点为M 。

现将挡板保持竖直，缓慢的向右移动距离R 后保持静止，球与柱体接触点为N （未画出）。

以下判断正确的是（ ）
A ．挡板移动过程中，挡板对小球的弹力变小
B ．挡板移动过程中，柱体对小球的弹力变大
C ．小球在M 、N 两点所受挡板的作用力大小之比为3∶4
D ．小球在M 、N 两点所受柱体的作用力大小之比为3∶4
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．设小球的质量为m ，先对小球受力分析，受重力、半圆柱体对小球的支持力N 1和挡板对小球的支持力N 2，如图：
根据共点力平衡条件，有：
1cos N mg θ=
2tan N mg θ=
当挡板向右移动时，θ增大，挡板对小球得支持力增大，柱体对小球的弹力变大。

选项A 错误，B 正确；
C ．连接半圆柱体的圆心O 1和小球的圆心O 2，则
1245O O R R R =+=
过O 2做竖直线与地面交于P 点，则
143O P R R R =-=
所以
()()22
2121 4O P O O O P R -=＝
所以
212124
cos 0.853tan 0.754O P R O O R
O P R O P R θθ==＝＝＝＝
所以 1 1.25mg cos 0.8
mg mg N θ＝＝＝ 当将挡板保持竖直，缓慢地向右移动距离R 后保持静止后，由几何关系可得
cos 0.6θ= 所以
153
N mg '＝ 所以小球在M 、N 两点所受柱体的作用力大小之比为
11 1.253543
N mg N mg '＝＝ 选项C 错误，D 正确。

故选BD 。

11．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3μ=，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312
M C ．若球的质量m =12M 32R + D ．当正方体的右侧面到墙壁的距离小于32
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 31m M +≤
故B 正确；
C ．若球的质量m =12
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
32sin 602
L 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)3M 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
3sin sin 302L R R R R R θ=+≤+︒=
所以当正方体的右侧面到墙壁的距离小于
32
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 。

12．如图所示，重力为G 的圆柱体A 被平板B 夹在板与墙壁之间，平板B 与底座C 右端的铰链相连，左端由液压器调节高度，以改变平板B 与水平底座C 间的夹角θ，B 、C 及D 总重力也为G ，底座C 与水平地面间的动摩擦因数为μ(0.5＜μ＜1)，平板B 的上表面及墙壁是光滑的。

底座C 与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是( )
A ．C 与地面间的摩擦力总等于2μG 不变
B ．θ角增大时，地面对
C 的摩擦力可能先增大后不变
C ．要保持底座C 静止不动，应满足tan θ≥2μ
D ．若保持θ=45°不变，圆柱体重力增大ΔG ，仍要保持底座C 静止，则ΔG 的最大值ΔG m =211G μμ
-- 【答案】BD
【解析】
【分析】
用整体法和隔离体法对圆柱体和整体进行受力分析，再根据力的正交分解可求得各力。

【详解】
AB ．对A 进行受力分析，如图所示
则
1cos N G θ=
12sin N N θ=
对B 、C 、D 做为一个整体受力分析，如图所示
根据平衡条件，则地面摩擦力为
2f N =
联立得
tan f G θ=
可知，随θ角增大，地面对C 的摩擦力增大，当摩擦力超过最大静摩擦力后，变为滑动摩擦力，此时2f G μ=滑，保持不变，故A 错误，B 正确；
C ．最大静摩擦力
m 2f G μ=
因此，要保持底座C 静止不动，应满足
m f f ≤
整理可得
tan 2θμ≤
故C 错误；
D ．若保持θ=45°不变，圆柱体重力增大ΔG ，仍要保持底座C 静止，则
m tan 2f G G f G G θμ=+∆≤=+∆（）（）
代入数据，整理得 ΔG 211G μμ
-≤
- D 正确。

故选BD 。

13．如图所示，斜面体A 静止在水平面上，质量为m 的滑块B 在外力1F 和2F 的共同作用下沿斜面向下运动，当1F 方向水平向右，2F 方向沿斜面向下时，地面对斜面体摩擦力的方向水平向左，则下列说法正确的是（ ）
A ．若只撤去1F ，在滑块
B 仍向下运动的过程中，A 所受地面摩擦力方向可能向右 B ．若只撤去2F ，在滑块B 仍向下运动的过程中，A 所受地面摩擦力方向可能向右
C ．若只撤去1F ，在滑块B 仍向下运动的过程中，A 所受地面摩擦力减小
D ．若同时撤去1F 和2F ，滑块B 所受合力方向一定沿斜面向下
【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
当斜劈A 表面光滑（设斜面的倾角为θ，A 的质量为m A ，B 的质量为m B ），对A 分析有
A ．撤去1F 前有
()1cos sin sin B f F m g θθθ+=
如果撤去1F ，使A 相对地面发生相对运动趋势的外力大小是
2sin cos sin N B F m g θθθ=
因为
()1cos sin cos sin sin B B m g m g F θθθθθ<+
所以A 所受地面的摩擦力仍然是静摩擦力，为
cos sin B f m g θθ'=
其方向仍然是向左而不可能向右，故A 错误；
B ．如果撤去2F ，在物体B 仍向下运动的过程中，使A 相对地面有向右滑动趋势的外力是
()1cos sin sin B F m g F θθθ=+
与2F 是否存在无关；所以撤去2F ，在物体B 仍向下运动的过程中，A 所受地面的摩擦力
应该保持不变，方向仍然向左，故B 错误；
C ．由A 选项的分析可知只撤去1F ，在滑块B 仍向下运动的过程中，A 所受地面摩擦力减小；故C 正确；
D ．若同时撤去1F 和2F ，滑块B 沿斜面方向只有沿斜面向下的重力的分力。

故合力方向一定沿斜面向下，故D 正确。

当斜劈A 上表面粗糙时（设A 表面的动摩擦因数为μ），在斜劈A 表面粗糙的情况下，B 在F 1、F 2共同作用下沿斜面向下的运动就不一定是匀加速直线运动，也可能是匀速直线运动。

根据题意知在B 沿斜劈下滑时，受到A 对它弹力F N 和滑动摩擦力f 1，根据牛顿第三定律，这两个力反作用于A ，斜劈A 实际上就是在这两个力的水平分力作用下有相对地面向右运动的趋势的，所以
1sin cos N F f θθ>
又因为
所以
sin cos N N F F θμθ>
即
tan μθ<
A ．如果撤去F 1，在物体
B 仍向下运动的过程中，有
1cos N B f F m g μμθ==
假设此时A 受的摩擦力f A 方向向左，则
1sin cos N A F f f θθ=+
即
sin cos (sin cos )0A N N N f F F F θμθθμθ=-=->
所以假设成立斜劈A 有相对地面向右运动的趋势，摩擦力方向是向左，故A 错误； B ．无论A 表面是否粗糙，F 2的存在与否对斜劈受地面摩擦力大小都没有影响，故撤去F 2后，斜劈A 所受摩擦力的大小和方向均保持不变，故B 错误；
C ．撤去F 1前有
()1cos sin N B F m g F μθθ=+
结合A 选项分析可知撤去F 1后F N 变小，故f A 变小，故C 正确；
D ．同时撤出F 1和F 2，由以上分析可以知道
sin tan cos B m g Bg θθ>
所以物体B 所受的合力沿斜面向下，故D 正确。

综上分析可知无论斜劈A 上表面是否光滑CD 均正确，AB 均错误。

故选CD 。

14．如图所示，将两块光滑平板OA 、OB 固定连接，构成顶角为60°的楔形槽，楔形槽内放置一质量为m 的光滑小球，整个装置保持静止，OA 板与水平面夹角为15°．现使楔形槽绕O 点顺时针缓慢转动至OA 板竖直，重力加速度为g ，则转动过程中( )
A ．OA 板对小球的作用力一直在减小
B ．OB 板对小球的作用力一直在增大
C ．OA 板对小球作用力的最大值为23 mg
D ．OB 板对小球的作用力大小为mg 时，OA 板对小球的作用力大小也为mg
【答案】BCD
【解析】
在转动过程中，60A B N N G ∠=︒恒定不变，为此可组成以A B N N 为直径得圆，在转动过程中弦A N G 恒定不变，如图所示：
当B 从开始位置转动到竖直位置，即B N 从1到2的过程中，A N 在增大，B N 也在增大；当B 从竖直位置继续转动到A 在竖直位置，即B N 从2到4的过程中，A N 在减小，B N 在增大；故整个过程OA 板对小球的作用力先增大后减小，而B 板对小球的作用力一直在增大，故A 错误，B 正确；当B 在竖直位置时OA 板对小球作用力最大，此时的受力分析，如图所示：
根据平衡条件得：
23
60
A
mg
N G
sin
==
︒
，故C正确；当OC线竖直时，球处于静止状态，受力平衡，根据几何关系可知，两挡板对球的弹力大小相等，且夹角为120︒，根据平衡条件得：N=mg，故D正确；故选BCD.
15．如图所示，质量均为M的
A、B两滑块放在粗糙水平面上，两轻杆等长，杆与滑块。

杆与杆间均用光滑铰链连接，在两杆铰合处悬挂一质量为m的重物C，整个装置处于静止状态，设杆与水平面间的夹角为θ。

下列说法正确的是（）
A．当m一定时，θ越大，轻杆受力越小
B．当m一定时，滑块对地面的压力与θ无关
C．当m和θ一定时，M越大，滑块与地面间的摩擦力越大
D．只要增大m，M一定会滑动
【答案】AB
【解析】
【详解】
A．将C的重力按照作用效果分解，如图所示
根据平行四边形定则有
12
1
2
sin2sin
mg mg
F F
θθ
===
故m一定时，θ越大，轻杆受力越小，故A正确；
B．对ABC整体分析可知，地面对整体的支持力为
()N 2F M m g =+
地面对整体的支持力与θ无关，则滑块对地面的压力与θ无关，故B 正确；
C ．对A 分析，受重力、杆的推力、支持力和向右的静摩擦力，根据平衡条件有
1cos 2tan mg f F θθ
== 当m 和θ一定时，f 与M 的大小无关，故C 错误；
D ．以整体为研究对象，竖直方向根据平衡条件可得A 受到的支持力
12
N F Mg mg '=+ 增大m ，都不能使M 沿地面滑动时满足的条件为
N
F f μ'≥ 即
122tan mg
Mg mg μθ
⎛⎫+≥ ⎪⎝⎭ 解得 ()tan ta 1221n m M M m m μθθ≥
=+⎛⎫+ ⎪⎝⎭
当m →∞大时，有 1tan μθ≥
即当1tan μθ≥时，增大m ，不能使M 沿地面滑动；若1tan μθ
<时，增大m ，M 会滑动，故D 错误。

故选AB 。