人教版物理高一上册 第三章 相互作用——力单元测试题(Word版 含解析)

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，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。

3．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。

4．半径为R的球形物体固定在水平地面上，球心正上方有一光滑的小滑轮，滑轮到球面B 的距离为h，轻绳的一端系一小球，靠放在半球上的A点，另一端绕过定滑轮后用力拉住，使小球静止，如图所示，现缓慢地拉绳，在使小球由A到B的过程中，半球对小球的支持力N和绳对小球的拉力T的大小变化的情况是（）
A ．N 不变，T 变小
B ．N 不变，T 先变大后变小
C ．N 变小，T 先变小后变大
D ．N 变大，T 变小
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】 对小球受力分析如图所示，根据矢量三角形和力的图示的特点可知
mg N T h R R L
==+ 小球由A 到B 的过程，只有定滑轮左侧的绳子L 变短，h 和R 均不变，所以N 不变，T 变小，故A 正确，BCD 错误．
故选A 。

5．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】
【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。

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。

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．如图所示，顶端附有光滑定滑轮的斜面体静止在粗糙水平地面上，三条细绳结于0点，一条绳跨过定滑轮平行于斜面连接物块P ，一条绳连接小球Q ，P 、Q 两物体处于静止状态，另一条绳OA 在外力F 的作用下处于水平状态。

现保持结点O 位置不变，使OA 绳逆时针缓慢旋转至竖直方向，在此过程中，P 、Q 及斜面均保持静止，则（ ）
A ．斜面对物块P 的摩擦力一直减小
B ．斜面对物块P 的支持力一直增大
C ．地面对斜面体的摩擦力一直减小
D ．地面对斜面体的支持力一直增大
【答案】C
【解析】
【详解】
缓慢逆时针转动绳OA 的方向至竖直的过程中，OA 拉力的方向变化如图从1位置到2位置再到3位置，如图所示，
可见绳OA 的拉力先减小后增大，绳OB 的拉力一直减小。

A ．由于不清楚刚开始绳子拉力与重力沿斜面向下的分力大小关系，所以当连接P 物体的
绳子拉力一直减小，不能判断斜面对物块P的摩擦力变化情况，故A错误；
B．P物体一直在斜面上处于静止状态，则斜面对P的支持力等于重力在垂直斜面向下的分力，保持不变，故B错误；
C．以斜面体和P的整体为研究对象受力分析，根据平衡条件：斜面受地面的摩擦力与OB 绳子水平方向的拉力等大反向，因绳OB的拉力一直减小，与水平方向的夹角不变，故其水平分力一直减小，则地面向左的摩擦力一直减小，故C正确；
D．以斜面体和P整体为研究对象受力分析，由于绳OB的拉力一直减小，其竖直向下的分力一直减小，根据竖直方向受力平衡，知地面对斜面体的支持力不断减小，故D错误。

故选C。

8．如图所示，半圆形框架竖直放置在粗糙的水平地面上，光滑的小球P在水平外力F的作用下处于静止状态，P和半圆圆心O的连线与水平面的夹角为 ，重力加速度为g。

现将力F在竖直面内沿顺时针方向缓慢地转过90°，框架与小球始终保持静止状态，则在此过程中，下列说法正确的是（）
A．框架对小球的支持力先减小后增大
B．框架对地面的压力先减小后增大
C．地面对框架的摩擦力先减小后增大
D．拉力F的值先减小后增大
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
AD．以小球为研究对象，分析受力情况，作出受力示意力图，如图所示
框架与小球始终保持静止，根据几何关系可知，当F顺时针转动至竖直向上之前，支持力逐渐减小，F先减小后增大，故A错误，D正确；
BC．以框架与小球组成的整体为研究对象，整体受到重力、地面的支持力、地面的摩擦力以及力F的作用；设F在顺时针转动的过程中与水平面的夹角为α，小球质量为m，框架质量为M，根据平衡有
cos
f Nα
=
(
)
sin
N F M m g
α
'+=+
当F转动过程中α增大，故可知地面对框架的摩擦力始终在减小，地面对框架的支持力始终在减小，根据牛顿第三定律可知框架对地面的压力始终减小，故B错误，C错误。

故选D。

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：
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 ==，12212524
N l N l == 10．如图所示，A 、B 两个物体中间用一根不可伸长的轻绳相连，在物体B 上施加一斜向上的力F ，使A 、B 两物体保持相对静止一起沿水平地面向右匀速运动，当力F 与水平面的夹角为θ时，力F 最小。

已知A 、B 两物体的质量分别为m 1=0.5kg 、m 2=2.5kg ，物体A 与地面间的动摩擦因数3μ=，g 取10m/s 2，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A ．θ=30°
B ．θ=60°
C ．力F 的最小值为12N
D ．力F 的最小值为15N
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】 对AB 两物体，采用整体法进行受力分析，由受力平衡和正交分解法，在竖直方向上，
12()sin N F m m g F θ=+-
滑动摩擦力为
N f F μ=
在水平方向上
cos f F θ=
解得
12()cos sin m m g F μθμθ
+=
+ 由三角函数知识，得F 的最小值为 12min 215N 1F μ=
=+
此时有
3tan 3
θμ== 30θ=︒
BC 错误，AD 正确。

故选AD 。

11．如图所示两个半圆柱A 、B 紧靠着静置于粗糙水平地面上，其上有一光滑圆柱C ，三者半径均为R ，A 、B 半圆柱与水平地面间动摩擦因数保持不变。

现用水平向左的力拉B ，使B 缓慢移动，直至C 恰好与地面接触前瞬间，整个过程中A 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 ，则（ ）
A ．整个过程中A 、C 间相互作用力先增大后减小
B ．整个过程中A 、
C 间相互作用力一直增大
C ．A 与地面间摩擦力大小不变
D ．B 与地面间摩擦力大小不变
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．设圆柱C 的质量为m ，则A 、B 的质量为12
m ，对圆柱C 受力分析，如图所示
由于B 缓慢移动，可认为A 、B 、C 处于平衡状态，根据平衡条件可知
1cos cos 2
A B F F mg θθ== 当B 向左运动时，A F 、B F 之间夹角θ逐渐变大，则cos θ值变小，可得A F 、B F 的大小一
直增大，根据牛顿第三定律可知，整个过程中A 、C 间的相互作用力也一直增大，所以A 错误，B 正确；
C ．对圆柱A 受力分析，如下图
由AB 项分析可知，当B 向左运动时，A F 的值逐渐变大，根据牛顿第三定律可知，A F '的值也逐渐增大，根据平衡条件可得
1sin f A F F θ'=
由于θ逐渐变大，所以1f F 逐渐增大，即地面对A 的摩擦力逐渐变大，C 错误； D ．对圆柱B 受力分析，如下图
由于B 缓慢移动，所以处于平衡状态，根据平衡条件可知，地面对B 的支持力为
21cos 2
N B F F mg θ'=+ 由AB 项分析可知
1cos cos 2
B B F F mg θθ'==
可得 2N F mg =
由于B 与地面之间是滑动摩擦力，根据公式f N F F μ=可知
2f F mg μ=
所以B 与地面间的摩擦力大小不变，D 正确。

故选BD 。

12．如图所示，小车的质量为M，人的质量为m，人用恒力F拉绳，若人与车保持相对静止，且地面为光滑的，又不计滑轮与绳的质量，则车对人的摩擦力可能是（）
A．(M m
m M
-
+
)F ，方向向左B．(
m M
m M
-
+
)F，方向向右
C．(m M
m M
-
+
)F，方向向左D．(
M m
m M
-
+
)F，方向向右
【答案】CD
【解析】
【分析】
【详解】
取人和小车为一整体，
由牛顿第二定律得：2F＝(M＋m)a
设车对人的摩擦力大小为F f，方向水平向右，则对人由牛顿第二定律得：
F－F f＝ma，解得：F f＝M m M m
-
+
F
如果M>m，F f＝M m
M m
-
+
F，方向向右，D正确．
如果M<m，F f＝－m M
M m
-
+
F，负号表示方向水平向左，C正确，B错误
13．如图，重为8N的物块静止在倾角为30°的斜面上，若用平行于斜面且沿水平方向、大小为3N的力F推物块时，物块刚好被推动．现施加平行于斜面的力F0推物块，使物块在斜面上做匀速运动，此时斜面体与地面间的摩擦力大小为f。

设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，斜面始终保持静止。

则（）
A．F0可能为0.5N
B．F0可能为5N
C．f可能为3N
D．f可能为9N
【答案】BC
【解析】
【详解】
对滑块受力分析，受推力F、重力G、支持力N和静摩擦力f，如图
将重力按照作用效果分解为沿斜面向下的分力
F 1=mg sin θ=4N
和垂直斜面向上的分力
F 2=mg cos θ=43N
在与斜面平行的平面内有
2222134N 5N f F F =+=+=
当施加平行于斜面的力F 0推物块时，在斜面上，相当于物块受到F 0、F 1（4N ）、f （5N ）三个力作用处于平衡状态，由三力平衡的特点可知，选项BC 正确，AD 错误。

故选BC 。

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33
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：2360A 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
2
F 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
1
cos
2tan
mg
f Fθ
θ
==
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
1
2
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
1
22tan
mg
Mg mg
μ
θ
⎛⎫
+≥
⎪
⎝⎭
解得
()tan
ta
1
2
2
1n
m
M
M m
m
μ
θθ
≥=
+⎛⎫
+
⎪
⎝⎭
当m→∞大时，有
1
tan
μ
θ
≥
即当
1
tan
μ
θ
≥时，增大m，不能使M沿地面滑动；若
1
tan
μ
θ
<时，增大m，M会滑动，故D错误。

故选AB。