高一物理上册第三章 相互作用——力达标检测卷(Word版 含解析)

一、第三章 相互作用——力易错题培优（难）
1．如图，一固定的粗糙水平横杆上套有a 、b 两个轻环，系在两环上的两根等长细绳拴住一重物处于静止状态，现将两环距离适当变小后重物仍处于静止状态，则（ ）
A ．两绳对重物的合力变大
B ．细绳对重物的拉力变小
C ．杆对a 环的支持力变大
D ．b 环对杆的摩擦力变大
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】 A ．根据平衡条件可知，两绳对重物的合力大小始终等于物体的重力大小，所以合力不变，A 错误；
B ．对重物受力分析，如图所示
根据平衡条件，分析可得
2cos 2
A B mg
F F α==
当两环间距离变小后，α变小，则拉力F A 、F B 均变小，B 正确；
C ．以两个轻环和钩码组成的系统为研究对象，设系统总质量为M ，横梁对铁环的支持力F N ，分析如下图所示
根据平衡条件可得
N 2F Mg =
即N 12
F Mg =
，可见水平横梁对环的支持力F N 不变，C 错误； D ．以b 侧环为研究对象，受力分析如下图
根据平衡条件可得
tan N f F F θ
= θ增大时，f F 变小，根据牛顿第三定律可知，b 环对杆的摩擦力也变大，D 错误。

故选B 。

2．如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O 为球心，一质量为m 的小滑块，在水平力F 的作用下从半球形容器最低点缓慢移近最高点．设小滑块所受支持力为N ，则下列判断正确的是（ ）
A ．F 缓慢增大
B ．F 缓慢减小
C ．N 不变
D ．N 缓慢减小
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】 对物体进行受力分析：物体受重力mg 、支持力F N 、水平力F ．已知小滑块从半球形容器最低点缓慢移近最高点，我们可以看成小滑块每一个状态都是平衡状态．根据平衡条件，应用力的合成得出：
G F tan θ=
N G F sin θ
=，由于小滑块从半球形容器最低点缓慢移近最高点，所以θ减小，tanθ减小，sinθ减小．根据以上表达式可以发现F 增大，F N 增大．故选A.
【点睛】
物体的动态平衡依然为高考命题热点，解决物体的平衡问题，一是要认清物体平衡状态的特征和受力环境是分析平衡问题的关键；二是要学会利用力学平衡的结论（比如：合成法、正交分解法、效果分解法、三角形法、假设法等）来解答；三是要养成迅速处理矢量计算和辨析图形几何关系的能力．
3．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 。

4．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。

5．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 。

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 ．()33M 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
()3F M m g =
+ 选项B 正确，ACD 错误。

故选B 。

7．如图，光滑球A 与粗糙半球B 放在倾角为30︒的斜面C 上，C 放在水平地面上，均处于静止状态。

若A 与B 的半径相等，A 的质量为2m ，B 的质量为m ，重力加速度大小为g ，则（ ）
A ．C 对A 3
B ．
C 对B 的摩擦力大小为12
mg
C ．B 对A
的支持力大小为3
mg D ．地面对C
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】 AC ．由几何关系可知，C 对A 的支持力、B 对A 的支持力与A 的重力的反向延长线的夹角都是30°，由平衡条件可知
2cos30A BA CA G F F ==
=︒故C 正确，B 错误； B ．以AB 整个为对象，沿斜面方向静摩擦力与重力的分力平衡，所以C 对B 的摩擦力大小为
f 3()sin 302
A B mg F G G =+︒=
故B 错误； D ．以ABC 整体为对象，水平方向不受力，所以地面对C 的摩擦力大小为0，故D 错误； 故选C 。

8．20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
3
00
4
3
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。

9．如图所示，一定质量的物块用轻绳悬挂在空中，其中轻绳OA与水平线夹角α保持不变，轻绳OB在竖直平面内由水平方向缓慢向上转动（O点位置始终保持不变），则在绳OB由水平转至竖直的过程中，以下说法正确的是
A．轻绳OA的张力大小将一直变小
B．轻绳OA的张力大小先变小后变大
C．轻绳OB的张力大小将一直变小
D．轻绳OB的张力大小先变小后变大
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
对O点受力分析，受重力和两个拉力，如图所示．
三个力平衡，根据矢量三角形可知：OB绳子的拉力先减小后增加，OA绳子的拉力一直减小，
AB.根据图像可知：OA绳子的拉力一直减小，故A正确；B错误；
CD.根据图像可知：OB绳子的拉力先减小后增加，故C错误，D正确；
故选AD
10．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
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 tanθ
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
+
C．若球的质量m=1
2
M，则正方体的右侧面到墙壁的最大距离是
32
2
R
+
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
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 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
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 。

11．如图所示，一根粗糙的水平杆上套有A 、B 两个轻环，系在两环上的等长细绳拴住课本。

已知AB =2AC ，圆环、课本始终静止，下列说法正确的是（ ）
A ．缩短A 、
B 之间的距离，圆环所受支持力变小
B ．剪断细绳B
C 的瞬间，环A 受到的支持力大小不变
C ．将杆的左端略微抬起，环A 所受的摩擦力变大
D ．若使系统水平向右加速运动，环B 受到的支持力大于环A 受到的支持力
【答案】BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A ．将A 、
B 及书做为一个整体，无论A 、B 间距离如何变化，支持力总等于书的重量，保持力不变，A 错误；
B ．由于AB 2A
C ，因此两根子相互垂直，互不影响，剪断细绳BC 的瞬间，沿着绳子AC 方向的合力仍为零，因此AC 绳子拉力没变，也就是环A 受到的支持力大小不变，B 正确； C ．将杆的左端略微抬起，使绳AC 与竖直方向夹角变小，拉力变大，因此环A 受到的摩擦力变大，C 正确；
D ．若使系统水平向右加速运动，书本受合力水平向右，导致绳BC 拉力大于绳AC 拉力，因此环B 受到的支持力大于环A 受到的支持力，D 正确。

故选BCD 。

12．如图所示，用与竖直方向成θ角（θ＜45°）的倾斜轻绳a 和水平轻绳b 共同固定一个小球，这时绳b 的拉力为F 1，现保持小球在原位置不动，使绳b 在原竖直平面内逆时针转过θ角，绳b 的拉力为F 2，再逆时针转过θ角固定，绳b 的拉力为F 3，则( )
A ．123F F F <<
B ．132F F F =>
C ．绳a 的拉力先减小后增大
D ．绳a 的拉力一直减小
【答案】BD
【解析】
【分析】
本题考查共点力的平衡及动态平衡
【详解】 对小球进行受力分析如图所示，根据三角形法则有
由几何关系，可知F 2与轻绳a 垂直时，此时拉力最小，故有132F F F =>，即B 选项正确，在轻绳b 逐渐向上转动过程中可以看出轻绳b 中的拉力逐渐变小，故D 选项正确。

综上所述，本题正确答案选BD 。

13．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
14．如图所示，放在水平桌面上的木块A 处于静止状态，所挂的砝码和托盘的总质量为0.6 kg ，弹簧测力计读数为2 N ，滑轮摩擦不计。

若轻轻取走盘中的部分砝码，使砝码和托盘的总质量减少到0.3 kg ，则将会出现的情况是（g 取2
10m/s ）（ ）
A ．弹簧测力计的读数将不变
B ．A 仍静止不动
C ．A 与桌面间的摩擦力不变
D ．A 所受的合力将要变大
【答案】AB
【解析】
【分析】 由题可知本题考查摩擦力的大小与受力平衡。

【详解】
当砝码和托盘的总质量为10.6kg m =时，有
1F f m g +=
则
4N f =
可知A 与桌面间的最大静摩擦力至少为4 N ，
当砝码和托盘的总质量为10.3kg m =时，假设A 仍不动，此时F 不变，有
2F f m g '+=
则
1N 4N f '=<
故假设成立，
A 仍静止不动，A 所受的合力仍为零，A 与桌面间的摩擦力变为1 N ，弹簧测力计的读数不变，选项A
B 正确，选项CD 错误。

故选AB 。

【点睛】
涉及摩擦力大小时要注意判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。

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
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 。