(常考题)人教版高中物理必修一第三章《相互作用——力》测试卷(答案解析)(3)

一、选择题
1．如图所示，物体通过细线悬挂在天花板上的M点，在细线上的O点施加作用力F，使细线OM段偏离竖直方向一定角度β，若保持O点静止不动，使作用力F从图示方向缓慢转至水平方向，则作用力F的大小变化情况为（）
A．先减小后增大B．先增大后减小
C．一直增大D．一直减小
2．用一个力代替几个力，使它们的作用效果相同，所采用的科学研究方法是（）A．控制变量法B．比值定义法C．类比法D．等效替代法
3．如图所示，用两根细线把A、B两小球悬挂在天花板上的同一点O，并用第三根细线连接A、B两小球，然后用某个力F作用在小球A上，使三根细线均处于直线状态，且OB细线恰好沿竖直方向，两小球均处于静止状态，则该力可能为图中的（）
①F1 ②F2 ③F3④F4
A．①②B．②③C．③④D．①④
4．如图a所示，质量为m的半球体静止在倾角为θ的平板上，当θ从0缓慢增大到90︒的过程中，半球体所受摩擦力f F与θ的关系如图b所示，已知半球体始终没有脱离平板，半
3
，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，重力加速度为g，则（）
A ．~O q 段图像可能是直线
B ．π~2q 段图像可能是直线
C ．π4
q = D ．2
mg p = 5．如图所示，放在地面上的木箱重为G 1，重为G 2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G 2
B ．人对木箱底的压力大小为（G 2-F ）
C ．木箱对地面的压力大小为（G 1＋G 2-F ）
D ．木箱对地面的压力大小为（G 1＋G 2）
6．如图所示为两个共点力的合力F 随两分力的夹角θ变化的图象，则这两个分力的大小可能为（ ）
A ．1N 和4N
B ．2N 和3N
C ．1N 和5N
D ．2N 和4N 7．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/s 2。

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
8．下列关于重力和重心的说法，错误的是（）
A．物体受到的重力方向一定是竖直向下
B．由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力
C．形状规则的物体，其重心一定在几何中心
D．物体的重心可能不在物体上
9．下列选项中，物体A受力示意图正确的是（）
A．B． C．D．
10．用轻质细线把两个质量相等的小球悬挂起来，如图所示，今对小球a持续施加一个水平向左的恒力，并对小球b持续施加一个水平向右的相等恒力，并达到平衡，表示平衡状态的图是（）
A．B．C．D．
11．2020年环法自行车赛在当地时间9月20日晚时落下帷幕，在选手骑自行车的过程中，存在着多对作用力和反作用力。

下列说法正确的是（）
A．车先对地面产生压力，然后地面才对车产生支持力
B．车对地面的压力和地面对车的支持力是一对平衡力
C．人骑车加速前进，人对车的作用力的大小等于车对人的作用力的大小
D．车转弯减速过程中，车对地面的摩擦力大于地面对车的摩擦力
12．如图所示，山坡上两相邻高压线塔A、B之间架有匀质粗导线，平衡时导线呈弧形下垂，最低点在C处，已知弧BC的长度是AC的3倍，右塔A处导线切线与竖直方向的夹角α=︒，则A处与B处导线张力之比为（）
60
A ．1：2
B ．1：3
C ．3：1
D ．2：1
二、填空题
13．如图所示，物体A 、B 的质量A 8kg m =，B 6kg m =，A 与B 、B 与地面之间的动摩擦因数都为0.3μ=，在外力F 作用下，A 和B 一起匀速运动，则地面对B 的摩擦力的大小是______N ；A 对B 的摩擦力的大小是______N ，方向为______。

（g 取210m /s ）
14．如图所示，滑轮的力及摩擦不计，人重600N ，木块重400N ，人与木块，木块与水平面间的动摩擦因数均为0.2，现人用力拉绳，使他与木块一起向右匀速运动，则地面受到物块给的摩擦力大小为___________N ，人拉绳子的力为___________N 。

15．如图所示，用轻质弹簧竖直悬挂一质量为0.5kg 的重物，重物静止时，弹簧的伸长量为5.0×10﹣2m （在弹簧的弹性限度内），取重力加速度g ＝10m/s 2，则此时弹簧的弹力大小为______N ，弹簧的劲度系数为______N/m 。

16．如图所示，用长为L 的绳将重球挂在光滑的墙上，设绳的拉力为T F ，球对墙的压力为N F ，那么当绳长缩短时，T F __________、N F _________（填“增大”“减小”或“不变”）。

17．如图所示，将细线一端系在右手中指上，另一端系上一个重为G 的钩码，用一支很轻的铅笔的尾部顶在细线上的某一点，使细线的上端保持水平，笔的尖端置于右手掌心，铅
笔与水平细线的夹角为θ。

则手心受到的压力为________，中指受到的拉力为________。

18．如图甲、乙所示，在外力F 作用下，A 、B 两物体一起以相同速度沿F 的方向做匀速直线运动，在图甲中A 、B 间有________对作用力与反作用力。

在图乙中A 、B 间有________对作用力和反作用力。

19．若一物体受到四个共点力作用，向正北的力大小为8N ，向正东的力大小为7N ，向正南的力大小为5N ，向正西的力大小为11N ，则它们的合力大小为______N ，方向为_______. 20．在装修工程中,用与竖直方向成β角的力F 使质量为m 的小物体静止在斜板的某位置上,如图所示,斜板与水平方向成α角,那么这个物体受到___个力而平衡,斜板对它的压力大小为____．
三、解答题
21．如图所示，已知质量为1m 的物体通过三段轻绳悬挂，三段轻绳的结点为O 点，轻绳OB 水平且B 端被位于水平面上质量为2m 的小明拉着，轻绳OA 与竖直方向的夹角37θ︒=，物体和人均处于静止状态。

已知sin370.6︒=，cos370.8︒=，重力加速度为g ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

求：
(1)轻绳OA 、OB 上的拉力大小；
(2)若人的质量250kg m =，人与水平面之间的动摩擦因数0.45μ=，则人所受最大静摩擦力为多大？欲使人在水平面上不滑动，物体的质量最大不能超过多少？（g =10m/s 2）
22．用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中，如图所示，已知ac和bc与竖直方向的夹角分别为30和60︒，画出结点C受力示意图并求ac绳和bc绳中的拉力大小？（当地重力加速为g）
23．如图，A、B两物体叠放在水平地面上，A物体质量m=20 kg，B物体质量M=30
kg。

处于水平位置的轻弹簧一端固定于墙壁，另一端与A物体相连，弹簧处于自然状态，其劲度系数为k=250N/m，A与B之间、B与地面之间的动摩擦因数均为μ=0.5。

现有一水平推力F作用于物体B上，使B缓慢地向墙壁移动，当B移动x=0.2m 时，（缓慢是一种平衡状态，最大静摩擦力大小和滑动摩擦力相等， g取10m/s），求：
(1)在B缓慢移动0.2m的过程中，物体A与B是否相对运动？
(2)物体A所受的摩擦力的大小和方向；
(3)水平推力F的大小为多少。

24．如图所示，用绳AC和BC吊起一个物体，绳AC与竖直方向的夹角为60︒，绳BC与竖直方向的夹角为30︒，绳AC能承受的最大拉力为100N，绳BC能承受的最大拉力为
150N。

g＝10m/s2，求：
(1)当物体的重力为100N时，AC与BC绳拉力各为多大？
(2)欲使两绳都不断，物体的重力不应超过多少？
25．一轻质弹簧劲度系数为k=20N/cm，用它竖直提着一个物体，当物体处于静止状态时，弹簧形变量是5cm；若用该弹簧拉着这个物体在水平面上运动，当弹簧的伸长量为2cm 时，物体恰好能在水平面上做匀速直线运动，已知物体与水平面间的最大静摩擦力为50N
（g=10m/s2）。

(1)求该物体的质量；
(2)求物体与水平面间的动摩擦因数；
(3)当弹簧的伸长量变为6cm时，物体受到的水平拉力有多大？这时物体受到的摩擦力有多大？
26．如图甲所示一静止在水平面上的物体，质量为2kg，在水平弹簧作用下，2s末开始缓慢滑动，此时弹簧伸长了6cm。

弹簧弹力F随时间t的变化情况如图乙所示。

设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2。

求：
(1)弹簧的劲度大小；
(2)物体与地面间的摩擦因数。

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一、选择题
1．A
解析：A
O点受三个拉力处于平衡，向上的两个拉力的合力大小等于物体的重力，方向竖直向上，根据作图法(如图)，使拉力从图示位置缓慢运动到水平位置的过程中，拉力F大小先减小后增大，当F与绳子垂直时，拉力F最小，故A正确BCD错误。

故选A。

2．D
解析：D
物理学中“用一个力代替几个力，且效果相同”，属于等效代替法，即一个力的效果与几个力的效果是相等，所采用的科学研究方法是等效替代法。

故选D 。

3．C
解析：C
由题意可知，A 、B 两小球都处于平衡状态。

要使小球B 的合力为0，对B 小球受力分析，有重力和OB 绳子的拉力，由于OB 绳子竖直方向，所以可知AB 绳子的拉力为0。

对小球A 受力分析可知，有重力、绳子OA 的拉力以及外力F ，由力的平衡条件可得，外力F 的方向可能是F 3或F 4。

故选C 。

4．D
解析：D
ABC ．半圆体在平板上恰好开始滑动的临界条件是
sin cos mg mg θμθ=
则有
tan μθ==
解得 π6
θ=
即 π6q =
θ在π06之间时，F f 是静摩擦力，大小为mg sin θ；θ在ππ62
之间时，F f 是滑动摩擦力，大小为μmg cos θ；综合以上分析得其F f 与θ关系如图中实线所示，故Oq 和π~
2q 之间均为曲线，故ABC 错误；
D ．当π6
θ=时 f πsin
62
mg F mg == 即 2
mg p =
故D 正确。

故选D 。

5．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 。

6．B
解析：B
设两分力的大小分别为1F 、2F ，且12F F >，由题图可知，0θ=时，有
125N F F +=
θπ=时，有
121N F F -=
联立得
13N F =
22N F =
故选B 。

7．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 。

8．C
解析：C
A ．重力的方向一定竖直向下，故A 正确；
B ．重力是由于地球的吸引而受到的力，故B 正确；
C ．质量分布均匀，形状规则的物体重心在几何中心，故C 错误；
D ．重心可能在物体上，可能在物体外，比如圆环的重心在圆心，故D 正确。

本题选错的，故选C 。

9．C
解析：C
A ．重力的方向应该是竖直向下，A 错误；
B ．杆的末端与半球接触地方的弹力方向应垂直于半球面，即指向球心方向，B 错误；
C ．两球之间没有弹力，故对球A 只受重力和水平面的支持力，C 正确；
D ．对于球A 还受到竖直面对它水平向右的弹力，D 错误。

故选C 。

10．A
解析：A
将两球连同它们之间的细线看成一个整体，对整体受力分析，水平方向
F F =
竖直方向
2T mg =
故上面绳子的拉力一定和重力等大反向，即绳子竖直。

故BCD 错，A 对。

故选A 。

11．C
解析：C
A ．车对地面的压力和地面对车的支持力是一对作用力与反作用力，是同时产生的，故A 错误；
B ．车对地面的压力和地面对车的支持力分别作用在地面和物体上，是一对作用力与反作用力，不是平衡力，故B 错误；
C ．人对车的作用力与车对人的作用力是一对作用力与反作用力，大小相等，故C 正确；
D ．车对地面的摩擦力与地面对车的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，故D 错误。

故选C 。

12．B
解析：B
设AB C 三个位置的拉力分别为F A 、F B 、F C ，导线质量为m ，AC 段受力分析得
1cos 4
A F mg α= sin A C F F α=
BC 段受力分析得
3cos 4
B F mg β=
C sin B F F β=
联立得
tan β=
解得 o =30β
:sin :sin A B F F βα==B 正确，ACD 错误。

故选B 。

二、填空题
13．21向右
解析：21 向右
[1]因为A 、B 一起在地面上运动，所以A 与B 间是静摩擦力，而B 与地面间是滑动摩擦力，所以有
()0.3(68)10N 42N A B B F m m g μ=+=⨯+⨯=地
F 地B 的方向与相对运动方向相反，即向左，整体受力分析知
42N B F F ==地
[2][3]对A 物体有
T 0BA F F -=
其中F T 为绳的拉力，大小为
T 21N 2
F F =
= 解得 21N BA F =
A 对
B 的摩擦力大小为
21N AB BA F F ==
方向向右
14．100
解析：100
[1]根据滑动摩擦力公式得
()200N f N m M g μμ==+=
[2]对人和木块整体分析有
2F f =
解得
100N =F
15．100
解析：100
[1]重物处于静止状态，弹力和重力相等，
F ＝mg ＝5N
[2]弹簧的伸长量为x ＝5.0×10﹣2m ，根据胡克定律
F ＝kx
解得劲度系数
k ＝F x ＝100N/m 16．增大增大
解析：增大 增大
[1][2]以小球为研究对象，分析受力如图，设绳子与竖直墙面的夹角为θ，由平衡条件得
T =cos mg F θ
N tan F mg θ= 把绳子变短时，θ角增大，则cos θ减小，tan θ增大，则得到拉力F T 增大，支持力F N 也增大，根据牛顿第三定律，球对绳的拉力增大，球对墙的压力也增大
17．sin G θ tan G θ
结点受到绳子向下的拉力和水平绳子的拉力、杆子的作用力，如图所示
1T G =，根据合成法得
sin F G θ=
解得
sin G F θ
= 2tan T G θ=
解得
2tan G T θ
=
解析：2
[1]甲中A 做匀速直线运动，A 物体受重力和支持力，因甲中A 没有相对于B 的运动趋势，则甲中A 不受摩擦力；A 、B 间只有压力和支持力1对作用力与反作用力；
[2]图乙中A 是平衡状态，A 物体受重力、支持力和沿斜面向上摩擦力，故A 、B 间有压力和支持力，摩擦力作用力和反作用力，共2对作用力与反作用力。

19．北偏西53°
解析：北偏西53°
[1][2]南北方向上的合力为3N ，方向向北，东西方向上的合力为4N ，方向是向西，3N 与4N 再次合成得合力为5N ，方向为北偏西53°
20．cos()cos F mg αβα+-
[1][2]物体受重力、F 、斜板的压力以及摩擦力4个力作用，垂直斜板方向方向合力为0，即
F cos （α+β）=N +mg cos α
解得
N =F cos （α+β）-mg cos α
即这个物体受到斜板对它的压力大小为F cos （α+β）-mg cos α
三、解答题
21．(1)11.25OA T m g =，10.75OB T m g =；(2)30kg
(1)如图所示
对结点O 进行受力分析，依平衡有
1cos37OA m g T ︒=，sin 37OB OA T T ︒=
两式联立得OA 、OB 绳拉力分别为
11.25OA T m g =，10.75OB T m g =
(2)对人进行受力分析，依平衡有
m N f F μ=，F N =m 2g
代入数据联立得最大静摩擦力
又
m OB T f =
即
0.75m 1g =f m
解得
m 1=30kg
22．T ac =32mg ，T bc =12mg 对结点c 受力分析如图所示
T a c 和T b c 的合力与重力大小相等，方向相反，由几何关系
T ac =32
mg ，T bc =12mg 23．(1)物体A 与B 没有相对运动；(2)50N ，方向水平向左；(3)200N 。

(1)在B 缓慢移动0.2m 的过程中，弹簧也压缩了0.2m ，弹簧弹力
F =k △x =250×0.2N=50N
A 受到的动摩擦力
f 1=μm
g =0.5×20×10N=100N
由于f 1＞F ，故A 受到静摩擦力作用，物体A 与B 没有相对运动。

(2)物体A 受静摩擦力作用，对A 受力分析可知，受到水平向右的弹簧弹力和水平向左的静摩擦力，由受力平衡可知静摩擦力
f=F =50N
方向水平向左。

(3)物体B 缓慢左移，对B 受力分析如图所示：
在水平方向上，受地面摩擦力f ，A 对B 的摩擦力f '，推力F ；竖直方向上受重力Mg ，地
面支持力F N ，A 对B 的压力mg ，物体B 受力平衡，则
F N =Mg +mg
F +f′=f
f =μF N
f=f′
联立解得
F =200N
24．(1)AC 与BC 绳拉力各为50N ，503N ；(2)重力不应超过1003N
(1)结点C 受力如图所示
绳OC 的拉力
100N C F G ==
C 静止处于平衡状态，由平衡条件得
cos601000.5N 50N A C F F ︒==⨯=
3sin 60100503N B C F F ︒=== (2)当绳AC 能承受的最大拉力为F A =100N ，此时重物的重力
100N 200N cos600.5
A C F G F ︒==
== 此时绳BC 承受的拉力为 tan601503N 1503N>150N B A F F ︒===
故此时绳BC 会断；
当绳BC 能承受的最大拉力为F B =150N ，此时重物的重力
31003N sin 60B C F G F ''︒==== 绳AC 承受的拉力为
3tan30150N 503N<100N 3
A B F F ︒==⨯
= 故此时绳AC 不会断；
所以欲使两绳都不断，物体的重力不应超过。

25．(1)10kg ；(2)0.4；(3)120N ；40N
(1)k =20N/cm=2000N/m ；竖直提着一个物体处于静止状态时，形变量是5cm=0.05m ，根据胡克定律和二力平衡可知
kx 1=mg
解得
m =10kg
(2)当弹簧的伸长量为2cm 时，物体恰在水平面上做匀速直线运动，受力平衡，则有
kx 2=μmg
联立解得动摩擦因数为
μ=0.4
(3)当弹簧的伸长量为6cm=0.06m 时，大于物体刚开始运动时（恰好要运动）弹簧伸长量为3cm ，可知物体受到的水平拉力大于最大静摩擦力，此时物体受到滑动摩擦力作用，有
f =μm
g =0.4×10×10N=40N
物体受到的水平拉力
F =k △x =2000×0.06N=120N
26．(1)100N/m ；(2)0.3
（1）2s 末时弹簧拉力是6N ，由
f F kx =
得
100N/m?
k = （2）物体对地面的正压力是20N ，2s 后物体的摩擦力是6N ，根据
f N F F μ=
解得
0.3μ=。