高一上册物理 第三章 相互作用——力章末练习卷(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，一固定的细直杆与水平面的夹角为α=15°，一个质量忽略不计的小轻环C套在直杆上，一根轻质细线的两端分别固定于直杆上的A、B两点，细线依次穿过小环甲、小轻环C和小环乙，且小环甲和小环乙分居在小轻环C的两侧．调节A、B间细线的长度，当系统处于静止状态时β=45°.不计一切摩擦．设小环甲的质量为m1，小环乙的质量为m2，则m1∶m2等于( )
A．tan 15°B．tan 30°C．tan 60°D．tan 75°
【答案】C
【解析】
试题分析：小球C为轻环，重力不计，受两边细线的拉力的合力与杆垂直，C环与乙环的连线与竖直方向的夹角为600，C环与甲环的连线与竖直方向的夹角为300，A点与甲环的连线与竖直方向的夹角为300，
乙环与B点的连线与竖直方向的夹角为600，根据平衡条件，对甲环：
，对乙环有：，得，故选C．
【名师点睛】小球C为轻环，受两边细线的拉力的合力与杆垂直，可以根据平衡条件得到A段与竖直方向的夹角，然后分别对甲环和乙环进行受力分析，根据平衡条件并结合力的合成和分解列式求解．
考点：共点力的平衡条件的应用、弹力．
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，水平直杆OP 右端固定于竖直墙上的O 点，长为2L m =的轻绳一端固定于直杆P 点，另一端固定于墙上O 点正下方的Q 点，OP 长为 1.2d m =，重为8N 的钩码由光滑挂钩挂在轻绳上处于静止状态，则轻绳的弹力大小为( )
A ．10N
B ．8N
C ．6N
D ．5N
【答案】D 【解析】 【分析】
根据几何关系得到两边绳子与竖直方向的夹角，再根据竖直方向的平衡条件列方程求解. 【详解】
设挂钩所在处为N 点，延长PN 交墙于M 点，如图所示：
同一条绳子拉力相等，根据对称性可知两边的绳子与竖直方向的夹角相等，设为α，则根据几何关系可知NQ =MN ，即PM 等于绳长；根据几何关系可得：
1.2
sin 0.62
PO PM α=
==，则α=37°，根据平衡条件可得：2T cos α=mg ，解得：T =5N ，故D 正确，A 、B 、C 错误.故选D. 【点睛】 本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、然后建立平衡方程进行解答.
4．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】 【分析】 【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 。

5．如图，倾角θ=30楔形物块A 静置在水平地面上，其斜面粗糙，斜面上有小物块B 。

A 、B 间动摩擦因数μ=0.75；用平行于斜面的力F 拉B ，使之沿斜面匀速上滑。

现改变力F 的方向（图示）至与斜面成一定的角度，仍使物体B 沿斜面匀速上滑。

在B 运动的过程中，楔形物块A 始终保持静止。

关于相互间作用力的描述正确的有（ ）
A ．拉力F 大小一定减小且当F 与斜面夹角为37︒斜向上时有最小值
B ．A 对B 的摩擦力可能增大也可能不变
C ．物体B 对斜面的作用力可能不变
D ．地面受到的摩擦力大小可能不变 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．拉力F 平行斜面向上时，先对物体B 受力分析如图
根据平衡条件，平行斜面方向
334
sin30cos30sin30F f mg mg mg μ+=+︒=︒+︒=
拉力改变方向后，设其与斜面夹角为α，根据平衡条件 平行斜面方向
cos sin30F f mg α'='+︒
垂直斜面方向
sin cos30N F mg α'+'=︒
其中
f N μ'='
解得
()sin30cos30(334)cos sin 10sin(53)
mg mg
F μαμαα︒+︒+'=
︒+=
+ cos sin f mg F μθα'=-'（）
当F 与斜面夹角为37︒斜向上时有最小值，拉力F 大小一定减小，A 对B 的滑动摩擦力减小，故A 正确，B 错误；
CD ．对物体A 受力分析，受重力、支持力、B 对A 的压力、B 对A 的滑动摩擦力、地面对A 的静摩擦力，如图所示
根据平衡条件，水平方向有
sin30cos30f N f =︒+︒静
结合前面A 、B 选项分析可知，当拉力改变方向后，N 和f 都减小，故N 和f 的合力一定减小（物体B 对斜面的作用力就是N 和f 的合力），静摩擦力也一定减小，故C 、D 错误； 故选A 。

6．如图所示，物体B 的上表面水平，当A 、B 相对静止沿斜面匀速下滑时，斜面在水平面上保持静止不动，则下列判断正确的是（ ）
A ．物体A 受3个力作用
B ．物体B 受4个力作用
C ．物体C 受水平面的摩擦力方向一定水平向右
D ．水平面对物体C 的支持力小于A 、B 和C 三物体的重力大小之和 【答案】B 【解析】 【分析】
【详解】
A ．A 、
B 相对静止沿斜面匀速下滑，所以物体A 受重力和支持力2个力作用，选项A 错误；
B ．对B 分析，B 受重力、斜面的支持力、A 的压力及B 受
C 的摩擦力，所以物体B 受4个力作用，选项B 正确；
C ．对整体分析，由于整体保持静止，故整体在水平方向没有摩擦力，即物体C 不受水平面的摩擦力作用，选项C 错误；
D ．对整体分析，由于整体保持静止，所以水平面对物体C 的支持力等于A 、B 和C 三物体的重力大小之和，选项D 错误。

故选B 。

7．20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
3004
3
m V r ρρπ⨯==
由题意知
22
F Av A r
αρπ==，
联立以上四式得
0 4 3gr
v
ρ
αρ=
选项B正确，ACD错误。

故选B。

8．如图所示，在斜面上放两个光滑球A和B，两球的质量均为m(不随r改变)，它们的半径分别是R和r，球A左侧有一垂直于斜面的挡板，两球沿斜面排列并静止，以下说法正确的是（）
A．斜面倾角θ一定，R>r时，R越大，r越小，B对斜面的压力越小
B．斜面倾角θ一定，R=r时，两球之间的弹力最小
C．斜面倾角θ一定时，A球对挡板的压力随着r减小而减小
D．半径确定时，随着斜面倾角θ逐渐增大，A受到挡板作用力先增大后减小
【答案】B
【解析】
【分析】
用整体法和隔离体法分别对B球和AB整体进行受力分析，再根据R与r的关系变化及倾角变化，分析各个力的变化。

【详解】
B．对B球的受力分析，如图所示
N1、N2的合力与重力mg等大反向，在右侧力的三角形中，竖直边大小等于m g，当倾斜角θ一定时，N2的方向保持不变，R=r时，N1恰好垂直于N2，此时N1最小，故B正确；A．当R>r时，R越大，r越小，N1越向下倾斜，N2都越大，即斜右对B的支持力越大，根据牛顿第三定律，B对斜面的压力也越大，故A错误；
C．将两个球做为一个整体，档板对A的支持力等于两球重力的下滑分力，斜面倾角θ一定时，下滑分力一定，与R及r无关，故C错误；
D．半径确定时，而当斜面倾角θ逐渐增大，两球的下滑分析增大，因此A对档板的压力
一直增大，故D错误。

故选B。

【点睛】
动态分析时将各个力移动到一个三角形中进行分析，比较容易发现各个力的大小变化。

9．如图所示，内壁光滑的绝缘半圆容器静止于水平面上，带电量为q A的小球a固定于圆心O的正下方A点，带电量为q质量为m的小球b静止于B点，∠AOB=30°，由于小球a 电量的变化，现发现小球b沿容器内壁缓慢向上移动，最终静止于C点（未标出），
∠AOC=60°．下列说法正确的是
A．水平面对容器的摩擦力为0
B．容器对小球b的弹力始终与小球b的重力大小相等
C．出现上述变化时，小球a的电荷量可能减小
D．出现上述变化时，可能是因为小球a的电荷量逐渐增大为
3
2 23
A
q
-
-
（）
【答案】ABD
【解析】
【详解】
A．对整体进行受力分析，整体受到重力和水平面的支持力，两力平衡，水平方向不受力，所以水平面对容器的摩擦力为0，A正确；
B．小球b在向上缓慢运动的过程中，所受的外力的合力始终为0，如图所示，小球的重力不变，容器对小球的弹力始终沿半径方向指向圆心，无论小球a对b的力如何变化，由矢量三角形可知，容器对小球的弹力大小始终等于重力大小，B正确；
C．若小球a的电荷量减小，则小球a和小球b之间的力减小，小球b会沿半圆向下运动，与题意矛盾，C错误；
D．小球a的电荷量未改变时，对b受力分析可得矢量三角形为顶角为30°的等腰三角
形，此时静电力为2
2sin15A
qq mg k L ︒=，a ，b 的距离为2sin15L R =︒，当a 的电荷量改变后，静电力为2A
qq mg k
L '='，a ，b 之间的距离为L R '=，由静电力122
q q F k L =，可得32
23A A q q -'=
-（），D 正确。

10．如图所示，两个半圆柱A 、B 紧靠着静置于水平地面上，其上有一光滑圆柱C ，三者半径均为R 、C 的质量为m ，A 、B 的质量都为0.5m ，与地面的动摩擦因数均为μ。

现用水平向右的力拉A ，使A 一直缓慢向右移动，直至C 恰好降到地面。

整个过程中B 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 。

下列说法正确的是（ ）
A ．未拉A 时，C 受到
B 作用力的大小F mg = B ．动摩擦因数的最小值min 3
μ=
C ．整个过程中，C 的位移大小为(31)R -
D ．A 移动过程中，受到的摩擦力大小为A f mg μ= 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．未拉A 时，对C 进行受力分析，由平衡条件可知
2cos30F mg =
解得
3F =
故A 错误；
B ．
C 恰好降落到地面时，B 对C 的支持力最大为F m ，对物体B 进行受力分析，由平衡条件有
m C 2cos 60F m g =
C m min B cos30()2
m g
F m g μ=+
由于m c =m ，m B =0.5m 代入解得
min 3μ=
故B 正确；
C ．整个过程中，由数学关系可知C 的位移大小为
22sin154sin15x R R =⨯=
故C 错误；
D ．A 移动过程中，A 对地面的正压力有
C N A 2
m g
F m g mg =+
= 地面对A 的摩擦力等于
A N f F mg μμ==
故D 正确。

故选BD 。

11．如图所示，光滑水平面和倾角为45°的光滑斜面对接，质量为m 的小球静止在斜面底端。

对小球施加一水平向右的作用力F ，小球未离开水平面，F 的值可能为（ ）
A ．12
mg B ．
22
mg C 2mg D ．2mg
【答案】AB 【解析】 【分析】 【详解】
对小球施加一水平向右的作用力F ，当力F 为0时，小球受重力和水平面的支持力平衡，随着力F 的增大，斜面对小球也将产生弹力的作用。

当小球恰好与水平面无作用力，仅受斜面弹力而平衡时，F 最大，受力如图
此时根据几何关系有
max F mg
所以12mg 和22
mg 为F 的可能值，故选AB 。

12．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 。

13．如图所示，物体P 、Q 用轻绳连接后跨过定滑轮，物体P 静止在倾角为37°角的斜面上，斜放木板上悬挂着Q ，已知P 、Q 的质量P m ，Q m 大小的关系为34
Q P m m =，今将斜放木板的倾角从37°增到60°，物体P 仍保持静止而没有滑动，若不计滑轮处的摩擦，则下列说法中正确的是（ ）
A ．绳子的张力变大
B ．物体P 受到的静摩擦力将先减小后增大
C ．物体P 对斜板的压力将变大
D ．滑轮受到绳子的作用力将变大
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】 A ．物体P 保持静止状态，绳子的张力等于Q 的重力，则绳子的张力将不变，A 错误； B ．木板的倾角为37︒时,物体P 受到的静摩擦力大小为
133sin 370.1545
Q P P P P f m g m g m g m g m g =-︒=-= 方向沿斜面向下。

木板的倾角为60︒时,物体P 受到的静摩擦力大小为
2sin 600.46P Q P f m g m g m g =︒-=
方向沿斜面向上。

可知物块P 受到的摩擦力先减小到零后增大，B 正确；
C ．开始时斜面对P 的支持力为
1cos370.8P P N m g m g =︒=
后来斜面对P 的支持力为
2cos 600.5P P N m g m g =︒=
所以物体对斜板的压力将变小，C 错误；
D ．斜放木板的倾角从37︒增到60︒时，绳子之间的夹角减小，由于绳子的拉力大小不变，所以绳子的合力增大，则滑轮受到绳子的作用力将变大，D 正确。

故选BD 。

【点睛】
由题，物体P 保持静止状态，绳子的张力等于Q 的重力。

根据P 受力平衡，可求出物体P 受到的静摩擦力和支持力，再分析各力的变化情况。

14．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
15．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。