北京市第二中学第三章 相互作用——力专题练习(word版

一、第三章相互作用——力易错题培优（难）

1．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。

2．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。

3．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

sin30cos30sin308

F f mg 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

sin30cos30

=?+?

f 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。

4．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 。

5．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 。

6．如图所示，质量为m 的正方体和质量为M 的正方体放在两竖直墙和水平面间，处于静止状态。m 与M 的接触面与竖直方向的夹角为α，若不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）

A ．水平面对正方体M 的弹力大小大于（M +m ）g

B ．水平面对正方体M 的弹力大小为（M +m ）g ·cosα

C ．墙面对正方体M 的弹力大小为mg tanα

D ．墙面对正方体M 的弹力大小为tan mg

α

【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

AB ．对M 和m 构成的整体进行受力分析，受重力G 、底面支持力N ，两侧面的支持力M N 和m N ，如图：

两物体受力平衡，根据共点力平衡条件有 水平方向，墙面对正方体M 的弹力大小

M m N N =

竖直方向，水平面对正方体M 的弹力大小

N G M m g ==+（）

选项AB 错误；

CD ．对m 进行受力分析，受重力mg 、墙面支持力N m ，M 的支持力N '，如图：

在木块受力平衡的过程中，根据共点力平衡条件有 竖直方向

sin mg N α'=

水平方向

cos m N N α'=

解得

sin mg

N α

'=

cot tan m mg

N mg αα

==

所以墙面对正方体M 的弹力大小

tan M m mg

N N α

==

选项C 错误，D 正确。 故选D 。

7．如图（a ）所示，两段等长细线将质量分别为2m 、m 的小球A 、B 悬挂在O 点，小球A 受到水平向右的恒力F 1的作用、小球B 受到水平向左的恒力F 2的作用，当系统处于静止状态时，出现了如图（b ）所示的的状态，小球B 刚好位于O 点正下方。则F 1与F 2的大小关系正确的是（ ）

A ．F 1=4F 2

B ．F 1=3F 2

C ．F 1=2F 2

D ．F 1=F 2

【答案】A 【解析】

小球A 受到F 1水平向右的力，B 受到F 2的水平向左的力，以整体为研究对象，分析受力如图：

设OA绳与竖直方向的夹角为α，则由平衡条件得：

以B球为研究对象，受力如图。设AB绳与竖直方向的夹角为β，则由平衡条件得：

由几何关系得到：α=β，联立解得：F1=4F2，故选项A正确。

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 N α=

()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．如图所示，细绳一端固定在A 点，跨过与A 等高的光滑定滑轮B 后在另一端悬挂一个沙桶Q ．现有另一个沙桶P 通过光滑挂钩挂在AB 之间，稳定后挂钩下降至C 点，∠ACB=120°，下列说法正确的是

A ．若只增加Q 桶的沙子，再次平衡后C 点位置不变

B ．若只增加P 桶的沙子，再次平衡后

C 点位置不变

C ．若在两桶内增加相同质量的沙子，再次平衡后C 点位置不变

D ．若在两桶内增加相同质量的沙子，再次平衡后沙桶Q 位置上升 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

A 、

B 、对砂桶Q 分析有T Q F G =，设两绳的夹角为θ，对砂桶P 的

C 点分析可知受三力而平衡，而C 点为活结绳的点，两侧的绳张力相等，有2cos

2

T P F G θ

=，联立可知

2cos

2

Q P G G θ

=，故增大Q 的重力，夹角θ变大，C 点上升；增大P 的重力时，夹角θ变

小，C 点下降；故A ，B 均错误. C 、由平衡知识2cos

2

Q P G G θ

=，而120θ，可得P Q G G =，故两砂桶增多相同的质

量，P 和Q 的重力依然可以平衡，C 点的位置不变；故C 正确，D 错误. 故选C. 【点睛】

掌握活结绳上的张力处处相等，三力平衡的处理方法，连体体的平衡对象的选择.

10．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

223A 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22sin15A

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

3

2

23A A q q -

'=

-（），D 正确。

11．如图，柔软轻绳ON 的一端O 固定，其中间某点M 拴一重物，用手拉住绳的另一端N ．初始时，OM 竖直且MN 被拉直，OM 与MN 之间的夹角为α（2

π

α>

）．现将重物向

右上方缓慢拉起，并保持夹角α不变．在OM 由竖直被拉到水平的过程中( )

A ．MN 上的张力逐渐增大

B ．MN 上的张力先增大后减小

C ．OM 上的张力逐渐增大

D ．OM 上的张力先增大后减小 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】

以重物为研究对象，受重力mg ，OM 绳上拉力F 2，MN 上拉力F 1，由题意知，三个力合力始终为零，矢量三角形如图所示，

在F 2转至水平的过程中，MN 上的张力F 1逐渐增大，OM 上的张力F 2先增大后减小，所以A 、D 正确；B 、C 错误．

12．如图所示，斜面体固定在水平面上，一轻质细线绕过滑轮1和滑轮2，两端分别与物体a 和轻环c 连接，轻环c 穿在水平横杆上，滑轮2下吊一物体b 。物体a 和滑轮1间的细线平行于斜面，系统静止。现将c 向右移动少许，物体a 始终静止，系统再次静止，不计滑轮质量和滑轮与绳间的摩擦。则（ ）

A ．细线拉力将变大

B ．地面对斜面体的支持力将变大

C ．横杆对轻环c 的摩擦力将变大

D ．斜面体对物体a 的摩擦力将变小 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】

A ．以滑轮2为研究的对象，受力如图

若将c 向右移动少许，两个绳子之间的夹角β增大，由于b 对滑轮的拉力不变，两个绳子之间的夹角变大，根据

2cos

2

b F G β

=

绳子的拉力F 一定变大，A 正确；

B ．对斜面体、物体a 、物体b 整体受力分析，受重力、支持力、细线的拉力和地面的静摩擦力，如图所示

根据平衡条件，有

cos

2

2

b N m g

F G F G β

=-=-

总总 N F 与角度β无关，恒定不变，B 错误；

C ．以c 为研究的对象

水平方向

'sin f F F α=

c 向右移动少许，F 变大，α变大，sin α变大，横杆对轻环c 的摩擦力将变大，C 正确；

D ．若原来物块a 有下降趋势，绳子拉力增大，a 可能有上升趋势，因摩擦力大小和方向都不能确定，D 错误。 故选AC 。

13．A 、B 两三角形物块叠放在地面C 上且均保持静止，如图甲所示。在物块A 上施加一个竖直向下、大小为F 的力而让系统保持静止，当所加竖直向下的力按图乙所示规律变化时（ ）

A ．0~t 2时间内物块A 可能下滑

B ．物块A 受到的摩擦力在0~t 1时间内减小，t 2时刻恢复原来的大小

C ．地面C 受到物块B 的摩擦力为零

D ．物块B 受到地面C 的支持力不变 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】

A ．设斜面的倾角为θ，物块与斜面间的动摩擦因数为μ，A 的重力为G ，以A 为研究对象，未加F 时物块静止在斜劈上，则有

sin cos G G θμθ≤

即有

sin cos θμθ≤

当用竖直向下的力F 作用于物块上时，受力情况如图所示

沿斜面向下的分力为

()sin G F θ+

最大静摩擦力为

()cos m f G F μθ=+

由于

sin cos θμθ≤

则有

()sin m G F f θ+≤

故当F 先减小后增大的过程，此关系式仍然满足，故A 所受合力为零，一直处于静止状态，不可能下滑，故A 错误；

B ．由A 项分析，可知A 一直处于静止状态，合力为零，此时所受的摩擦力为静摩擦力，根据平衡条件有

()sin f G F θ=+

由乙图可知，F 在先减小后增大到原来的大小过程中，静摩擦力也是先减小后增大到原来的大小，故B 正确；

CD ．以AB 整体为研究对象受力分析，受重力、向下的力F 、地面给B 向上的支持力，因F 是在竖直方向先减小后增大，而水平方向上没有分量，所以B 不会运动也没有运动趋势，所以B 不会受水平地面的摩擦力作用，即地面C 受到物块B 的摩擦力为零；而在竖直方向上整体的重力不变，但向下的F 先减小后增大，所以地面对B 向上的支持力也是先减小后增大，故C 正确，D 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

23

3

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

60A mg N 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

221n 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 。