专题02 相互作用——【新高考专用】2020-2022三年高考真题物理分类汇编（原卷版+解析版）

专题02  相互作用

1、（2022·广东卷·T1）图是可用来制作豆腐的石磨。木柄静止时，连接的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点，F、和分别表示三根绳的拉力大小，且。下列关系式正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

以点为研究对象，受力分析如图

由几何关系可知

由平衡条件可得

联立可得

故D正确，ABC错误。

故选D。

2、（2022·浙江6月卷·T10）如图所示，一轻质晒衣架静置于水平地面上，水平横杆与四根相同的斜杆垂直，两斜杆夹角°。一重为的物体悬挂在横杆中点，则每根斜杆受到地面的（　　）

A. 作用力为 B. 作用力为

C. 摩擦力为 D. 摩擦力为

【答案】B

【解析】

设斜杆的弹力大小为，以水平横杆和重物为整体，竖直方向根据受力平衡可得

解得

以其中一斜杆为研究对象，其受力如图所示

可知每根斜杆受到地面的作用力应与平衡，即大小为，每根斜杆受到地面的摩擦力为

B正确，ACD错误；

故选B。

3、（2022·浙江6月卷·T3）如图所示，鱼儿摆尾击水跃出水面，吞食荷花花瓣的过程中，下列说法正确的是（   ）

A. 鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡

B. 鱼儿摆尾出水时浮力大于重力

C. 鱼儿摆尾击水时受到水的作用力

D. 研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点

【答案】C

【解析】

A．鱼儿吞食花瓣时处于失重状态，A错误；

BC．鱼儿摆尾出水时浮力很小，鱼儿能够出水的主要原因是鱼儿摆尾时水对鱼向上的作用力大于重力，B错误、C正确；

D．研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作不可以把鱼儿视为质点，否则就无动作可言，D错误。

故选C。

4、（2022·浙江1月卷·T5）如图所示，学校门口水平地面上有一质量为m的石墩，石墩与水平地面间的动摩擦因数为，工作人员用轻绳按图示方式匀速移动石墩时，两平行轻绳与水平面间的夹角均为，则下列说法正确的是（　　）

A. 轻绳的合拉力大小为

B. 轻绳的合拉力大小为

C. 减小夹角，轻绳的合拉力一定减小

D. 轻绳的合拉力最小时，地面对石墩的摩擦力也最小

【答案】B

【解析】

AB．对石墩受力分析，由平衡条件可知

联立解得

故A错误，B正确；

C．拉力的大小为

其中，可知当时，拉力有最小值，即减小夹角，轻绳的合拉力不一定减小，故C错误；

D．摩擦力大小为

可知增大夹角，摩擦力一直减小，当趋近于90°时，摩擦力最小，故轻绳的合拉力最小时，地面对石墩的摩擦力不是最小，故D错误；

故选B。

5、（2022·浙江1月卷·T4）如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是（　　）

A. 水桶自身重力的大小

B. 水管每秒出水量的大小

C. 水流对桶撞击力的大小

D. 水桶与水整体的重心高低

【答案】D

【解析】

水管口持续有水流出而过一段时间桶会翻转一次，说明主要原因是装的水到一定量之后，导致水桶与水整体的重心往上移动，竖直向下的重力作用线偏离中心转轴，导致水桶不能稳定平衡，发生翻转，故选D。

6.（2022·湖北·T5）如图所示，质量分别为m和2m的小物块Р和Q，用轻质弹簧连接后放在水平地面上，Р通过一根水平轻绳连接到墙上。P的下表面光滑，Q与地面间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。用水平拉力将Q向右缓慢拉开一段距离，撤去拉力后，Q恰好能保持静止。弹簧形变始终在弹性限度内，弹簧的劲度系数为k，重力加速度大小为g。若剪断轻绳，Р在随后的运动过程中相对于其初始位置的最大位移大小为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

Q恰好能保持静止时，设弹簧的伸长量为x，满足

若剪断轻绳后，物块P与弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧的最大压缩量也为x，因此Р相对于其初始位置的最大位移大小为

故选C。

7.（2022·河北·T7）如图，用两根等长的细绳将一匀质圆柱体悬挂在竖直木板的点，将木板以直线为轴向后方缓慢转动直至水平，绳与木板之间的夹角保持不变，忽略圆柱体与木板之间的摩擦，在转动过程中（　　）

A. 圆柱体对木板的压力逐渐增大 B. 圆柱体对木板的压力先增大后减小

C. 两根细绳上的拉力均先增大后减小 D. 两根细绳对圆柱体拉力逐渐增大

【答案】B

【解析】

设两绳子对圆柱体的拉力的合力为，木板对圆柱体的支持力为，绳子与木板夹角为，从右向左看如图所示

在矢量三角形中，根据正弦定理

在木板以直线为轴向后方缓慢转动直至水平过程中，不变，从逐渐减小到0，又

且

可知

则

可知从锐角逐渐增大到钝角，根据

由于不断减小，可知不断减小，先增大后减小，可知先增大后减小，结合牛顿第三定律可知，圆柱体对木板的压力先增大后减小，设两绳子之间的夹角为，绳子拉力为，则

可得

不变，逐渐减小，可知绳子拉力不断减小，故B正确，ACD错误。

故选B。

1．（2021·广东卷）唐代《耒耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力，设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁，F与竖直方向的夹角分别为和，，如图所示，忽略耕索质量，耕地过程中，下列说法正确的是（   ）

A．耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大

B．耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大

C．曲辕犁匀速前进时，耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力

D．直辕犁加速前进时，耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力

【答案】B

【解析】

A．将拉力F正交分解如下图所示

则在x方向可得出

Fx曲 = Fsinα

Fx直 = Fsinβ

在y方向可得出

Fy曲 = Fcosα

Fy直 = Fcosβ

由题知α < β则

sinα < sinβ

cosα > cosβ

则可得到

Fx曲 < Fx直

Fy曲 > Fy直

A错误、B正确；

CD．耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力是一对相互作用力，它们大小相等，方向相反，无论是加速还是匀速，则CD错误。

故选B。

2．（2021·湖南卷）质量为的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图所示，为半圆的最低点，为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触，内有一质量为的小滑块。用推力推动小滑块由A点向点缓慢移动，力的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是（　　）

A．推力先增大后减小

B．凹槽对滑块的支持力先减小后增大

C．墙面对凹槽的压力先增大后减小

D．水平地面对凹槽的支持力先减小后增大

【答案】C

【解析】

AB ．对滑块受力分析，由平衡条件有

滑块从A缓慢移动B点时，越来越大，则推力F越来越大，支持力N越来越小，所以AB错误；

C．对凹槽与滑块整体分析，有墙面对凹槽的压力为

则越来越大时，墙面对凹槽的压力先增大后减小，所以C正确；

D．水平地面对凹槽的支持力为

则越来越大时，水平地面对凹槽的支持力越来越小，所以D错误；

故选C。

3．（2021·河北卷）如图，矩形金属框竖直放置，其中、足够长，且杆光滑，一根轻弹簧一端固定在M点，另一端连接一个质量为m的小球，小球穿过杆，金属框绕轴分别以角速度和匀速转动时，小球均相对杆静止，若，则与以匀速转动时相比，以匀速转动时（　　）

A．小球的高度一定降低 B．弹簧弹力的大小一定不变

C．小球对杆压力的大小一定变大 D．小球所受合外力的大小一定变大

【答案】BD

【解析】

对小球受力分析，设弹力为T，弹簧与水平方向的夹角为θ，则对小球竖直方向

而

可知θ为定值，T不变，则当转速增大后，小球的高度不变，弹簧的弹力不变。则A错误，B正确；

水平方向当转速较小时，杆对小球的弹力FN背离转轴，则

即

当转速较大时，FN指向转轴

即

则因 ，根据牛顿第三定律可知，小球对杆的压力不一定变大。则C错误；

根据

可知，因角速度变大，则小球受合外力变大。则D正确。

故选BD。

1．（2020·海南卷）如图，上网课时小明把手机放在斜面上，手机处于静止状态。则斜面对手机的（    ）

A．支持力竖直向上

B．支持力小于手机所受的重力

C．摩擦力沿斜面向下

D．摩擦力大于手机所受的重力沿斜面向下的分力

【答案】B

【解析】

设手机的质量为m，斜面倾角为θ。对手机进行受力分析，如图所示

由图可知支持力方向垂直斜面向上，摩擦力方向沿斜面向上，根据平衡条件则有

，

因，故，且摩擦力等于手机所受的重力沿斜面向下的分力

故选B。

2．（2020·北京卷）某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　）

A．实验中必须让木板保持匀速运动

B．图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线

C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10:7

D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数

【答案】C

【解析】

AB．为了能研究摩擦力随时间的变化曲线，故物块一直要处于静止状态，则向左的摩擦力一直与向右轻绳的拉力平衡，图乙是向右轻绳的拉力随时间变化曲线，故图乙也可以反映摩擦力随时间变化的曲线，由图可乙知向右轻绳的拉力先增大后减小，最后趋于不变，故物块先受静摩擦力作用后受滑动摩擦力作用，所以不需要让木板保持匀速运动，故AB错误；

C．由图可知，最大静摩擦力约为10N，滑动摩擦力约为7N，故最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10:7，故C正确；

D．根据

，

可知，由于不知道物块的重力，故无法求物块与木板间的动摩擦因数，故D错误。

故选C。

3．（2020·浙江卷）如图是“中国天眼”口径球面射电望远镜维护时的照片。为不损伤望远镜球面，质量为m的工作人员被悬在空中的氦气球拉着，当他在离底部有一定高度的望远镜球面上缓慢移动时，氦气球对其有大小为、方向竖直向上的拉力作用，使其有“人类在月球上行走”的感觉，若将人视为质点，此时工作人员（　　）

A．受到的重力大小为 B．受到的合力大小为

C．对球面的压力大小为 D．对球面的作用力大小为

【答案】D

【解析】

A．工作人员的质量为，则工作人员受到的重力

A错误；

B．工作人员在球面上缓慢行走，处于平衡状态，合力为0，B错误；

C．工作人员站在的球面位置不水平，对球面的压力不等于，C错误；

D．由平衡条件可得球面对工作人员的作用力满足

再由牛顿第三定律可得，工作人员对球面的作用力大小为

D正确。

故选D。

4．（2020·山东卷）如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为m和2m的物块A、B，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时，物块A、B刚好要滑动，则μ的值为（　　）

A． B． C． D．

【答案】C

【解析】

当木板与水平面的夹角为时，两物块刚好滑动，对A物块受力分析如图

沿斜面方向，A、B之间的滑动摩擦力

根据平衡条件可知

对B物块受力分析如图

沿斜面方向，B与斜面之间的滑动摩擦力

根据平衡条件可知

两式相加，可得

解得

故选C。

5．（2020·浙江卷）矢量发动机是喷口可向不同方向偏转以产生不同方向推力的一种发动机。当歼20隐形战斗机以速度v斜向上飞行时，其矢量发动机的喷口如图所示。已知飞机受到重力G、发动机推力、与速度方向垂直的升力和与速度方向相反的空气阻力。下列受力分析示意图可能正确的是（　　）

A．B．C． D．

【答案】A

【解析】

由题意可知所受重力G竖直向下，空气阻力Ff与速度方向相反，升力F2与速度方向垂直，发动机推力F1的方向沿喷口的反方向，对比图中选项可知只有A选项符合题意。

故选A。

6．（2020·全国卷）如图，悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处；绳的一端固定在墙上，另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时，O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°，则β等于（　　）

A．45° B．55° C．60° D．70°

【答案】B

【解析】

甲物体是拴牢在O点，且甲、乙两物体的质量相等，则甲、乙绳的拉力大小相等，O点处于平衡状态，则左侧绳子拉力的方向在甲、乙绳子的角平分线上，如图所示

根据几何关系有

解得。

故选B。