人教版高中物理必修第一册第3章相互作用力测评含答案

第三章测评

一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)

1.关于下列四幅图片的说法,正确的是(　　)

A.甲图中足球对球网的作用力是球网发生形变产生的

B.乙图中重力的分力G1就是物块对斜面的压力

C.丙图中桌子对书的支持力与书对桌子的压力是一对平衡力

D.丁图中轮胎上的花纹是为了增大接触面的粗糙程度

2.(2023浙江嘉兴高一期中)如图为骑行者驾驶摩托车在水平路面上左拐弯,下列说法正确的是(　　)

A.地面对摩托车的弹力斜向左上方

B.地面对摩托车的弹力竖直向上

C.轮胎受到的弹力是由于轮胎发生形变产生的

D.摩托车对驾驶员的作用力竖直向上

3.(2023湖南永州第一中学期末)机器人服务人类的场景正步入现实生活中,例如餐厅中使用机器人送餐就越来越常见。图甲为某餐厅的送餐机器人,将其结构简化为如图乙所示的示意图,机器人的上表面保持水平。则下列说法正确的是(　　)

A.机器人对地面的压力是地面发生弹性形变产生的

B.菜品对机器人的压力就是菜品的重力

C.机器人对菜品的支持力和菜品的重力是一对平衡力

D.菜品对机器人的压力和地面对机器人的支持力是一对相互作用力

4.(2023湖南株洲高一月考)如图所示的装置中,弹簧的原长和劲度系数都相等,小球的质量均相同,弹簧和细线的质量均不计,一切摩擦忽略不计。平衡时各弹簧的长度分别为L1、L2、L3,其大小关系是(　　)

A.L1=L2=L3 B.L1=L2<L3

C.L1=L2>L3 D.L1>L2>L3

5.如图所示,光滑斜面的倾角为37°,一小球在细线的拉力作用下静止在斜面上,若小球所受的重力为G,已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则细线对小球拉力的最小值为(　　)

A.0.6G B.0.5G

C.G D.0.8G

6.(2023福建漳州高一期中)如图所示,磁铁B吸附于铁箱A的侧壁,A的侧壁位于竖直平面内,A、B始终保持相对静止,则下列说法正确的是(　　)

A.铁箱静止于地面上时,磁铁B一共受到3个力的作用

B.A、B一起匀速上升时,B受到的摩擦力方向向上

C.A、B一起匀速向左运动时,B受到的摩擦力与静止时相比减小

D.若在图示状态下仅增大B的磁性,则B受到的摩擦力一定会变大

7.某班级在布置元旦晚会的舞台时,将12个质量均为m的彩球用轻绳依次连接,两端用轻绳固定在天花板上。如图所示为场景示意图,图中各段轻绳的长度均相等,连接天花板的轻绳与水平方向夹角为37°。已知重力加速度为g,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,图中最下面的两个彩球之间的拉力大小为(　　)

A.6mg B.8mg C.10mg D.12mg

二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)

8.(2023山东潍坊高一期末)轻质细线上端悬挂于天花板上的O点,另一端接在质量为m的小球上,小球在水平向右的外力F作用下处于平衡状态,此时细线上的弹力大小为FT,细线与竖直方向的夹角为θ、与F的夹角为α,如图所示。以下判断正确的是(　　)

A.保持F水平,缓慢减小θ,则F、FT都逐渐减小

B.若换一根更长的细线,保持θ、α不变,F、FT可能都减小

C.保持α不变,缓慢增大θ,直至悬线水平,则FT逐渐减小,F先增大后减小

D.保持小球位置不变,F沿逆时针方向缓慢转动直至F竖直向上,则F先减小后增大

9.如图所示,两段等长细绳1、2串接着两个质量相等的小球a、b,悬挂于O点。现在两个小球上分别加上水平方向的外力,其中作用在b球上的力大小为F,作用在a球上的力大小为2F,则此装置平衡时的位置不可能是下列哪幅图(　　)

10.(2023吉林部分学校联考)如图所示,水平固定倾角为30°的光滑斜面上有两质量均为m的小球A、B,它们用细绳连接,现对B施加一水平向左的推力F,使A、B均静止在斜面上,重力加速度大小为g,下列说法正确的是(　　)

A.小球A对小球B的作用力大小为mg

B.推力F大小为2mg

C.斜面对小球A的作用力大小为mg

D.斜面对小球B的作用力大小为

三、非选择题(本题共5小题,共54分)

11.(12分)(2023北京海淀高一期末)在探究两个互成角度的力的合成规律的实验中,某同学将木板放在水平桌面上,在木板上铺上白纸,用以记录力的大小和方向,然后他所进行实验的主要步骤是:

①如图甲所示,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,橡皮条的另一端固定,橡皮条的长度为GE;

②用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环,小圆环受到拉力F1、F2的共同作用,处于O点,橡皮条伸长的长度为EO,如图乙所示,记录O点位置以及F1、F2的大小和方向;

③撤去F1、F2,改用一个测力计单独拉住小圆环,仍使它处于O点,此时测力计的示数为F,如图丙所示,记录F的大小和方向。

(1)步骤③中“改用一个测力计单独拉住小圆环,仍使它处于O点”,这样做的目的是　　　　　　　　　　　。 

(2)实验中,下列操作正确的是　　　　。 

A.使用弹簧测力计时,应使弹簧测力计与木板平面平行

B.用两个弹簧测力计共同拉动小圆环时的拉力一定都小于只用一个弹簧测力计时的拉力

C.通过描点确定拉力方向时,所描的点到O点的距离应适当大一些

(3)为了探究拉力F与F1、F2的关系,步骤②中记录了F1、F2的方向如图中虚线方向所示,F1和F2的大小分别为3.0 N和2.0 N,步骤③中记录了F的大小和方向,图中已经画出了F的大小和方向。请根据图中给出的力的标度,完成力F1、F2的图示。

(4)某同学将(3)中所作F1、F2图示的箭头端分别与F箭头端用虚线连接,观察到所围成的形状近似为平行四边形,于是得出猜想:力的合成满足平行四边形定则。为检验这一猜想,还需进一步做的工作是                                 　。 

12.(12分)(2022湖南卷)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等,设计了如图甲所示的实验装置,测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下:

甲

(1)查找资料,得知每枚硬币的质量为6.05 g。

(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋,测量每次稳定后橡皮筋的长度l,记录数据如下表:

(3)根据表中数据在图乙上描点,绘制图线:

乙

丙

(4)取出全部硬币,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,稳定后橡皮筋长度的示数如图丙所示,此时橡皮筋的长度为　　　　 cm。 

(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为　　　　 g(计算结果保留3位有效数字)。 

13.(7分)(2023北京西城高一期末)某同学在家测一弹簧的劲度系数,实验装置如图所示。他将弹簧挂在桌子的边缘,然后找到了3把质量均为m的铁锁和一把较短的刻度尺,刻度尺的长度小于弹簧原长。实验时,他将刻度尺(0刻度在上端)竖直立在桌腿边缘靠近弹簧的位置。当挂1把铁锁时,弹簧的指针指在l1刻度处;当挂3把铁锁时,弹簧的指针指在l2刻度处。实验时,弹簧始终在弹性限度内。重力加速度为g。请推导该弹簧劲度系数k的表达式(用l1、l2、m、g表示)。

14.(11分)如图所示,将一个质量为4 kg的铅球放在倾角为30°的斜面上,并用挡板挡住。挡板由图示位置绕斜面上的固定转轴O逆时针缓慢转动,直至挡板水平。不考虑铅球受到的摩擦力,g取10 m/s2,求缓慢转动挡板过程中:

(1)挡板对铅球支持力的最小值;

(2)挡板对铅球支持力最小时,铅球对斜面压力的大小。

15.(12分)(2023河南南阳高一月考)某同学为了研究三角形承重结构各部分受力大小的规律,设计如图所示的装置:一长度AB=10 cm的轻质细杆,A端通过光滑铰链连接于竖直墙上,B端系上轻质细绳,细绳水平,另一端系于竖直墙上C点,B点悬挂一质量为3 kg的重物,该系统保持静止状态。已知此时细绳长度为BC=8 cm,重力加速度g取10 m/s2。

(1)求此时轻绳BC和轻杆AB受到的弹力大小。

(2)若保持细杆AB位置不动,只改变轻绳BC的长度及C点位置,要使系统静止且绳子承受的拉力最小,求此时轻绳BC的长度及所受拉力大小。

参考答案

第三章测评

1.D　甲图中足球对球网的作用力是球发生形变而恢复原状时对球网产生的,选项A错误;乙图中重力的分力属于引力,压力属于弹力,二者只是大小相等,选项B错误;丙图中桌子对书的支持力与书对桌子的压力是一对作用力与反作用力,选项C错误;丁图中轮胎上的花纹是为了增大接触面的粗糙程度,选项D正确。

2.B　将人和摩托车看作一个整体,受竖直方向上的重力和地面对其支持力,两个力平衡,即地面对摩托车的弹力竖直向上,A错误,B正确;轮胎受到的弹力是由于地面发生形变产生的,C错误;摩托车对驾驶员的作用力斜向左上方,D错误。

3.C　由弹力产生的条件可知机器人对地面的压力是机器人发生弹性形变产生的,A错误;菜品对机器人压力的施力物体是菜品,菜品的重力的施力物体是地球,二者不是同一个力,B错误;以菜品为研究对象可知,机器人对菜品的支持力和菜品的重力是一对平衡力,C正确;相互作用力是两个物体间的力,而菜品对机器人的压力和地面对机器人的支持力涉及三个物体,可知菜品对机器人的压力和地面对机器人的支持力不是一对相互作用力,D错误。

4.A　对三个图中的小球A受力分析,可知三根弹簧受到的弹力大小相等,即有F1=F2=F3,根据胡克定律F=kx得L1=L2=L3,故选A。

5.A　对小球受力分析如图所示,由图可以看出当拉力与斜面的支持力垂直时,拉力最小,则拉力最小值FT=Gsin 37°=0.6G,故选A。

6.B　对B受力分析,B受重力、磁铁的吸引力、A对B的支持力以及A对B的摩擦力共4个力,故A错误;A、B一起匀速上升时,B处于平衡状态,竖直方向对B由平衡条件可知B受到的摩擦力方向向上,故B正确;A、B一起匀速向左运动时,B处于平衡状态,根据平衡条件可知B受到的摩擦力大小等于B的重力,与静止时相等,故C错误;在题图所示状态下,B处于静止状态,A、B之间的摩擦力为静摩擦力,根据平衡条件可知B受到的摩擦力大小等于B的重力,增大B的磁性,摩擦力大小不变,故D错误。

7.B　选左边6个彩球为研究对象,其受力分析如图所示,根据力平衡条件,有=tan 37°,得F2=8mg,选项B正确。

8.AD　保持F水平,缓慢减小θ,对小球受力分析有FTcos θ=mg,F=mgtan θ,可知随着θ减小,F和FT都在减小,A正确;换一根更长的细线,保持θ、α不变,则F、FT都不变,B错误;保持α不变,缓慢增大θ,直至悬线水平,根据三角形定则,如图甲所示,由图可知当F水平时FT最大,当FT水平时F最大,所以FT逐渐减小,F逐渐增大,C错误;保持小球位置不变,F沿逆时针方向缓慢转动直至F竖直向上的过程,根据三角形定则,如图乙所示,可知当F方向与FT方向垂直时,F有最小值,则F先减小后增大,D正确。

甲

乙

9.ACD　对ab整体,受重力、细绳1的拉力、F和2F四力平衡,因此细绳1向右偏。假设细绳1与竖直方向夹角为α,细绳2与竖直方向夹角为β,对ab整体受力分析如图甲所示,可得tan α=,对小球b受力分析如图乙所示,可知tan β=,因此α<β。故B不符合题意,A、C、D符合题意。

10.AD　对小球A分析,由平衡条件可知,在沿斜面方向小球B对小球A的拉力大小等于小球A的重力沿斜面向下的分力,FB=mgsin 30°=mg,由牛顿第三定律可知,小球A对小球B的作用力大小为mg,A正确;小球A、B在斜面上处于静止状态,对小球B受力如图所示,在沿斜面方向受力平衡,则有Fcos 30°=mgsin 30°+mg,F=mg,B错误;在垂直斜面方向小球A受力平衡,因此斜面对小球A的作用力大小为FNA=mgcos 30°=mg,C错误;对小球B在垂直斜面方向受力平衡,可得斜面对小球B的作用力大小为FNB=mgcos 30°+Fsin 30°=mg+mg×,D正确。

11.解析 (1)步骤③中“改用一个测力计单独拉住小圆环,仍使它处于O点”,这样做的目的是保证两次拉动小圆环时产生的作用效果相同。

(2)为了减少弹簧测力计的测量误差,使用弹簧测力计时,应使弹簧测力计与木板平面平行,故A正确;用两个弹簧测力计共同拉动小圆环时的拉力不一定都小于只用一个弹簧测力计时的拉力,故B错误;为了减小作图误差,通过描点确定拉力方向时,所描的点到O点的距离应适当大一些,故C正确。

(3)F1和F2的大小分别为3.0 N和2.0 N,根据图中给出的力的标度,画出力F1、F2的图示如图所示。

(4)某同学将(3)中所作F1、F2图示的箭头端分别与F箭头端用虚线连接,观察到所围成的形状近似为平行四边形,于是得出猜想:力的合成满足平行四边形定则。为检验这一猜想,还需改变F1、F2的大小和方向,重复上述实验,检验所围成的图形是不是平行四边形,从而得出两个互成角度的力的合成符合平行四边形定则。

答案 (1)保证两次拉动小圆环时产生的作用效果相同

(2)AC

(3)图见解析

(4)改变F1、F2的大小和方向,重复上述实验,检验所围成的图形是不是平行四边形

12.解析 (4)由题图丙可知,刻度尺的分度值为1 mm,读数为15 cm+3.5 mm=153.5 mm=15.35 cm。

(5)设橡皮筋的劲度系数为k,原长为x0,则

n1mg=k(x1-x0)

n5mg=k(x5-x0)

设冰墩墩质量为m1,则有m1g=k(l-x0)

联立各式代入数据解得m1=127 g。

答案 (3)如图所示

(4)15.35

(5)127

13.解析 设挂在桌边的弹簧未挂物体时,弹簧的指针指在l0刻度处。根据胡克定律,挂1把铁锁时,有mg=k(l1-l0)

挂3把铁锁时,有3mg=k(l2-l0)

联立可得k=。

答案 k=

14.解析 (1)铅球所受重力、挡板的支持力FN1、斜面的支持力FN2构成力三角形如图所示,当挡板逆时针缓慢转动,FN1与FN2垂直时,其值最小,有FN1=mgsin 30°=mg。

(2)斜面的支持力大小FN2=mgcos 30°=mg

由牛顿第三定律得,铅球对斜面的压力大小FN=FN2=mg。

答案 (1)mg

(2)mg

15.解析 (1)B点受力如图所示,设∠BAC为θ

水平方向FABsin θ=FBC

竖直方向 FABcos θ=mg

解得FAB=50 N,FBC=40 N。

(2)当BC绳与AB杆垂直时受到的拉力最小,如图所示

此时细绳BC长度为L=lABtan θ

解得L= cm

细绳拉力FBC'=mgsin θ

解得FBC'=24 N。

答案 (1)40 N　50 N

(2) cm　24 N