广西专版2023_2024学年新教材高中物理第3章相互作用__力过关检测新人教版必修第一册

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第三章过关检测(时间:90分钟　满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,第1~7题只有一个选项符合题目要求,第8~10题有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)1.如图所示,P是位于水平粗糙桌面上的物块。用跨过定滑轮的轻绳将P与小盘相连,小盘内有砝码,小盘与砝码的总质量为m。在P运动的过程中,若不计空气阻力,则关于P在水平方向受到的作用力与相应的施力物体,下列说法正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　A.拉力和摩擦力,施力物体是地球和桌面B.拉力和摩擦力,施力物体是绳和桌面C.重力mg和摩擦力,施力物体是地球和桌面D.重力mg和摩擦力,施力物体是绳和桌面答案B解析以P为研究对象,水平方向P受到绳的拉力和桌面对P的摩擦力的作用,拉力的施力物体是绳,摩擦力的施力物体是桌面。2.(2023·河南开封高一期末)某品牌菜刀如图所示,菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样,刀刃前部的顶角小,后部的顶角大,下列说法正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　A.在刀背上加上同样的力时,分开其他物体的力跟刀刃厚薄无关B.刀刃前部和后部厚薄不匀,仅是为了外形美观,跟使用功能无关C.在刀背上加上同样的压力时,顶角不同,分开其他物体的力会有所不同D.刀刃顶角的大小对分开其他物体的力没有影响答案C解析把刀刃部分抽象后,可简化成一个等腰三角劈,设顶角为2θ,背宽为d,侧面长为l,如图甲所示。当在劈背施加压力F后,产生垂直侧面的两个分力F1、F2,使用中依靠着这两个分力分开被加工的其他物体。由对称性知,这两个分力大小相等(F1=F2),因此画出力分解的平行四边形,实为菱形,如图乙所示。在这个力的平行四边形中,取其四分之一考虑(图中阴影部分),根据它跟半个劈的直角三角形的相似关系,得F1=F2=,由此可见,刀背上加上一定的压力F时,侧面分开其他物体的力跟顶角的大小有关,顶角越小,sinθ的值越小,F1和F2越大。但是,刀刃的顶角越小时,刀刃的强度会减小,碰到较硬的物体刀刃会卷口甚至碎裂,实际制造过程中为了适应加工不同物体的需要,所以做成前部较薄,后部较厚。使用时,用前部切一些软的物品(如鱼、肉、蔬菜、水果等),用后部斩劈坚硬的骨头之类的物品。故选C。3.如图所示,一重为120 N的球固定在弹性杆AB的上端,今用测力计沿与水平方向成37°角斜向右上方拉球,使杆发生弯曲,此时测力计的示数为100 N。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则杆AB对球作用力的大小为(　　)A.80 NB.100 NC.110 ND.120 N答案B解析球受到重力mg、测力计的拉力F=100N和杆对其的作用力FN,根据平衡条件可得FNx=Fcos37°=80N,FNy=mg-Fsin37°=60N,所以FN==100N,选项B正确。4.如图所示的水平面上,橡皮绳一端固定,另一端连接两根弹簧,连接点P在F1、F2、F3三力作用下保持静止,下列判断正确的是(　　)A.F1>F2>F3 B.F3>F1>F2C.F2>F3>F1 D.F3>F2>F1答案B解析P点受力如图所示。由几何知识得F3>F1>F2,选项B正确。5.a、b两个质量相同的球用线相连接,a球用线挂在天花板上,b球放在光滑斜面上,系统保持静止(线的质量不计),则下列图正确的是(　　)答案B解析对a、b球整体受力分析知,受重力、斜面的支持力和如图甲所示线的拉力,同理,对b球受力分析如图乙,选项B正确。6.吊兰是常养的植物盆栽之一,右图是悬挂的吊兰盆栽,四条等长的轻绳与竖直方向夹角均为30°,花盆总质量为2 kg,g取10 m/s2,则每根轻绳的弹力大小为(　　)A.5 N B. NC.10 N D.20 N答案B解析根据对称性可知,每根绳的拉力大小相等,设每根绳的拉力大小为F。在竖直方向由平衡条件得4Fcos30°=G,解得F=N,故选项A、C、D错误,B正确。7.如图所示,三个重力均为100 N的物块,叠放在水平桌面上,各接触面水平,水平拉力F=20 N作用在物块2上,三条轻质绳结于O点,水平绳与物块3连接,竖直绳悬挂重物B,倾斜绳通过定滑轮与物体A连接,已知倾斜绳与水平绳间的夹角为120°,A物体重40 N,不计滑轮质量及摩擦,整个装置处于静止状态。则物块3受力个数为(　　)A.3 B.4 C.5 D.6答案C解析对结点O受力分析,水平方向受力平衡,则FT3=FTAcos60°,又FTA=GA,故绳子对物块3的拉力为GAcos60°=20N。将物块1和物块2看成一个整体分析,受重力、支持力、向右的拉力F和向左的静摩擦力Ff32,根据平衡条件得Ff32=F=20N;根据牛顿第三定律,物块2对物块3的静摩擦力Ff23水平向右,大小为20N;又绳子对物块3的拉力水平向左,大小也为20N,则物块3与桌面间的摩擦力为0。故物块3受重力、支持力、压力、物块2给物块3的摩擦力、绳子拉力,共5个力作用,选项C正确。8.两个中间有孔的质量为m0的小球A、B用一轻弹簧相连,套在一根光滑水平杆上。两个小球下面分别连有一轻弹簧。两轻弹簧下端系在同一小球C上,如图所示。已知小球C的质量为m,三根轻弹簧的劲度系数都为k,三根轻弹簧刚好构成一个等边三角形。则(　　)A.水平杆对质量为m0的小球的支持力为(m0+m)gB.连接质量为m的小球的轻弹簧的弹力为C.连接质量为m的小球的轻弹簧的伸长量为D.套在光滑水平杆上的轻弹簧的形变量为答案CD解析以三个小球和三根弹簧组成的整体为研究对象,由平衡条件可得水平杆对质量为m0的小球的支持力F=g,选项A错误。单独研究质量为m的小球,由平衡条件可得连接质量为m的小球的轻弹簧的弹力F=,再由胡克定律可得连接质量为m的小球的轻弹簧的伸长量x=,选项B错误,C正确。单独研究质量为m0的小球,由平衡条件可得套在水平杆上的弹簧的弹力F'=,由胡克定律可得该弹簧的形变量x'=,选项D正确。9.如图所示,在探究摩擦力的实验中,用弹簧测力计水平拉一放在水平桌面上的小木块,小木块的运动状态与弹簧测力计的读数如下表所示(每次实验时,木块与桌面的接触面相同)。则由下表分析可知,下列选项正确的是(　　)实验次数小木块的运动状态弹簧测力计读数/N1静止0.42静止0.63直线加速0.74匀速直线0.55直线减速0.3 A.木块受到的最大静摩擦力为0.7 NB.木块受到的最大静摩擦力可能为0.6 NC.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小有三次是相同的D.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小各不相同答案BC解析第1次和第2次实验都没有拉动木块,说明这两次的拉力大小均未超过最大静摩擦力,第3次实验时,木块做加速运动,说明拉力已经大于最大静摩擦力Ffmax,因此可知,最大静摩擦力范围0.6N≤Ffmax<0.7N,选项A错误,B正确。滑动摩擦力与运动情况无关,因此第3、4、5次的摩擦力大小相等,选项C正确,D错误。10.如图所示,倾角为θ的斜面体C置于水平面上,物块B置于斜面上,通过细绳跨过光滑定滑轮与沙漏A连接,连接B的一段细绳与斜面平行。在A中的沙子缓慢流出的过程中,A、B、C都处于静止状态,则下列说法正确的是(　　)A.B对C的摩擦力可能始终增大B.地面对C的支持力可能不变C.C对地面的摩擦力方向始终向左,且逐渐减小D.滑轮对绳的作用力方向始终不变答案AD解析若一开始C对B的摩擦力就沿斜面向上,则在A中的沙子缓慢流出的过程中,C对B的摩擦力逐渐增大,根据牛顿第三定律可知,此时B对C的摩擦力也始终增大,选项A正确。在A中的沙子缓慢流出的过程中,细绳的拉力逐渐减小,以B、C为整体,根据平衡条件可知,在竖直方向,地面对C的支持力逐渐变大;在水平方向,地面对C的摩擦力方向向左,始终减小,根据牛顿第三定律可知C对地面的摩擦力方向始终向右,且逐渐减小,选项B、C错误。绳的拉力大小处处相等,且方向不变,根据平行四边形定则可知,它们的合力的方向也不变,因此滑轮对绳的作用力方向也始终不变,选项D正确。二、实验题(18分)11.(6分)在探究弹簧弹力和伸长量的关系时,某同学把两根弹簧如图甲所示连接起来进行探究。甲乙(1)某次测量如图乙所示,指针示数为　　　　 cm。 (2)在弹性限度内,将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数lA和lB如表所示。用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为　　　　 N/m(重力加速度g取10 m/s2)。由表中数据　　　　(选填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数。 钩码数1234lA/cm15.7119.7123.6627.76lB/cm29.9635.7641.5147.36 答案(1)16.00(2)12.5　能解析(1)刻度尺最小分度为0.1cm,读数时需估读到0.01cm。(2)题表中对lA的测量有四组数据,应采用逐差法计算增加一个钩码时弹簧Ⅰ增加的长度。l0==0.04m故k==12.5N/m通过计算lB-lA可得出A、B两指针间的长度,进而计算出增加一个钩码时弹簧Ⅱ增加的长度,从而计算出其劲度系数。12.(12分)小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图甲所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为F1=3.30 N、F2=3.85 N和F3=4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。实验装置如图乙所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O点,下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。甲乙丙两次实验记录的轨迹如图丙所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为　　　。 (3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有　　　　。(填写选项前的字母) A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。①　　　　　　　　　　　;②　　　　　　　　　　　　。 答案(1)如图所示,F合=4.70(4.60~4.90都算对)(2)Fa=Fb　(3)BD(4)橡皮筋拉伸不宜过长　选用新橡皮筋(或拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的轻弹簧)解析(2)分析端点N受力,设橡皮筋与竖直方向间的夹角为θ,由平衡条件易得橡皮筋的拉力F=,可见θ相同时橡皮筋拉力相同。(3)题图丙中ab表示两次拉力相同时橡皮筋的长度之差,易知选项A错误,B正确。由图中的两轨迹间的距离变化可知,θ越大时长度差越大,结合F=知对应的拉力越大,选项D正确。因同样拉力下橡皮筋第2次长度较长,故同样长度下橡皮筋第2次所受拉力较小,选项C错误。(4)从能在记录纸上完成实验的角度考虑,橡皮筋不宜过长,所选标度不能过小或过大等;从能测出拉力及减小相对误差角度考虑,拉力不宜过大或过小,两力之间夹角不宜过大或过小等;从能保证两次测量中力的作用效果相同的角度考虑,选用新的、弹性好的橡皮筋或换用弹性好的轻弹簧等。三、计算题(本题共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(6分)(2023·宁夏六盘山高级中学高一期中)如图甲所示,一轻弹簧左端与墙壁相连于O点,作用于右端A点的水平外力F变化时弹簧长度不断变化,取水平向左为正方向,测得外力F与弹簧长度的关系如图乙所示,求:(1)弹簧原长;(2)弹簧的劲度系数。答案(1)15 cm　(2)400 N/m解析(1)根据图像可知,当F=0时,弹簧处于自然伸长状态,即自然长度(原长)为15cm。(2)由胡克定律可得k=N/m=400N/m。14.(8分)滑板运动是一项非常刺激的水上运动,研究表明,在进行滑板运动时,水对滑板的作用力的方向垂直于板面,大小为kv2,其中v为滑板的速度大小(水可视为静止),k为常数且k=54 kg/m。如图所示,人在水平牵引力作用下,与滑板一起做匀速直线运动,滑板和水平面的夹角θ=37°,若人和滑板的总质量为108 kg,不计空气阻力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,求:(1)人受到的水平牵引力的大小;(2)滑板的速度大小。答案(1)810 N　(2)5 m/s解析(1)以滑板和运动员为研究对象,受重力、水平牵引力F与水对滑板的作用力FN,其受力分析如图所示。由共点力平衡条件可得FNcosθ=mgFNsinθ=F解得F=810N。(2)由于FN=根据题意可知FN=kv2解得v==5m/s。15.(13分)如图所示,水平细杆上套有一质量为0.54 kg的小环A,用轻绳将质量为0.5 kg的小球B与A相连。B受到始终与水平方向成53°角的风力作用,与A一起向右匀速运动,此时轻绳与水平方向夹角为37°。运动过程中B球始终在水平细杆的下方。求:(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)(1)B对绳子的拉力大小;(2)A与杆间的动摩擦因数。答案(1)3.0 N　(2)0.3解析(1)对小球B由平衡条件得,绳的拉力为FT=mBgsin37°=3.0N由牛顿第三定律知B对绳子的拉力大小为3.0N。(2)环A做匀速直线运动,有FTcos37°-Ff=0FN=mAg+FTsin37°而Ff=μFN解得μ=0.3。16.(15分)一般教室门上都会安装一种暗锁,这种暗锁由外壳A、骨架B、弹簧C(劲度系数为k)、锁舌D(倾斜角θ=45°)、锁槽E,以及连杆、锁头等部件组成,如图甲所示。设锁舌D的侧面与外壳A和锁槽E之间的动摩擦因数均为μ,最大静摩擦力Ffm由Ffm=μFN(FN为正压力)求得。有一次放学后,当某同学准备关门时,无论用多大的力,也不能将门关上(这种现象称为自锁),此刻暗锁所处的状态的俯视图如图乙所示,P为锁舌D与锁槽E之间的接触点,弹簧由于被压缩而缩短了x。(1)试判断自锁状态时,D的下表面所受摩擦力的方向;(2)求自锁时锁舌D与锁槽E之间的正压力的大小;(3)无论用多大的力拉门,暗锁仍然能够保持自锁状态,则μ至少为多大?答案(1)水平向右　(2)　(3)-1解析(1)自锁状态时,D有向左运动的趋势,所以它的下表面所受摩擦力的方向为水平向右。(2)D的受力情况如图所示。根据平衡条件水平方向FNsinθ=Ff1+Ff2cosθ+kx竖直方向F=Ff2sinθ+FNcosθ又Ff1=μF,Ff2=μFN解得FN=。(3)自锁状态时,无论FN多大,都不能将门关上,所以有1-2μ-μ2=0得μ=-1。