物理十年高考分类-专题2-相互作用二轮专题试题

这是一份物理十年高考分类-专题2-相互作用二轮专题试题，共22页。
考向1 常见的三种力
2.(2023山东,2,3分)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示,三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上,下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300 g,相邻两盘间距1.0 cm,重力加速度大小取10 m/s2。弹簧始终在弹性限度内,每根弹簧的劲度系数为( )
A.10 N/mB.100 N/m
C.200 N/mD.300 N/m
答案：B 设弹簧的劲度系数为k,由题意可知mg=3kΔx,代入数据解得k=100 N/m,故选B。
5.(2022浙江1月选考,4,3分)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 水管不断向桶注水,使桶与水整体的重心位置变化,致使受力不平衡,桶翻转,故D正确。
6.(2022浙江6月选考,3,3分)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 鱼儿吞食花瓣时受力不平衡,选项A错误;鱼儿摆尾出水时浮力小于重力,选项B错误;鱼儿摆尾击水时给水一个力,水同时给鱼儿一个反作用力,选项C正确;研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作时,鱼儿的大小、形状对于所研究的问题不能忽略,则不能把鱼儿视为质点,选项D错误。
14.(2016江苏单科,1,3分)一轻质弹簧原长为8 cm,在4 N的拉力作用下伸长了2 cm,弹簧未超出弹性限度。则该弹簧的劲度系数为( )
A.40 m/N B.40 N/m
C.200 m/N D.200 N/m
答案 D 根据胡克定律有F=kx,则k=Fx=42×10-2 N/m=200 N/m,故D正确。
24.(2015山东理综,16,6分)如图,滑块A置于水平地面上,滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直),此时A恰好不滑动,B刚好不下滑。已知A与B间的动摩擦因数为μ1,A与地面间的动摩擦因数为μ2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。A与B的质量之比为( )
A.1μ1μ2 B.1−μ1μ2μ1μ2 C.1+μ1μ2μ1μ2 D.2+μ1μ2μ1μ2
答案 B 设水平作用力大小为F,则对于B:μ1F=mBg,对于整体:F=μ2(mA+mB)g,解得mAmB=1−μ1μ2μ1μ2。
考向2 力的合成与分解
3.(2023重庆,1,4分)矫正牙齿时,可用牵引线对牙施加力的作用。若某颗牙受到牵引线的两个作用力大小均为F,夹角为α,如图所示,则该牙所受牵引力的合力大小为( )
A.2F sin α2B.2F cs α2
C.F sin αD.F cs α
答案B 如图所示,根据平行四边形定则可知F合=2F cs α2。故选B。
2.(2022广东,1,4分)如图是可用来制作豆腐的石磨。木柄AB静止时,连接AB的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点,F、F1和F2分别表示三根绳的拉力大小,F1=F2且∠AOB=60°。下列关系式正确的是 ( )
A.F=F1 B.F=2F1
C.F=3F1 D.F=3F1
答案 D O点处于平衡状态,由平衡条件可得:F1 sin 30°=F2 sin 30°、F1 cs 30°+F2 cs 30°=F,所以F=3F1,D正确。
4.(2022重庆,1,4分)如图所示,吸附在竖直玻璃上质量为m的擦窗工具,在竖直平面内受重力、拉力和摩擦力(图中未画出摩擦力)的共同作用做匀速直线运动。若拉力大小与重力大小相等,方向水平向右,重力加速度为g,则擦窗工具所受摩擦力 ( )
A.大小等于mg B.大小等于2mg
C.方向竖直向上 D.方向水平向左
答案 B 在竖直平面内对擦窗工具进行受力分析如图所示,擦窗工具做匀速直线运动,其受力平衡,设重力和拉力的合力为F,摩擦力与F等大反向,重力和拉力的合力F=(mg)2+(mg)2=2mg,与水平方向成45°角,则摩擦力大小为2mg,方向与水平方向成45°角,B正确。
12.(2020浙江7月选考,3,3分)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F1、与速度方向垂直的升力F2和与速度方向相反的空气阻力Ff。下列受力分析示意图可能正确的是( )
答案 A 根据题意,升力F2与速度方向垂直,因此可以排除选项B、D,空气阻力Ff与速度方向相反,可以排除选项C,因此选A。
15.(2015广东理综,19,6分)(多选)如图所示,三条绳子的一端都系在细直杆顶端,另一端都固定在水平地面上,将杆竖直紧压在地面上,若三条绳长度不同,下列说法正确的有( )
A.三条绳中的张力都相等
B.杆对地面的压力大于自身重力
C.绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零
D.绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力
答案 BC 由于三条绳长度不同,则三条绳与竖直杆间的夹角不相等,因竖直杆仅是压在地面上而没有固定,则三条绳对杆的拉力在水平方向的分力必平衡,但三个水平分力在水平面内的方向关系不确定,故不能确定三条绳中张力的大小关系,A错误、C正确;由于三条绳对杆的拉力在竖直方向的分力都向下,故B正确;绳子拉力的合力竖直向下,杆的重力也竖直向下,它们不是一对平衡力,故D错误。
16.(2014广东理综,14,4分)如图所示,水平地面上堆放着原木,关于原木P在支撑点M、N处受力的方向,下列说法正确的是( )
A.M处受到的支持力竖直向上
B.N处受到的支持力竖直向上
C.M处受到的静摩擦力沿MN方向
D.N处受到的静摩擦力沿水平方向
答案 A 支持力的方向垂直于支持面,因此原木在M处受到的支持力垂直于地面竖直向上,在N处受到的支持力过N垂直于切面斜向上,A项正确、B项错误;静摩擦力方向平行于接触面且与相对运动趋势的方向相反,因此M处的静摩擦力沿水平方向,N处的静摩擦力沿MN方向,C、D项都错误。
考点2 受力分析 共点力的平衡
考向1 静态平衡问题
1.(2023江苏,7,4分)如图所示,“嫦娥五号”探测器静止在月球平坦表面处。已知探测器质量为m,四条腿与竖直方向的夹角均为θ,月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的16。每条腿对月球表面压力的大小为( )
A.mg4B.mg4csθ
C.mg6csθD.mg24
答案：D 设每条腿所受支持力为FN,则4FN=mg月,g月=16g,则FN=mg24,结合牛顿第三定律可知D正确。
4.(2023河北,4,4分)如图,轻质细杆AB上穿有一个质量为m的小球C,将杆水平置于相互垂直的固定光滑斜面上,系统恰好处于平衡状态。已知左侧斜面与水平面成30°角,则左侧斜面对杆AB支持力的大小为( )
A.mg B.32mg C.33mg D.12mg
答案B 对轻杆和小球组成的系统进行受力分析,如图。
设左侧斜面对杆AB支持力的大小为NA,由平衡条件有NA=mg cs 30°,得NA=32mg,故选B。
6.(2023广东,2,4分)如图所示,可视为质点的机器人通过磁铁吸附在船舷外壁面检测船体。壁面可视为斜面,与竖直方向的夹角为θ。船和机器人保持静止时,机器人仅受重力G、支持力FN、摩擦力Ff和磁力F的作用,磁力垂直壁面。下列关系式正确的是( )
A.Ff=GB.F=FN
C.Ff=G cs θD.F=G sin θ
答案C 如图所示,将重力沿垂直于斜面方向和平行于斜面方向分解。平行于斜面方向,由平衡条件得Ff=G cs θ,故A错误,C正确。垂直于斜面方向,由平衡条件得F=G sin θ+FN,故B、D均错误。
3.(2022北京,5,3分)如图所示,质量为m的物块在倾角为θ的斜面上加速下滑,物块与斜面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。下列说法正确的是 ( )
A.斜面对物块的支持力大小为mg sin θ
B.斜面对物块的摩擦力大小为μmg cs θ
C.斜面对物块作用力的合力大小为mg
D.物块所受的合力大小为mg sin θ
答案 B 物块在斜面上加速下滑,受力分析如图。支持力FN=mg cs θ,A错;摩擦力Ff=μFN=μmg cs θ,B对;合力F合=mg sin θ-μmg cs θ,D错;由于物块加速下滑,斜面对物块作用力(FN、Ff)的合力与重力mg不是平衡力,C错。
7.(2022湖南,5,4分)2022年北京冬奥会跳台滑雪空中技巧比赛场地边,有一根系有飘带的风力指示杆,教练员根据飘带的形态提示运动员现场风力的情况。若飘带可视为粗细一致的匀质长绳,其所处范围内风速水平向右、大小恒定且不随高度改变。当飘带稳定时,飘带实际形态最接近的是 ( )
答案 A 设单位长度飘带质量为m0,总质量M=Lm0(L为飘带长度),单位长度飘带所受的水平力为F0,飘带所受的水平力F=LF0。则对飘带受力分析,所得矢量三角形如图,tan θ=FMg=LF0Lm0g=F0m0g,由于m0与F0为定值,则θ为定值,即θ与L无关,无论选取的研究对象L很小还是很大,θ都不变,则飘带拉力F拉方向一定,所以飘带实际形态最接近一条直线,故选A。
9.(2022浙江1月选考,7,3分)如图所示,水平放置的电子秤上有一磁性玩具,玩具由哑铃状物件P和左端有玻璃挡板的凹形底座Q构成,其重量分别为GP和GQ。用手使P的左端与玻璃挡板靠近时,感受到P对手有靠向玻璃挡板的力,P与挡板接触后放开手,P处于“磁悬浮”状态(即P和Q的其余部分均不接触),P与Q间的磁力大小为F。下列说法正确的是 ( )
A.Q对P的磁力大小等于GP
B.P对Q的磁力方向竖直向下
C.Q对电子秤的压力大小等于GQ+F
D.电子秤对Q的支持力大小等于GP+GQ
答案 D 由于P对挡板有力,且处于悬浮(平衡)状态,对P受力分析如图所示,故A、B错误;对P、Q整体受力分析可知电子秤对Q的支持力大小等于GP+GQ,故C错误,D正确。
10.(2022浙江6月选考,10,3分)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θ=60°。一重为G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33G B.作用力为36G
C.摩擦力为34G D.摩擦力为38G
答案 B 对其中一根斜杆的底端分析,受力如图所示,对整体分析可知FN=G4,则地面对杆的作用力F'=FNcs30°=36G,摩擦力Ff=FN tan 30°=312G,故B正确,A、C、D均错误。
13.(2017课标Ⅲ,17,6分)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm的两点上,弹性绳的原长也为80 cm。将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100 cm;再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)( )
A.86 cm B.92 cm C.98 cm D.104 cm
答案 B 本题考查胡克定律及其简单应用,属于对定律的理解能力考查。设弹性绳劲度系数为k,绳总长l1=100 cm时,绳上弹力大小F1=k(l1-l0),绳中点处受力平衡,设绳与水平方向夹角为θ,则有2F1 sin θ=F'=G,cs θ=45,sin θ=35,绳两端缓慢移至同一点时,设绳长为l2,其弹力大小F2=k(l2-l0),此时绳中点处受力平衡,有2F2=F'=G,综上所述有2k(l1-l0)·sin θ=2k(l2-l0),解得l2=92 cm,则选项B正确。
解题关键 关键词理解与情境构建
弹性绳可按弹簧模型处理,始终处于弹性限度内说明劲度系数k不变,钩码挂在绳的中点,绳中点处受力平衡,两侧绳上弹力大小相等,等于弹性绳的弹力。
17.(2019江苏单科,2,3分)如图所示,一只气球在风中处于静止状态,风对气球的作用力水平向右。细绳与竖直方向的夹角为α,绳的拉力为T,则风对气球作用力的大小为( )
A.Tsinα B.Tcsα C.T sin α D.T cs α
答案 C 本题考查力的分解内容,有利于培养应用数学知识处理物理问题的能力,体现了核心素养中的模型建构要素。
如图所示,气球处于平衡状态,在水平方向上风力与拉力T的水平分力平衡,F风=T sin α,故选项C正确。
关键指导 气球在浮力、重力、水平向右的风力和绳的拉力共同作用下处于平衡状态,其中浮力与重力的合力竖直向上。
25.(2019课标Ⅱ,16,6分)物块在轻绳的拉动下沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动,轻绳与斜面平行。已知物块与斜面之间的动摩擦因数为33,重力加速度取10 m/s2。若轻绳能承受的最大张力为1 500 N,则物块的质量最大为( )
A.150 kg B.1003 kg C.200 kg D.2003 kg
答案 A 本题考查了对平衡条件的理解与应用,检验了理解能力、推理能力,体现了模型建构、科学推理等核心素养。
物块沿斜面向上匀速运动,则物块受力平衡,满足关系F-mg sin 30°-μmg cs 30°=0,其中μ=33,g=10 m/s2,当F=1 500 N时,物块的质量最大,为m=Fgsin30°+μgcs30°=150 kg,故A正确。
考向2 动态平衡问题
5.(2023海南,3,3分)如图所示,工人利用滑轮组将重物缓慢提起,下列说法正确的是( )
A.工人受到的重力和支持力是一对平衡力
B.工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力
C.重物缓慢提起的过程中,绳子拉力变小
D.重物缓慢提起的过程中,绳子拉力不变
答案B 工人受到三个力的作用,即绳的拉力、地面的支持力和重力,三力平衡,A错误;工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力,B正确;将动滑轮和重物以及两者之间的绳看作一个整体,对整体受力分析,设绳的拉力为T,绳与竖直方向的夹角为θ,动滑轮和重物所受重力为G,由平衡条件有2T cs θ=G,重物提起过程中,两绳的张角变大,θ变大,拉力T变大,C、D错误。
8.(2022浙江1月选考,5,3分)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μ,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θ,重力加速度为g,则下列说法正确的是 ( )
A.轻绳的合拉力大小为μmgcsθ
B.轻绳的合拉力大小为μmgcsθ+μsinθ
C.减小夹角θ,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 设两根轻绳的拉力均为F,对石墩受力分析,如图所示,根据平衡条件,有2F cs θ=Ff,2F sin θ+FN=mg,且Ff=μFN,F合=2F,联立解得F合=μmgcsθ+μsinθ,选项A错误,B正确;F合=μmgcsθ+μsinθ=μmg1+μ2sin(θ+α),其中 tan α=1μ,0π2,所以在θ由0增加至π2的过程中,α-θ的值先由大于π2减小至π2后,进一步再减小,相应sin (α-θ)的值先增大后减小,即OM上的张力F先增大后减小,选项C错误,D正确。
20.(2016课标Ⅱ,14,6分)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O,如图所示。用T表示绳OA段拉力的大小,在O点向左移动的过程中( )
A.F逐渐变大,T逐渐变大
B.F逐渐变大,T逐渐变小
C.F逐渐变小,T逐渐变大
D.F逐渐变小,T逐渐变小
答案 A 由题意知,系统处于动态平衡状态,分析O点的受力情况如图所示,其中T'=G恒定不变,F方向不变,T大小方向均改变,在O点向左移动的过程中,θ角逐渐变大,由动态矢量三角形可知F、T均逐渐变大,故A项正确。
21.(2016课标Ⅰ,19,6分)(多选)如图,一光滑的轻滑轮用细绳OO'悬挂于O点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。外力F向右上方拉b,整个系统处于静止状态。若F方向不变,大小在一定范围内变化,物块b仍始终保持静止,则( )
A.绳OO'的张力也在一定范围内变化
B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化
C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化
D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化
答案 BD 系统处于静止状态,连接a和b的绳的张力大小T1等于物块a的重力Ga,C项错误;以O'点为研究对象,受力分析如图甲所示,T1恒定,夹角θ不变,由平衡条件知,绳OO'的张力T2恒定不变,A项错误;以b为研究对象,受力分析如图乙所示,则
FN+T1 cs θ+F sin α-Gb=0
f+T1 sin θ-F cs α=0
FN、f均随F的变化而变化,故B、D项正确。
温馨提示 关键词:①光滑的轻滑轮;②水平粗糙桌面;③系统静止;④F方向不变。
隐含条件 整个系统处于静止状态,则绳子间的夹角不变,各段绳子上的拉力大小不变。
方法技巧 以O'点为研究对象,由三力平衡分析绳OO'的张力变化情况;以物块b为研究对象,用正交分解法列方程分析物块b所受支持力及与桌面间摩擦力的变化情况。
22.(2014上海单科,9,3分)如图,光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内,A端与水平面相切。穿在轨道上的小球在拉力F作用下,缓慢地由A向B运动,F始终沿轨道的切线方向,轨道对球的弹力为N。在运动过程中( )
A.F增大,N减小 B.F减小,N减小
C.F增大,N增大 D.F减小,N增大
答案 A 由题意知,小球在由A运动到B过程中始终处于平衡状态。设某一时刻小球运动至如图所示位置,则对球由平衡条件得:F=mg sin θ,N=mg cs θ,在运动过程中,θ增大,故F增大,N减小,A正确。
23.(2014山东理综,14,6分)如图,用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点,制成一简易秋千。某次维修时将两轻绳各剪去一小段,但仍保持等长且悬挂点不变。木板静止时,F1表示木板所受合力的大小,F2表示单根轻绳对木板拉力的大小,则维修后( )
A.F1不变,F2变大 B.F1不变,F2变小
C.F1变大,F2变大 D.F1变小,F2变小
答案 A 木板静止时受力情况如图所示,设轻绳与竖直木桩的夹角为θ,由平衡条件知,合力F1=0,故F1不变,F2=mg2csθ,剪短轻绳后,θ增大,cs θ减小,F2增大,故A正确。
考向3 平衡中的临界极值问题
实验微专题2 探究弹簧弹力与形变量的关系
autnum .(2022湖南,11,6分)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(a)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:
(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(b)上描点,绘制图线;
(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(c)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)。
答案 (3)见解析 (4)15.35(15.34~15.36) (5)127
解析 (3)根据表中数据描点连线如图所示;
(4)根据刻度尺的读数规则,读出橡皮筋的长度为15.35 cm-0.00 cm=15.35 cm;
(5)由胡克定律F=kx可得k=ΔFΔx,本题中ΔF可用5枚硬币的重力表示,则Δx指的是橡皮筋的伸长量,约为1.51 cm,则k=5×6.05×10−3× N/cm≈0.196 N/cm;设冰墩墩玩具的质量为m,挂上冰墩墩后,橡皮筋长度为15.35 cm,与表中第4组数据联立可得k=(m−20×6.05)×10−3×−15.05 N/cm,解得m≈127 g。
实验微专题3 探究两个互成角度的力的合成规律
（2022浙江6月，17（2））(2)“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示,在该实验中,
①下列说法正确的是 (单选);
A.拉着细绳套的两只弹簧秤,稳定后读数应相同
B.在已记录结点位置的情况下,确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点
C.测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦
D.测量时,橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板
②若只有一只弹簧秤,为了完成该实验至少需要 (选填“2”、“3”或“4”)次把橡皮条结点拉到O点。
答案 (2)①D ②3
解析 (2)①拉着细绳套的两只弹簧秤读数不必相同,A错误;记录拉力方向时需要两个点即可,已经有结点位置再需要一个点就行,B错误;测量时弹簧秤外壳与木板之间可以存在摩擦,但弹簧秤中的弹簧等与弹簧秤外壳之间不能存在摩擦,C错;测量时,橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板,D正确。②本实验需要知道两个分力大小和两分力的合力大小,只有一只弹簧秤,所以需要测量3次,至少需要3次将橡皮条的结点拉到O点。序号
1
2
3
4
5
硬币数量n/枚
5
10
15
20
25
长度l/cm
10.51
12.02
13.54
15.05
16.56