高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力综合与测试单元测试练习

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力综合与测试单元测试练习，共16页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题(共15小题,每小题3分,共45分。每小题只有一个选项符合题意)
1.等效替代法是物理学中常用的思想方法,下列哪个物理名词与该方法无关( D )
A.力的合成B.力的分解
C.重心 D.加速度
解析:分力和合力是等效替代的关系,力的合成、力的分解与等效替代法有关,重心是重力的等效作用点,只有加速度与等效替代法无关。
2.下列两个实验中体现出的共同的物理思想方法是( B )
A.极限法 B.放大法
C.控制变量法D.等效替代法
解析:图甲是利用了光的多次反射将微小形变放大,图乙是利用细管中液面的变化观察玻璃瓶的微小形变,都应用了放大法。
3.如图所示“马踏飞燕”是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶,是我国古代雕塑艺术的稀世之宝。“飞奔的骏马”之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上,是因为( D )
A.马蹄大的缘故
B.马的重心在飞燕上
C.马所受重力太小的缘故
D.马的重心位置和飞燕在同一竖直线上
解析:对马进行受力分析,马处于平衡状态,飞燕对马的支持力和马的重力平衡,且两力在一条竖直线上,飞燕质量所占比重很小,故重心肯定不在飞燕上,这些力与马蹄的大小没关系,故D正确。
4.如图所示为三种与足球有关的情景,下列说法正确的是( B )
A.图甲中,静止在地面上的足球受到的弹力就是它的重力
B.图甲中,静止在地面上的足球受到弹力是因为地面发生形变
C.图乙中,静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力
D.图丙中,足球即将被踢起,说明脚对球的力大于球对脚的力
解析:图甲中,静止在地面上的足球受到的弹力的施力物体是地面,是由于地面发生弹性形变而产生的,而重力的施力物体是地球,弹力不是重力,两者性质不同,选项A错误,B正确;图乙中,静止在光滑水平地面上的两个足球只是接触,没有发生弹性形变,没有受到相互作用的弹力,选项C错误;图丙中,脚对球的力与球对脚的力是一对作用力和反作用力,总是大小相等,方向相反,选项D错误。
5.如图,在粗糙水平面上放置有一竖直截面为平行四边形的木块,图中木块倾角为θ,木块与水平面间动摩擦因数为μ,木块重为G,现用一水平恒力F推木块,使木块由静止向左运动,则物体所受地面摩擦力大小为( C )
A.F B.μGcsθ
C.μG D.μ(Gsin θ+Fcs θ)
解析:因该摩擦力为滑动摩擦力,则Ff=μFN=μG,C正确。
6.如图所示,传送带靠静摩擦力把货物从低处匀速送往高处,则( A )
A.货物所受静摩擦力方向沿传送带向上
B.货物越重则越不容易相对传送带滑动
C.货物越轻则越不容易相对传送带滑动
D.若使传送带反转,将货物从高处匀速送往低处,则静摩擦力的方向沿传送带向下
解析:由于货物匀速运动,受力平衡,所以静摩擦力方向沿传送带向上,A正确;货物是否容易相对传送带滑动主要看动摩擦因数和斜面倾角,与货物质量无关,B、C错误;传送带反转,但只要货物还是匀速运动,根据平衡条件知,静摩擦力方向仍沿传送带向上,D错误。
7.如图所示,质量相同的甲、乙两人所用绳子相同,甲拉住绳子悬在空中处于静止状态;乙拉住绷紧绳子的中点把绳子拉断了。则( D )
A.绳子对甲的拉力小于甲的重力
B.绳子对甲的拉力大于甲对绳子的拉力
C.乙拉断绳子前瞬间,绳上的拉力一定小于乙的重力
D.乙拉断绳子前瞬间,绳上的拉力一定大于乙的重力
解析:绳子对甲的拉力与甲的重力是一对平衡力,与甲对绳子的拉力是一对相互作用力,A、B错误;甲、乙质量相同,两人所用绳子相同,故乙拉断绳子前瞬间,绳上的拉力一定大于乙的重力,C错误,D正确。
8.重型自卸车利用液压装置使车厢缓慢倾斜到一定角度,车厢上的石块就会自动滑下,以下说法正确的是( C )
A.在石块下滑前后自卸车与石块整体的重心位置不变
B.自卸车车厢倾角越大,石块与车厢的动摩擦因数越小
C.自卸车车厢倾角变大,车厢与石块间的正压力减小
D.石块开始下滑时,受到的摩擦力大于重力沿斜面方向的分力
解析:物体的重心位置跟形状及质量分布有关,石块下滑前后,质量分布变化,形状变化,所以重心改变,选项A错误;石块未下滑时,其受力如图所示,由于动摩擦因数与倾角无关,由平衡关系可得FN=mgcs θ,
Ff=mgsin θ。由此可知倾角变大,正压力减小,选项C正确,B错误;石块下滑时,重力沿斜面向下的分力大于受到的摩擦力,选项D错误。
9.如图所示,表面光滑的半球形物体固定在水平面上,光滑小环D固定在半球形物体球心O的正上方,轻质弹簧一端用轻质细绳固定在A点,另一端用轻质细绳穿过小环D与放在半球形物体上的小球P相连,DA水平。现将细绳固定点A向右缓慢平移的过程中(小球P未到达半球最高点前),下列说法正确的是( A )
A.弹簧变短
B.弹簧变长
C.小球对半球的压力变小
D.小球对半球的压力变大
解析:对小球P受力分析,受到细绳的拉力T,半球的支持力FN,竖直向下的重力G,如图所示,根据相似三角形法可知FNOP=GOD=TDP,因为OP和OD都是恒定不变的,G也不变,DP减小,所以可知FN不变,T减小,根据牛顿第三定律可知,小球对半球的压力不变,细绳的拉力减小,即弹簧的弹力减小,所以弹簧变短,故A正确,B、C、D错误。
10.三个相同的支座上分别搁着三个质量和直径都相等的光滑圆球a、b、c,支点P、Q在同一水平面上,a球的重心Oa位于球心,b球和c球的重心Ob、Oc分别位于球心的正上方和球心的正下方,如图所示,三球均处于平衡状态。支点P对a球的弹力为Na,对b球的弹力为Nb,对c球的弹力为Nc,则( A )
A.Na=Nb=Nc B.Nb>Na>Nc
C.NbFT时,静摩擦力沿斜面向上;当mgsin θ=FT时,静摩擦力为零;当mgsin θμ2(m+M)g时,木板便会开始运动
D.无论怎样改变F的大小,木板都不可能运动
解析:木块在力F的作用下向右滑动,木块与木板之间为滑动摩擦力,Ff1=μ1mg。木板处于静止状态,其与地面间为静摩擦力,根据物体的平衡条件可知Ff2=Ff1=μ1mg,并保持不变。
15.如图所示,轻质弹性绳一端固定于O点,另一端系一小球,小球静止时弹性绳竖直。现对小球施加一个水平力,使其缓慢移动至弹性绳与竖直方向成60°角,若弹性绳的形变在弹性限度内,弹性绳原长为x0,则此过程中小球上升的高度为( B )
A.14x0B.12x0
C.13x0D.x0
解析:设弹性绳的劲度系数为k,小球的质量为m,未对小球施加水平力,小球静止时,根据平衡条件有mg=kx1,弹性绳的长度x=x0+x1=x0+mgk;对小球施加水平力,使其缓慢移动至弹性绳与竖直方向成60°角时,小球受到重力mg、水平力F、弹力FT三个力,由平衡条件得FT=
mgcs60°=2mg,弹性绳的长度为x′=x0+2mgk,此过程中小球上升的高度为Δh=x-x′cs 60°=12x0,选项B正确。
二、非选择题(共55分)
16.(10分)某同学在做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验时,手中只有一个弹簧测力计、橡皮筋、木板、白纸和图钉,为了完成此实验:
(1)在图中所示的器材中还需要选取 和 。
(2)该同学选取了合适的器材后,确定了如下主要的操作(各选择一个合适的选项填到每个空格处)。
①在木板上将白纸和橡皮筋的一端固定后,在橡皮筋的另一端拴上细绳套。
②用弹簧测力计钩住左边细绳套,右手抓住右边细绳套,互成一定的角度拉橡皮筋,记录橡皮筋与细绳套结点O的位置、 。
③将弹簧测力计钩住右边细绳套,两边均沿原方向将结点O拉到同一位置,记录 。
④只用一个弹簧测力计将结点O拉到同一位置,记录 。
A.弹簧测力计的读数
B.弹簧测力计的读数和弹簧测力计拉力的方向
C.手拉细绳套的方向
D.弹簧测力计的读数和两边拉力的方向
E.橡皮筋的原长和伸长量
解析:(1)实验时,我们是让两个力拉橡皮筋和一个力拉橡皮筋产生的作用效果相同,测出两个力的大小和方向以及一个力的大小和方向,用力的图示画出这三个力,作平行四边形得出两个力的合力的理论值,和那一个力进行比较。所以我们需要的实验器材有:方木板(固定白纸),白纸(记录方向画图)、刻度尺(选标度)、绳套(弹簧测力计拉橡皮筋)、弹簧测力计(测力的大小)、图钉(固定白纸)、三角板(画平行四边形)、橡皮筋(让力产生相同的作用效果)。要完成该实验,在如图所示的器材中还需要选取细绳套、三角板。
(2)②该实验的实验目的是验证力的平行四边形定则,要根据两个弹簧测力计拉橡皮筋时两个拉力的大小和方向作出平行四边形求出其合力大小,然后与一个弹簧测力计拉橡皮筋时的拉力大小进行比较,最后得出结论,故需要记录橡皮筋与细绳套结点O的位置、弹簧测力计的读数和两边拉力的方向,故选D。
③由于只有一个弹簧测力计,实验需要记录两个分力的大小,第二次需保证将橡皮筋拉到同一位置O点,把弹簧测力计换到未记录的一边测出该力的大小,方向在②中已经记录,故选A。
④只用一个弹簧测力计将橡皮筋拉到O点,记录该力的大小和方向,这是合力的实际测量值,把它与前面两分力作平行四边形得到的合力(理论值)进行比较,得到结论,故选B。
答案:(1)三角板 细绳套 (2)②D ③A ④B
17.(8分)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数,缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。
(1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03 cm,
ΔL2=6.08 cm,ΔL3= cm,压缩量的平均值ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔL33=
cm。
(2)上述ΔL是管中增加 个钢球时产生的弹簧平均压缩量。
(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.8 m/s2,该弹簧的劲度系数为
N/m。(结果保留3位有效数字)
解析:(1)根据压缩量的变化量为ΔL3=L6-L3=(18.09-12.05)cm=
6.04 cm,压缩量的平均值为ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔL33=6.05 cm。
(2)因三个ΔL是相差3个钢球的压缩量之差,则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。
(3)根据钢球的平衡条件有3mgsin θ=kΔL,解得k=3mgsinθΔL≈
48.6 N/m。
答案:(1)6.04 6.05 (2)3 (3)48.6
18.(8分)甲、乙两人用绳子拉船,使船沿OO′方向航行,甲用1 000 N的力拉绳子,方向如图所示,则乙的拉力最小值为多大?
解析:要使船沿OO′方向航行,甲和乙的拉力的合力方向必须沿OO′方向,如图所示。
作平行四边形可知,当乙拉船的力的方向垂直于OO′时,乙的拉力F乙最小,其最小值为F乙min=F甲sin 30°=1 000×12 N=500 N。
答案:500 N
19.(9分)重为100 N、长为L=2 m的均匀木棒放在水平桌面上,如图甲所示,至少要用35 N的水平推力,才能使它从原地开始运动。木棒从原地移动以后,用30 N的水平推力,就可以使木棒继续做匀速运
动。求:
(1)木棒与桌面间的最大静摩擦力Fmax;
(2)木棒与桌面间的动摩擦因数μ;
(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5 m露出桌面时,如图乙所示,水平推力的大小F;
(4)当撤去推力后,木棒减速向右运动(露出桌面的长度小于1 m)的过程中,受到的摩擦力大小。
解析:(1)木棒从原地开始运动必须克服最大静摩擦力,所以Fmax=F1=
35 N。
(2)推力F2与滑动摩擦力相等时,木棒做匀速运动,所以F2=μmg,
μ=F2mg=30N100N=0.3。
(3)当水平推力使木棒匀速运动至木棒有0.5 m露出桌面时,水平推力等于此时的滑动摩擦力,而滑动摩擦力与接触面的面积大小无关,则滑动摩擦力F=μFN=μmg不变,所以F=30 N。
(4)滑动摩擦力的大小与速度无关,大小仍为30 N。
答案:(1)35 N (2)0.3 (3)30 N (4)30 N
20.(10分)在研究摩擦力的实验中,将木块放在水平长木板上,如图甲所示,用水平方向的力F拉木块,拉力F从零开始逐渐增大。用力传感器分别采集拉力F和木块所受到的摩擦力Ff,并用计算机绘制出摩擦力Ff随拉力F的变化图像,如图乙所示。已知木块质量为 1.0 kg,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.60,cs 37°=0.80。
(1)求木块与长木板间的动摩擦因数;
(2)将长木板一端抬起,如图丙,倾角α=37°,用一根劲度系数为
200 N/m的弹簧沿长木板拉木块,请问弹簧要拉伸多少才能使木块沿长木板向上匀速运动?
解析:(1)由题图乙得,木块被拉动后的摩擦力Ff=3.00 N,
木块放在水平长木板上,
正压力FN=mg=10.00 N,
由滑动摩擦力公式Ff=μFN得μ=FfFN=0.3。
(2)因为木块沿长木板向上匀速运动,由受力平衡得F=mgsin α+
μmgcs α=8.40 N,
由胡克定律F=kx得x=Fk=0.042 m=4.2 cm。
答案:(1)0.3 (2)4.2 cm
21.(10分)拱桥结构是古代人们解决建筑跨度的有效方法,拱桥结构的特点是利用石块的楔形结构,将受到的重力和压力分解为向两边的压力,最后由拱桥两端的基石来承受(如图甲)。现有六个大小、形状、质量都相等的楔块组成一个半圆形实验拱桥,如图乙所示。如果每个楔块质量m=3 kg,假定楔块间的摩擦力可以忽略不计,则:
(1)六个楔块组成的拱桥对一边支撑物的压力是多大?
(2)拱桥顶部楔块A两侧所受作用力的大小之比是多少?
(3)如果在拱桥正中间加一个向下的50 N的压力F,那么与顶部A、B两楔块两边相邻的支撑物给予A、B楔块的弹力F1与F2分别是多大?(g取10 m/s2)
解析:(1)六个楔块受到的总重力G=6mg=180 N,
由二力平衡条件知拱桥对一边支撑物的压力为G2,即对一边支撑物的压力是90 N。
(2)以楔块A为研究对象,受力分析如图a,
楔块静止,则FN1=FN2cs 30°,
楔块A两侧所受作用力的大小之比FN1FN2=cs 30°=32。
(3)以中间两楔块为研究对象,其受力如图b所示,
F1和F2间夹角为120°,则由对称性可知F1=F2=F+2mg=110 N。
答案:(1)90 N (2)32 (3)均为110 N
n
1
2
3
4
5
6
Ln/cm
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09