高中物理高考 专题03 相互作用-2021年高考真题和模拟题物理分项汇编（解析版）

专题03  相互作用

1．（2021·广东高考真题）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·湖南高考真题）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·河北高考真题）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．（2021·内蒙古高三二模）如图所示，倾角为α的光滑斜劈放在粗糙水平面上，物体a放斜面上，轻质细线一端固定在物体a上，另一端绕过光滑的滑轮挂在c点滑轮2下悬挂物体b，细线与竖直墙壁之间的夹角为θ，系统处于静止状态，点c可以沿墙壁向上或向右移动少许，则说法正确的是（　　）

A．点c向上移动，物体a的位置升高，θ不变

B．点c向上移动，物体a的位置不变，θ不变

C．点c向右移动，物体a的位置升高，θ变大

D．点c向右移动，物体a的位置升高，θ不变

【答案】BD

【解析】AB．点c向上移动，因为斜面和悬点的水平距离不变，所以细线与竖直方向的夹角不变，如图

因为细线拉力不变，所以物体a的位置不变，A错误，B正确；

CD．点c向右移动，则滑轮1到悬点间的水平距离变大，即滑轮1到悬点间的细线的水平投影变大，假设物体a的位置不变，则细线与竖直方向的夹角变大，设细线拉力为T，对物体b有，所以细线拉力将变大，物体a的位置升高，θ不变，C错误，D正确。故选BD。

2．（2021·广东梅州市·高三二模）如图所示，一名工人用两种方式尝试把原本就静止在卸货梯上的货物推上货车，第一种方式用平行于卸货梯平面向上的力去推货物，第二种方式用水平向右的力推货物，均未推动货物，则下列说法正确的是（　　）

A．人受到卸货梯的摩擦力大小相等

B．若工人两种方式作用在货物的力的大小相等，则第二种方式中货物所受合外力更大

C．若工人两种方式作用在货物的力的大小相等，且第一种方式货物所受摩擦力沿接触面向上，则第二种方式货物所受摩擦力必定沿接触面向上

D．工人若要匀速推动货物，采用第二种方式更费力

【答案】CD

【解析】A．用平行于卸货梯平面向上的力去推货物，人所受到的摩擦力为重力沿货梯向下的分力与推力对人的反作用力之和，用水平向右的力推货物，人所受的摩擦力为重力沿货梯向下的分力与推力对人的反作用力沿货梯方向的分力之和，由于不知道两次推力的大小，故不能比较摩擦力的大小，故A错误；B．不管用哪种方式推，都没有推动，货物静止，合力都为零，故B错误；C．第一种方式货物所受摩擦力沿接触面向上，则重力沿货梯方向向下的分力大于推力，第二种方式货物所受水平推力沿斜面的分力一定小于推力，也小于重力沿货梯向下的分离，故货物所受摩擦力必定沿接触面向上，故C正确；D．第二种方式水平方向的推力在垂直于货梯方向上有分力，故正压力变大，所以滑动摩擦力更大，推力沿货梯方向的分力与滑动摩擦力等大反向，故推力也需更大，工人若要匀速推动货物，采用第二种方式更费力，故D正确。故选CD。

3．（2021·湖北黄冈市·黄冈中学高三其他模拟）如图所示，质量为m的物体A静止在质量为M的斜面B上，斜面B的倾角。现用水平力F推物体A，在F由零逐渐增加至再逐渐减为零的过程中，A和B始终保持静止。对此过程下列说法正确的是（　　）

A．A所受摩擦力方向始终沿斜面向上

B．A所受摩擦力先增大后减小

C．地面对B的支持力随着力F的变化而变化

D．地面对B的摩擦力先增大后减小

【答案】D

4．（2021·济南市·山东省实验中学高三二模）如图所示，光滑的轻滑轮通过支架固定在天花板上，一足够长的细绳跨过滑轮，一端悬挂小球b，另一端与套在水平细杆上的小球a连接，小球b的质量是小球a的2倍。在水平拉力F作用下小球a从图示虚线（最初是竖直的）位置开始缓慢向右移动至（细绳中张力大小视为不变）。小球a与细杆间的动摩擦因数为。则拉力F的大小（　　）

A．一直增大 B．一直减小 C．始终不变 D．无法确定

【答案】A

【解析】设a的质量为m，则b的质量为2m；以b为研究对象，竖直方向受力平衡，可得绳子拉力始终等于b的重力，即T=2mg，T保持不变。以a为研究对象，a受到重力、细绳的拉力T、支持力和摩擦力、水平拉力，受力如图所示

设绳子与水平方向夹角为，支持力

向右缓慢拉动的过程中，角逐渐减小，水平方向

又，联立求得，因为，利用数学知识可得，即，从减小到，则逐渐增大，所以F将一直增大。故选A。

5．（2021·湖南衡阳市八中高三其他模拟）某位同学用筷子将均匀球夹起悬停在空中，如图所示，已知球心O与两根筷子在同一竖直面内，小球质量为，筷子与竖直方向之间的夹角均为，筷子与小球表面间的动摩擦因数为0.875（最大静摩擦力等于滑动摩擦力），取重力加速度，，。则每根筷子对小球的压力至少为（　　）

A．5N B．7.5N C．10N D．12.5N

【答案】C

【解析】筷子对小球的压力太小，小球有下滑的趋势，最大静摩擦力沿筷子向上，小球受力平衡。在竖直方向上有

解得

ABD错误，C正确。故选C。

6．（2021·四川雅安市·高三三模）如图所示，光滑的轻滑轮用细绳OO'悬挂于O点，另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂货物A，人拉绳的另一端缓慢向右移动，使货物缓慢提升，在此过程中（　　）

A．细绳对人的拉力逐渐变大

B．细绳OO'的张力逐渐变小

C．水平面对人的支持力逐渐变小

D．水平面对人的摩擦力逐渐变小

【答案】B

【解析】A．由于整个系统处于动态平衡状态，货物A受力平衡，则绳子的张力T保持不变，选项A错误；B．人拉绳的另一端缓慢向右移动，滑轮两侧连接的绳子的夹角变大，但绳子的张力T保持不变，绳子对轻滑轮的合力，则绳子对轻滑轮的合力变小，所以细绳OO'的张力逐渐变小，选项B正确；

CD．人处于动态平衡状态，对人受力分析有，由于T的大小不变，人拉绳的另一端缓慢向右移动，α减小，所以N增大，f增大，选项CD错误。故选B。

7．（2021·浙江高三零模）如图所示，一工作人员在两个电塔之间的C点无接触就业。其中A、B两点等高，且用电线（可看作细绳）连接。对此，下列说法不正确的是（　　）

A．C点一定在AB两点的连线的中垂线上

B．增加电线的长度，电线对工作人员的拉力增大

C．提高A点的高度，工作人员将向B点移动

D．调换质量更大的工作人员，C点的位置将下降

【答案】B

【解析】A．对工作人员受力分析，可知细绳提供的拉力大小且对称，所以C点一定在AB两点的连线的中垂线上。故A正确，与题意不符；B．增加电线的长度，则细绳提供拉力夹角变小，因为工作人员所受重力没变，所以电线对工作人员的拉力将减小。故B错误，与题意相符；C．提高A点的高度后，对工作人员所受分析，仍然与没提高之前一样，故工作人员将向B点移动，以保证两个拉力大小相等且对称。故C正确，与题意不符；D．调换质量更大的工作人员，则细绳上拉力的合力即工作人员的重力将变大，细绳夹角将变小，所以C点的位置将下降。故D正确，与题意不符。故选B。

8．（2021·广东广州市·华南师大附中高三三模）如图所示，起重机将重力为G的正方形工件缓缓吊起。四根等长的钢绳（质量不计），一端分别固定在正方形工件的四个角上，另一端汇聚成结点挂在挂钩上，结点到每个角的距离均与正方形的对角线长度相等，则每根钢绳的受力大小为（　　）

A．  B．  C． D．

【答案】C

【解析】设每根钢丝绳的拉力为F，由题意可知每根绳与竖直方向的夹角为，根据共点力的平衡条件可得，解得，ABD错误，C正确。故选C。

9．（2021·河南濮阳市·高三一模）如图所示，质量为M的物块放置在光滑水平桌面上，右侧连接一固定于天花板与竖直方向成θ=45°的轻绳，左侧通过一与竖直方向成θ=45°跨过光滑定滑轮的轻绳与一竖直轻弹簧相连。现将质量为m的钩码挂于弹簧下端，当弹簧处于原长时，将钩码由静止释放，当钩码下降到最低点时（未着地），物块对水平桌面的压力恰好为零。轻绳不可伸长，弹簧劲度系数为k且始终在弹性限度内，物块始终处于静止状态，重力加速度为g。以下判断正确的是（　　）

A．钩码向下一直做加速运动

B．钩码向下运动的最大距离为

C．M=m

D．M=m

【答案】C

【解析】A．由题意可知钩码从静止开始再到静止，可得向下先做加速运动后做减速运动，选项A错误；B．当下降时，加速度为零，速度最大，根据对称性可知在最低点钩码有向上的加速度且，所以在最低点时有弹簧弹力，向下运动的最大距离为，选项B错误；CD．对物块进行受力分析，则依题意有，解得，选项C正确，D错误。故选C。

10．（2021·宁夏银川市·高三其他模拟）如图甲所示，两段等长轻质细线将质量分别为m、2m的小球A、B（均可视为质点）悬挂在O点，小球A受到水平向右的恒力F1的作用，小球B受到水平向左的恒力F2的作用，当系统处于静止状态时，出现了如图乙所示的状态，小球B刚好位于O点正下方，则F1与F2的大小关系是（　　）

A．F1=4F2 B．F1=3F2 C．2F1=3F2 D．2F1=5F2

【答案】D

【解析】A受到水平向右的力F1，B受到水平向左的力F2，以整体为研究对象，受力分析如图所示，设O、A间的细线与竖直方向的夹角为α，由力的分解和平衡条件得Fsinα＋F2=F1，Fcos α=2mg＋mg，故，以B为研究对象受力分析，设A、B间的细线与竖直方向的夹角为β，则由平衡条件得，由几何关系有α=β

得2F1=5F2，ABC错误，D正确。故选D。

11．（2021·安徽省定远中学高三其他模拟）如图所示，一条不可伸长的轻质细绳一端跨过光滑钉子b悬挂一质量为的重物，另一端与另一轻质细绳相连于c点，，c点悬挂质量为的重物，平衡时ac正好水平，此时质量为的重物上表面正好与ac在同一水平线上且到b点的距离为l，到a点的距离为，则两重物的质量的比值为（　　）

A． B．2 C． D．

【答案】C

【解析】由几何关系可知，质量为物体上表面到a点的距离为，则其到c点的距离为，因此bc与竖直方向的夹角正切值为，即角度为，对c点进行受力分析如图所示

根据平行四边形定则可知，由平衡条件得，则，故ABD错误，C正确。故选C。

12．（2021·江苏淮安市·高三其他模拟）如图所示，固定的四分之一粗糙圆弧轨道的圆心在竖直墙上的点，A点与点在同一高度，轻弹簧一端固定在点，另一端连接质量为的小物块，物块静止在轨道上，弹簧与竖直方向的夹角，重力加速度为，则（   ）

A．轨道对物块一定有支持力

B．弹簧一定处于伸长状态

C．弹簧一定处于压缩状态

D．轨道对物块的摩擦力大小等于mg

【答案】A

【解析】D．对小物块做受力分析有f = mgsinθ = mg，D错误；A．沿斜面方向，根据平衡条件滑块此时受到的摩擦力大小等于重力沿斜面向下的分力（等于mg），不为零，有摩擦力必有弹力，所以斜面对滑块的支持力不可能为零，A正确；BC．假设滑块受重力、支持力、摩擦力，三个力的合力可以为0，即物体可以不受弹簧的弹力，则弹簧可以处于原长，不一定处于压缩或伸长状态，BC错误。故选A。

13．（2021·江苏淮安市·高三其他模拟）如图所示，固定的四分之一粗糙圆弧轨道的圆心在竖直墙上的点，A点与点在同一高度，轻弹簧一端固定在点，另一端连接质量为的小物块，物块静止在轨道上，弹簧与竖直方向的夹角，重力加速度为，则（   ）

A．轨道对物块一定有支持力

B．弹簧一定处于伸长状态

C．弹簧一定处于压缩状态

D．轨道对物块的摩擦力大小等于mg

【答案】A

【解析】D．对小物块做受力分析有f = mgsinθ = mg，D错误；A．沿斜面方向，根据平衡条件滑块此时受到的摩擦力大小等于重力沿斜面向下的分力（等于mg），不为零，有摩擦力必有弹力，所以斜面对滑块的支持力不可能为零，A正确；BC．假设滑块受重力、支持力、摩擦力，三个力的合力可以为0，即物体可以不受弹簧的弹力，则弹簧可以处于原长，不一定处于压缩或伸长状态，BC错误。故选A。

14．（2021·重庆市江津中学校高三其他模拟）如图所示，在粗糙固定的斜面上，放有A、B两个木块，用轻质弹簧将A、B两木块连接起来，B木块的另一端再通过细线与物体C相连接，细线跨过光滑定滑轮使C物体悬挂着，A、B、C均处于静止状态，下列说法不正确的是（　　）

A．弹簧弹力可能为零

B．A受到的摩擦力可能沿斜面向上

C．B可能不受到摩擦力的作用

D．若增大B物体的重量，则B物体受到的摩擦力一定将先增大后减小

【答案】D

【解析】A．由于斜面粗糙，弹簧有可能处于自然长度，即弹力有可能为零，故A正确；B．如果弹簧处于伸长状态，当弹簧的弹力小于A重力沿斜面向下的分力时，A受到的摩擦力沿斜面向上，或者弹簧处于压缩状态时，A受到的摩擦力沿斜面向上，故B正确；C．以B为研究对象，如果沿斜面方向有，时，则摩擦力为零，故C正确；D．初状态下不知道B受到的摩擦力大小和方向，无法确定增大B物体的重量时B物体受到的摩擦力变化情况，故D错误。故选D。

15．（2021·湖南省岳阳县第一中学高三二模）如图所示，质量为1kg的物体A静止放在倾角为37°的斜面上，A与斜面间的动摩擦因数为0.8，用一细绳将小桶B通过定滑轮与物体A相连，在不断向小桶B中加沙子的过程中，A、B与斜面始终处于静止状态，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是（　　）

A．地面对斜面的支持力不断增大

B．斜面对物体A的作用力不断减小

C．斜面对物体A的摩擦力不断增大

D．当小桶B和沙子的总质量达到1kg时，地面对斜面的摩擦力大小为8N

【答案】D

【解析】A．对B分析，由平衡条件可知，绳子拉力F逐渐增大，把A与斜面看成一个整体，在竖直方向有，则地面对斜面的支持力不断减小，所以A错误；C．当F较小时，摩擦力沿斜面向上，由平衡条件可得，则F增大时，摩擦力逐渐减小，当F较大时，摩擦力沿斜面向下，由平衡条件可得，则F增大时，摩擦力逐渐增大，所以C错误；B．对A分析，斜面对物体A的作用力大小等于斜面对A的支持力与斜面对A的摩擦力的合力，由于斜面对A的支持力保持不变，但是摩擦力先减小后增大，则斜面对物体A的作用力可能先减小后增大，所以B错误；D．把A与斜面看成一个整体，在水平方向有，则当小桶B和沙子的总质量达到1kg时，地面对斜面的摩擦力大小为，所以D正确；故选D。