第03单元 相互作用--力单元测试（A卷·夯实基础）-2023-2024学年高一物理分层训练AB卷人教版（人教版2019）

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第03单元  相互作用--力单元测试 （A卷·夯实基础）

（时间：60分钟，满分：100分）

一、选择题（本题共13小题，每小题3分，共39分）

1．（2020·浙江高考）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、与速度方向垂直的升力和与速度方向相反的空气阻力。下列受力分析示意图可能正确的是（　　）

A．B．C．D．

【答案】A

【解析】

由题意可知所受重力G竖直向下，空气阻力Ff与速度方向相反，升力F2与速度方向垂直，发动机推力F1的方向沿喷口的反方向，对比图中选项可只有A选项符合题意。

2．（2022·浙江高考）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

【解析】

水管口持续有水流出而过一段时间桶会翻转一次，说明主要原因是装的水到一定量之后，导致水桶与水整体的重心往上移动，竖直向下的重力作用线偏离中心转轴，导致水桶不能稳定平衡，发生翻转，故选D。

3．（2022·辽宁高考）如图所示，蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上，并处于静止状态。蛛丝与竖直方向夹角分别为。用分别表示的拉力，则（　　）

A．的竖直分力大于的竖直分力 B．的竖直分力等于的竖直分力

C．的水平分力大于的水平分力 D．的水平分力等于的水平分力

【答案】D

【解析】

CD．对结点O受力分析可得，水平方向   

即F2的水平分力等于F2的水平分力，选项C错误，D正确；

AB．对结点O受力分析可得，竖直方向    

解得                         

则F1的竖直分量          

F2的竖直分量          

因                      

可知                       

选项AB错误。

4．（2022·广东·高考真题）图是可用来制作豆腐的石磨。木柄静止时，连接的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点，F、和分别表示三根绳的拉力大小，且。下列关系式正确的是（　　）

A． B． C． D．

【答案】D

【解析】

以点为研究对象，受力分析如图

由几何关系可知           

由平衡条件可得         

联立可得                    

故D正确，ABC错误。

5．（2022·浙江高考）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°。一重为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 B．作用力为

C．摩擦力为 D．摩擦力为

【答案】B

【解析】

设斜杆的弹力大小为，以水平横杆和重物为整体，竖直方向根据受力平衡可得 

解得                       

以其中一斜杆为研究对象，其受力如图所示

可知每根斜杆受到地面的作用力应与平衡，即大小为，每根斜杆受到地面的摩擦力为

B正确，ACD错误；

6．（2022·浙江高考）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，其重量分别为和。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

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＋F

D．电子秤对Q的支持力大小等于＋

【答案】D

【解析】

AB．由题意可知，因手使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，即Q对P有水平向左的磁力；P与挡板接触后放开手，P处于“磁悬浮”状态，则说明Q对P有竖直向上的磁力，则Q对P的磁力方向斜向左上方向，其磁力F大小大于，选项AB错误；

CD．对PQ的整体受力分析，竖直方向电子秤对Q的支持力大小等于＋，即Q对电子秤的压力大小等于＋，选项C错误，D正确。

7．（上海高考真题）已知两个共点力的合力大小为，分力的方向与合力F的方向成角，分力的大小为，则（　　）

A．的大小是唯一的 B．的方向是唯一的

C．有两个可能的方向 D．可取任意方向

【答案】C

【解析】

如图所示，以F的“箭头”为圆心，以的大小为半径画一个圆弧，与所在直线有两个交点，因此有两个可能的方向，的大小有两个可能的值，C正确。

8．（2021·广东高考）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。

9．（2020·浙江高考）如图是“中国天眼”口径球面射电望远镜维护时的照片。为不损伤望远镜球面，质量为m的工作人员被悬在空中的氦气球拉着，当他在离底部有一定高度的望远镜球面上缓慢移动时，氦气球对其有大小为、方向竖直向上的拉力作用，使其有“人类在月球上行走”的感觉，若将人视为质点，此时工作人员（　　）

A．受到的重力大小为 B．受到的合力大小为

C．对球面的压力大小为 D．对球面的作用力大小为

【答案】D

【解析】

A．工作人员的质量为，则工作人员受到的重力   

A错误；

B．工作人员在球面上缓慢行走，处于平衡状态，合力为0，B错误；

C．工作人员站在的球面位置不水平，对球面的压力不等于，C错误；

D．由平衡条件可得球面对工作人员的作用力满足   

再由牛顿第三定律可得，工作人员对球面的作用力大小为   

D正确。

故选D。

10．（2020·全国高考）如图，悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处；绳的一端固定在墙上，另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时，O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°，则β等于（　　）

A．45° B．55° C．60° D．70°

【答案】B

【解析】

甲物体是拴牢在O点，且甲、乙两物体的质量相等，则甲、乙绳的拉力大小相等，O点处于平衡状态，则左侧绳子拉力的方向在甲、乙绳子的角平分线上，如图所示

根据几何关系有     

解得。

11．（江苏高考真题）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． B． C．Tsinα D．Tcosα

【答案】C

【解析】

对气球受力分析，由水平方向平衡条件可得：，故C正确．

12．（浙江高考真题）如图所示，一根粗糙的水平横杆上套有A、B两个轻环，系在两环上的等长细绳拴住的书本处于静止状态，现将两环距离变小后书本仍处于静止状态，则

A．杆对A环的支持力变大 B．B环对杆的摩擦力变小

C．杆对A环的力不变 D．与B环相连的细绳对书本的拉力变大

【答案】B

【解析】

A．对两环和书本的整体受力分析，竖直方向：2N=mg，可知将两环距离变小后杆对A环的支持力不变，选项A错误；

BD．对圆环B受力分析可知，f=Tcosθ；对书本：2Tsinθ=mg，解得 （其中的θ是绳与杆之间的夹角），则当两环距离变小后，θ变大，则f减小，与B环相连的细绳对书本的拉力T变小，选项B正确，D错误；

C．同理，杆对A环的摩擦力减小，杆对A环的支持力不变，则杆对A环的力减小，选项C错误．

13．（浙江高考真题）如图所示，与水平面夹角为30°的固定斜面上有一质量m=1.0kg的物体，平行斜面的细绳的一端与物体连接，细绳的另一端绕过摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧秤相连，物体静止在斜面上，弹簧秤的示数为4.9N，关于物体受力的判断（取g=9.8m/s2），下列说法正确的是

A．斜面对物体的摩擦力大小为零

B．斜面对物体的摩擦力大小为4.9N，方向沿斜面向上

C．斜面对物体的摩擦力大小为4.9N，方向沿斜面向上

D．斜面对物体的摩擦力大小为4.9N，方向垂直斜面向上

【答案】A

【解析】

物体重力沿斜面方向下的分力       Gx=mgsin30°=4.9N

与弹簧的弹力相等，根据共点力平衡，知物体不受摩擦力作用．故A正确，BCD错误。

二、多选题(本题共4小题，每小题3分，共12分)

14．（上海高考真题）如图所示，用两根细线把A、B两小球悬挂在天花板上的同一点O，并用第三根细线连接A、B两小球，然后用某个力F作用在小球A上，使三根细线均处于直线状态，且OB细线恰好沿竖直方向，两小球均处于静止状态.则该力可能为图中的（ ）

A．F1          B．F2         C．F3           D．F4

【答案】BC

【解析】

首先对B球受力分析，合力为零．故B球受重力和OB绳子的向上的拉力，由于B球保持静止，受力平衡，故AB绳子的拉力为零；再对A球受力分析，受重力，OA绳子的拉力和一个题中需要求解的力，根据三力平衡条件，可以知道，任意两个力的合力必定与第三个力等值、反向、共线，由于重力和OA绳子的拉力的合力必定在AO方向和竖直方向之间，故只有与符合，故BC正确，AD错误．

15．（2022·山西怀仁市第一中学校模拟）某班物理兴趣小组在研究三力作用下的平衡问题时，设计了如图所示的简单而常见的情景模型：将一可视为质点的质量为m的小球用轻质柔软的细线悬挂于天花板上的O点，在外力F、细线拉力FT和重力mg的作用下处于平衡状态。细线与竖直方向的夹角为，与F的夹角为，开始时F水平。小组成员经过讨论形成了如下结论，你认为正确的是（　　）

A．保持θ角及小球位置不变，逐渐缓慢减小角直至F竖直向上，则F、FT都逐渐减小

B．保持F水平，逐渐缓慢增大θ角，则F、FT都逐渐增大

C．保持角不变，逐渐缓慢增大θ角，直至悬线水平，则FT逐渐减小，F逐渐增大

D．只增加细线的长度，其他条件不变，F、FT都减小

【答案】BC

【解析】

A．如图所示

对小球受力分析，小球受重力、拉力F和细线的拉力FT作用，角不变，角减小到90°时，F最小，因此角减小的过程中，逐渐减小，F先减小后增大，故A错误；

B．保持F水平，则                    ，

角增大时F、都逐渐增大，故B正确；

C．保持角不变，增大角，细线和拉力F的方向都逆时针转动，如图

F水平时最大，水平时F最大，所以逐渐减小，F逐渐增大，故C正确；

D．只增加细线的长度，对F、没有影响，故D错误。

16．（2022·辽宁模拟）如图所示，A、B两物块叠放在一起，在光滑水平面上向右匀速运动，此时给物块A施加一个水平向左的拉力，物块A和B仍保持相对静止一起向右运动过程中（       ）

A．物块B对A的摩擦力方向水平向左 B．物块B受到的摩擦力大小等于F

C．物块A和B各受到四个力的作用 D．物块B对物块A的支持力是由于物块B形变引起的

【答案】CD

【解析】

A．水平面光滑，水平面对物块B的摩擦力为零，施加拉力F后，A、B一起向右做减速运动，说明A对B的摩擦力方向向左，B对A的摩擦力方向向右，故A错误；

B．若B对A的摩擦力大小等于F，则物块A做匀速运动，与题设不符，因此物块B对A的摩擦力小于F，即A对B的摩擦力小于F，故B错误；

C．A受拉力、重力、支持力、摩擦力四个力，B受水平面支持力、A的压力、重力、A对B的摩擦力四个力，故C正确；

D．物块B对物块A的支持力是由于物块B形变引起的，故D正确。

三、探究题（本题共2小题，共20分）

17．（福建高考真题）某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．

①图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm，图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量△l为_______cm;

②本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是______；（填选项前的字母）

A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重

B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重

③图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量△l与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是_____________．

【答案】     6.93cm     A     钩码重力超过弹簧弹力范围

【解析】

①乙的读数为14.66cm,则弹簧的伸长量△l =14.66cm–7.73cm =6.93cm

②为了更好的找出弹力与形变量之间的规律，应逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重，A正确；

③弹簧超出了弹性限度，弹簧被损坏，弹簧的伸长量△l与弹力F不成正比。

18．（2022·湖南高考）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；

（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，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______；

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

【答案】     见解析     15.35     127

【解析】

（3）根据表格标点连线如图

（4）由图可知刻度尺的分度值为1mm，故读数；

（5）设橡皮筋的劲度系数为k，原长为x0，则      

则橡皮筋的劲度系数为k           

从作的l-n图线读取数据则可得    ，

设冰墩墩的质量为m1，则有       

可得              

四、简答题（本题共4小题，共32分）

19．（全国高考真题）拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具（如图）．设拖把头的质量为m，拖杆质量可以忽略；拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数μ，重力加速度为g，某同学用该拖把在水平地板上拖地时，沿拖杆方向推拖把，拖杆与竖直方向的夹角为θ．

（1）若拖把头在地板上匀速移动，求推拖把的力的大小．

（2）设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为λ．已知存在一临界角θ0，若θ≤θ0，则不管沿拖杆方向的推力多大，都不可能使拖把从静止开始运动．求这一临界角的正切tanθ0．

【答案】（1）（2）λ

【解析】

（1）设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把．将推拖把的力沿竖直和水平方向分解，按平衡条件有

①

②

式中N和f分别为地板对拖把的正压力和摩擦力．按摩擦定律有    ③

联立①②③式得              ④

（2）若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动，应有   ⑤

这时①式仍满足．联立①⑤式得       ⑥

现考查使上式成立的θ角的取值范围．注意到上式右边总是大于零，且当F无限大时极限为零，有

⑦

使上式成立的θ角满足，这里θ0是题中所定义的临界角，即当时，不管沿拖杆方向用多大的力都推不动拖把．临界角的正切为          ⑧

20．（2021·甘肃省民乐县第一中学模拟）如图所示，轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为10kg的物体，∠ACB=30°；轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上，另一端G通过细绳EG拉住，EG与水平方向也成30°角，轻杆的G点用细绳FG拉住一个质量也为10kg的物体，g=10m/s2，求：

（1）轻绳AC段的张力FAC与细绳EG的张力FEG之比

（2）横梁BC对C端的支持力大小和方向

【答案】（1） ；（2）100N，方向和水平方向成30°向斜右上方

【解析】

（1）图a中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M1的物体，物体处于平衡状态，绳AC段的拉力  FAC=FCD=M1g

图b中由                          FEGsin30°=M2g

得                                FEG=2M2g

所以得                            

（2）图a中，根据几何关系得       FAC=FCD=M1g=100 N，且夹角为120°

故                     FBC=FAC=M1g=100N，方向和水平方向成30°向斜右上方

21．（2022·内蒙古赤峰·高一期末）如图所示，质量为kg的物体甲通过三段轻绳相连，三段轻绳的结点为O，轻绳OB水平且B端与站在水平地面上的质量为的人相连，轻绳OA与竖直方向的夹角，物体甲及人均处于静止状态。已知，，m/s2。求：

（1）轻绳OA、OB的张力是多大？

（2）地面对人的摩擦力是多大？方向如何？

【答案】（1）125N；75N；（2）；摩擦力方向水平向左

【解析】

（1）以结点为研究对象，由平衡条件有

解得轻绳OA受到的拉力         =125N

轻绳OB受到的拉力            

（2）以人为研究对象，受力如图

由平衡条件可得人受到的摩擦力                      

摩擦力方向水平向左。

22．（2022·陕西省黄陵县期末）如图所示，一位重的演员，悬挂在绳上。若绳与水平方向的夹角为，绳水平，两绳均不可伸长，g取，，，求：

（1）两绳受到的力各为多大？

（2）若绳能承受的最大拉力为，绳能承受的最大拉力为。为使绳不断裂，则所挂演员的重力不能超过多少？

【答案】（1）；；（2）

【解析】

（1）受力分析如图

由力的平衡条件可得   ，

（2）若绳子不断，当时，悬挂重物的最大重力为  

若绳子不断，当时，悬挂重物的最大重力为  

为使绳不断裂，则所挂物体的重力不能超过。