高一物理上册第三章 相互作用——力(培优篇)(Word版 含解析)

一、第三章 相互作用——力易错题培优（难）

1．水平传感器可以测量器械摆放所处的水平角度，属于角度传感器的一种，其作用就是测量载体的水平度，又叫倾角传感器。如图为一个简易模型，截面为内壁光滑的竖直放置的正三角形，内部有一个小球，其半径略小于内接圆半径，三角形各边有压力传感器，分别感受小球对三边压力的大小，根据压力的大小，信息处理单元能将各边与水平面间的夹角通过显示屏显示出来。如果图中此时BC 边恰好处于水平状态，将其以C 为轴在竖直平面内顺时针缓慢转动，直到AC 边水平，则在转动过程中（ ）

A ．当BC 边与AC 边所受压力大小相等时，A

B 处于水平状态 B ．球对A

C 边的压力一直增大 C ．球对BC 边的压力一直减小

D ．BC 边所受压力不可能大于球的重力 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】

对正三角形内部的小球受力分析，如图所示

由几何关系可知，随着角度θ从0°到120°增大过程中，角α与角θ之和保持不变，且α + θ = 120°，所以角β也保持不变，β = 60°，由平衡条件和正弦定理得

()

sin sin sin 120AC BC N N G

βθθ==?- 所以球对AC 边的压力

23

sin sin sin sin sin 60AC

AC G G N N θθθβ'====? 球对BC 边的压力

()()()23

sin 120sin 120sin 120sin sin 603

BC

BC G G N N G θθθβ'==?-=?-=?-? A ．当BC 边与AC 边所受压力大小相等时，即AC

BC N N ''=，则θ = 60°，此时AB 处于水平状态，故A 正确；

BC ．角度θ从0°到120°增大过程中，sin θ和()sin 120θ?-都是先增大后减小，所以球对AC 边的压力和球对BC 边的压力都是先增大后减小，BC 错误；

D ．当0 < θ < 60°时，BC

N G '>，即BC 边所受压力有可能大于球的重力，故D 错误。 故选A 。

2．如图所示，质量为M 的四分之一圆柱体放在粗糙水平地面上，质量为m 的正方体放在圆柱体和光滑墙壁之间，且不计圆柱体与正方体之间的摩擦，正方体与圆柱体的接触点的切线与右侧墙壁成θ角，圆柱体处于静止状态，则（ ）

A ．地面对圆柱体的支持力大于（M ＋m ）g

B ．地面对圆柱体的摩擦力为mg tan θ

C ．墙壁对正方体的弹力为

tan mg

θ D ．正方体对圆柱体的压力为cos mg

θ

【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

CD ．以正方体为研究对象，受力分析，并运用合成法如图所示

墙壁对正方体的弹力

N 1=

tan mg

θ

圆柱体对正方体的支持力为

2sin mg

N θ=

根据牛顿第三定律，正方体对圆柱体的压力为sin mg

θ

。 选项C 正确，D 错误；

AB ．以圆柱体和正方体整体为研究对象，地面对圆柱体的支持力

N =(M ＋m ）g

水平方向受力平衡，地面对圆柱体的摩擦力

f =N 1=

tan mg

θ

选项AB 错误。 故选C 。

3．如图所示，竖直面内有一圆环，轻绳OA 的一端O 固定在此圆环的圆心，另一端A 拴一球，轻绳AB 的一端拴球，另一端固定在圆环上的B 点。最初，两绳均被拉直，夹角为θ（2

π

θ>

）且OA 水平。现将圆环绕圆心O 顺时针缓慢转过90°的过程中（夹角θ始终不

变），以下说法正确的是（ ）

A ．OA 上的张力逐渐增大

B ．OA 上的张力先增大后减小

C ．AB 上的张力逐渐增大

D ．AB 上的张力先增大后减小

【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】

取球为研究对象，缓慢转动过程可视为平衡状态，物体受到重力mg ，OA 绳子的拉力

OA F ，AB 绳子的拉力AB F ，这三个力合力为零，可构成如图所示的矢量三角形，由动态图

分析可知OA F 先增大后减小，AB F 一直减小到零。 故选择B 。

4．如图所示，一质量为m 的木块靠在竖直粗糙墙壁上，且受到水平力F 的作用，下列说法正确的是（ ）

A ．若撤去F ，木块沿墙壁下滑时，木块受滑动摩擦力大小等于mg

B ．若木块静止，当F 增大时，木块受到的静摩擦力随之增大

C ．若木块与墙壁间的动摩擦因数为μ，则当撤去F 时，木块受到的滑动摩擦力大小等于μmg

D ．若木块静止，则木块受到的静摩擦力大小等于mg ，方向竖直向上 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

AC ．若撤去推力后，墙壁对物体的支持力减小为零，故最大静摩擦力减为零，物体只受重力，做自由落体运动；故AC 错误；

BD ．木块在推力作用下静止时，处于平衡态，受推力F 、重力G 、向上的静摩擦力f 和向右的支持力N ，如图

根据共点力平衡条件：F =N ，G =f ，当推力增大时，物体仍然保持静止，故静摩擦力的大小不变，始终与重力平衡；B 错误，D 正确； 故选D 。

5．如图所示，质量为m 的正方体和质量为M 的正方体放在两竖直墙和水平面间，处于静止状态。m 与M 的接触面与竖直方向的夹角为α，若不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）

A ．水平面对正方体M 的弹力大小大于（M +m ）g

B ．水平面对正方体M 的弹力大小为（M +m ）g ·cos α

C ．墙面对正方体M 的弹力大小为mg tanα

D ．墙面对正方体M 的弹力大小为tan mg

α

【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

AB ．对M 和m 构成的整体进行受力分析，受重力G 、底面支持力N ，两侧面的支持力M N 和m N ，如图：

两物体受力平衡，根据共点力平衡条件有 水平方向，墙面对正方体M 的弹力大小

M m N N =

竖直方向，水平面对正方体M 的弹力大小

N G M m g ==+（）

选项AB 错误；

CD ．对m 进行受力分析，受重力mg 、墙面支持力N m ，M 的支持力N '，如图：

在木块受力平衡的过程中，根据共点力平衡条件有 竖直方向

sin mg N α'=

水平方向

cos m N N α'=

解得

sin mg

N α

'=

cot tan m mg

N mg αα

==

所以墙面对正方体M 的弹力大小

tan M m mg

N N α

==

选项C 错误，D 正确。 故选D 。

6．如图所示，质量为m 的物体放在质量为M 、倾角为θ的斜面体上，斜面体置于粗糙的水平地面上，用平行于斜面的力F 拉物体使其沿斜面向下匀速运动，斜面体始终静止，则下列说法正确的是（ ）

A ．斜面体对地面的摩擦力大小为cos F θ

B ．斜面体对地面的压力大小为()M m g +

C ．物体对斜面体的摩擦力大小为F

D ．斜面体对物体的作用力竖直向上 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】

A ．对物块和斜面受力分析如下图所示，对物块有

cos N F mg θ=

sin f F F mg θ=+

假设地面对斜面的摩擦力向左，对斜面有

1cos sin N N f F Mg F θF θ=++

'sin cos f N f F F θF θ+=

联立上式解得

'cos f F F θ=

由于'

0f F >，说明方向就是向左，A 正确；

B ．斜面体对地面的压力大小等于地面对斜面体的支持力，根据上式，解得

()1sin N g F M m F ++=θ

B 错误；

C ．物体对斜面体的摩擦力大小等于斜面体对物体的摩擦力大小，根据上式解得

sin f F F mg θ=+

C 错误；

D ．斜面体对物体的作用力与物体重力和外力的合力方向相同，为斜向上偏左，D 错误。 故选A 。

7．如图所示，横截面为直角三角形的斜劈P ，靠在粗糙的竖直墙面上，力F 通过球心水平作用在光滑球Q 上，系统处于静止状态。当力F 增大时，系统仍保持静止，下列说法正确的是（ ）

A ．斜劈P 所受合外力增大

B ．斜劈P 对竖直墙壁的压力不变

C ．墙面对斜劈P 的摩擦力可能增大

D ．球Q 对地面的压力不变

【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

A ．由于系统仍保持静止，斜劈P 所受合外力仍为零，保持不变，A 错误；

B ．将斜劈和球作为一个整体，当F 增大时，斜劈P 对竖直墙壁的压力也增大，B 错误；

C ．如果斜劈原来受到的摩擦力向上，增大F 时，球对斜劈斜面的压力变大，斜劈受到的摩擦力可能减小，而如果斜劈原来受到的摩擦力向下，增大F 时，球对斜劈的压力变大，斜所受摩擦力变大，C 正确；

D ．将斜劈和球作为一个整体，在竖直方向上，如果斜劈与墙壁间的摩擦力变化，球对地面的压力也会变化，D 错误。 故选C 。

8．20世纪末，由于生态环境的破坏，我国北方地区3、4月份沙尘暴天气明显增多。近年来，我国加大了环境治理，践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念，沙尘天气明显减少。现把沙尘上扬后的情况简化为沙尘颗粒悬浮在空中不动。已知风对沙尘的作用力表达式为F =αρAv 2，其中α为常数，ρ为空气密度，A 为沙尘颗粒的截面积，v 为风速。设沙尘颗粒为球形，密度为ρ0，半径为r ，风速竖直向上，重力加速度为g ，则v 的表达式为（ ） A

B

C

D

【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】

沙尘悬浮时受力平衡，根据平衡条件有

mg F =

其中

3004

3

m V r ρρπ?==

由题意知

22

F Av A r

αρπ==，

联立以上四式得

v 选项B 正确，ACD 错误。 故选B 。

9．如图所示，两个截面半径均为r ，质量均为m 的半圆柱体A 、B 放在粗糙水平面上，A 、B 截面圆心间的距离为l ，在A 、B 上放一个截面半径为r ，质量为2m 的光滑圆柱体C ，A 、B 、C 处于静止状态，则（ ）

A ．

B 对地面的压力大小为3mg B ．地面对A 的作用力沿A 、

C 圆心连线方向 C ．l 越小，A 、C 间的弹力越小

D ．l 越小，地面对A 、B 的摩擦力越大

【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

A ．以三个物体组成的整体为研究对象，受到总重力和地面对A 和

B 支持力，两个支持力大小相等，则由平衡条件得知地面对B 的支持力为2mg ，由牛顿第三定律得知B 对地面的压力大小也为2mg ，故A 错误；

B ．地面对A 有支持力和摩擦力两个力作用，地面对A 的作用力是它们的合力；A 受到重力mg 、地面的支持力1N 、摩擦力f 、

C 球的压力2N ，如图所示

根据平衡条件知地面的支持力1N 和摩擦力f 的合力与力mg 和压力2N 的合力等值、反向，C 球对A 的压力2N 方向沿AC 方向，则力mg 和压2N 的合力一定不沿AC 方向，故地面对A 的作用力不沿AC 方向，故B 错误；

C ．以C 为研究对象，分析受力情况如图，由平衡条件有

2

2cos 2N mg θ'= 得

2

cos mg

N θ

'= l 越小，θ越小，cos θ越大，则得A 对C 间的弹力2

N '越小，故C 正确； D ．以A 为研究对象，根据平衡条件得知地面对A 的摩擦力

2sin f N α=

而C 对A 的压力

22

N N '= 则得l 越小，α越小，f 越小，故D 错误。 故选C 。

10．如图所示，一定质量的物块用轻绳悬挂在空中，其中轻绳OA与水平线夹角 保持不变，轻绳OB在竖直平面内由水平方向缓慢向上转动（O点位置始终保持不变），则在绳OB由水平转至竖直的过程中，以下说法正确的是

A．轻绳OA的张力大小将一直变小

B．轻绳OA的张力大小先变小后变大

C．轻绳OB的张力大小将一直变小

D．轻绳OB的张力大小先变小后变大

【答案】AD

【解析】

【分析】

【详解】

对O点受力分析，受重力和两个拉力，如图所示．

三个力平衡，根据矢量三角形可知：OB绳子的拉力先减小后增加，OA绳子的拉力一直减小，

AB.根据图像可知：OA绳子的拉力一直减小，故A正确；B错误；

CD.根据图像可知：OB绳子的拉力先减小后增加，故C错误，D正确；

故选AD

11．如图所示，A、B两个物体中间用一根不可伸长的轻绳相连，在物体B上施加一斜向上的力F，使A、B两物体保持相对静止一起沿水平地面向右匀速运动，当力F与水平面的夹

角为θ时，力F 最小。已知A 、B 两物体的质量分别为m 1=0.5kg 、m 2=2.5kg ，物体A 与地面间的动摩擦因数3

μ=

，g 取10m/s 2，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）

A ．θ=30°

B ．θ=60°

C ．力F 的最小值为12N

D ．力F 的最小值为15N

【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】

对AB 两物体，采用整体法进行受力分析，由受力平衡和正交分解法，在竖直方向上，

12()sin N F m m g F θ=+-

滑动摩擦力为

N f F μ=

在水平方向上

cos f F θ=

解得

12()cos sin m m g

F μθμθ

+=

+

由三角函数知识，得F 的最小值为

12min 2

15N 1F μ

=

=+

此时有

3tan θμ==

30θ=?

BC 错误，AD 正确。 故选AD 。

12．如图所示，倾角为α的粗糙斜劈放在粗糙水平面上，物体a 放在斜面上，轻质细线一端固定在物体a 上，另一端绕过光滑的滑轮固定在c 点，滑轮2下悬挂物体b ，系统处于静止状态。现将固定点c 向左缓慢移动少许，发现a 与斜劈始终静止，则在此过程中

A ．斜劈对地面的压力不变

B ．细线对物体a 的拉力增大

C ．细线对滑轮2的作用力不变

D ．地面对斜劈的摩擦力增大 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】

BC ．对滑轮和物体b 受力分析，受重力和两个拉力，如图所示：

根据平衡条件，有：

2cos b m g T θ=

解得：

2cos b m g

T θ

=

将固定点c 向左移动少许，则θ减小，故拉力T 减小；细线对滑轮2的作用力等于b 的重力，保持不变，故B 错误，C 正确；

AD ．对斜面体、物体a 、物体b 整体受力分析，受重力、支持力、细线的拉力和地面的静摩擦力，如图所示：

根据平衡条件，有：

N =G 总cos T θ-=G 总2

b m g

-

N 与角度θ无关，恒定不变；根据牛顿第三定律，压力也不变；

sin tan 2

b m g

f T θθ==

将固定点c 向左移动少许，则θ减小，故摩擦力减小；故A 正确，D 错误。 故选AC ．

13．如图所示，M 、N 两物体叠放在一起，在恒力F 作用下，一起向上做匀加速直线运动，则关于两物体受力情况的说法正确的是（ ）

A ．物体M 一定受到4个力

B ．物体N 可能受到4个力

C ．物体M 与墙之间一定有弹力和摩擦力

D ．物体M 与N 之间一定有摩擦力 【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】

M 、N 两物体一起向上做匀加速直线运动，合力向上，对MN 整体进行受力分析，受到重力和F ，墙对M 没有弹力，否则合力不能向上，也就不可能有摩擦力；对N 进行受力分析，得：N 受到重力，M 对N 的支持力，这两个力的合力不能向上，所以还受到M 对N 向上的静摩擦力，则N 也给M 一个沿斜面向下的静摩擦力，再对M 进行受力分析，得：M 受到重力、推力F 、N 对M 的压力以及N 给M 沿斜面向下的静动摩擦力，一共4个力，故AD 正确，BC 错误; 故选AD ．

14．如图所示，用与竖直方向成θ角（θ＜45°）的倾斜轻绳a 和水平轻绳b 共同固定一个小球，这时绳b 的拉力为F 1，现保持小球在原位置不动，使绳b 在原竖直平面内逆时针转过θ角，绳b 的拉力为F 2，再逆时针转过θ角固定，绳b 的拉力为F 3，则( )

A ．123F F F <<

B ．132F F F =>

C ．绳a 的拉力先减小后增大

D ．绳a 的拉力一直减小 【答案】BD 【解析】 【分析】

本题考查共点力的平衡及动态平衡 【详解】

对小球进行受力分析如图所示，根据三角形法则有

由几何关系，可知F 2与轻绳a 垂直时，此时拉力最小，故有132F F F =>，即B 选项正确，在轻绳b 逐渐向上转动过程中可以看出轻绳b 中的拉力逐渐变小，故D 选项正确。 综上所述，本题正确答案选BD 。

15．如图所示，将质量为m 的小球用橡皮筋悬挂在竖直墙的O 点，小球静止在Q 点，P 为O 点正下方一点，OP 间的距离等于橡皮筋原长，在P 点固定一光滑圆环，橡皮筋穿过圆环。现对小球施加一个外力F ，使小球沿以PQ 为直径的圆弧缓慢向上运动，不计一切阻力，重力加速度为g ，则下列说法正确的是（ ）

A ．小球在Q 向P 运动的过程中外力F 的方向始终跟橡皮筋垂直

B ．小球在Q 向P 运动的过程中外力F 的方向始终水平向右

C ．小球在Q 向P 运动的过程中外力F 逐渐增大

D ．小球在Q 向P 运动的过程中外力F 先变大后变小 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】

设圆的半径为R ，则

2PQ R =

OP 为橡皮筋的原长，设劲度系数为k ，开始时小球二力平衡有

2k R mg ?=

当移动到橡皮筋与竖直方向成θ角时，受力分析：

弹力大小为

2cos cos T kR mg θθ==

所以有

sin F mg θ=

且方向跟橡皮筋垂直，移动过程中θ一直增大，sin θ一直增大，F 一直增大，AC 正确，BD 错误。 故选AC 。