抚顺上册第三章 相互作用——力中考真题汇编[解析版]
一、第三章 相互作用——力易错题培优(难)
1.如图,一固定的粗糙水平横杆上套有a 、b 两个轻环,系在两环上的两根等长细绳拴住一重物处于静止状态,现将两环距离适当变小后重物仍处于静止状态,则( )
A .两绳对重物的合力变大
B .细绳对重物的拉力变小
C .杆对a 环的支持力变大
D .b 环对杆的摩擦力变大
【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
A .根据平衡条件可知,两绳对重物的合力大小始终等于物体的重力大小,所以合力不变,A 错误;
B .对重物受力分析,如图所示
根据平衡条件,分析可得
2cos
2
A B mg F F α==
当两环间距离变小后,α变小,则拉力F A 、F B 均变小,B 正确;
C .以两个轻环和钩码组成的系统为研究对象,设系统总质量为M ,横梁对铁环的支持力F N ,分析如下图所示
根据平衡条件可得
N 2F Mg =
即N 1
2
F Mg =
,可见水平横梁对环的支持力F N 不变,C 错误; D .以b 侧环为研究对象,受力分析如下图
根据平衡条件可得
tan N
f F F θ
=
θ增大时,f F 变小,根据牛顿第三定律可知,b 环对杆的摩擦力也变大,D 错误。
故选B 。
2.如图所示,物块A 放在直角三角形斜面体B 上面,B 放在弹簧上面并紧挨着竖直墙壁,初始时A 、B 静止。现用力F 沿斜面向上推A ,但A 、B 仍未动,则施力F 后,下列说法正确的是( )
A .A 、
B 之间的摩擦力一定变大 B .B 与墙之间可能没有摩擦力
C .B 与墙面间的弹力可能不变
D .B 与墙面间的弹力变大
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
A .对A 物体,开始受重力、
B 对A 的支持力和静摩擦力平衡,当施加F 后,仍然处于静止,开始A 所受的静摩擦力大小为A sin m g θ,若A 2sin F m g θ=,则A 、B 之间的静摩擦力大小还是等于A sin m g θ,所以A 、B 之间的摩擦力可能不变,故A 错误; B .对整体分析,因为AB 不动,弹簧的形变量不变,则弹簧的弹力不变,开始弹簧的弹力
等于A 、B 的总重力,施加F 后,弹簧的弹力不变,总重力不变,根据平衡知,则B 与墙之间一定有摩擦力,摩擦力大小等于力F 在竖直方向的分力,方向竖直向下,故B 错误; CD .以整体为研究对象,开始时B 与墙面的弹力为零,施加力F 后,B 与墙面的弹力变为F cos α,弹力增大,故C 错误,D 正确。 故选D 。
3.如图所示,斜面体置于粗糙水平地面上,斜面体上方水平固定一根光滑直杆,直杆上套有一个滑块.滑块连接一根细线,细线的另一端连接一个置于斜面上的光滑小球.最初斜面与小球都保持静止,现对滑块施加水平向右的外力使其缓慢向右滑动至A 点,如果整个过程斜面保持静止,小球未滑离斜面,滑块滑动到A 点时细线恰好平行于斜面,则下列说法正确的是( )
A .斜面对小球的支持力逐渐减小
B .细线对小球的拉力逐渐增大
C .滑块受到水平向右的外力逐渐增大
D .水平地面对斜面体的支持力保持不变 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
AB .对小球受力分析可知,沿斜面方向
cos sin T mg αθ=
在垂直斜面方向
sin cos N F T mg αθ+=
(其中α是细线与斜面的夹角,θ为斜面的倾角),现对滑块施加水平向右的外力使其缓慢向右滑动至A 点,α变小,则细线对小球的拉力T 变小,斜面对小球的支持力N F 变大,故A B 错误;
C .对滑块受力分析可知,在水平方向则有
sin cos()
cos()sin (cos tan sin )cos mg F T mg θαθαθθθαθα
+=+=
=-
由于α变小,则有滑块受到水平向右的外力逐渐增大,故C 正确; D .对斜面和小球为对象受力分析可知,在竖直方向则有
sin()N mg Mg F T θα'+=++
由于()αθ+变小,所以水平地面对斜面体的支持力逐渐增大,故D 错误。 故选C 。
4.如图所示,水平直杆OP 右端固定于竖直墙上的O 点,长为2L m =的轻绳一端固定于直杆P 点,另一端固定于墙上O 点正下方的Q 点,OP 长为 1.2d m =,重为8N 的钩码由光滑挂钩挂在轻绳上处于静止状态,则轻绳的弹力大小为( )
A .10N
B .8N
C .6N
D .5N
【答案】D 【解析】 【分析】
根据几何关系得到两边绳子与竖直方向的夹角,再根据竖直方向的平衡条件列方程求解. 【详解】
设挂钩所在处为N 点,延长PN 交墙于M 点,如图所示:
同一条绳子拉力相等,根据对称性可知两边的绳子与竖直方向的夹角相等,设为α,则根据几何关系可知NQ =MN ,即PM 等于绳长;根据几何关系可得:
1.2
sin 0.62
PO PM α=
==,则α=37°,根据平衡条件可得:2T cos α=mg ,解得:T =5N ,故D 正确,A 、B 、C 错误.故选D. 【点睛】 本题主要是考查了共点力的平衡问题,解答此类问题的一般步骤是:确定研究对象、进行受力分析、然后建立平衡方程进行解答.
5.半径为R 的球形物体固定在水平地面上,球心正上方有一光滑的小滑轮,滑轮到球面B 的距离为h ,轻绳的一端系一小球,靠放在半球上的A 点,另一端绕过定滑轮后用力拉住,使小球静止,如图所示,现缓慢地拉绳,在使小球由A 到B 的过程中,半球对小球的支持力N 和绳对小球的拉力T 的大小变化的情况是( )
A .N 不变,T 变小
B .N 不变,T 先变大后变小
C .N 变小,T 先变小后变大
D .N 变大,T 变小
【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】
对小球受力分析如图所示,根据矢量三角形和力的图示的特点可知
mg N T
h R R L
==+ 小球由A 到B 的过程,只有定滑轮左侧的绳子L 变短,h 和R 均不变,所以N 不变,T 变小,故A 正确,BCD 错误.
故选A 。
6.在一竖直平面内有一高速逆时针旋转的飞轮,内壁粗糙,当把一物体静止放在圆心正下方A 点,随着飞轮旋转,物体也会运动,运动最高点C 后又滑下来,最后静止在B 点。若∠AOB =α,∠COB =β,物体与接触面间的摩擦因素为μ,则下列说法中正确的是( )
A .物体上升时受到的滑动摩擦力与运动方向相反
B .物体与接触面间的摩擦因素μ=tanα
C .若增大转速,则物体停留的位置在B 点左上方
D .若仅增大物体的质量,物体最后静止的位置在B 点左上方。 【答案】B 【解析】 【分析】
分析摩擦力对于物体是运动的动力还是阻力,可很快分析出摩擦力的方向,由于虽物体静止于B 点但受到的仍为滑动摩擦力,与飞轮转动速度大小无关,当物体处于静止状态时,对物体进行受力分析可求解。 【详解】
A .物体上升的过程中,受到的摩擦力是物体上升的动力,与运动方向相同,A 错误;
B .当静止在B 点时,受力平衡,对物体进行受力分析,可得
sin cos mg mg αμα=
因此,可以推出
tan μα=
B 正确;
C .由于物体力受到的摩擦力为滑动摩擦力,与运动速度无关,因此增大转速后,物体仍停留在B 点,C 错误;
D .当物体停留在B 点时,满足
sin cos mg mg αμα=
两边质量消去,因此停留的位置与物体的质量无关,D 错误。 故选B 。
7.2018年10月23日,港珠澳跨海大桥正式通车.为保持以往船行习惯,在航道处建造了单面索(所有钢索均处在同一竖直面内)斜拉桥,其索塔与钢索如图所示.下列说法正确的是( )
A .增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力
B .为了减小钢索承受的拉力,可以适当降低索塔的高度
C .索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时,钢索对索塔的合力竖直向下
D .为了使索塔受到钢索的合力竖直向下,索塔两侧的钢索必须对称分布 【答案】C 【解析】 【详解】
A 、以桥身为研究对象,钢索对桥身的拉力的合力与桥身的重力等大反向,则钢索对索塔
的向下的压力数值上等于桥身的重力,增加钢索的数量钢索对索塔的向下的压力数值不变,故A 错误;
B 、由图甲可知2cos T Mg α=,当索塔高度降低后,α变大,cos α 变小,故T 变大,故B 错误
C 、由B 的分析可知,当钢索对称分布时,2cos T Mg α=,钢索对索塔的合力竖直向下,故C 正确
D 、受力分析如图乙,由正弦定理可知,只要sin sin AC AB
F F αβ
= ,钢索AC 、AB 的拉力F AC 、F AB
进行合成,合力竖直向下,钢索不一定要对称分布,故D 错误;综上分析:答案为C
8.如图所示,顶端附有光滑定滑轮的斜面体静止在粗糙水平地面上,三条细绳结于0点,一条绳跨过定滑轮平行于斜面连接物块P ,一条绳连接小球Q ,P 、Q 两物体处于静止状态,另一条绳OA 在外力F 的作用下处于水平状态。现保持结点O 位置不变,使OA 绳逆时针缓慢旋转至竖直方向,在此过程中,P 、Q 及斜面均保持静止,则( )
A .斜面对物块P 的摩擦力一直减小
B .斜面对物块P 的支持力一直增大
C .地面对斜面体的摩擦力一直减小
D .地面对斜面体的支持力一直增大 【答案】C 【解析】 【详解】
缓慢逆时针转动绳OA 的方向至竖直的过程中,OA 拉力的方向变化如图从1位置到2位置再到3位置,如图所示,
可见绳OA 的拉力先减小后增大,绳OB 的拉力一直减小。
A .由于不清楚刚开始绳子拉力与重力沿斜面向下的分力大小关系,所以当连接P 物体的绳子拉力一直减小,不能判断斜面对物块P 的摩擦力变化情况,故A 错误;
B .P 物体一直在斜面上处于静止状态,则斜面对P 的支持力等于重力在垂直斜面向下的分力,保持不变,故B 错误;
C .以斜面体和P 的整体为研究对象受力分析,根据平衡条件:斜面受地面的摩擦力与OB 绳子水平方向的拉力等大反向,因绳OB 的拉力一直减小,与水平方向的夹角不变,故其水平分力一直减小,则地面向左的摩擦力一直减小,故C 正确;
D .以斜面体和P 整体为研究对象受力分析,由于绳OB 的拉力一直减小,其竖直向下的分力一直减小,根据竖直方向受力平衡,知地面对斜面体的支持力不断减小,故D 错误。 故选C 。
9.如图所示,两个半圆柱A 、B 紧靠着静置于水平地面上,其上有一光滑圆柱C ,三者半径均为R 、C 的质量为m ,A 、B 的质量都为0.5m ,与地面的动摩擦因数均为μ。现用水平向右的力拉A ,使A 一直缓慢向右移动,直至C 恰好降到地面。整个过程中B 保持静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g 。下列说法正确的是( )
A .未拉A 时,C 受到
B 作用力的大小F mg = B .动摩擦因数的最小值min 32
μ=
C .整个过程中,C 的位移大小为(31)R
D .A 移动过程中,受到的摩擦力大小为A f mg μ= 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
A .未拉A 时,对C 进行受力分析,由平衡条件可知
2cos30F mg =
解得
33
F mg =
故A 错误;
B .
C 恰好降落到地面时,B 对C 的支持力最大为F m ,对物体B 进行受力分析,由平衡条件有
m C 2cos 60F m g =
C m min B cos30()2
m g
F m g μ=+
由于m c =m ,m B =0.5m 代入解得
min 3μ=
故B 正确;
C .整个过程中,由数学关系可知C 的位移大小为
22sin154sin15x R R =?=
故C 错误;
D .A 移动过程中,A 对地面的正压力有
C N A 2
m g
F m g mg =+
= 地面对A 的摩擦力等于
A N f F mg μμ==
故D 正确。 故选BD 。
10.如图所示,斜面体固定在水平面上,一轻质细线绕过滑轮1和滑轮2,两端分别与物体a 和轻环c 连接,轻环c 穿在水平横杆上,滑轮2下吊一物体b 。物体a 和滑轮1间的细线平行于斜面,系统静止。现将c 向右移动少许,物体a 始终静止,系统再次静止,不计
滑轮质量和滑轮与绳间的摩擦。则( )
A .细线拉力将变大
B .地面对斜面体的支持力将变大
C .横杆对轻环c 的摩擦力将变大
D .斜面体对物体a 的摩擦力将变小 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
A .以滑轮2为研究的对象,受力如图
若将c 向右移动少许,两个绳子之间的夹角β增大,由于b 对滑轮的拉力不变,两个绳子之间的夹角变大,根据
2cos
2
b F G β
=
绳子的拉力F 一定变大,A 正确;
B .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
cos
2
2
b N m g
F G F G β
=-=-
总总 N F 与角度β无关,恒定不变,B 错误;
C .以c 为研究的对象
水平方向
'sin f F F α=
c 向右移动少许,F 变大,α变大,sin α变大,横杆对轻环c 的摩擦力将变大,C 正确;
D .若原来物块a 有下降趋势,绳子拉力增大,a 可能有上升趋势,因摩擦力大小和方向都不能确定,D 错误。 故选AC 。
11.如图,质量为3m 的光滑圆球B 紧靠竖直墙壁置于光滑水平地面上,质量为m 的均匀圆球A 用一定长度的轻质细绳悬挂于竖直墙壁上的P 点,O 1、O 2为两球的球心,平衡时PO 2与竖直方向的夹角θ=53°,且两球心的连线与PO 2恰好垂直,已知重力加速度为g ,下列说法正确的是( )
A .细绳对A 球的拉力大小为3
4mg B .A 球对B 球的压力大小为4
5
mg C .B 球对墙面的压力大小为16
25mg D .B 球对地面的压力大小为91
25
mg 【答案】BD 【解析】 【分析】
【详解】
对物体进行受力分析,如图
A .细绳对A 球的拉力
23
cos535
F mg mg ==
故A 错误;
B .A 球处于受力平衡,则B 球对A 球的支持力
14
sin 535
F mg mg ==
即A 球对B 球的压力大小为4
5
mg ,故B 正确; C .墙面对B 球的弹力
411412
cos53cos530.6525
F F F mg mg '===?=
即B 球对墙面的压力大小为12
25
mg ,故C 错误; D .地面对B 球的支持力
31491
3sin 30.8525
F mg F mg mg mg θ'=+=+?=
即B 球对地面的压力大小为91
25
mg ,故D 正确。 故选BD 。
12.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 。
13.如图所示,把倾角为30°的粗糙斜面体C 固定于水平地面上,质量为2m 的物块A 通过跨过光滑轻定滑轮的轻绳与质量为m 的小球B 连接,O 点为轻绳与定滑轮的接触点,初始时,小球B 在水平向右的拉力F 作用下,使轻绳OB 段与水平拉力F 的夹角为θ=120°,A 、B 均保持静止状态。现改变拉力F ,并保持夹角θ大小不变,将小球B 向右上方缓慢拉起至OB 水平,物块A 始终保持静止状态。g 为重力加速度,关于该过程下列说法正确的是( )
A .拉力F 最大为
23
3
mg B .拉力F 一直变小 C .物块A 所受摩擦力先变小后变大 D .轻绳拉力先变大后变小
【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
A .设O
B 绳与水平面夹角为α,因=120θ?不变,且小球B 受力平衡,有
()cos 60cos F T αα?-= ()sin 60sin F T mg αα?-+=
代算可得
23
cos F α=
当=0α?时,拉力F 最大为
23
F =
故A 正确;
B .由题意可知α的取值范围是
060α?≤≤?
且α是从60°逐渐减小到0°,则拉力F 一直变大,故B 错误; C .因为OB 绳的拉力T 满足
()cos 60cos F T αα?-=
则有
()23
cos 60T α=
?- 开始时=60α?,拉力T 最大,且
max 23
2sin 303
T mg mg =
>? 最后=0α?,拉力T 最小,且
min 3
2sin 303
T mg mg =
即物块A 所受摩擦力先变小后变大,故C 正确; D .因为
()23
cos 603
T mg α=
?- 即T 逐渐减小,故D 错误。 故选AC 。
14.A 、B 两三角形物块叠放在地面C 上且均保持静止,如图甲所示。在物块A 上施加一个竖直向下、大小为F 的力而让系统保持静止,当所加竖直向下的力按图乙所示规律变化时( )
A .0~t 2时间内物块A 可能下滑
B .物块A 受到的摩擦力在0~t 1时间内减小,t 2时刻恢复原来的大小
C .地面C 受到物块B 的摩擦力为零
D .物块B 受到地面C 的支持力不变 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
A .设斜面的倾角为θ,物块与斜面间的动摩擦因数为μ,A 的重力为G ,以A 为研究对象,未加F 时物块静止在斜劈上,则有
sin cos G G θμθ≤
即有
sin cos θμθ≤
当用竖直向下的力F 作用于物块上时,受力情况如图所示
沿斜面向下的分力为
()sin G F θ+
最大静摩擦力为
()cos m f G F μθ=+
由于
sin cos θμθ≤
则有
()sin m G F f θ+≤
故当F 先减小后增大的过程,此关系式仍然满足,故A 所受合力为零,一直处于静止状态,不可能下滑,故A 错误;
B .由A 项分析,可知A 一直处于静止状态,合力为零,此时所受的摩擦力为静摩擦力,根据平衡条件有
()sin f G F θ=+
由乙图可知,F 在先减小后增大到原来的大小过程中,静摩擦力也是先减小后增大到原来的大小,故B 正确;
CD .以AB 整体为研究对象受力分析,受重力、向下的力F 、地面给B 向上的支持力,因F 是在竖直方向先减小后增大,而水平方向上没有分量,所以B 不会运动也没有运动趋势,所以B 不会受水平地面的摩擦力作用,即地面C 受到物块B 的摩擦力为零;而在竖直方向上整体的重力不变,但向下的F 先减小后增大,所以地面对B 向上的支持力也是先减小后增大,故C 正确,D 错误。 故选BC 。
15.如图,重为8N 的物块静止在倾角为30°的斜面上,若用平行于斜面且沿水平方向、大小为3N 的力F 推物块时,物块刚好被推动.现施加平行于斜面的力F 0推物块,使物块在斜面上做匀速运动,此时斜面体与地面间的摩擦力大小为f 。设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,斜面始终保持静止。则( )
A .F 0可能为0.5N
B .F 0可能为5N
C .f 可能为3N
D .f 可能为9N 【答案】BC 【解析】 【详解】
对滑块受力分析,受推力F 、重力G 、支持力N 和静摩擦力f ,如图
将重力按照作用效果分解为沿斜面向下的分力
F1=mg sinθ=4N
和垂直斜面向上的分力
F2=mg cosθ=
在与斜面平行的平面内有
f===
5N
当施加平行于斜面的力F0推物块时,在斜面上,相当于物块受到F0、F1(4N)、f(5N)三个力作用处于平衡状态,由三力平衡的特点可知,选项BC正确,AD错误。
故选BC。