高一物理第三章 相互作用——力单元测试题(Word版 含解析)

一、第三章 相互作用——力易错题培优（难）

1．如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为m 和2m 的物块A 、B ，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A 、B 间的接触面和轻绳均与木板平行。A 与B 间、B 与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时，物块A 、B 刚好要滑动，则μ的值为（ ）

A ．

13

B ．

14

C ．

15

D ．

16

【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

当木板与水平面的夹角为45?时，两物块刚好滑动，对A 物块受力分析如图

沿斜面方向，A 、B 之间的滑动摩擦力

1cos 45f N mg μμ==?

根据平衡条件可知

sin 45cos45T mg mg μ=?+?

对B 物块受力分析如图

沿斜面方向，B 与斜面之间的滑动摩擦力

23cos 45f N mg μμ='=??

根据平衡条件可知

2sin 45cos453cos45mg T mg mg μμ?=+?+??

两式相加，可得

2sin 45sin 45cos45cos453cos45mg mg mg mg mg μμμ?=?+?+?+??

解得

15

μ=

故选C 。

2．如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O 为球心，一质量为m 的小滑块，在水平力F 的作用下从半球形容器最低点缓慢移近最高点．设小滑块所受支持力为N ，则下列判断正确的是（ ）

A ．F 缓慢增大

B ．F 缓慢减小

C ．N 不变

D ．N 缓慢减小

【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】

对物体进行受力分析：物体受重力mg 、支持力F N 、水平力F ．已知小滑块从半球形容器最低点缓慢移近最高点，我们可以看成小滑块每一个状态都是平衡状态．根据平衡条件，应用力的合成得出：

G F tan θ=

N G

F sin θ

=，由于小滑块从半球形容器最低点缓慢移近最高点，所以θ减小，

tanθ减小，sinθ减小．根据以上表达式可以发现F 增大，F N 增大．故选A.

【点睛】

物体的动态平衡依然为高考命题热点，解决物体的平衡问题，一是要认清物体平衡状态的特征和受力环境是分析平衡问题的关键；二是要学会利用力学平衡的结论（比如：合成法、正交分解法、效果分解法、三角形法、假设法等）来解答；三是要养成迅速处理矢量计算和辨析图形几何关系的能力．

3．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.

4．内壁光滑的球体半径为R ，一长度小于直径的轻杆两端固定质量分别为m A 、m B 的小球A 、B 。将轻秆置于球体内部后。最终静止在图示位置不动，球心O 与轩在同一竖直平面内，过球心O 竖直向下的半径与杆的交点为M ，2

R

OM =

。下列判断正确的是（ ）

A ．A

B m m < B ．球体内壁对A 球的支持力A A 2N m g =

C ．轻杆对B 球的支持力有可能小于B 球的重力

D ．若增大m A ，θ角会增大

【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】

A ．假设两球质量相等，则杆应处于水平位置，现A 位于

B 的下方，可知m A ＞m B ．故A 错误；

B ．以A 球为研究对象，A 球受到重力m A g 、球体内壁对A 球的支持力N A 、杆的压力F 。由平衡条件知，m A g 与F A 的合力与N A 等大、反向。运用平行四边形定则作出力的合成图如图。

根据三角形相似得：

A A N m g

OA OM

= 由OA ＝R ，OM 2

R

=

，解得 N A ＝2m A g

故B 正确；

C ．以B 球为研究对象，分析其受力情况如图。根据几何知识有 β＞α，则在图中，一定有 F B ＞m B g ，即轻杆对B 球的支持力一定大于B 球的重力，故C 错误；

D ．若增大m A ，A 球下降，θ角会减小，故D 错误。 故选B 。

5．如图，倾角θ=30楔形物块A 静置在水平地面上，其斜面粗糙，斜面上有小物块B 。A 、B 间动摩擦因数μ=0.75；用平行于斜面的力F 拉B ，使之沿斜面匀速上滑。现改变力F 的方向（图示）至与斜面成一定的角度，仍使物体B 沿斜面匀速上滑。在B 运动的过程中，楔形物块A 始终保持静止。关于相互间作用力的描述正确的有（ ）

A ．拉力F 大小一定减小且当F 与斜面夹角为37?斜向上时有最小值

B ．A 对B 的摩擦力可能增大也可能不变

C ．物体B 对斜面的作用力可能不变

D ．地面受到的摩擦力大小可能不变 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】

AB ．拉力F 平行斜面向上时，先对物体B 受力分析如图

根据平衡条件，平行斜面方向

334

sin30cos30sin30F f mg mg mg μ+=+?=?+?=

拉力改变方向后，设其与斜面夹角为α，根据平衡条件 平行斜面方向

cos sin30F f mg α'='+?

垂直斜面方向

sin cos30N F mg α'+'=?

其中

f N μ'='

解得

()sin30cos30(334)cos sin 10sin(53)

mg mg

F μαμαα?+?+'=

?+=

+ cos sin f mg F μθα'=-'（）

当F 与斜面夹角为37?斜向上时有最小值，拉力F 大小一定减小，A 对B 的滑动摩擦力减小，故A 正确，B 错误；

CD ．对物体A 受力分析，受重力、支持力、B 对A 的压力、B 对A 的滑动摩擦力、地面对A 的静摩擦力，如图所示

根据平衡条件，水平方向有

sin30cos30f N f =?+?静

结合前面A 、B 选项分析可知，当拉力改变方向后，N 和f 都减小，故N 和f 的合力一定减小（物体B 对斜面的作用力就是N 和f 的合力），静摩擦力也一定减小，故C 、D 错误； 故选A 。

6．如图所示，固定有光滑竖直杆的三角形斜劈放置在水平地面上，放置于斜劈上的光滑小球与套在竖直杆上的小滑块用轻绳连接，开始时轻绳与斜劈平行。现给小滑块施加一个竖直向上的拉力F ，使小滑块沿杆缓慢上升，整个过程中小球始终未脱离斜劈，则（ ）

A ．小球对斜劈的压力逐渐减小

B ．斜劈对地面压力保持不变

C ．地面对斜劈的摩擦力逐渐减小

D ．轻绳对滑块的拉力先减小后增大 【答案】A

【分析】 【详解】

AD ．对小球受力分析，受重力、支持力和细线的拉力，如图所示

根据平衡条件可知，细线的拉力T 增加，故轻绳对滑块的拉力增大，小球受到的斜劈的支持力N 逐渐减小，根据牛顿第三定律，小球对斜面的压力也减小，故A 正确，D 错误； BC ．对球和滑块整体分析，受重力、斜面的支持力N ，杆的支持力N ′，拉力F ，如图所示

根据平衡条件，有水平方向

sin N N θ'=

竖直方向

cos F N G θ+=

由于N 减小，故N ′减小，F 增加； 对小球、滑块和斜劈整体分析，在竖直方向

F N

G +=地总

故

N G F =-地总

根据牛顿第三定律，斜劈对地面压力减小。整体在水平方向不受力，故地面对斜劈的摩擦力始终为零，故BC 错误。 故选A 。

7．如图，光滑球A 与粗糙半球B 放在倾角为30?的斜面C 上，C 放在水平地面上，均处于静止状态。若A 与B 的半径相等，A 的质量为2m ，B 的质量为m ，重力加速度大小为g ，

A ．C 对A 的支持力大小为3mg

B ．

C 对B 的摩擦力大小为1

2mg C ．B 对A 的支持力大小为

23

mg D ．地面对C 的摩擦力大小为3

6

mg 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

AC ．由几何关系可知，C 对A 的支持力、B 对A 的支持力与A 的重力的反向延长线的夹角都是30°，由平衡条件可知

232cos303

A BA CA G mg

F F ==

=

? 故C 正确，B 错误；

B ．以AB 整个为对象，沿斜面方向静摩擦力与重力的分力平衡，所以

C 对B 的摩擦力大小为

f 3()sin 302

A B mg

F G G =+?=

故B 错误；

D ．以ABC 整体为对象，水平方向不受力，所以地面对C 的摩擦力大小为0，故D 错误； 故选C 。

8．如图所示，光滑的圆环固定在竖直平面内，圆心为O ，三个完全相同的小圆环a 、b 、c 穿在大环上，小环c 上穿过一根轻质细绳，绳子的两端分别固定着小环a 、b ，通过不断调整三个小环的位置，最终三个小环恰好处于平衡位置，平衡时绳子ac 、bc 段夹角为120°，已知小环的质量为m ，重力加速度为g ，轻绳与c 的摩擦不计。则（ ）

A ．a 与大环间的弹力大小为mg

B ．绳子的拉力大小为

3

2

mg C ．c 受到绳子的拉力大小为3mg D ．c 与大环间的弹力大小为3mg

【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】

AB ．三个小圆环能静止在光的圆环上，由几何知识知aoc 恰好能组成一个等边三角形，对a 受力分析如图所示：

在水平方向上有

cos30cos 60a T N ?=?

在竖直方向上有

sin 30sin 30a T N mg ?+?=

解得

a N T mg ==

选项A 正确，B 错误； C ．c 受到绳子拉力的大小为

2sin 30T T mg '=?=

选项C 错误；

D ．以c 为对象受力分析，在竖直方向上有

c N mg T '=+

解得

2c N mg mg mg =+=

选项D 错误。 故选A 。

9．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。

10．20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=αρAv2，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

4

3

gr

ρ

αρ

B0

4

3

gr

ρ

αρ

C0

gr

ρ

αρ

D

4

3

gr

α

【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

043gr

v ραρ

=

选项B 正确，ACD 错误。 故选B 。

11．如图所示，用一轻绳将光滑小球P 系于竖直墙壁上的O 点，在墙壁和球P 之间夹有一正方体物块Q ，P 、Q 均处于静止状态,现有一铅笔紧贴墙壁压在轻绳上从O 点开始缓慢下移(该过程中，绳中张力处处相等)，P 、Q 始终处于静止状态，则在铅笔缓慢下移的过程中( )

A ．P 所受的合力增大

B ．Q 受到墙壁的摩擦力不变

C ．P 对Q 的压力逐渐减小

D ．绳的拉力逐渐减小 【答案】B 【解析】 【分析】

对物体进行受力分析，根据绳子拉力方向变化，对各个力的大小进行分析可求解。 【详解】

A ．P 始终处于静止状态，所受合力始终为零，故A 错误；

B ．小球P 光滑，所以PQ 间没有摩擦，因此Q 受到的墙壁的摩擦力与Q 受到的重力是平

衡性，保持不变，故B 正确； CD ．对P 球进行受力分析如图

根据平衡条件可得

cos T mg θ=

sin T θ

N

整理得

tan N mg θ=，cos mg

T θ

=

随铅笔向下移动，θ变大，则tan θ增大，即Q 对P 的支持力增大，根据作用力和反作用力，P 对Q 的压力增大；而cos θ减小，因此绳子拉力变大，故CD 错误。 故选B 。

12．如图所示，半圆形框架竖直放置在粗糙的水平地面上，光滑的小球P 在水平外力F 的作用下处于静止状态，P 和半圆圆心O 的连线与水平面的夹角为θ，重力加速度为g 。现将力F 在竖直面内沿顺时针方向缓慢地转过90°，框架与小球始终保持静止状态，则在此过程中，下列说法正确的是（ ）

A ．框架对小球的支持力先减小后增大

B ．框架对地面的压力先减小后增大

C ．地面对框架的摩擦力先减小后增大

D ．拉力F 的值先减小后增大 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

AD ．以小球为研究对象，分析受力情况，作出受力示意力图，如图所示

框架与小球始终保持静止，根据几何关系可知，当F 顺时针转动至竖直向上之前，支持力逐渐减小，F 先减小后增大，故A 错误，D 正确；

BC ．以框架与小球组成的整体为研究对象，整体受到重力、地面的支持力、地面的摩擦力以及力F 的作用；设F 在顺时针转动的过程中与水平面的夹角为α，小球质量为m ，框架质量为M ，根据平衡有

cos f N α=

()sin N F M m g α'+=+

当F 转动过程中α增大，故可知地面对框架的摩擦力始终在减小，地面对框架的支持力始终在减小，根据牛顿第三定律可知框架对地面的压力始终减小，故B 错误，C 错误。 故选D 。

13．如图所示，细绳一端固定在A 点，跨过与A 等高的光滑定滑轮B 后在另一端悬挂一个沙桶Q ．现有另一个沙桶P 通过光滑挂钩挂在AB 之间，稳定后挂钩下降至C 点，∠ACB=120°，下列说法正确的是

A ．若只增加Q 桶的沙子，再次平衡后C 点位置不变

B ．若只增加P 桶的沙子，再次平衡后

C 点位置不变

C ．若在两桶内增加相同质量的沙子，再次平衡后C 点位置不变

D ．若在两桶内增加相同质量的沙子，再次平衡后沙桶Q 位置上升 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

A 、

B 、对砂桶Q 分析有T Q F G =，设两绳的夹角为θ，对砂桶P 的

C 点分析可知受三力而平衡，而C 点为活结绳的点，两侧的绳张力相等，有2cos

2

T P F G θ

=，联立可知

2cos

2

Q P G G θ

=，故增大Q 的重力，夹角θ变大，C 点上升；增大P 的重力时，夹角θ变

小，C 点下降；故A ，B 均错误. C 、由平衡知识2cos

2

Q P G G θ

=，而120θ，可得P Q G G =，故两砂桶增多相同的质

量，P 和Q 的重力依然可以平衡，C 点的位置不变；故C 正确，D 错误. 故选C. 【点睛】

掌握活结绳上的张力处处相等，三力平衡的处理方法，连体体的平衡对象的选择.

14．如图所示，内壁光滑的绝缘半圆容器静止于水平面上，带电量为q A 的小球a 固定于圆心O 的正下方A 点，带电量为q 质量为m 的小球b 静止于B 点，∠AOB =30°，由于小球a 电量的变化，现发现小球b 沿容器内壁缓慢向上移动，最终静止于C 点（未标出），∠AOC =60°．下列说法正确的是

A ．水平面对容器的摩擦力为0

B ．容器对小球b 的弹力始终与小球b 的重力大小相等

C ．出现上述变化时，小球a 的电荷量可能减小

D ．出现上述变化时，可能是因为小球a 的电荷量逐渐增大为3

223A q -

-（）

【答案】ABD 【解析】 【详解】

A ．对整体进行受力分析，整体受到重力和水平面的支持力，两力平衡，水平方向不受力，所以水平面对容器的摩擦力为0，A 正确；

B ．小球b 在向上缓慢运动的过程中，所受的外力的合力始终为0，如图所示，小球的重力不变，容器对小球的弹力始终沿半径方向指向圆心，无论小球a 对b 的力如何变化，由矢量三角形可知，容器对小球的弹力大小始终等于重力大小，B 正确；

C ．若小球a 的电荷量减小，则小球a 和小球b 之间的力减小，小球b 会沿半圆向下运动，与题意矛盾，C 错误；

D ．小球a 的电荷量未改变时，对b 受力分析可得矢量三角形为顶角为30°的等腰三角形，此时静电力为22sin15A

qq mg k L

?=，a ，b 的距离为2sin15L R =?，当a 的电荷量改变后，静电力为2A

qq mg k

L '='，a ，b 之间的距离为L R '=，由静电力122

q q F k L =，可得32

23A A q q -'=

-（），D 正确。

15．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 3

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 。