高一上册物理 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．如图所示，一固定的细直杆与水平面的夹角为α=15°，一个质量忽略不计的小轻环C套在直杆上，一根轻质细线的两端分别固定于直杆上的A、B两点，细线依次穿过小环甲、小轻环C和小环乙，且小环甲和小环乙分居在小轻环C的两侧．调节A、B间细线的长度，当系统处于静止状态时β=45°.不计一切摩擦．设小环甲的质量为m1，小环乙的质量为m2，则m1∶m2等于( )

A．tan 15°B．tan 30°C．tan 60°D．tan 75°

【答案】C

【解析】

试题分析：小球C为轻环，重力不计，受两边细线的拉力的合力与杆垂直，C环与乙环的连线与竖直方向的夹角为600，C环与甲环的连线与竖直方向的夹角为300，A点与甲环的连线与竖直方向的夹角为300，

乙环与B点的连线与竖直方向的夹角为600，根据平衡条件，对甲环：

，对乙环有：，得，故选C．

【名师点睛】小球C为轻环，受两边细线的拉力的合力与杆垂直，可以根据平衡条件得到A段与竖直方向的夹角，然后分别对甲环和乙环进行受力分析，根据平衡条件并结合力的合成和分解列式求解．

考点：共点力的平衡条件的应用、弹力．

2．如图所示，在水平放置的木棒上的M、N两点，系着一根不可伸长的柔软轻绳，绳上套有一光滑小金属环。现将木棒绕其左端逆时针缓慢转动一个小角度，则关于轻绳对M、N 两点的拉力F1、F2的变化情况，下列判断正确的是

A．F1和F2都变大B．F1变大，F2变小

C．F1和F2都变小D．F1变小，F2变大

【答案】C

【解析】

【详解】

由于是一根不可伸长的柔软轻绳，所以绳子的拉力相等。

木棒绕其左端逆时针缓慢转动一个小角度后，绳子之间的夹角变小，合力等于重力不变，所以绳子上的拉力变小。

选项C 正确，A 、B 、D 错误。

3．将一弹性绳对折，相当于将此弹性绳剪成相同长度的两段绳，每段绳在相同的外力作用下，其伸长量为原来的一半。现有一根原长20cm 的弹性细绳，其外力F 与伸长量x 的关系如图所示，将此细绳对折，其两端点固定于天花板同一位置，并在对折点处竖直悬系一物体，然后再缓慢放手，平衡后发现物体下降了2cm ，则该物体所受重力约为（ ）

A ．0.8N

B ．1.6N

C ．3.2N

D ．6.4N

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】 根据题意将一弹性绳对折，相当于将此弹性绳剪成相同长度的两段绳，每段绳在相同的外力作用下，伸长量变为原来的一半，根据胡克定律F kx =可知劲度系数变为原来的两倍。根据图像可知弹性细绳的劲度系数

4N/cm 0.4N/cm 10

F k x ?=

==? 则对折后，劲度系数变为 20.8N/cm k =

所以物体的重力为

220.82N 0.82N 3.2N G kx kx =+=?+?=

ABD 错误，C 正确。

故选C 。

4．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 ·cosα

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 。

5．20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

30043

m V r ρρπ?== 由题意知

22F Av A r

αρπ==， 联立以上四式得

v 选项B 正确，ACD 错误。

故选B 。

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．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 。

8．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 。

9．如图，半圆柱体半径为4R ，固定在水平面上。竖直挡板紧靠柱体低端，使半径为R 的光滑小球停在柱体与挡板之间，球与柱体接触点为M 。现将挡板保持竖直，缓慢的向右移动距离R 后保持静止，球与柱体接触点为N （未画出）。以下判断正确的是（ ）

A ．挡板移动过程中，挡板对小球的弹力变小

B ．挡板移动过程中，柱体对小球的弹力变大

C ．小球在M 、N 两点所受挡板的作用力大小之比为3∶4

D ．小球在M 、N 两点所受柱体的作用力大小之比为3∶4

【答案】BD

【解析】

【分析】

【详解】

AB ．设小球的质量为m ，先对小球受力分析，受重力、半圆柱体对小球的支持力N 1和挡板对小球的支持力N 2，如图：

根据共点力平衡条件，有：

1cos N mg θ=

2tan N mg θ=

当挡板向右移动时，θ增大，挡板对小球得支持力增大，柱体对小球的弹力变大。选项A 错误，B 正确；

C ．连接半圆柱体的圆心O 1和小球的圆心O 2，则

1245O O R R R =+=

过O 2做竖直线与地面交于P 点，则

143O P R R R =-=

所以 ()()22

2121 4O P O O O P R -=＝

所以 212124cos 0.853tan 0.754O P R O O R

O P R O P R

θθ==＝＝＝＝

所以 1 1.25mg cos 0.8

mg mg N θ＝＝＝ 当将挡板保持竖直，缓慢地向右移动距离R 后保持静止后，由几何关系可得

cos 0.6θ= 所以

153N

mg '＝ 所以小球在M 、N 两点所受柱体的作用力大小之比为

11 1.253543

N mg N mg '＝＝ 选项C 错误，D 正确。

故选BD 。

10．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33

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 215N 1F μ=

=+

此时有

3tan 3

θμ== 30θ=?

BC 错误，AD 正确。

故选AD 。

11．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 。

12．如图所示，重力为G 的圆柱体A 被平板B 夹在板与墙壁之间，平板B 与底座C 右端的铰链相连，左端由液压器调节高度，以改变平板B 与水平底座C 间的夹角θ，B 、C 及D 总重力也为G ，底座C 与水平地面间的动摩擦因数为μ(0.5＜μ＜1)，平板B 的上表面及墙壁是光滑的。底座C 与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是( )

A ．C 与地面间的摩擦力总等于2μG 不变

B ．θ角增大时，地面对

C 的摩擦力可能先增大后不变

C ．要保持底座C 静止不动，应满足tan θ≥2μ

D ．若保持θ=45°不变，圆柱体重力增大ΔG ，仍要保持底座C 静止，则ΔG 的最大值ΔG m =211G μμ

-- 【答案】BD

【解析】

【分析】

用整体法和隔离体法对圆柱体和整体进行受力分析，再根据力的正交分解可求得各力。

【详解】

AB ．对A 进行受力分析，如图所示

则

1cos N G θ=

12sin N N θ=

对B 、C 、D 做为一个整体受力分析，如图所示

根据平衡条件，则地面摩擦力为

2f N =

联立得

tan f G θ=

可知，随θ角增大，地面对C 的摩擦力增大，当摩擦力超过最大静摩擦力后，变为滑动摩擦力，此时2f G μ=滑，保持不变，故A 错误，B 正确；

C ．最大静摩擦力

m 2f G μ=

因此，要保持底座C 静止不动，应满足

m f f ≤

整理可得

tan 2θμ≤

故C 错误；

D ．若保持θ=45°不变，圆柱体重力增大ΔG ，仍要保持底座C 静止，则

m tan 2f G G f G G θμ=+?≤=+?（）（）

代入数据，整理得

ΔG 211G μμ

-≤

- D 正确。

故选BD 。

13．如图所示，物体P 、Q 用轻绳连接后跨过定滑轮，物体P 静止在倾角为37°角的斜面上，斜放木板上悬挂着Q ，已知P 、Q 的质量P m ，Q m 大小的关系为34

Q P m m =，今将斜放木板的倾角从37°增到60°，物体P 仍保持静止而没有滑动，若不计滑轮处的摩擦，则下列说法中正确的是（ ）

A ．绳子的张力变大

B ．物体P 受到的静摩擦力将先减小后增大

C ．物体P 对斜板的压力将变大

D ．滑轮受到绳子的作用力将变大

【答案】BD

【解析】

【分析】

【详解】 A ．物体P 保持静止状态，绳子的张力等于Q 的重力，则绳子的张力将不变，A 错误； B ．木板的倾角为37?时,物体P 受到的静摩擦力大小为

133sin 370.1545

Q P P P P f m g m g m g m g m g =-?=-= 方向沿斜面向下。木板的倾角为60?时,物体P 受到的静摩擦力大小为

2sin 600.46P Q P f m g m g m g =?-=

方向沿斜面向上。可知物块P 受到的摩擦力先减小到零后增大，B 正确；

C ．开始时斜面对P 的支持力为

1cos370.8P P N m g m g =?=

后来斜面对P 的支持力为

2cos 600.5P P N m g m g =?=

所以物体对斜板的压力将变小，C 错误；

D ．斜放木板的倾角从37?增到60?时，绳子之间的夹角减小，由于绳子的拉力大小不变，所以绳子的合力增大，则滑轮受到绳子的作用力将变大，D 正确。

故选BD 。

【点睛】

由题，物体P 保持静止状态，绳子的张力等于Q 的重力。根据P 受力平衡，可求出物体P 受到的静摩擦力和支持力，再分析各力的变化情况。

14．如图所示，水平面上等腰三角形均匀框架顶角30BAC ∠=?，一均匀圆球放在框架内，球与框架BC 、AC 两边接触但无挤压，现使框架以顶点A 为转轴在竖直平面内顺时针方向从AB 边水平缓慢转至AB 边竖直，则在转动过程中（ ）

A ．球对A

B 边的压力先增大后减小

B ．球对B

C 边的压力先增大后减小

C ．球对AC 边的压力一直增大

D ．球的重心位置一直升高

【答案】AC

【解析】

【分析】

【详解】

ABC ．对球受力分析可知球受重力、AB 边和AC 边的支持力，两支持力的夹角为120°，BC 边与球间没有弹力，根据平衡条件可知三个力可以构成首尾相连的矢量三角形，如图

根据正弦定理有

==sin 30sin sin AC AB F F mg a

β? 解得

sin sin 30AB F mg α?=

sin sin 30

AC F mg β?= 在框架以定点A 为转轴在竖直平面顺时针从AB 边水平缓慢转至AB 边竖直过程中α减小，β增大，由于α先大于90°后小于90°，所以sinα先增加后减小，因此F AB 先增大后减小，F AC 一直增加，故A 正确，B 错误，C 正确；

D ．在框架以顶点A 为转轴在竖直平面内顺时针方向从AB 边水平缓慢转至AB 边竖直过程中，球的重心在BC 边水平时最高，故转动过程中球的重心先升高后降低，故D 错误。 故选AC 。

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 。