高考物理 力学部分之相互作用专题复习

高考物理 力学部分之相互作用专题复习

高中物理力学部分之相互作用力-专题 相互作用力的考查重点是：①三种常见力，为每年高考必考内容，明年乃至许多年后，仍将是频繁出现的热点。②力的合成与分解、共点力的平衡等在高考中或单独出现或与动力学、电磁学等相结合，或选择或计算论述，或易或难，都要出现。‎ 相互作用力这一章是力学的基础，也是贯穿于整个物理学的核心内容。本章从力的基本定义出发，通过研究重力、弹力、摩擦力，逐步认识力的物质性、力的矢量性、力的相互性，并通过受力分析，分析物体所处的状态或从物体所处的平衡状态，分析物体的受力情况。物体的受力分析法是物理学重要的分析方法。‎ 一、 单选题 ‎1.如图所示，滑轮本身的质量忽略不计，滑轮轴。安在一根轻木杆B上，一根轻绳Ac绕过滑轮，A端固定在墙上，且绳保持水平，C端下面挂一个重物，B0与竖直方向夹角θ=45。，系统保持平衡。若保持滑轮的位置不变，改变θ的大小，则滑轮受到木杆的弹力大小变化情况是( )‎ ‎ A．只有角θ变小，弹力才变大 ‎ B．只有角θ变大，弹力才变大 ‎ C．不论角θ变大或变小，弹力都变大 D．不论角θ变大或变小，弹力都不变 ‎2.如图，水平地面上的小车上固定有一硬质弯杆，质量均为m的小球A，B由细线相连，小球A固定在杆的水平段末端，当小车向右加速运动时细线与竖直方向的夹角为θ，下列说法正确的是（重力加速度为g）（　　） ‎ A. 小车的加速度大于等于gcotθ B. 细线对小球B的拉力大小等于mgsinθ C. 杆对小球A的作用力大小等于 D. 杆对小球A的作用力大小方向水平向右 ‎3.如图所示，A、B两物块的质量分别为2m和m，静止叠放在水平地面上，A、B间的动摩擦力因数为μ，B与地面间的动摩擦力为 μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，现对A施加一水平拉力F，则（　　） ‎ A. 当F＜2μmg时，A，B都相对地面静止                B. 当F= μmg时，A的加速度为 μg C. 当F＞2μmg时，A相对B滑动                              D. 无论F为何值，B的加速度不会超过 μg ‎4.半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的竖直挡板MN．在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于静止状态．如图所示是这个装置的纵截面图．若用外力使MN保持竖直地缓慢向右移动，在Q落到地面以前，发现P始终保持静止．在此过程中，下列说法中正确的是（　　） ‎ A. Q受到MN的弹力逐渐减小                                  B. Q受到P的弹力逐渐减小 C. Q受到MN和P的弹力之和保持不变                     D. P受到地面的支持力和摩擦力均保持不变 ‎5.如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为ml和mz的小球，当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与0点的连线与水平线的夹角为α=600，两小球的质量比为( )‎ ‎ A.1：3 B.1：2 C.1： D.:1‎ 二、多选题 ‎ ‎6‎ ‎.如图，一光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于O点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b．外力F向右上方拉b，整个系统处于静止状态．若F方向不变，大小在一定范围内变化，物块b仍始终保持静止，则（　　） ‎ A. 绳OO′的张力也在一定范围内变化                      B. 物块b所受到的支持力也在一定范围内变化 C. 连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化           D. 物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化 ‎7.如图，柔软轻绳ON的一端O固定，其中间某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N．初始时，OM竖直且MN被拉直，OM与MN之间的夹角α（α＞ ）．现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角α不变，在OM由竖直被拉到水平的过程中（　　） ‎ A. MN上的张力逐渐增大                                        B. MN上的张力先增大后减小 C. OM上的张力逐渐增大                                        D. OM上的张力先增大后减小 ‎8.如图所示，光滑的夹角为θ=30°的三角杆水平放置，两小球A、B分别穿在两个杆上，两球之间有一根轻绳连接两球，现在用力将小球B缓慢拉动，直到轻绳被拉直时，测出拉力F=10N，则此时关于两个小球受到的力的说法正确的是（小球重力不计）（　　） ‎ A. 小球A只受到杆对A的弹力                                  B. 小球A受到的杆的弹力大小为20N C. 此时绳子与穿有A球的杆垂直，绳子张力大小为 N          D. 小球B受到杆的弹力大小为10 N 三、综合题 ‎9.甲、乙两同学用如图甲实验所示的装置测滑块与长木板之间的动摩擦因数，在一端装有定滑轮的长木板上固定有甲、乙两个光电门，与光电门相连的计时器能显示滑块上的遮光片通过光电门时遮光的时间，滑块通过绕过定滑轮的轻质细绳与测力计挂钩相连，测力计下吊着装有沙的沙桶，测力计能显示挂钩所受的拉力，滑块对长木板的压力大小等于滑块的重力大小，已知当地的重力加速度为g． ‎ ‎（1）为了满足实验的要求，下列说法正确的是       ． ‎ A. 长木板应放在水平桌面上                                    B. 长木板没有定滑轮的一端应适当垫高，以平衡摩擦力 C. 沙和沙桶及测力计的总质量应远小于滑块的质量          D. 定滑轮与滑块之间的细绳应与长木板平行 ‎（2）实验前用20分度的游标卡尺测出遮光片的宽度，如图所示，其示数d=________cm． ‎ ‎（3）甲同学测出两光电门之间的距离为L，将滑块从图示位置由静止释放，测得滑块通过甲、乙两光电门的时间分别为t1、t2 ， 记录测力计的示数F，则滑块运动的加速度大小a=________（用字母表示）． ‎ ‎（4）多次改变沙桶里沙的质量，重复（3）的步骤，根据测得的多组F和a作出a﹣F图象如图丙所示，由图象可知，滑块的质量为________，滑块与长木板间的动摩擦因数为________． ‎ ‎10.图中工人在推动一台割草机，施加的力大小为100N，方向与水平地面成30°角斜向下．割草机重300N，g取10m/s2 ． ‎ ‎（1）割草机作用在地面上的向下的压力为多大？ ‎ ‎（2）若工人对割草机施加的作用力与图示方向相反，大小不变，则割草机作用在地面上的向下的压力又为多大？ ‎ ‎（3）割草机割完草后，工人用最小的拉力拉它，使之做匀速运动，已知这个最小拉力为180N，则割草机与地面间的动摩擦因数及最小拉力与水平方向的夹角分别为多大？ ‎ 答案解析及考点 ‎1.【分析与解答】 轻木杆B对滑轮轴0的弹力不一定沿着轻木杆B的线度本身，而应当是根据滑轮处于平衡状态来进行推断，从而得出其方向和大小。‎ ‎ TA=Tc=G．‎ TA和Tc夹角900不变，所以TA和TC对滑轮作用力不变。而滑轮始终处于平衡，所以轻木杆B对滑轮作用力不变。即与θ无关，选项D正确。‎ ‎【答案】D ‎2.【答案】C ‎ ‎【考点】弹力，平行四边形定则，对单物体(质点)的应用，物体的受力分析 ‎ ‎【解析】【解答】解：A、对小球B受力分析可知，B受重力、拉力的作用而做加速度为g的匀加速直线运动，受力分析如图所示；则B的加速度a=gtanθ；A不符合题意； B、细线对小球的拉力大小F= ；B不符合题意； C、对AB整体分析可知，整体水平方向合力为2mgtanθ，竖直方向拉力等于2mg；则杆对A球的作用力T= = ；C符合题意； D、由C的分析可知，杆对小球A的作用力方向沿合力的方向，不会沿水平方向；D不符合题意； 故答案为：C． 【分析】对小球B受力分析可知，B受重力、拉力的作用而做加速度为g的匀加速直线运动，对AB整体分析可知，整体水平方向合力为2mgtanθ，竖直方向拉力等于2mg；则杆对A球的作用力可求，由C的分析可知，杆对小球A的作用力方向沿合力的方向，不会沿水平方向。‎ ‎3.【答案】D ‎ ‎【考点】对单物体(质点)的应用，对质点系的应用，连接体问题，物体的受力分析，临界类问题 ‎ ‎【解析】【解答】解：A、AB之间的最大静摩擦力为： ，B与地面间的最大静摩擦力： ，对整体：F： ，对B： ，AB将发生滑动；当F＜2μmg时，AB之间不会发生相对相对滑动，A不符合题意； B、当 时，故A、B间不会发生相对滑动，由牛顿第二定律有： ，B不符合题意； C、当F＞3μmg时，AB间才会发生相对滑动，C不符合题意； D、对B来说，其所受合力的最大值Fm=2μmg﹣ μmg= μmg，即B的加速度不会超过 μg，D符合题意 故答案为：D 【分析】分析AB之间，地面和B物体之间的最大静摩擦力，因为B受的力就是AB之间的静摩擦力，如果拉力小于地面和B物体之间最大静摩擦力，两个物体都静止，当F小于AB之间的最大静摩擦力时，AB之间不会发生相对相对滑动。把AB看成是一个整体，求出整体运动时的加速度和合外力，拉力大于此力则产生相对运动。‎ ‎4.【答案】C ‎ ‎【考点】平行四边形定则，共点力平衡条件的应用，动态平衡分析，整体法隔离法，物体的受力分析 ‎ ‎【解析】【解答】解：A、B、对圆柱体Q受力分析，受到重力、杆MN的支持力和半球P对Q的支持力，如图： 重力的大小和方向都不变，杆MN的支持力方向不变、大小变，半球P对Q的支持力方向和大小都变，然后根据平衡条件，得到 N1=mgtanθ N2= 由于θ不断增大，故N1不断增大，N2也不断增大； A不符合题意，B不符合题意； ‎ C、Q受到MN和P的弹力的矢量和与重力平衡，保持不变，C符合题意； D、对PQ整体受力分析，受到总重力、MN杆的支持力N1 ， 地面的支持力N3 ， 地面的静摩擦力f，如图 根据共点力平衡条件，有 f=N1=mgtanθ 由于θ不断增大，故f不断增大； 物体Q一直保持静止，N3=（M+m）g，保持不变．D不符合题意； 故答案为：C． 【分析】对圆柱体Q受力分析，受到重力、杆MN的支持力和半球P对Q的支持力，重力的大小和方向都不变，杆MN的支持力方向不变、大小变，半球P对Q的支持力方向和大小都变，利用矢量三角形法可求解。‎ ‎5.【分析与解答】 质量为m1的小球受力情况：重力m1g，方向向 下；碗对小球的支持力N，方向沿半径方向斜向上；绳对小球的拉力 T，沿绳子方雨斜向上。利用分解法或合成法处理三力平衡，并考虑T=m2g，得m2/m1=/3。‎ ‎ 【答案】A ‎ 【说明】 (1)解答本题只需由平时掌握的隔离体法，分别对m1mz进行受力分析。由平衡条件和牛顿第三定律即可求解。‎ ‎ (2)力的合成与分解也是解此题的核心之一。‎ 二． 多选题 ‎6.【答案】B,D ‎ ‎【考点】平行四边形定则，正交分解，共点力平衡条件的应用，动态平衡分析，物体的受力分析 ‎ ‎【解析】【解答】解：AC、由于整个系统处于静止状态，所以滑轮两侧连接a和b的绳子的夹角不变；物块a只受重力以及绳子的拉力，由于物体a平衡，则连接a和b的绳子张力T保持不变；由于绳子的张力及夹角均不变，所以OO′中的张力保持不变，AC不符合题意； BD、b处于静止即平衡状态，对b受力分析有： ‎ ‎ 力T与力F与x轴所成夹角均保持不变，由平衡条件可得： N+Fsinα+Tsinθ﹣mg=0 Fcosα+f﹣Tcosθ=0 由此可得：N=mg﹣Fsinα﹣Tsinθ 由于T的大小不变，可见当F大小发生变化时，支持力的大小也在一定范围内变化，B符合题意 f=Tcosθ﹣Fcosα 由于T的大小不变，当F大小发生变化时，b静止可得摩擦力的大小也在一定范围内发生变化，D符合题意． 故答案为：BD． 【答案】A,D ‎ ‎【考点】动态平衡分析，高考真题 ‎ ‎【解析】【解答】拉动过程中，小球的重力不变，所以两个绳子的拉力合力的大小是不变的． 起初，MN没有拉力，OM的拉力等于小球的重力； 当MN向上移动，没有越过水平线时，MN上有拉力，此时OM竖直向上的分力等于小球的重力和MN竖直向下分力之和，所以OM拉力增大，MN拉力也增大； 当MN越多水平线后，MN竖直方向的分力方向向上，会分担一部分小球重力，所以OM拉力开始减小，MN拉力继续增大； 所以MN拉力一直增大，OM拉力先增大后减小． 故选：AD． 【分析】整个拉动过程中，小球的重力不变，根据共点力平衡条件分析．‎ ‎7.【答案】A,D ‎ ‎【考点】滑动摩擦力，静摩擦力，对单物体(质点)的应用 ‎ ‎【解析】【解答】解：A、C、假设A环与杆间的摩擦力为f，对A环受力分析，受重力、拉力、支持力，假设有向后的摩擦力f，如图， ‎ ‎ 根据牛顿第二定律，有 运动方向：mAgsinθ﹣f=mAa    ① 对C，同样有 mCgsinθ=mCa     ② 由①②两式，解得 f=0 a=gsinθ 故A正确，C错误； B、D、对D球受力分析，受重力和拉力，由于做直线运动，合力与速度在一条直线上或者合力为零，故合力只能为零，物体做匀速运动；再对B求受力分析，如图，受重力、拉力、支持力，由于做匀速运动，合力为零，故必有向后的摩擦力． 故B错误，D正确； 故选AD． 【分析】分别对A、C受力分析，由于两个球加速度相同，故根据牛顿第二定律列式分析可以求出摩擦力；先对D受力分析，结合运动情况判断出D做匀速运动，再对B受力分析．‎ ‎8.【答案】B,D ‎ ‎【考点】力的合成，平行四边形定则，共点力平衡条件的应用 ‎ ‎【解析】【解答】解：A、由题意可知，对A、B分别受力分析，如图所示，A球受到杆对A的弹力与绳子的张力，A不符合题意； B、对B受力分析，如图所示，根据受力平衡条件，则有：F′= = =20N，A受力平衡，所以小球A受到的杆的弹力大小也是20N．B符合题意； ‎ C、此时绳子与穿有A球的杆垂直，绳子张力大小20N，C不符合题意； D、根据力的合成，结合力的平行四边形定则可知，小球B受到杆的弹力大小为NB= = N=10 N，D符合题意； 故答案为：BD 【分析】根据平衡条件分别对A、B受力分析，A球受到杆对A的弹力与绳子的张力，B求球受拉力、重力和弹力作用，根据力的合成，结合力的平行四边形定则可以求解。‎ 三、综合题 ‎9.【答案】（1）A,D （2）0.230 （3） （4）；‎ ‎【考点】其他实验，动摩擦因数 ‎ ‎【解析】【解答】解：（1）测量摩擦因数，现根据遮光板通过光电门的时间求得瞬时速度，根据速度位移公式求得加速度，根据牛顿第二定律求得摩擦因数和物块的质量，其中绳子的拉力即为物体的水平拉力，故木板需要水平放在桌面上，并且定滑轮与滑块之间的细绳应与长木板平行，拉力是根据测力计读出来的，故无需孩子到沙和沙桶的质量，故AD正确，BC错误；（2）20分度的游标卡尺精度为0.05mm； 固定刻度读数为0.2cm，游标读数为0.05×6mm=0.30mm=0.030cm， 所以最终读数为：0.2cm+0.030mm=0.230mm（3）通过甲乙遮光板的速度分别为 ， ，根据速度位移公式可知 ，解得a= （4）根据牛顿第二定律可知F﹣μmg=ma，解得a= ，故﹣a0=﹣μg， ，解得 ， 故答案为：（1）AD（2）0.230（3） （4） ；        【分析】（1）结合实验目的和给出的实验器材明确实验原理，小车受重力，支持力和拉力，小车与滑轮间的细绳与长木板平行，测力计的示数等于小车所受的合外力； （2）明确游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，注意读数时不需要估读 ‎ ‎（3）用平均速度代替瞬时速度求得通过甲乙光电门的速度，根据速度位移公式求得加速度； （4）根据牛顿第二定律求得a-F的关系式，根据丙图即可求得质量和摩擦因数。‎ ‎10.【答案】（1）解：如图1所示，分析割草机的受力情况，根据平衡条件得： 在竖直方向：N1=mg+Fsin30° 解得：N1=300+100×0.5=350（N）， 由牛顿第三定律知对地面的压力大小为：N′=N=350N． 答：它对地面的压力F1大小是350N； （2）若工人对割草机施加的作用力与图示反向，力的大小不变，则有： N2=mg﹣Fsin30°=300N﹣100×0.5N=250N 则割草机作用在地面上向下的压力为250N． 答：割草机作用在地面上向下的压力又为250N． （3）如图2所示，割草机沿水平方向做匀速直线运动，受到重力mg、拉力F、地面的支持力N和阻力f，如图，四个力的合力为零，则有： f=Fcosα N+Fsinα=mg 又f=μN 联立得：F= = ，其中tanθ= 所以当θ+α=90°，即tanα=μ时，F有最小值． 根据数学知识得到F的最小值为：Fmin= 由题F的最小值为：Fmin=180N ‎ 联立得： =180 代入得： =180， 解得：μ=0.75，α=arctan0.75=37° 答：割草机和地面之间的动摩擦因数为0.75，最小拉力与水平方向夹角α为37°． ‎ ‎【考点】滑动摩擦力，平行四边形定则，共点力平衡条件的应用，物体的受力分析，动摩擦因数 ‎ ‎【解析】【分析】（1）以分析割草机为研究对象对割草机进行受力分析，列出竖直方向上的平衡方程，结合牛顿第三定律求出对地面的压力大小。 （2）工人对割草机施加的作用力与压力反向，力的大小不变，列式可直接求出。 （3），割草机沿水平方向做匀速直线运动，受到重力mg、拉力F、地面的支持力N和阻力f，四个力的合力为零，列式子导出力F与角度之间的关系，根据数学知识得到F的最小值。‎