物理高一上册 第三章 相互作用——力单元测试卷(含答案解析)
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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，AB处于水平状态
B．球对AC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
sinsinsin120ACBCNNG
所以球对AC边的压力
23sinsinsinsinsin603ACACGGNNG
球对BC边的压力
23sin120sin120sin120sinsin603BCBCGGNNG
A．当BC边与AC边所受压力大小相等时，即ACBCNN，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和sin120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，BCNG，即BC边所受压力有可能大于球的重力，故D错误。
故选A。
2．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
mgNThRRL
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。
3．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。
4．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
【解析】
【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
sinNN
竖直方向
cosFNG
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
FNG地总
故
NGF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。
5．如图所示，在斜面上放两个光滑球A和B，两球的质量均为m(不随r改变)，它们的半径分别是R和r，球A左侧有一垂直于斜面的挡板，两球沿斜面排列并静止，以下说法正确的是（
）
A．斜面倾角θ一定，R>r时，R越大，r越小，B对斜面的压力越小
B．斜面倾角θ一定，R=r时，两球之间的弹力最小
C．斜面倾角θ一定时，A球对挡板的压力随着r减小而减小
D．半径确定时，随着斜面倾角θ逐渐增大，A受到挡板作用力先增大后减小
【答案】B
【解析】
【分析】
用整体法和隔离体法分别对B球和AB整体进行受力分析，再根据R与r的关系变化及倾角变化，分析各个力的变化。
【详解】
B．对B球的受力分析，如图所示
N1、N2的合力与重力mg等大反向，在右侧力的三角形中，竖直边大小等于mg，当倾斜角一定时，N2的方向保持不变，R=r时，N1恰好垂直于N2，此时N1最小，故B正确；
A．当R>r时，R越大，r越小，N1越向下倾斜，N2都越大，即斜右对B的支持力越大，根据牛顿第三定律，B对斜面的压力也越大，故A错误；
C．将两个球做为一个整体，档板对A的支持力等于两球重力的下滑分力，斜面倾角θ一定时，下滑分力一定，与R及r无关，故C错误；
D．半径确定时，而当斜面倾角θ逐渐增大，两球的下滑分析增大，因此A对档板的压力一直增大，故D错误。
故选B。
【点睛】
动态分析时将各个力移动到一个三角形中进行分析，比较容易发现各个力的大小变化。
6．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，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
cosfN
sinNFMmg
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。
7．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TQFG，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2cos2TPFG，联立可知2cos2QPGG，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2cos2QPGG，而120，可得PQGG，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.
8．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之间的夹角为α（2）．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
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
以重物为研究对象，受重力mg，OM绳上拉力F2，MN上拉力F1，由题意知，三个力合力始终为零，矢量三角形如图所示，
在F2转至水平的过程中，MN上的张力F1逐渐增大，OM上的张力F2先增大后减小，所以A、D正确；B、C错误．
9．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】
