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1、专题二物体间的相互作用模拟试题考点一 重力、弹力和摩擦力受力分析1.(2013南京市、盐城市第一次模拟)如图(甲)所示,壁虎在竖直玻璃面上斜向上匀速爬行,关于它在此平面内的受力分析,图(乙)中正确的是()解析:壁虎在竖直玻璃面上斜向上匀速爬行,因此受力平衡.重力方向竖直向下,则玻璃面对壁虎的作用力一定竖直向上.选项A正确.答案:A2.(2013深圳市第一次调研)如图(甲)所示,光滑斜面固定于水平地面上,滑块A、B叠放后一起由静止开始下滑,在斜面上运动时,图(乙)中A的受力示意图正确的是()解析:将A、B当作整体研究,A、B一起由静止沿斜面向下加速下滑;隔离A为研究对象,A沿斜面向下加速下滑,其
2、合力沿左下方,而G、FN在竖直方向,摩擦力沿接触面,因此其方向一定水平向左.选项C正确.答案:C3.(2013南京市、盐城市第一次模拟)将力传感器A固定在光滑水平桌面上,测力端通过轻质水平细绳与滑块相连,滑块放在较长的小车上.如图(甲)所示,传感器与计算机相连接,可获得力随时间变化的规律.一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮,一端连接小车,另一端系沙桶,整个装置开始处于静止状态.在滑块与小车分离前缓慢向沙桶里倒入细沙,力传感器采集的Ft图像如图(乙)所示.则()A.2.5 s前小车做变加速运动B.2.5 s后小车做匀加速运动C.2.5 s前小车所受摩擦力不变D.2.5 s后小车所受摩擦力不变解析:由
3、图像可以得到2.5 s前摩擦力逐渐增大,显然滑块与小车间为静摩擦力,整个装置处于静止状态,选项A、C错误;2.5 s后小车所受摩擦力不变,说明滑块与小车间发生了相对运动,它们间为滑动摩擦力.由于小车受到的拉力增加,小车做加速度增大的加速运动,选项B错误,D正确.答案:D4.(2012北京朝阳统考)如图(甲)(乙)(丙)所示的装置中,小球的质量均相同,弹簧和细线的质量均不计,一切摩擦忽略不计,平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3,其大小关系是()A.F1=F2=F3B.F1=F2F2D.F3F1F2解析:设每个球的重力均为G,分析图(甲)下面的小球的受力情况可知:F1=G;分析图(乙)中小球
4、的受力情况,可知:F2=G;同理:F3=G.故F1=F2=F3=G.答案:A5.(2012蚌埠二模)如图(甲)所示,放在粗糙斜面上的质量为m的物块,受到平行斜面向上的外力F作用,斜面和物块始终处于静止状态,当F按图(乙)所示规律变化时,关于t0时间内物块与斜面间摩擦力的大小变化的说法中正确的是()A.一定增大 B.可能一直减小C.可能先增大后减小D.可能一直增大解析:因t=0时刻无法确定F与物块重力沿斜面方向的分力的大小关系,故t=0时刻,物块可能有下滑的趋势,也可能有上滑的趋势.当物块有上滑趋势时,F=Ff+mgsin ,当F减小时,Ff减小,当F=mgsin 时,Ff=0,若F再减小,物块
5、有向下运动的趋势,此时F+Ff=mgsin ,当F减小时,Ff增大.若t=0时物块有下滑的趋势,则Ff=mgsin -F,F减小时,Ff增大,当F=0时Ff增至最大,因此,在t0时间内Ff一直在增大.故选项D正确.答案:D6.(2012宣城市高三模拟)如图(甲)所示,把一重为G的物体,用一水平方向的推力F=kt(k为恒量,t为时间)压在竖直的足够高的平整墙上,从t=0开始物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是图(乙)中的()解析:物体在竖直方向上只受重力G和摩擦力Ff的作用.由于Ff从零开始均匀增大,开始一段时间FfG,物体向下做减速运动,直至减速为零.在整个运动过程中,摩擦力为滑动摩擦力,其大
6、小为Ff=FN=F=kt,即Ff与t成正比,是一条过原点的倾斜直线.当物体速度减为零后,摩擦力为静摩擦力,其大小Ff=G,所以物体静止后的图线为平行于t轴的直线.选项B正确.答案:B考点二 力的合成与分解、共点力的平衡7.(2013广东二校联考摸底)用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中,如图所示,已知绳ac和bc与竖直方向的夹角分别为30和60,则ac与bc绳中的拉力分别为()A.mg,mgB.mg,mgC.mg,mgD.mg,mg解析:选择结点c作为研究对象,受力如图所示.由于ac中拉力Fac与bc中拉力Fbc的合力与重力mg等大反向,根据几何关系可得Fac=mgcos 30=mg,Fbc=
7、mgcos 60=mg,选项A正确.答案:A8.(2013徐州摸底)如图所示,一个质量为m的滑块静置于倾角为30的粗糙斜面上,一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点,另一端系在滑块上,弹簧与竖直方向的夹角为30.则()A.滑块可能受到三个力作用B.弹簧一定处于压缩状态C.斜面对滑块的支持力大小可能为零D.斜面对滑块的摩擦力大小可能小于mg解析:将滑块隔离受力分析,由平衡条件可知斜面对滑块的摩擦力大小一定等于mg,有摩擦力就一定有弹力,选项C、D错误;弹簧可能处于原长,没有弹力,弹簧也可能处于压缩、伸长状态,故选项A正确,B错误.答案:A9.(2013蚌埠高三第一次教学质检)如图所示,倾角为的斜面体
8、C置于水平地面上,小物块B置于斜面上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与物块A连接,连接B的一段细绳与斜面平行,A、B、C都处于静止状态,则()A.地面对斜面体C一定有摩擦力B.物块B对斜面体C一定有摩擦力C.物块B的质量一定大于物块A的质量D.水平地面对C的支持力与B、C的总重力大小相等解析:将B和C看成一个整体,则B和C受到细绳向右上方的拉力作用,故C有向右滑动的趋势,一定受到向左的摩擦力,选项A正确;若绳对B的拉力恰好与B的重力沿斜面向下的分力相等,则B与C间的摩擦力为零,选项B错误;由于B、C间存在可能沿斜面向上、沿斜面向下的摩擦力的情况,故难以判断B与A质量的大小关系,选项C错误.在竖直方向
9、对B和C整体分析,由于细绳的拉力作用,水平面对C的支持力小于B、C的总重力,选项D错误.答案:A10.(2013重庆一中质量检测)如图为三种形式的吊车的示意图,OA为可绕O点转动的轻杆,AB为缆绳,当它们吊起相同重物时,杆OA在三图中受力分别为Fa、Fb、Fc,则Fa、Fb、Fc的大小关系是()A.FaFc=FbB.Fa=FbFcC.FaFbFcD.Fa=Fb=Fc解析:对图(a),A点受力如图(a)所示,可得杆OA对A点的作用力Fa,由牛顿第三定律可得图(a)中杆OA受力Fa=Fa=2Gcos 30=G.对图(b),A点受力如图(b)所示,由tan 30=G/Fb,可得杆OA对A点的作用力F
10、b,由牛顿第三定律可得图(b)中杆OA受力Fb=Fb=G/tan 30=G.对图(c),A点受力如图(c)所示,由cos 30=Fc/G可得杆OA对A点的作用力Fc,由牛顿第三定律可得图(c)中杆OA受力Fc=Fc=Gcos 30=G/2.所以Fa=FbFc,选项B正确.答案:B11.(2013安徽师大附中摸底)如图所示,物体B叠放在物体A上,A、B的质量均为m,且上、下表面均与斜面平行,它们以共同速度沿倾角为的固定斜面C匀速下滑,则()A.A、B间没有静摩擦力B.A受到B的静摩擦力方向沿斜面向上C.A受到斜面的滑动摩擦力大小为2mgsin D.A与B间的动摩擦因数=tan 解析:它们以共同速
11、度沿倾角为的固定斜面C匀速下滑,A受到斜面的滑动摩擦力大小为2mgsin ,A对B的摩擦力等于B重力沿斜面方向的分力,选项A错误,C正确;由牛顿第三定律可知,A受到B的静摩擦力方向沿斜面向下,选项B错误;A与B间的摩擦力是静摩擦力,不能确定A、B之间的动摩擦因数,选项D错误.答案:C12.(2013安徽江南十校模拟)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保持竖直且缓慢地向右移动,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.MN对
12、Q的弹力逐渐减小B.地面对P的摩擦力逐渐增大C.P、Q间的弹力先减小后增大D.Q所受的合力逐渐增大解析:对圆柱体Q受力分析如图所示,P对Q的弹力为F,MN对Q的弹力为FN,挡板MN向右运动时,F和竖直方向的夹角逐渐增大,而圆柱体所受重力大小不变,所以F和FN的合力大小不变,故选项D错误;由图可知,F和FN都在不断增大,故选项A、C错误;对P、Q整体受力分析知,地面对P的摩擦力大小就等于FN,所以地面对P的摩擦力也逐渐增大.故选B.答案:B13.(2012昆明一中一模)如图所示,由F1、F2、F3为边长组成四个三角形,且F1F2F3.据力的合成,在四个图中三个力F1、F2、F3的合力最大的是()
13、解析:根据三角形定则,求两个力的合力时,可以将它们首尾相接,其合力与这两个分力组成闭合三角形,方向由起点指向箭头,如选项A所示,F3就是F1与F2的合力;本题求解三个力的合力,可以先将两个力合成,再将求出的合力与第三个力合成,结合三角形定则可知,四个选项的合力分别为2F3、0、2F1和2F2,因为F1F2F3,所以A图合力最大.答案:A14.(2012泰兴期中调研)如图所示,三根长度均为L的轻绳分别连接于C、D两点,A、B两端悬挂在水平天花板上,相距为2L.现在C点悬挂一个质量为m的重物,为使CD绳保持水平,在D点应施加的最小作用力为()A.mg B.mgC.mgD.mg解析:对C点进行受力分
14、析,如图(甲)所示,由平衡条件可知,绳CD对C点的拉力FCD=mgtan 30,对D点进行受力分析,如图(乙)所示,绳CD对D点的拉力F2=FCD=mgtan 30,F1方向一定,则当F3垂直于绳BD时,F3最小,由几何关系可知,F3=FCDsin 60=mg,选项C正确.答案:C15.(2012潍坊二模)如图所示,固定在水平地面上的物体A,左侧是圆弧面,右侧是倾角为的斜面,一根轻绳跨过物体A顶点上的小滑轮,绳两端分别系有质量为m1、m2的小球,当两球静止时,小球m1与圆心连线跟水平方向的夹角也为,不计一切摩擦,小球看作质点,则m1、m2之间的关系是()A.m1=m2 B.m1=m2tan C
15、.m1=m2cot D.m1=m2cos 解析:设绳对小球的拉力大小为FT,对m1受力分析如图(甲)所示,则FT=m1gcos ,对m2受力分析如图(乙)所示,m2静止,故FT=m2gsin ,故m1gcos =m2gsin ,m1=m2tan ,选项B正确.答案:B16.(2012宝鸡模拟)如图所示,装置的重力和摩擦力均不计,若用F=100 N的水平推力使滑块B缓慢向左移动,当=30时,则工件受到的向上的弹力多大?解析:将推力F分解如图(甲)所示.则F1为杆受到的推力,其大小为,杆的推力F1的效果之一是将工件缓慢顶起,F1的分解如图(乙)所示.则F1=F1cos =cos =100 N.即工
16、件受到的向上的弹力大小为100 N.答案:100 N考点三 探究弹力和弹簧伸长的关系17.(2012深圳第一次调研)某同学利用如图(甲)所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验.(1)在安装刻度尺时,必须使刻度尺保持状态.(2)他通过实验得到如图(乙)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线.由此图线可得该弹簧的原长x0=cm,劲度系数k=N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计,当弹簧测力计上的示数如图(丙)所示时,该弹簧的长度x=cm.解析:图线在横轴上的截距等于弹簧的原长x0=4 cm,图线斜率等于弹簧的劲度系数k=50 N/m.把该弹簧做成一把弹簧测力计,当弹
17、簧测力计上的示数为3.0 N时,弹簧伸长x=6 cm,该弹簧的长度x=x0+x=10 cm.答案:(1)竖直(2)450(3)1018.(2013哈尔滨三中月考)用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长,17世纪英国物理学家胡克发现,金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比,这就是著名的胡克定律.这个发现为后人对材料的研究奠定了重要的基础.现有一根用新材料制成的金属杆,长为4 m,横截面积为0.8 cm2,设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/100,由于这一拉力很大,杆又较长,直接测试有困难,就选用同种材料制成样品进行测试,通过测试取得数据如表:长度/m拉力F/N 伸长x/cm
18、横截面积S/cm22505007501 00010.050.040.080.120.1620.050.080.160.240.3230.050.120.240.360.4810.100.020.040.060.0810.200.100.020.030.04(1)根据测试结果,推导出线材伸长x与材料的长度L、材料的横截面积S及拉力F的函数关系式为x=(用所给字母表示,比例系数用k表示).(2)在寻找上述关系中,运用的科学研究方法是.解析:(1)根据第1行数据,伸长x与拉力F成正比;根据第1、4、5行数据,伸长x与横截面积S成反比;根据第1、2、3行数据,伸长x与长度L成正比;所以线材伸长x与材料
19、的长度L、材料的横截面积S及拉力F的函数关系为x=k.(2)由于伸长x与拉力F、长度L和横截面积S有关,因此寻找它们间关系时分别选取其中两个量相同的数据,然后寻找伸长量x与另一量的关系,也就是运用了控制变量法.答案:(1)k(2)控制变量法考点四 验证力的平行四边形定则19.(2013衡水中学调研)有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则.在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的重量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数读出绳子OA、OB、OC的拉力分别为F1、F2和F3,回答下列问题:(1)改变钩码个数,实验能完成的是.A.钩码的个数N1=N2=2
20、,N3=4B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4C.钩码的个数N1=N2=N3=4D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是.A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量(3)在作图时,你认为图示中(填“甲”或“乙”)是正确的.解析:(1)实验中分力与合力的关系必须满足:|F1-F2|F3F1+F2,因此选项B、C、D是可以的.(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向.(3)F3的方向一定竖直向下,而F1和F2的合力方向由于测量误差可能偏离竖直方向,所以(甲)是正确的.答案:(1)BCD(2)A(3)甲9