物理二 相互作用

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1、专题二相互作用高考物理高考物理 (北京市专用)统一命题、省统一命题、省( (区、市区、市) )卷题组卷题组五年高考考点一常见的三种力、受力分析考点一常见的三种力、受力分析1.(2017课标,16,6分)如图,一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F的大小不变,而方向与水平面成60角,物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为()A.2-B.C.D.3363332答案答案C本题考查物体受力分析、滑动摩擦力、物体的平衡。物块在水平力F作用下做匀速直线运动,其受力如图甲所示甲乙由平衡条件:F=f、FN=mg而f=FN=mg即F=mg当F的方向与水平面成60角时,其受力如

2、图乙由平衡条件:Fcos60=f1f1=FN1=(mg-Fsin60)联立解得=,选项C正确。33一题多解一题多解受力变化时,物块和桌面间的动摩擦因数不变,不妨假设摩擦力和支持力的合力方向与支持力的夹角为,则有tan=,因不变,故角不变,即F与mg的合力方向不变,由图可知,当F由水平变为与水平面夹角为60时,F大小不变,=30,再由=tan得=tan30=选项C正确。NfF332.(2017课标,17,6分)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80cm的两点上,弹性绳的原长也为80cm。将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100cm;再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一

3、点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)()A.86cmB.92cmC.98cmD.104cm答案答案B设总长度为100cm时与水平方向夹角为,则cos=,故=37。总长度为100cm时弹力F=kx1,设移至天花板同一点时的弹力为kx2,则kx1sin=kx2,得x2=12cm,则弹性绳的总长度为92cm。故B项正确。451212解题关键解题关键关键词理解与情景构建缓慢移至同一点说明可按动态平衡处理。始终处于弹性限度内说明劲度系数k不变。原长80cm,固定点相距80cm,说明水平时弹力恰好为“0”。钩码挂在绳的中点,相当于两根绳共同承担钩码重力。3.(2016江苏单科,9,4

4、分)(多选)如图所示,一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出,鱼缸最终没有滑出桌面。若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等,则在上述过程中()A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向左B.鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等C.若猫增大拉力,鱼缸受到的摩擦力将增大D.若猫减小拉力,鱼缸有可能滑出桌面答案答案BD由题图可见,鱼缸相对桌布向左滑动,故桌布对鱼缸的滑动摩擦力方向向右,A错。因为鱼缸与桌布、鱼缸与桌面间的动摩擦因数相等,所以鱼缸加速过程与减速过程的加速度大小相等,均为g;由v=at可知,鱼缸在桌布上加速运动的时间与在桌面上减速运动的时间相等,故B正确。若猫增大拉力,鱼缸受到的摩擦力仍为滑动摩擦

5、力,由Ff=mg可知,Ff不变,故C错。若猫的拉力减小到使鱼缸不会相对桌布滑动,则鱼缸就会滑出桌面,故D正确。4.(2014广东理综,14,4分)如图所示,水平地面上堆放着原木,关于原木P在支撑点M、N处受力的方向,下列说法正确的是()A.M处受到的支持力竖直向上B.N处受到的支持力竖直向上C.M处受到的静摩擦力沿MN方向D.N处受到的静摩擦力沿水平方向答案答案AM处受到的支持力垂直于地面竖直向上,N处支持力过N垂直于切面斜向上,A项正确、B项错;静摩擦力方向平行于接触面与相对运动趋势的方向相反,因此M处的静摩擦力沿水平方向,N处的静摩擦力沿MN方向,C、D项都错误。5.(2013山东理综,1

6、5,5分)如图所示,用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂,小球处于静止状态,弹簧A与竖直方向的夹角为30,弹簧C水平,则弹簧A、C的伸长量之比为()A. 4B.4C.1 2D.2 133答案答案D将两小球及弹簧B视为整体进行受力分析有FC=FAsin30FC=kxCFA=kxA=2 1=2 1故D正确,A、B、C错误。ACFF1sin30ACxx考点二力的合成与分解考点二力的合成与分解6.(2016课标,17,6分)如图,两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上;一细线穿过两轻环,其两端各系一质量为m的小球。在a和b之间的细线上悬挂一小物块。平衡时,a、b间的距离恰好等

7、于圆弧的半径。不计所有摩擦。小物块的质量为()A.B.mC.mD.2m2m32答案答案C由于物块通过挂钩悬挂在线上,细线穿过圆环且所有摩擦都不计,可知线上各处张力都等于小球重力mg。如图所示,由对称性可知a、b位于同一水平线上,物块处于圆心O点正上方,则1=2,3=4,1=5。因圆弧对轻环的弹力沿圆弧半径方向,且轻环重力不计,由平衡条件知环两侧细线关于圆弧半径对称,即5=6,由几何关系得1=2=5=6=30,3=4=60。再由物块与挂钩的受力平衡有mgcos60+mgcos60=Mg,故有M=m,C正确。考查点考查点力的平衡、力的合成与分解。疑难突破疑难突破题目中轻环、摩擦不计是分析关键,注意

8、对称性的应用哦。评析评析试题以连接体的平衡为载体,考查了受力分析、平衡条件的应用,对数学运算能力有较高的要求,难度中等偏上。7.(2014山东理综,14,6分)如图,用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点,制成一简易秋千。某次维修时将两轻绳各剪去一小段,但仍保持等长且悬挂点不变。木板静止时,F1表示木板所受合力的大小,F2表示单根轻绳对木板拉力的大小,则维修后()A.F1不变,F2变大B.F1不变,F2变小C.F1变大,F2变大D.F1变小,F2变小答案答案A木板静止时受力情况如图所示,设轻绳与竖直木桩的夹角为,由平衡条件知,合力F1=0,故F1不变,F2=,剪短轻绳后,增大,cos减

9、小,F2增大,故A正确。2cosmg8.(2013重庆理综,1,6分)如图所示,某人静躺在椅子上,椅子的靠背与水平面之间有固定倾斜角。若此人所受重力为G,则椅子各部分对他的作用力的合力大小为()A.GB.GsinC.GcosD.Gtan答案答案A因人静躺在椅子上,由二力平衡可知椅子各部分对人的作用力的合力大小为G,方向竖直向上。答案为A。考点三共点力作用下物体的平衡考点三共点力作用下物体的平衡9.(2017课标,21,6分)(多选)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()。现将重物向右上方缓慢拉起,并保

10、持夹角不变。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2答案答案AD本题考查动态平衡。重物受到重力mg、OM绳的拉力FOM、MN绳的拉力FMN共三个力的作用。缓慢拉起过程中任一时刻可认为是平衡状态,三力的合力恒为0。如图所示,由三角形定则得一首尾相接的闭合三角形,由于且不变,则三角形中FMN与FOM的交点在一个优弧上移动,由图可以看出,在OM被拉到水平的过程中,绳MN中拉力一直增大且恰好达到最大值,绳OM中拉力先增大后减小,故A、D正确,B、C错误。2方法技巧方法技巧动态平衡问题解法三力作用下的动态

11、平衡一般采用图解法,多力平衡时常用解析式法。10.(2017天津理综,8,6分)(多选)如图所示,轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点,悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件,当衣架静止时,下列说法正确的是()A.绳的右端上移到b,绳子拉力不变B.将杆N向右移一些,绳子拉力变大C.绳的两端高度差越小,绳子拉力越小D.若换挂质量更大的衣服,则衣架悬挂点右移答案答案AB本题考查物体受力分析、物体的平衡。衣架挂钩为“活结”模型,oa、ob为一根绳,两端拉力相等,设绳aob长为L,M、N的水平距离为d,bo延长线交M于a,由几何知识知ao=ao

12、,sin=,由平衡条件有2Fcos=mg,则F=,当b上移到b时,d、L不变,不变,故F不变,选项A正确,C错误。将杆N向右移一些,L不变,d变大,变大,cos变小,则F变大,选项B正确。只改变m,其他条件不变,则sin不变,不变,衣架悬挂点不变,选项D错误。dL2cosmg解题关键解题关键绳的“活结”模型两端受力相等如果只改变a、b的高度差,不改变a、b间的水平距离,绳与竖直杆的夹角不变,在b点移动过程中,“活结”对应的位置如图所示。11.(2016课标,19,6分)(多选)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

13、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答案答案BD系统处于静止状态,连接a和b的绳的张力大小T1等于物块a的重力Ga,C项错误;以O点为研究对象,受力分析如图甲所示,T1恒定,夹角不变,由平衡条件知,绳OO的张力T2恒定不变,A项错误;以b为研究对象,受力分析如图乙所示,则FN+T1cos+Fsin-Gb=0f+T1sin-Fcos=0FN、f均随F的变化而变化,故B、

14、D项正确。考查点考查点共点力的平衡、力的合成与分解。方法技巧方法技巧以O点为研究对象,由三力平衡分析绳OO的张力变化情况;以物块b为研究对象,用正交分解法列方程分析物块b所受支持力及与桌面间摩擦力的变化情况。评析评析本题考查了物体的平衡及平衡状态下的连接体问题,正确的受力分析是解题的关键。12.(2013课标,15,6分,0.698)如图,在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用,F平行于斜面向上。若要物块在斜面上保持静止,F的取值应有一定范围,已知其最大值和最小值分别为F1和F2(F20)。由此可求出()A.物块的质量B.斜面的倾角C.物块与斜面间的最大静摩擦力D.物块对斜面的正压力答案答案C

15、当物块所受外力F为最大值F1时,具有沿斜面向上的运动趋势由平衡条件可得:F1=mgsin+fm;当物块所受外力F为最小值F2时,具有沿斜面向下的运动趋势,即F2+fm=mgsin。联立解得fm=,F1+F2=2mgsin,由于物块的质量m、物块与斜面间的动摩擦因数及斜面的122FF倾角未知,故选项C正确;选项A、B、D错误。考查点考查点力的平衡、摩擦力。思路点拨思路点拨随着力F的增大,摩擦力会先变小到零,再反向增大。13.(2017江苏单科,14,16分)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,与地面间的动摩擦因数均

16、为。现用水平向右的力拉A,使A缓慢移动,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。求:(1)未拉A时,C受到B作用力的大小F;(2)动摩擦因数的最小值min;(3)A移动的整个过程中,拉力做的功W。2m答案答案(1)mg(2)(3)(2-1)(-1)mgR33323解析解析本题考查共点力作用下物体的平衡、力的分解、动能定理。(1)C受力平衡2Fcos30=mg解得F=mg(2)C恰好降到地面时,B受C压力的水平分力最大Fxmax=mgB受地面的最大静摩擦力f=mg根据题意fmin=Fxmax解得min=(3)C下降的高度h=(-1)RA的位移x=2

17、(-1)R摩擦力做功的大小Wf=fx=2(-1)mgR根据动能定理W-Wf+mgh=0-0解得W=(2-1)(-1)mgR3332323333方法技巧方法技巧共点力作用下物体的平衡、变力做功的求法共点力作用下物体的平衡:可分为三力平衡和多力(四个或四个力以上)平衡,三力平衡一般用特殊三角形法、动态矢量三角形法、相似三角形法,多力平衡一般采用正交分解法。变力做功可以采用动能定理、微元法、平均值法(力随位移或距离呈线性变化)、图像法。1.(2016浙江理综,17,6分)如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波,超声波经反射后返回,被测量仪接收,测量仪记录发射和接收的时

18、间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上,传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时,测量仪记录的时间间隔为t0,输出电压为U0,某同学站上测重台,测量仪记录的时间间隔为t,输出电压为U,则该同学身高和质量分别为()A.v(t0-t),UB.v(t0-t),UC.v(t0-t),(U-U0)D.v(t0-t),(U-U0)00MU1200MU00MU1200MU教师专用题组教师专用题组答案答案D由于传感器输出电压与作用在其上的压力成正比,则测重台上没有人站立时,U0=kM0g,该同学站立在测重台上时,U=k(M0+M)g,两方程相比可得:该同学的质量M=(U-U0);设测量仪

19、顶部距测重台的高度为L,该同学的身高为h,则L=vt0L-h=vt联立可得h=v(t0-t),选项D正确,选项A、B、C错误。00MU121212易错点拨易错点拨在计算该同学质量时,只考虑该同学的质量而忽略了测重台的质量M0,从而导致错误;在计算该同学身高时,由于测定的时间是超声波发射和反射回来的时间和,根据对称性,单程用时为测量时间的一半,若理解不到位,会导致错误。2.(2015广东理综,19,6分)(多选)如图所示,三条绳子的一端都系在细直杆顶端,另一端都固定在水平地面上,将杆竖直紧压在地面上,若三条绳长度不同,下列说法正确的有()A.三条绳中的张力都相等B.杆对地面的压力大于自身重力C.

20、绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零D.绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力答案答案BC由于三条绳长度不同,则三条绳与竖直杆间的夹角不相等,因竖直杆仅是压在地面上而没有固定,则三条绳对杆的拉力在水平方向的分力必平衡,但三个水平分力在水平面内的方向关系不确定,故不能确定三条绳中张力的大小关系,A错误、C正确;由于三条绳对杆的拉力在竖直方向的分力都向下,故B正确;绳子拉力的合力竖直向下,杆的重力也竖直向下,它们不是一对平衡力,故D错误。3.(2013天津理综,5,6分)如图所示,小球用细绳系住,绳的另一端固定于O点。现用水平力F缓慢推动斜面体,小球在斜面上无摩擦地滑动,细绳始终处于直线状态,当小球升

21、到接近斜面顶端时细绳接近水平,此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是()A.FN保持不变,FT不断增大B.FN不断增大,FT不断减小C.FN保持不变,FT先增大后减小D.FN不断增大,FT先减小后增大答案答案D用水平力F缓慢推动斜面体时,小球受重力、绳的拉力FT和垂直于斜面的支持力FN,在斜面体缓慢移动过程中FN方向不变,由三力平衡知其动态变化如图所示,FT先减小后增大,FN逐渐增大。4.(2013广东理综,20,6分)(多选)如图,物体P静止于固定的斜面上,P的上表面水平。现把物体Q轻轻地叠放在P上,则()A.P向下滑动B.P静止不动C.P所受的合外力增大D.P与斜

22、面间的静摩擦力增大答案答案BDP静止在斜面上时沿斜面方向有:mgsin=fmgcos,即sincos,当把物体Q放在P上时、均不变,故P仍将保持静止,且合外力为零,则A、C均错,B项正确。由f=mgsin知,当m变大时f将随之变大,D项正确。A A组组 2015201720152017年高考模拟年高考模拟基础题组基础题组（时间:20分钟分值:30分）选择题(每题5分,共30分)1.(2017北京西城期末,2)下列情景中,物体M所受摩擦力f的示意图正确的是()三年模拟答案答案B物体静止,没有相对运动趋势,不存在摩擦力,A选项不符合题意;汽车停在斜坡上,受力平衡,存在沿斜坡向上的静摩擦力,B选项正

23、确;物体贴着竖直墙面自由下落,与墙壁之间无弹力,不产生摩擦力,C选项不符合题意;瓶子静止在手中,静摩擦力与瓶子重力平衡,摩擦力方向竖直向上,D选项不符合题意。2.(2017北京海淀零模,19)某同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时,实验情况如图所示,在平整的木板上钉上一张白纸,用图钉将橡皮条的一端固定在A点,OB和OC为细绳,O点为橡皮条与细绳的结点。用两个弹簧测力计分别拉细绳OB和OC,使橡皮条伸长一定的长度,并记下橡皮条与细绳的结点被拉至的位置;再用一个弹簧测力计拉橡皮条,使橡皮条与细绳的结点被拉至同一位置。下列因素对实验结果的精确性没有影响的是()A.OB绳和OC绳之间夹角的大小B

24、.OB绳和OC绳与木板平面是否平行C.两个弹簧测力计拉力的大小D.弹簧测力计外壳与木板之间的摩擦情况答案答案D要使实验结果更加精确,OB绳和OC绳之间的夹角要适当大些,OB绳和OC绳与木板平面要平行,两个弹簧测力计拉力的大小在不超最大测量值的情况下要尽量大些。弹簧测力计的外壳与木板间的摩擦不影响弹簧测力计的示数和细绳方向。故选D。3.(2016北京朝阳一模,15)如图所示,倾角=30的光滑斜面固定在水平面上,重为G的物块在水平向右的推力F作用下,沿斜面向上匀速运动,斜面对物块支持力的大小为N。下列关系正确的是()A.FGB.F=GC.NGD.NG答案答案C对物块进行受力分析,如图甲所示,物块受

25、到竖直向下的重力、水平向右的推力以及垂直于斜面向上的支持力,三力平衡可画出力的三角形,如图乙所示,根据力的三角形可知FGGB.NA的方向由A指向O,NAGC.NA的方向由A指向C,NAGD.NA的方向由A指向C,NA=G答案答案B弹力方向为垂直于接触面指向受力物体,因此NA的方向为垂直于球的切面指向球,即沿半径由A指向O,球受重力、NA、NB,且NA、NB夹角小于120,G、NA、NB的合力为零,由对称性和平行四边形定则可知NA=NBG。5.(2016北京朝阳二模,18)体育课上某同学做引体向上。他两手握紧单杠,双臂竖直,身体悬垂;接着用力上拉使下颌超过单杠(身体无摆动);然后使身体下降,最终

26、悬垂在单杠上。下列说法正确的是()A.在上升过程中单杠对人的作用力始终大于人的重力B.在下降过程中单杠对人的作用力始终小于人的重力C.若增大两手间的距离,最终悬垂时单臂的拉力变大D.若增大两手间的距离,最终悬垂时单臂的拉力不变答案答案C上升、下降过程中如果该同学匀速运动,则人的重力等于单杠对人的作用力,A、B错误。悬垂时两臂拉力的合力等于人的重力,增大两手间距离,则两臂的夹角变大,单臂的拉力变大,C正确,D错误。6.(2015北京西城二模,15)如图所示,在竖直光滑墙壁上用细绳将一个质量为m的球挂在A点,平衡时细绳与竖直墙的夹角为,mg,TmgB.Nmg,TmgC.NmgD.Nmg,Tmg且N

27、120时Fmg,故选项C正确。2考查点考查点共点力平衡、平行四边形定则。思路点拨思路点拨利用平行四边形定则画出合成图,写出轻绳的弹力的表达式进行讨论。3.(2016北京海淀期中,1)城市中的路灯、无轨电车的供电线路等,经常用三角形的结构悬挂。如图是这类结构的一种简化模型,硬杆左端可绕通过B点且垂直于纸面的轴无摩擦地转动,右端O点通过钢索挂于A点,钢索和硬杆所受的重力均可忽略。有一质量不变的重物悬挂于O点,现将钢索缓慢变短,并使钢索的悬挂点A缓慢向下移动,以保证硬杆始终处于水平。则在上述变化过程中,下列说法中正确的是()A.钢索对O点的拉力变大B.硬杆对O点的弹力变小C.钢索和硬杆对O点的作用力

28、的合力变大D.钢索和硬杆对O点的作用力的合力变小答案答案A对O点受力分析如图所示,构建力三角形OBA,三角形中AB的变化可以反映FB的变化,OA的变化可以反映FA的变化,当悬挂点A缓慢向下移动时,系统始终处于平衡状态,三角形中角变小,但OB由于反映重物重力的大小,其长度不变,可知FA、FB均增大,合力始终为0,故A正确,B、C、D均错误。考查点考查点共点力平衡、平行四边形定则。解题关键解题关键作出力的动态矢量三角形,根据边角关系讨论。4.(2015北京东城二模,19)研究滑动摩擦力大小的实验装置如图所示,木块和木板叠放于水平桌面上,弹簧测力计水平固定,通过水平细绳与木块相连。用缓慢增大的力拉动木板,使之在桌面上滑动(木块始终未脱离木板)。弹簧测力计示数稳定后()A.由于木块相对桌面静止,弹簧测力计示数与木板的运动状态有关B.由于木块相对桌面静止,弹簧测力计示数一定等于木板受到的拉力C.由于木板相对桌面运动,弹簧测力计示数一定小于木板受到的拉力D.由于木板相对桌面运动,弹簧测力计示数一定大于木板受到的滑动摩擦力答案答案C当拉力很小时,木块和木板相对静止,一起向右做加速运动,拉力增大到某一值后,木板的加速度大于木块的加速度,二者发生相对滑动。因此,当弹簧测力计示数稳定后,木块相对桌面静止,木板向右加速。木板受到的拉力大于弹簧测力计对木块的拉力,即大于弹簧测力计的示数,故C正确。