2021届高考物理三轮复习强化训练：力的相互作用

2021届高考物理三轮强化—力的相互作用
1.如图所示,倾角30
θ=︒的斜面上有一重为G的物块,在与斜面底边平行的水平推力F作用下沿斜面上的虚线匀速运动,若图中45
ϕ=︒,则( )
A.推力F一定是一个变力
B.物块可能沿虚线向上运动
C.物块与斜面间的动摩擦因数μ=
D.物块与斜面间的动摩擦因数μ=
2.如图所示,AC是上端带定滑轮的固定竖直杆,质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点,另一端B悬挂一重为G的重物,且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮A现用力F拉绳,开始时90
∠>︒,使BCA
∠缓慢减小,直到杆BC接
BCA
近竖直杆AC.此过程中,杆BC所受的力( )
A.大小不变
B.逐渐增大
C.逐渐减小
D.先增大后减小
3.如图所示，一根不可伸长的光滑轻绳，其左端固定于O点，右端跨过位
于点O’的固定光滑轴，悬挂一质量为M的物体。

轻绳OO’段水平，长度为L，绳子上套一可沿绳滑动的轻环P。

现在轻环上悬挂一质量为m钩码，平衡后，物体上升L，则钩码与物体的质量之比为( )
4.如图所示,在光滑水平面上一轻质弹簧将固定挡板和一条形磁铁连接起来,此时磁铁对水平面的压力为1N,现在磁铁左上方位置固定一导体棒,当导体棒中通有垂直纸面向里的电流后,磁铁对水平面的压力为2N,则以下说法正确的( )
A.弹簧长度将变长,12
N N
N N
>
> B.弹簧长度将变短,12
C.弹簧长度将变长,12
N N
<
< D.弹簧长度将变短,12
N N
5.如图所示,静止在水平地面上倾角为θ斜面光滑的斜面体上,有一斜劈A,A 的上表面水平且放有一斜劈B,B的上表面上有一物块C,A、B、C一起沿斜面匀加速下滑.已知A、B、C的质量均为m,重力加速度为g.下列说法正确的是( )
A.A 的上表面可以是光滑的
B.C 可能只受两个力作用 C .A 加速度大小为g cos θ
D.斜面体受到地面的摩擦力为零
6.如图所示 ,用甲、乙两根筷子夹一个小球 ,甲倾斜 ,乙始终竖直。

在竖直平面内 ,甲与竖直方向的夹角为 θ,筷子与小球间的摩擦很小 ,可以忽略不计。

小球质量一 定 ,随着 θ缓慢减小 ,小球始终保持静止 ,则下列说法正确的是（ ）
A.筷子甲对小球的弹力变小
B.筷子乙对小球的弹力不变
C.两根筷子对小球的弹力均增大
D.两根筷子对小球的合力将增大 7.屋檐下重为G 的风铃被水平风力吹起，在偏离竖直方向θ角的位置保持静止，设风力为F ，系风铃的轻绳对风铃的拉力为T ，若F 恒定，则下列说法正确的是( )
A.T 和G 是一对平衡力
B.T 一定小于F
C.T 与F 合力方向竖直向下
D.轻绳所受拉力的大小为cos G
θ
8.如图所示，抖空竹是大家喜欢的一项运动.假设空竹光滑，软线质量不计，若表演者左手保持不动，则( )
A.右手竖直向下缓慢移动的过程中，软线的拉力增大
B.右手竖直向上缓慢移动的过程中，软线的拉力减小
C.右手水平向右缓慢移动的过程中，软线的拉力增大
D.右手水平向右缓慢移动的过程中，软线的拉力减小
9.将重为4mg的均匀长方体物块切成相等的A B
、两部分，切面与边面夹角为45°，如图所示叠放并置于水平地面上，现用弹簧测力计竖直向上拉物块A的上端，弹簧测力计示数为mg，整个装置保持静止，则( )
A.地面与物块间可能存在静摩擦力
B.物块对地面的压力大于3mg
C.A对B的压力大小为mg
D.A B
、
10.如图所示，两个质量均为m 的小球通过两根轻弹簧A B 、连接，在水平外力F 作用下，系统处于静止状态，弹簧实际长度相等。

弹簧A B 、的劲度系数分别为A B k k 、，且原长相等。

弹簧A B 、与竖直方向的夹角分别为θ与45°。

设A B 、中的拉力分别为A B F F 、，小球直径相比弹簧长度可以忽略，重力加速度大小为g 。

则( )
A.1
tan 2
θ=
B.A B k k =
C.A F =
D.2B F mg =
11.如图所示，一光滑墙面固定一个光滑的定滑轮，通过轻绳连接两个带电小球A B 、，所受重力分别为A B G G 、.A B 、两球球心连线水平.两小球静止，连接A 球的轻绳竖直，连接B 球的轻绳与竖直方向的夹角为θ，则下列判断正确的是( )
A.两小球带异种电荷
B.两小球带电荷量关系A B Q Q >
C.两小球的重力关系A B G G >
D.两小球间的库仑力tan A F G θ=
12.小明老家自建五层用房时，看到建筑工人用一个简单装置将工件从地面提升并运送到楼顶，如图所示.设当工件提升到一定高度后，工人甲一直站在工人乙的身后拉紧绳索，工人乙通过一始终保持水平的轻绳将工件缓慢拉到楼顶，不计滑轮的摩擦力，则工件向左移动过程中( )
A.楼顶对乙的摩擦力不变
B.楼顶对甲的摩擦力大于楼顶对乙的摩擦力
C.绳索对甲的拉力不断减小
D.楼顶对甲的支持力不变
13.如图所示，斜面上放有两个完全相同的物体a b 、，两物体间用一根细线连接，在细线的中点加一与斜面垂直的拉力F ，使两物体均处于静止状态.则下列说法正确的是( )
A.a b 、两物体的受力个数一定相同
B.a b 、两物体对斜面的压力相同
C.a b
、两物体受到的摩擦力大小一定相等 D.当逐渐增大拉力F 时，物体b先开始滑动
14.如图所示，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一定受到5个力作用
C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化
D.物块b与桌面间的摩擦力方向可能水平向右
15.如图，用硬铁丝弯成的光滑半圆环竖直放置，最高点B处固定一小滑轮，质量为m的小球A穿在环上。

现用细绳一端拴在A上，另一端跨过滑轮用力F拉动，使A缓慢向上移动。

在移动过程中关于铁丝对A的支持力N的说法正确的是( )
A.N的方向始终背离圆心O
B.N的方向始终指向圆心O
C.N 逐渐变小
D.N 大小不变
16.如图所示，倾角为θ的斜劈放在水平面上，斜劈上用固定的竖直挡板挡住一个光滑的质量为m 的小球，当整个装置沿水平面以速度v 向左匀速运动时间t 时，以下说法正确的是( )
A.小球的重力做功为零
B.斜劈对小球的弹力做功为cos mgvt
θ C.挡板对小球的弹力做功为零
D.合力对小球做功为零
17.如图所示，两根轻杆OA OB 、与小球及一小滑块通过铰链连接，杆OA 的A 端与固定在竖直光滑杆上的铰链相连.小球与小滑块的质量均为m ，轻杆
OA OB 、长均为l
，原长为l 的轻质弹簧与滑块都套在该竖直杆上，弹簧连
接在A 点与小滑块之间.装置静止时，弹簧长为1.6l ，重力加速度为
,sin 530.8,cos530.6g ==°°，以下说法正确的是( )
A.轻杆OA 对小球的作用力方向与竖直方向的夹角为53°
B.轻杆OB 对小滑块的作用力方向沿OB 杆向下，大小为
58
mg
C.轻杆OA 与OB 对小球的作用力大小之比是5:8
D.弹簧的劲度系数52mg k l
=
18.如图所示,把倾角为30°的粗糙斜面体C 固定于水平地面上,质量为2m 的物块A 通过跨过光滑轻定滑轮的轻绳与质量为m 的小球B 连接,O 点为轻绳与定滑轮的接触点,初始时,小球B 在水平向右的拉力F 作用下,使轻绳
OB 段与水平拉力
F 的夹角为120θ=°,A B 、均保持静止状态.现改变拉力F ,并
保持夹角θ大小不变,将小球B 向右上方缓慢拉起至OB 水平,物块A 始终保持静止状态.g 为重力加速度,下列关于该过程的说法正确的是( )
A.拉力F
B.拉力F 一直变小
C.物块A 所受摩擦力先变小后变大
D.轻绳拉力先变大后变小
19.质量为30 kg 的小孩坐在10 kg 的雪橇上静止不动，大人用与水平方向成37°斜向上的拉力拉动雪橇，力的大小为100 N ，雪橇与地面间的动摩擦因数为0.2，（210 m/s g =，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8 ）求：
(1)地面对雪橇的支持力大小。

(2)雪橇运动的加速度大小。

(3)4s内雪橇的位移大小。

20.如图所示，质量M=1kg的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数μ1=0.1，在木板的左端放置一个质量m=1kg、大小可以忽略的铁块，铁块与木板间的动摩擦因数μ2=0.4，取g=10m/s2，在铁块上加一个水平向右的拉力，试求：
，在铁块上加一个水平向右的拉力，试求：
（1）F增大到多少时，铁块能在木板上发生相对滑动？
（2）若木板长L=1m，水平拉力恒为8N，经过多长时间铁块运动到木板的右端？
21.攀岩被很多极限运动员所喜爱和挑战。

运动员在攀爬过程中，常常要协调手足之间的发力，才能更好地保持平衡。

如甲图所示，某攀岩者正停留在悬崖的某处，双手分上下扣住岩壁，双脚做支撑。

为方便地分析此时手脚的受力，将攀岩者简化成乙图情景：攀岩者简化为重球A，其质量为40 kg，与两根轻细绳AB和AC连接，两绳另一端连接于竖直墙上，细绳AB 与水平线成θ角，细绳AC垂直于墙，轻杆AD一端固定于重球上，另一端链接在竖直墙上，杆对重球产生一个方向与水平线成θ角的弹力F，
θ=︒，若要使两绳都能伸直有两种临界可能，一种情况是AB绳上的拉力60
刚好为零，一种情况是AC绳上的拉力刚好为零，请你分别求出这两种情况下的弹力F的大小，并总结出攀岩者能在此处保持平衡时弹力F的大小范围．（2
g=）
10m/s
22.如图所示，光滑金属球的重力40 N
G＝．它的左侧紧靠竖直的墙壁，右侧置于倾角37
θ︒
＝的斜面体上．已知斜面体处于水平地面上保持静止状态，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：
(1)墙壁对金属球的弹力大小；
(2)水平地面对斜面体的摩擦力的大小和方向．
23.用AC绳和BC绳吊起一重为10kg的重物，两绳与水平方向的夹角如图所示．2
g= .
10m/s
(1)求AC绳和BC绳受到的拉力大小．
(2)如果AC绳和BC绳的最大承受力分别为100N和150N，试分析若逐渐增大重物的质量，哪一根绳将先断，并求出此时的重物的质量为多
大． (2
g=)
10m/s
参考答案
1.答案：D
解析：对物块进行受力分析,如图1所示,物块受重力G 、支持力N 、推力F 、摩擦力f 作用,将重力分解为沿斜面向下的力1sin 30G G =︒和与斜面垂直向下的力2cos30G G =︒,如图2所示。

由图2可知,2G 与N 大小相等,故可等效为物块在推力F 、沿斜面向下的力1G 、摩擦力f 三个力的作用下沿斜面上的虚线做匀速运动,其等效的受力情况如图3所示。

根据三力平衡特点,F 与1G 的合力必沿虚线向下,故摩擦力f 只能沿虚线向上,故物块沿虚线向下做匀速运动,AB 错误;由于45ϕ=︒,由几何关系得F 与1G 的合力12F G =合,由平衡条件
得12f
F G ==合,故物块与斜面间的动摩擦因数63
f N μ=
=,选项D 正确。

2.答案：A
以B点为研究对象,分析受力情况：重物的拉力T(等于重物的重力G)、轻杆的支持力N和绳子的拉力F，作出力图如图，
由平衡条件得知，N和F的合力与T大小相等，方向相反，根据三角形相似可可得：
又T=G，AC和BC不变，则N和T不变。

故A正确，BCD错误。

故选：A。

3.答案：D
由几何关系知：绳子与竖直方向夹角为,则环两边绳子的夹角为,则根
解析：开始时条形磁铁受重力和支持力,二力平衡,水平方向不受力,弹簧处于原长,磁铁对水平面的压力等于磁铁的重力;固定通电导体棒后,根据条形磁铁磁感线分布情况得到导体棒所在位置磁场方向如图所示,由左手定则可判断出导体棒所受安培力方向如图所示.由牛顿第三定律可知,条形磁铁受到导体棒的作用力斜向左上方,故条形磁铁对水平面的压力减小,同时向左运动弹簧缩短.故选B.
5.答案：B
解析：对B 、C 整体受力分析,受重力、支持力,B 、C 沿斜面匀加速下滑,则A 、B 间摩擦力不为零,故A 错误;
如果B 的上表面是光滑的,倾角也为θ,C 可能只受两个力作用,B 正确; 选A 、B 、C 整体为研究对象,根据牛顿第二定律可知A 加速度大小为gsin θ,C 错误;
对A 、B 、C 和斜面体整体分析,斜面体受地面的摩擦力水平向左,故D 错误. 6.答案：C
解析：根据平衡条件可知：21cos N N F F =θ，mg F N =θsin 1，解得：
θtan 2mg F N =
，θ
sin 1mg
F N =，随着 θ减小，12N N F F ，都在增大，选项A 错误，B 错误，C 正确；由于小球处于静止状态，两只筷子对小球的合力等于小球的重力，故一直不变，选项D 错误。

7.答案：D
解析：以风铃为研究对象受力分析如图所示，根据受力图可知，T 与F 的合力与重力是一对平衡力，A 错误；由图可知，T 一定大于F ，B 错误；T 与F 的合力与重力是一对平衡力，方向竖直向上，C 错误；根据图中几何关系可得轻绳所受拉力的大小为cos G
T T θ'==，D 正确。

8.答案：C
解析：空竹两侧软线的拉力相等，由12sin sin T T θθ=可知两侧软线与竖直方向的夹角12θθ、相等，将12=θθ代入1112sin ()sin L L L d θθ+-=，得1sin L d θ=.右手竖直向上或向下缓慢移动时，两手的水平间距d 不变，软线总长L 不变，则
1θ不变，又12cos T mg
θ=不变，故软线的拉力不变，A 、B 错误；右手水平向
右缓慢移动时，d 增大，L 不变，则1θ增大，又12cos T mg θ=不变，故软线的拉力增大，C 正确，D 错误. 9.答案：D
解析：对A B 、整体受力分析，水平方向不受地面的摩擦力，否则不能平衡，竖直方向受力平衡，则有N 4F F mg +=，解得N 3F mg =，则物块对地面的压力等于3mg ，故A 、B 错误；对A 部分受力分析，如图所示。

把A 部分所受力沿切面和垂直切面方向进行分解，根据平衡条件得
N (2)sin 45A F mg mg =-°，f (2)cos 45F mg mg =-⋅°，解得N f A F F ==
，由牛顿第三
定律知A 对B 的压力N N B A F F ==
，故C 错误，D 正确。

解析：对下面的小球进行受力分析，如图甲所示：
根据平衡条件得：tan 45,cos 45B mg
F mg mg F ====
°°；
对两个小球及轻弹簧B 整体受力分析，如图乙所示：
根据平衡条件得：tan 2F mg
θ=
，又F mg =
，解得
1
tan ,2
A F θ===，由题可知两弹簧的形变量相等，则有：
A B
A B
F F x k k =
=
，解得：A
A
B
B
k F k
F =
=，故A 正确，B 、C 、D 错误。

11.答案：C
解析：A B 、两小球受力平衡，则B 受到A 对B 水平向右的库仑力，两小球带同种电荷，故A 错误；根据题意无法判断两小球的电荷量的大小关系，故B 错误；A 球处于静止状态，受力平衡，则轻绳的拉力A T G =，B 球受力平衡，根据平衡条件得cos B T G θ=，则A B G G >，故C 正确；B 球受力平衡，根据平衡条件得两小球间的库仑力sin sin A F T G θθ==，故D 错误
.
解析：结点处受到乙的拉力、与甲相连的绳索的拉力以及因工件的重力产生的拉力，三力平衡，设绳索与竖直方向的夹角为θ，则乙的拉力
1tan F mg θ
=，甲的拉力2cos mg
F θ=，随着角度的增大，12F F 、都变大，乙受到轻
绳的拉力与楼顶对乙的摩擦力大小相等，也变大，故A 、C 错误；设甲所拉绳索与竖直方向的夹角为α，则楼顶对甲的摩擦力为2sin sin cos mg F ααθ
=
，楼
顶对乙的摩擦力为sin cos mg θ
θ
，因为αθ>，所以楼顶对甲的摩擦力大于楼顶对
乙的摩擦力，故B 正确；楼顶对甲的支持力2cos N m g F αα=-甲，不变，2F 变大，N 变小，故D 错误. 13.答案：B
解析：分别对a b 、进行受力分析，如图所示.b 物体处于静止状态，当细线沿斜面向上的分量与重力沿斜面向下的分量相等时，摩擦力为零，所以b 可能只受3个力作用，而a 物体必定受到摩擦力作用，肯定受4个力作用，故A 错误；对于a b 、两个物体，垂直于斜面方向都受力平衡，则有
sin cos N T F F mg θα+=，解得cos sin N T F mg F αθ=-，则a b 、两物体对斜面的压力相
同，故B 正确；根据A 项的分析可知，b 所受的摩擦力可以为零，而a 的摩擦力一定不为零，故C 错误；对a 沿斜面方向有cos sin T fa F mg F θα+=，对b 沿斜面方向有cos sin T fb F mg F θα-=，因为a b 、正压力相等，所以最大静摩擦力相等，则a 先达到最大静摩擦力，故a 先滑动，D 错误.
解析：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，由于物块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，所以绳OO '的张力保持不变，故A 、C 错误.b 静止即处于平衡状态，对b 受力分析如图所示，力T 和力F 与x 轴所成夹角均保持不变，由平衡条件可得
cos cos f T F θα
=-，由于T 的大小不变，当F 大小发生变化时，cos T θ可能大
于cos F α，b 受到的摩擦力可能向右，故D 正确.cos T θ也可能小于cos F α，则b 受到的摩擦力也可能向左；cos T θ还可能等于cos F α，则b 还可能不受摩擦力作用，故b 不一定受到5个力作用，故B 错误.
15.答案：AD
解析：小球A 缓慢向上移动的过程中受三个力作用而处于平衡状态，根据平衡条件知mg 与N 的合力与T 等大反向共线，作出mg 与N 的合力，如图，由几何关系有mg
N
T
BO AO AB ==，得AO
N mg BO =⨯，AO BO 、都不变，则N 大小不变，方向始终背离圆心O 。

故A 、D 正确，B 、C 错误。

18.答案：AD
解析：小球受重力、斜劈支持力和挡板的支持力，三力平衡，如图所示.根据平衡条件，有12,tan cos mg
F F mg θθ==.位移方向水平向左，重力与位移方向垂直，故重力对小球不做功，A 正确；斜劈对小球的弹力为1cos mg
F θ=，则斜劈对小球的弹力做功11sin tan W F x mgvt θθ==⋅，同理可知挡板对小球做负功，
2tan W mgvt θ=-⋅，故
B 、
C 错误；合力对小球做功即为各分力做功的代数
和，有 0W =合，故D 正确.
17.答案：BD
解析：对小球进行受力分析可知，小球受重力、杆OA 的拉力A F 、杆OB 对
球的支持力B F ，如图所示，由几何关系可知， 1.62cos 0.8l
l
θ==，解得OA 与竖
直方向的夹角37θ=°，易知A B F F =，轻杆OA 与OB 对小球的作用力大小之比是1:1，故A 、C 错误；对小球，由平衡条件有2cos B F mg θ=，解得
58
B mg F =
，易知轻杆OB 对小滑块的作用力方向沿OB 杆向下，大小为
58
mg ，
故B 正确；对小滑块，根据平衡条件有5cos378mg F mg =+弹°，解得32
mg
F =弹，
由胡克定律有51.62F mg k l l
l
=
=-弹，故D 正确.
18.答案：AC
解析：设OB 绳与水平方向的夹角为α,因120θ=°不变,且小球B 受力平衡,有
cos(60)cos ,sin(60)F T F ααα-=-+°°sin T mg
α=,联立可得cos F α,当0α=°时,
拉力F 最大,为max g F =,A 正确;由题意可知,α的取值范围是060α≤≤°°,且
α从60°逐渐减小到0°,则拉力F 一直变大,B 错误;因为OB 绳的拉力T 满
足cos(60)cos F T αα-=°,则有cos(60)T α=
-°,开始时60α=°,拉力T 最大,且
max 2sin 30T mg =
>°,最后0α=°,拉力T 最小，且min 2sin 30T mg =
<°,根据物块A 保持静止状态及受力分析可知物块A 所受摩擦力先变小后变大,C
正确;cos(60)T α=
-°,由α的变化规律可知,T 逐渐减小,D 错误.
19.答案：（1）设小孩和雪橇的总质量为m ，对整体受力分析得 竖直方向：sin N F F mg θ+=
解得： sin 400 N 1000.6 N 340 N N
F mg F θ=-=-⨯=；
（2）雪橇在水平方向上受到的合力：cos f F F F θ=合﹣①
且摩擦力： f N F F μ=②
联立①②两式解得：12 N F =合
由牛顿第二定律得：F ma =合， 其中30 kg 10 kg 40 kg m m m =+=+=人雪橇 解得雪橇运动的加速度大小为20.3 m/s a =
（3）根据位移时间关系可得：22110.34 m 2.4 m 22
x at ==⨯⨯= 20.答案：（1）设1F F =时，A 、B 恰保持相对静止，此时二者的加速度相
同，达到最大静摩擦。

对木板：21()mg M m g Ma μμ-+=，
22m/s a =，
以系统为研究对象，根据牛顿第二定律有
，
解得：16N F =。

（2）铁块的加速度大小=42m/s ，
木板的加速度大小
22m/s ， 设经过时间t 铁块运动到木板的右端，则有
，
解得：t =1s 。

21.答案：解一：
当AB 绳上的拉力刚好为零时，受力分析如图1，
当AC 绳上的拉力刚好为零时，受力分析如图2,
结合受力图可知：
情况图1中，杆所给的弹力
1N sin G F θ== 情况图2中，杆所给的弹力
2N 2sin G F θ== 因此所求的F N N
F ≤≤
解二：
情况图1中，1F sin mg θ=
1C F cos T θ= 解得：
1N F =
情况图2中，2B F sin T sin mg θθ+=
2B F cos T cos θθ= 解得：
2N
F = 因此所求的F N N
F ≤≤
22.答案：(1)金属球静止，则它受到的三个力平衡(如图所示)．
由平衡条件可得墙壁对金属球的弹力为：1tan 40tan 3730 N N F G θ︒＝＝＝
(2)斜面体对金属球的弹力为：250 N cos37N G F ==︒
由斜面体平衡可知地面对斜面体的摩擦力大小为2sin 3730 N f N F F ︒＝＝ 摩擦力的方向向左．
23.答案：（1）AC 绳BC 绳产生的拉力的合力与重物的重力是平衡力 sin 30AC T mg ︒= 30BC T mgcos ︒＝
50N =AC T ， N BC T =
（2）AC 绳BC 绳产生的拉力的合力与重物的重力是平衡力,合力竖直向上。

30AC BC T T tg ︒＝ 若
150N BC T =，则 N 86.6N 100N AC T ==<（未断），故BC 绳先断 此时的重物重力
/cos30N BC G T ︒==
G mg = 质量为kg m =。