高中物理必修第1册第3章 4

第三章4A组·基础达标1．(2020届山西名校联考)将一个大小为8N的力分解成两个分力，下列各组值不可能的是()A．1N和10N B．10N和10NC．10N和15N D．15N和20N【答案】A【解析】1N与10N的合力范围是9N≤F≤11N．不可能为8N，故A符合题意；10N与10N的合力范围是0N≤F≤20N，可能为8N；10N与15N的合力范围是5N≤F≤25N，可能为8N；15N与20N的合力范围是5N≤F≤35N，可能为8N．故选A.2．在“互成角度的两个力的合成”实验中，用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使它伸长到某一位置O点．为了确定两个分力的大小和方向，这一步操作中必须记录的是()A．橡皮条固定端的位置B．描下O点位置、两条细绳套的方向及两个弹簧测力计的读数C．橡皮条伸长后的总长D．两个弹簧测力计的读数【答案】B【解析】该实验的实验目的是验证力的平行四边形定则，要根据两个弹簧拉橡皮筋时两个拉力的大小和方向作出平行四边形求出其合力大小，然后与一个弹簧拉橡皮筋时的拉力大小进行比较，最后得出结论，故需要记录的是两弹力的大小和方向，故A、C、D错误，B正确．3．某物体在n个共点力的作用下合力为零，若把其中一个力F1的方向沿顺时针方向转过90°，而保持其大小不变，其余力保持不变，则此时物体所受的合力大小为()A．F1 B．eq\r(2)F1C．2F1 D．0【答案】B【解析】物体在n个力作用下合力为零，则除F1以外的其他力的合力大小也为F1，且与F1反向，故当F1转过90°，大小不变时，合力应为eq\r(2)F1，故B正确．4．(2020届宜昌名校月考)下列关于力的说法正确的是()A．力是物体对物体的作用，所以发生力的作用必须相互接触B．物体受到的几个共点力的合力一定大于每一个分力C．一个物体静止在斜面上，物体所受重力沿垂直斜面方向上的分力就是物体对斜面的压力D．一个2N的力可以分解为7N和6N的两个力【答案】D【解析】力是物体对物体的作用，发生力的作用不一定必须相互接触，例如磁体之间的作用，A错误；物体受到的几个共点力的合力不一定大于每一个分力，可能等于也可能小于每一个分力，B错误；一个物体静止在斜面上，物体所受重力沿垂直斜面方向上的分力大小等于物体对斜面的压力大小，C错误；7N和6N的力的合力范围是1～13N，则一个2N的力可以分解为7N和6N的两个力，D正确．5．(多选)两个力F1和F2间的夹角为θ，两个力的合力为F，以下说法中正确的是()A．若F1和F2的大小不变，θ角越小，合力F就越大B．合力F总比分力F1和F2中的任何一个力都大C．如果夹角θ不变，F1大小不变，只要F2增大，合力F就必然增大D．如果夹角θ满足一定条件，合力F和分力F1、F2的大小可能相等【答案】AD【解析】若F1和F2的大小不变，θ角越小，根据平行四边形定则知，合力F就越大，故A正确．合力可能比分力大，可能比分力小，也可能与分力相等，故B错误．如果夹角θ不变，若夹角为180°，F1大小不变，增大F2，则合力可能减小，故C错误．如果夹角为120°，F1、F2大小相等，则合力与分力大小相等，故D正确．6．关于分力和合力，以下说法不正确的是()A．合力的大小，小于任何一个分力是可能的B．如果一个力的作用效果与其他几个力的效果相同，则这个力就是其他几个力的合力C．合力的大小一定大于任何一个分力D．合力可能是几个力的代数和【答案】C【解析】如果一个力的作用效果与其他几个力同时作用的效果相同，这个力就是其他几个力的合力．设两分力为F1、F2，合力F的取值范围为|F1－F2|≤F≤F1＋F2，因此合力的大小不一定大于任何一个分力，小于任何一个分力是可能的，A正确，C错误；如果一个力的作用效果与其他几个力的效果相同，则这个力就是其他几个力的合力，B正确；若分力是几个力，且它们在一条直线上时，合力就是这几个力的代数和，故D正确．该题是选不正确的，故选C.7．两个力F1和F2间的夹角为θ，两力的合力为F，以下说法正确的是()A．若F1和F2大小不变，θ角越小，合力F就越大B．合力F总比分力F1和F2中任何一个力都大C．如果夹角θ不变，F1大小不变，只要F2增大，合力F就必然增大D．若合力F不变，θ角越大，分力F1和F2就越大【答案】A【解析】选若F1和F2的大小不变，θ角越小，根据平行四边形定则知，合力变大，故A正确；合力可能比分力大，可能比分力小，可能与分力相等，故B错误；若夹角θ不变，F1大小不变，F2增大，若F2与F1反向，F1＞F2，则合力F减小，故C错误；根据力的合成法则，若合力F不变，θ角越大，分力F1和F2就可能越大，也可能一个不变，另一个变大，也可能一个变小，另一个变大，故D错误．8．(2021届衡水名校检测)如图所示，人屈膝下蹲时，膝关节弯曲的角度为θ.设此时大小腿部的肌肉群对膝关节的作用力F的方向水平向后，且大腿骨和小腿骨对膝关节的作用力大致相等，那么脚掌所受小腿骨沿竖直方向的力约为()A.eq\f(F,2sin\f(θ,2)) B．eq\f(F,2cos\f(θ,2))C.eq\f(F,2tan\f(θ,2)) D．eq\f(F,2)taneq\f(θ,2)【答案】D【解析】根据题意先将肌肉群对膝关节的作用力F沿大腿骨和小腿骨方向分解，然后再分解小腿骨方向的分力，设脚掌所受小腿骨沿竖直方向的力为FN，沿小腿方向的力为F1，可得F1coseq\f(θ,2)＝eq\f(1,2)F，即F1＝eq\f(F,2cos\f(θ,2))，所以FN＝F1sineq\f(θ,2)＝eq\f(F,2)taneq\f(θ,2)，故D正确．9．某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2.(1)主要实验步骤如下：①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F；②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，记下绳套1弹簧测力计的示数F1；③根据力的平行四边形定则，计算此时绳套1的拉力F1＝________F；④比较F1和F，即可初步验证力的平行四边形定则；⑤只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤．(2)保持绳套2方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动90°，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是________.A．逐渐增大 B．先增大后减小C．逐渐减小 D．先减小后增大【答案】(1)eq\f(\r(3),3)(2)D【解析】(1)③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1＝Ftan30°＝eq\f(\r(3),3)F.(2)保持绳套2方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动90°，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，说明两个细绳拉力的合力不变，作图如下．故绳套1的拉力先减小后增大，故A、B、C错误，D正确．B组·能力提升10．(多选)将一个F＝10N的力分解为两个分力，如果已知其中一个不为零的分力F1方向与F成30°角，如图所示，则关于另一个分力F2，下列说法正确的是()A．F2的方向可能与F平行B．F2的大小可能小于5NC．F2的大小可能大于5ND．F2的方向与F1垂直时F2最小【答案】CD【解析】如果F2的方向与F平行，则F1的方向也与F平行，这显然不符合题意，所以可知F2的方向不可能与F平行，故A错误；当F2的方向与F1的方向垂直时，F2具有最小值F2min＝Fsin30°＝5N，所以F2的大小不可能小于5N，故B错误，C、D正确．11．(多选)一个力分解为两个分力，下列情况中，不能使力的分解结果一定唯一的有()A．已知两个分力的方向B．已知两个分力的大小C．已知一个分力的大小和另一个分力的方向D．已知一个分力的大小和方向【答案】BC【解析】根据平行四边形定则可知，如果力的分解唯一的，则以合力F为邻边的平行四边形只有一个，或只能画出一个三角形，根据以上分析可知，已知一个力的大小和方向或已知两个力的方向，力F的分解是唯一的，故A、D错误．已知合力与两个分力的大小，根据三角形定则，方向有可能不同，就会有不同解，如图甲所示．故B正确．已知一个分力的大小和另一个分力的方向，根据平行四边形定则，如图乙所示，可能有两组解，故C正确．12．(2020届嘉兴联考)力的合成和分解在生产和生活中有着重要的作用，下列说法中正确的是()A．高大的桥要建很长的引桥，是为了减小汽车重力沿桥面向下的分力B．帆船逆风行驶时，风力不能分解出沿船前进方向的分力C．幼儿园的滑梯很陡，是为了增加小孩玩滑梯时受到的重力，使小孩下滑得更快D．运动员做引体向上(缓慢上升)动作时，双臂张开很大的角度时要比双臂竖直平行时觉得手臂用力大，是因为张开时手臂产生的合力增大的缘故【答案】A【解析】高大的桥要建很长的引桥，减小斜面的倾角，根据力的合成和分解可知，汽车重力沿桥面向下的分力减小，达到行车方便和安全的目的，故A正确．帆船能逆风行驶，根据力的合成和分解，可知风力一定能分解出沿船前进方向的分力，故B错误．幼儿园的滑梯很陡，是为了增加小孩滑滑梯时重力沿斜面向下的分力，使小孩下滑得更快，故C错误．运动员做引体向上(缓慢上升)动作时，双臂张开很大的角度时要比双臂竖直平行时觉得手臂用力大，是因为张开时手臂产生的合力不变时，分力的夹角越大，则分力越大，故D错误．13．(1)在“验证力的平行四边形定则”实验中，两秤的拉力在图中作出，图中方格每边长度表示1N，O是橡皮条的一个端点，用两个直角三角板作出合力F的图示，最后得到的合力的大小为________N.(2)在验证“二力合成的平行四边形定则”的实验中，下列说法中正确的是()A．两次拉橡皮条伸长的长度相等就能实现“等效”B．同一组实验，两次拉橡皮条时不一定使结点到达同一位置C．实验中，测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对测力计刻度D．实验中，把橡皮条与绳套的结点拉到O点时，为了便于算出合力的大小，两个测力计之间的夹角一定得取90°【答案】(1)7N(2)C【解析】(1)以F1、F2为邻边，作出平行四边形，如图所示，由图可知，合力为F＝1.0×7N＝7.0N.(2)在“探究力的平行四边形定则”的实验中，采用了“等效法”，即要求两次拉橡皮筋到同一点O，从而是橡皮筋产生的形变大小和方向都相同，故A、B错误；本实验是通过在白纸上作力的图示来验证平行四边形定则，为了减小实验误差，弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行，读数时视线要正对测力计刻度，否则，作出的是拉力在纸面上的分力，误差较大，故C正确；合力是我们根据平行四边形画出来的，不是计算出来的，量测力计之间的夹角不一定为90°，便于作图和减小误差即可，故D错误．14．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学进行实验的主要步骤是：a．如图甲所示，将橡皮筋的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计；b．沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，读取此时弹簧测力计的示数，分别记录两个拉力F1、F2的大小．用笔在两绳的拉力方向上分别标记a、b两点，并分别将其与O点连接，表示两力的方向；c．再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录其拉力F的大小并用上述方法记录其方向．(1)实验中确定分力方向时，图甲中的b点标记得不妥，其原因是____________________.(2)用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，这样做的目的是____________________.(3)图乙是在白纸上根据实验数据作出的力的图示，其中________是F1和F2合力的实际测量值．(4)实验中的一次测量如图丙所示，两个测力计M、N的拉力方向互相垂直，即α＋β＝90°.若保持测力计M的读数不变，当角α由图中所示的值逐渐减小时，要使橡皮筋的活动端仍在O点，可采用的办法是________.A．增大N的读数，减小β角B．减小N的读数，减小β角C．减小N的读数，增大β角D．增大N的读数，增大β角【答案】(1)O、b两点太近，误差大(2)使合力F与F1、F2共同作用的效果相同(3)F(4)B【解析】(1)为了减小测量的误差，记录方向时，记录点与O点的距离适当大一些，图甲中的b点标记得不妥，其原因是O、b两点太近，误差大．(2)用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，这样做的目的是与F1、F2共同作用的效果相同．(3)F1和F2合力的实际测量值是用一根弹簧测力计拉的，不是根据平行四边形定则作出的，故F是F1和F2合力的实际测量值．(4)由题意可知，保持O点位置不动，即合力大小方向不变，弹簧测力计M的读数不变，因此根据力的平行四边形定则，画出受力分析图如图．所以由图可知α角逐渐变小时，N的示数减小，同时β角减小，故B正确．达标检测一、选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．1．下列关于力的说法，正确的是()A．有力作用时一定有施力物体，可能没有受力物体 B．力有时能脱离物体而独立存在C．有受力物体就一定有施力物体 D．只有相互接触的物体才能有作用力【答案】C【解析】有力作用时一定有施力物体和受力物体，有受力物体就一定有施力物体，A错误，C正确；力是物体对物体的作用，力不能脱离物体而独立存在，B错误；两个物体有力作用时不一定相互接触，如磁铁吸引小铁钉时，磁铁对小铁钉有力的作用但磁铁与小铁钉可以不相互接触，D错误．2．如图所示，歼­20战机是中国最近研制出的第五代隐身重型歼击机．它以具有隐身性、高机动性以及先进的航电系统让世界震惊．关于飞行中的歼­20战机的受力，下列说法正确的是()A．战机受到的重力垂直向下B．战机受重力的同时，它也对地球产生引力C．战机向前运动的推力无施力物体D．战机匀速飞行，它不受重力作用【答案】B【解析】重力的方向竖直向下，不一定垂直向下，A错误；由于地球对战机的引力作用而产生重力，同时战机对地球也产生向上的引力，B正确；任何力都有施力物体，战机向前的推力来自于发动机喷出的气流，C错误；地球附近的任何物体都受重力作用，D错误．3．在中学秋季田径运动会上，高一2班李好同学奋力拼搏，勇夺男子100m冠军，下图为该同学奔跑途中的两个瞬间，用Ff1、Ff2分别表示该同学在图甲、图乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于Ff1、Ff2的方向，以下说法正确的是()A．Ff1向后，Ff2向后 B．Ff1向前，Ff2向前C．Ff1向前，Ff2向后 D．Ff1向后，Ff2向前【答案】C【解析】该同学奔跑途中，后脚用力向后蹬，人才向前运动，正是由于地面给后脚有个向前的静摩擦力，即Ff1向前，使运动员能向前运动；而当前脚向前跨时，正是由于地面给前脚有个向后的静摩擦力，否则运动员会向前滑动，所以前脚受到地面向后的静摩擦力，即Ff2向后，故C正确，A、B、D错误．4．如图所示，两块相同的木块被竖直的木板夹住保持静止状态，设每一木块的质量为m，则两木块间的摩擦力大小为()A．0 B．0.5mgC．mg D．2mg【答案】A【解析】设每一块木块的重力为mg，一侧木板对木块的摩擦力大小为f1，两块木块之间的摩擦力大小为f2，根据平衡条件，对整体有2f1＝2mg，得f1＝mg；对A有f1＋f2＝mg.解得f2＝0.即两木块间摩擦力为零，故A正确，B、C、D错误．5．如图所示，舰载机保持牵引力F大小不变，在匀速航行的航母上降落时受到阻拦而静止，此时阻拦索夹角θ＝120°，空气阻力和甲板阻力不计，则阻拦索承受的张力大小为()A．eq\f(F,2) B．FC．eq\r(3)F D．2F【答案】B【解析】设阻拦索承受的张力大小为FT，由平衡条件可知，牵引力F＝2F′Tcoseq\f(θ,2)，又由牛顿第三定律知FT＝FT′，解得FT＝F，B正确．6．利用弹簧可以测量物体的重力．将劲度系数为k的弹簧上端固定在铁架台的横梁上．弹簧下端不挂物体时，测得弹簧的长度为x0.将待测物体挂在弹簧下端，如图所示．待物体静止时测得弹簧的长度为x1，测量中弹簧始终在弹性限度内，则待测物体的重力大小为()A．kx0 B．kx1C．k(x1－x0) D．k(x1＋x0)【答案】C【解析】根据胡克定律可知，弹簧的弹力F＝k(x1－x0)；根据平衡条件可知，弹簧的弹力等于物体的重力，故C正确，A、B、D错误．7.近年来，智能手机的普及使“低头族”应运而生．近日研究发现，玩手机时，有可能让颈椎承受多达60磅(约270N)的重量．一系列健康问题与不当的姿势存在关联，如背痛、体重增加、胃痛、偏头疼和呼吸道疾病等．当人体直立时，颈椎所承受的压力等于头部的重量；但当低头时，颈椎受到的压力会随之变化，现将人低头时头颈部简化为如图所示的模型，重心在头部的P点，颈椎OP(轻杆)可绕O转动，人的头部在颈椎的支持力和沿PA方向肌肉拉力的作用下静止．假设低头时颈椎OP与竖直方向的夹角为45°，PA与竖直方向的夹角为60°，此时颈椎受到的压力约为直立时颈椎受到压力的(eq\r(6)≈2.45)()A．4.2倍 B．3.3倍C．2.8倍 D．2.0倍【答案】B【解析】由题意可知人的头部受力情况如图所示，设人的颈椎对头的支持力为F，肌肉对头的拉力为T，正交分解力F和T，在水平方向Tsin60°＝Fsin45°，竖直方向Fcos45°＝G＋Tcos60°，联立解得F≈3.3G，由牛顿第三定律知，颈椎受到的压力F′等于颈椎对头的支持力，即F′≈3.3G，B正确．二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．8．小娟、小明两人共提一桶水匀速前行，如图所示，已知两人手臂上的拉力大小相等且为F，两人手臂间的夹角为θ，水和水桶的总重力为G，则下列说法中正确的是()A．当θ为120°时，F＝G B．不管θ为何值，F＝eq\f(G,2)C．当θ＝0°时，F＝eq\f(G,2) D．θ越大，F越小【答案】AC【解析】水桶受重力G和两个拉力F作用而平衡，根据平衡条件得2Fcoseq\f(θ,2)＝G，解得F＝eq\f(G,2cos\f(θ,2))，由公式可知，F随着θ的变化而变化，且θ越大，F越大，B、D错误；当θ＝0°时，F＝eq\f(G,2)，C正确；当θ为120°时，F＝G，A正确．9．科技的发展正在不断地改变着我们的生活，如图甲是一款手机支架，其表面采用了纳米微吸材料，用手触碰无粘感，接触到平整光滑的硬性物体时，会牢牢吸附在物体上，如图乙是手机静止吸附在支架上的侧视图，若手机的重力为G，则下列说法正确的是()A．手机受到的支持力大小为GcosθB．手机受到的支持力大于GcosθC．纳米材料对手机的作用力大小为GsinθD．纳米材料对手机的作用力竖直向上【答案】BD【解析】手机处于静止状态，受力平衡，根据平衡条件可知，在垂直支架方向有FN＝Gcosθ＋F吸，大于Gcosθ，A错误，B正确；手机处于静止状态，受力平衡，受到重力和纳米材料对手机的作用力，根据平衡条件可知，纳米材料对手机的作用力大小等于重力，方向与重力方向相反，竖直向上，C错误，D正确．10．如图所示，轻绳的两端分别系在圆环A和小球B上，圆环A套在粗糙的水平直杆MN上．现用水平力F拉着绳子上的一点O，使小球B从图中实线位置缓慢上升到虚线位置，但圆环A始终保持在原位置不动．在这一过程中，环对杆的摩擦力Ff和环对杆的压力FN的变化情况是()A．Ff不变 B．Ff增大C．FN不变 D．FN减小【答案】BC【解析】设Ff′为杆对环的摩擦力，FN′为杆对环的支持力，以B为研究对象，小球受到重力、水平力F和轻绳的拉力T，如图甲所示，由平衡条件得F＝mgtanα，当小球B从实线位置缓慢上升到虚线位置时，α增大，则F增大，再以整体为研究对象，受力示意图如图乙所示，根据平衡条件得Ff′＝F，F增大，则Ff′逐渐增大；FN′＝(M＋m)g，则FN′保持不变．由牛顿第三定律知，Ff增大，FN不变，B、C正确，A、D错误．三、非选择题：本题共4小题，共54分．11．(9分)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)某次在弹簧下端挂上钩码后，弹簧下端处的指针在刻度尺上的指示情况如图乙所示，此时刻度尺的读数x＝________.(2)根据实验数据在图丙的坐标纸上已描出了多次测量的弹簧所受弹力大小F跟弹簧长度x之间的函数坐标点，请作出F－x图线．(3)根据所作出的图线，可得该弹簧的劲度系数k＝________N/m.(保留两位有效数字)【答案】(1)11.80(11.79～11.81均可)cm(2)见解析图(3)49【解析】(1)由图示刻度尺可知，其分度值为1mm，其示数为11.80cm.(2)根据坐标系内描出的点作出图像如图所示．(3)由图示图像可知，弹簧的劲度系数为k＝eq\f(ΔF,Δx)＝eq\f(4.90N,18－8×10－2m)＝49N/m.12．(12分)某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图a所示．(1)试在图a中作出无实验误差情况下F1和F2的合力的图示，并用F表示此力．(2)有关此实验，下列叙述正确的是________.A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C．两次拉橡皮筋时，须将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可(3)如图b所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？(力F′是用一只弹簧测力计时的拉力)________________.(4)在以上比较符合实验事实的那位同学的实验中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况)________________________________.【答案】(1)见解析图(2)AC(3)甲同学(4)见解析【解析】(1)以F1、F2为邻边作平行四边形，其对角线即为所求的合力F(如图所示)．(2)两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，B错误；两弹簧测力计的拉力的合力与橡皮筋的拉力大小相等即可，两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大，A正确；两次拉橡皮筋时，为保证效果相同，橡皮筋的结点必须拉到同一位置O，C正确；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D错误．(3)用平行四边形定则求出的合力可能与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一条直线上，故甲同学实