高中物理必修第1册第3章 1

第三章1A组·基础达标1．关于物体的重力，下列说法正确的是()A．做自由落体运动的物体不受重力作用B．挂在绳子上静止的物体，它受到的重力就是绳子对它的拉力C．物体在地球任何地方重力大小都相等D．重力可以用弹簧测力计测量【答案】D【解析】做自由落体运动的物体只受重力作用，不受其他力，故A错误；用绳子悬挂处于静止状态的物体，所受重力等于绳子对它的拉力大小，但两力性质不同，故B错误；同一物体，处在地球表面的不同纬度，重力大小可能不同，故C错误；弹簧测力计可以测量力的大小，包括重力的大小，故D正确．2．关于力，下列说法正确的是()A．力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的B．拳击手用尽全力击出一拳，但未击中对方，所以这个击拳过程只有施力物体，没有受力物体C．一个物体没有发生运动状态的改变，所以物体一定没有受到力的作用D．两个大小相等、作用点相同的力，可以说这两个力相等【答案】A【解析】力是物体对物体的作用，所以不能离开施力物体和受力物体而独立存在，故A正确；拳击手一拳击出，没有击中对方，拳击过程中，其身体的各个部位由于相互作用而产生力，故B错误；一个物体没有发生运动状态的改变，可能受的合力为零，故C错误；两个大小相等、作用点相同的力，方向不一定相同，所以这两个力不一定相等，故D错误．3．天花板固定一根绳子，绳下系一个小球，下列判断正确的是()A．小球对绳的拉力使小球发生形变B．绳子形变后对小球产生拉力C．小球对绳的拉力方向是竖直向上的D．球对绳的拉力是绳对天花板的拉力【答案】B【解析】小球对绳子的拉力，是因为球发生弹性形变，同时要恢复原状，所以产生弹力，则球对绳的拉力的方向竖直向下，故A、C错误；绳子对小球的拉力是绳子形变后产生的，绳子形变后，要恢复原状，则对小球产生竖直向上的拉力，故B正确；球对绳的拉力使绳受力，绳对天花板的拉力使天花板受力，它们的大小是相等的，故D错误．4．如图所示，为了观察桌面的微小形变，在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光一次被这两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点．这个实验中用到的科学方法是()A．抽象模型法 B．控制变量法C．微小形变放大法 D．多次测量减小误差法【答案】C【解析】力可以改变物体的形状．用力压桌面，桌面发生形变，平面镜N或M的高度就会发生变化，从而使刻度尺上的光斑移动，能把微小形变进行放大．选项C正确．5．(2021届贵州名校月考)如图所示，撑杆跳高运动员正在跳高．此时杆对运动员的弹力()A．方向向下B．方向一定沿杆C．由杆的形变所产生D．由手的形变所产生【答案】C【解析】运动员运动状态不能确定，则杆对运动员的弹力方向也不能确定，A、B错误；杆对运动员的弹力是由杆的形变产生的，C正确，D错误．6．如图，质量均为1kg的物体A、B通过一劲度系数为100N/m的轻弹簧相连，开始时B放在地面上，A、B均处于静止状态，现通过细绳将A缓慢向上拉起，当B刚要离开地面时，A上升距离为L.假设弹簧一直在弹性限度内，g取10N/kg，则()A．L＝0.1m B．L＝0.2mC．L＝0.3m D．L＝0.4m【答案】B【解析】开始时B在地面上，A、B均处于静止状态，弹簧所受的弹力等于A的重力，由胡克定律得kx1＝mg，当B刚要离开地面时，弹簧处于伸长状态，弹力大小恰好等于B的重力，由胡克定律得kx2＝mg，由几何关系得知L＝x1＋x2＝eq\f(2mg,k)＝0.2m，故B正确．7．重庆育才中学教学楼的读书角迎来了一些新客人，如图所示．这些小瓶子非常漂亮，不经意之间增添了许多审美的情趣．关于这些装饰瓶，下列说法正确的是()A．瓶子受到地球对它的吸引力，但它对地球没有吸引力B．装饰瓶重心一定在其几何中心C．装饰瓶的重心与其形状结构及质量分布有关D．若装饰瓶底部出现一个小洞，那在水滴完的过程中，装饰瓶的重心一直在降低【答案】C【解析】瓶子受到地球对它的吸引力，同时它对地球也有吸引力，A错误；装饰瓶内装有水，则其重心不一定在其几何中心，B错误；装饰瓶的重心与其形状结构及质量分布有关，C正确；若装饰瓶底部出现一个小洞，那在水滴完的过程中，装饰瓶的重心先降低后升高，D错误．8．下表是某同学为探索弹簧的弹力和伸长的关系所测得的几组数据.F/N0.51.01.52.02.5x/cm2.04.06.08.010.0(1)请在坐标系中作出F－x图线．(2)弹簧的劲度系数是________N/m.【答案】(1)见解析图(2)25N/m【解析】(1)用描点法得出图像如图所示．(2)图像的斜率表示劲度系数的大小，注意单位要化成国际单位，由此可得k＝eq\f(2.5,0.1)N/m＝25N/m.9．一根轻弹簧原长10cm，挂上重力为20N的钩码时长为11cm，弹簧形变在弹性限度内．(1)求该弹簧的劲度系数．(2)当弹簧长为13cm时，弹簧的拉力为多少？【答案】(1)2×103N/m(2)60N【解析】设弹簧劲度系数为k，在挂F1＝20N钩码时，弹簧伸长量为x1＝1cm，由胡克定律得F＝kx，代入数据解得k＝2×103N/m，当弹簧伸长为13cm，此时伸长量x2＝3cm，则弹簧此时的拉力为F2＝kx2＝60N.B组·能力提升10．如图所示，关于击掌这一动作，下列说法正确的是()A．甲同学对乙同学的力是乙同学手掌形变产生的B．乙同学对甲同学的力是乙同学手掌形变产生的C．甲同学手掌形变的方向是向右的D．乙同学手掌形变恢复的方向是向右的【答案】B【解析】甲同学对乙同学的力是甲同学手掌形变产生的，选项A错误；乙同学对甲同学的力是乙同学手掌形变产生的，选项B正确；甲同学手掌形变的方向是向左的，产生的弹力向右，选项C错误；乙同学手掌形变的方向向右，形变恢复的方向是向左的，选项D错误．11．(多选)一弹簧原长15cm，受10N外力作用时长度变为17cm，若作用在弹簧上的外力大小变为20N且弹簧仍然在弹性限度内，则下列说法正确的是()A．弹簧长度变为0.19mB．弹簧长度变为0.24mC．弹簧的劲度系数为5N/mD．弹簧的劲度系数为500N/m【答案】AD【解析】由ΔF＝kΔx，一弹簧原长15cm，受10N外力作用时长度变为17cm，若作用在弹簧上的外力大小变为20N，应再伸长2cm，则弹簧长度变为0.19m，故A正确，B错误．根据胡克定律F＝kx，得k＝eq\f(F1,x1)＝eq\f(10,17－15×10－2)N/m＝500N/m，故C错误，D正确．12．(多选)如图所示为一轻质弹簧的弹力大小和弹簧长度的关系图像，根据图像判断，正确的结论是()A．弹簧的劲度系数为1N/mB．弹簧伸长0.2m时，弹力的大小为4NC．弹簧的原长为0.06mD．弹簧的劲度系数为100N/m【答案】CD【解析】由图读出弹力F1＝2N时，弹簧压缩的长度x1＝L0－L1＝(6－4)cm＝0.02m，由胡克定律得弹簧的劲度系数为k＝eq\f(F1,x1)＝eq\f(2,0.02)N/m＝100N/m，当弹簧伸长0.2m时，弹力的大小为：F＝kΔx＝20N，故A、B错误，D正确；由图读出，弹簧的弹力F＝0时，弹簧的长度为L0＝6cm，即弹簧的原长为0.06m，故C正确．13．(多选)(2020届云南名校月考)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，设计了如图甲所示的实验装置，将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺设置在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上．他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，然后在弹簧下端依次挂1个、2个、3个、4个、5个钩码，测出弹簧相应的总长度．每只钩码的质量都是10g．实验数据见下表．(g取10N/kg)钩码质量m/g01020304050弹簧总长度l/cm3.003.504.004.505.005.50弹力大小F/N00.10.20.30.40.5(1)关于本实验，下列说法正确的是________.A．悬吊钩码时，应在钩码静止后再读数B．应在弹簧的弹性限度范围内进行测量C．在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态D．在测量弹簧原长时，应将弹簧平放在水平桌面上，使其自然伸长，并测出其长度(2)根据上述实验数据，在图乙所示的坐标系中，作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度l之间的关系图像，并求出该弹簧的劲度系数k＝________N/m.【答案】(1)ABC(2)见解析图20【解析】(1)悬吊钩码时，应在钩码静止后再读数；应在弹簧的弹性限度范围内进行测量；在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态；在测量弹簧原长时，应将弹簧挂在O点(由于弹簧有重力而伸长)时使其自然伸长而测出其长度，故A、B、C正确，D错误．(2)根据数据描点连线，就能得到图线．图线的斜率即为劲度系数，解得k＝eq\f(0.6－0,0.06－0.03)N/m＝20N/m14．如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．(1)为完成该实验，设计的实验步骤如下：A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来．B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0，测量出一个钩码的重力．C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺．D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码．E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式．首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数．F．解释函数表达式中常数的物理意义．G．整理仪器．请你将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：__________________.(2)图乙是另一位同学实验得到弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m，图线不过原点的原因是由于______________.(3)若实验开始时你将图甲中的红色指针从P位置往下挪到Q，其余实验步骤不变且操作正确，则测量得到弹簧的劲度系数将________(填“变大”“不变”或“变小”)．【答案】(1)CBDAEFG(2)200弹簧自身存在重力(3)不变【解析】(1)实验中要先组装器材，即CB，然后进行实验，即D，然后数据处理，分析解释表达式，最后整理仪器；即AEFG.所以先后顺序为CBDAEFG.(2)图像中的斜率表示形变量，则k＝eq\f(7,4－0.5×10－2)N/m＝200N/m.图线不过原点说明没有力时有了形变量，故说明弹簧有自身的重力存在．(3)红色指针从P位置往下挪到Q，只是在测量弹簧的原长时，原长偏大，挂上钩码后，弹簧的伸长量依然没有改变，故没有影响，所以测量得到弹簧的劲度系数不变．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，故甲同学实验得到的结果比较符合实验事实．(4)①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行．13．(15分)如图所示，三根轻质绳子OA