27版53高中同步新教材必修第一册人教物理练习册第三章五年高考练

第三章相互作用——力五年高考练考点1三种常见的力1.[2023山东,2]餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示,三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上①,下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g,相邻两盘间距1.0cm,重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度

内,每根弹簧的劲度系数为

()

A.10N/m

B.100N/mC.200N/m

D.300N/m①关键点拨三根弹簧并联,总弹力的改变量ΔF=3kΔx。

B

模型建构用三根完全相同的弹簧悬挂重物,重物重力每减小mg=3N,弹簧总弹力变化ΔF=mg=3kΔx。

解析设托盘和盘子的总重力为G,每根弹簧的伸长量为x,则由平衡条件可得3kx=G;取走一个盘子稳定

后有3k(x-Δx)=G-mg,即3kΔx=mg,解得弹簧的劲度系数k=

=

N/m=100N/m,故选B。名师点津

本题以暖盘车的储盘装置为素材,创设了与生产生活紧密联系的物理情境,主要考查胡克定律、共点力

的平衡等知识。解题时要注意盘子受到三根弹簧弹力的作用,要灵活应用胡克定律的变形式ΔF=kΔx求

解问题。

2.[2024黑吉辽,3]利用砚台将墨条研磨成墨汁时讲究“圆、缓、匀”。如图,在研磨过程中,砚台始终

静止在水平桌面上。当墨条的速度方向水平向左时

()

A.砚台对墨条的摩擦力方向水平向左B.桌面对砚台的摩擦力方向水平向左C.桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力D.桌面对砚台的支持力与墨条对砚台的压力是一对平衡力

C

解析

关键表述分析推理与结论砚台始终静止在水平桌面上水平方向的合力为零,桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力,C正确竖直方向的合力为零,墨条对砚台的压力和砚台的重力的合力与桌面对砚台的支持力是一对平衡力,D错误墨条的速度方向水平向左墨条相对砚台向左运动,故墨条受到砚台的滑动摩擦力方向水平向右,A错误砚台对墨条的摩擦力方向水平向右,根据牛顿第三定律可知,墨条对砚台的摩擦力方向水平向左,砚台相对桌面有向左运动的趋势,桌面对砚台的摩擦力方向水平向右,B错误考点2共点力的平衡3.[2024山东,2]如图所示,国产人形机器人“天工”能平稳通过斜坡。若它可以在倾角不大于30°的斜

坡上稳定地站立和行走,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则它的脚和斜面间的动摩擦因数不能小于

()

A.

B.

C.

D.

B

解析

关键表述分析推理与结论国产人形机器人“天工”能平稳通过斜坡机器人“天工”在斜坡上受重力、支持力和摩擦力作用它可以在倾角不大于30°的斜坡上稳定地站立和行走在倾角为30°的斜坡上,静摩擦力大小等于重力沿斜坡方向的分力,即Ff=mg·sin30°,且FN=mgcos30°,Ff≤Ffm=μFN,解得μ≥tan30°=

,故脚和斜面间的动摩擦因数不能小于

,选B高考风向

本题以国产人形机器人“天工”平稳通过斜坡为研究背景,创设了滑动摩擦力的计算与临界问题的科

技前沿问题情境,主要考查摩擦力、力的正交分解、共点力的平衡等知识点,重点考查理解能力与推理

论证能力。2024年广西卷第2题也有类似情境。

4.[2025河北,4]如图,内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上,左右边沿等高。该截面内,一根不

可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球①,一端固定于凹槽左边沿,另一端过右边沿并沿绳方向对其施加

拉力F。小球半径远小于凹槽半径,所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点,则F的最大值为

()

A.

G

B.

G

C.G

D.

G①关键点拨球两侧绳的拉力大小相等,此处可视为活结模型。

B

模型建构细绳穿过带有光滑孔的小球,小球可自由滑动,此处为“活结”,两段细绳的拉力大小相等,且均等

于F,则小球受力如图所示。

解析当凹槽底部对小球的支持力为零时,拉力F最大,根据平衡条件有2Fmcos45°=G,解得Fm=

G,B正确。5.[2024贵州,4]如图(a),一质量为m的匀质球置于固定钢质支架的水平横杆和竖直墙之间,并处于静止状

态,其中一个视图如图(b)所示。测得球与横杆接触点到墙面的距离为球半径的1.8倍,已知重力加速度

大小为g,不计所有摩擦,则球对横杆的压力大小为

()

A.

mg

B.

mg

C.

mg

D.

mg

D

解析方法一:正交分解法设球的半径为R,对球进行受力分析,受到重力、竖直墙的支持力和横杆的支持力,如图甲所示,设横杆的

支持力与竖直方向的夹角为α,由几何知识可得sinα=

=0.8。将横杆对球的支持力正交分解,沿竖直方向有FNcosα=mg,解得横杆对球的支持力大小为FN=

mg,根据牛顿第三定律,可得球对横杆的压力大小为FN'=FN=

mg,故选D。

方法二:力的三角形法将球所受的三个力平移组成力的三角形,如图乙,由几何关系可知FN=

,解得FN=

mg,球对横杆的压力大小为FN'=FN=

mg。故选D。6.[2022浙江6月选考,10]如图所示,一轻质晒衣架静置于水平地面上,水平横杆与四根相同的斜杆垂直,

两斜杆夹角θ=60°。一重为G的物体悬挂在横杆中点,则每根斜杆受到地面的

()

A.作用力为

G

B.作用力为

GC.摩擦力为

G

D.摩擦力为

G

B

解析方法一:以横杆和物体为研究对象研究对象受力分析图推理过程横杆和物体

横杆和物体整体受力平衡,根据平衡条件有G=2×2F·cos30°,故每根斜杆对横杆的作用力大小F=

G斜杆

根据牛顿第三定律,横杆和物体对斜杆的作用力与斜杆对横杆

和物体的作用力等大反向,F1=F;将力F1正交分解,根据共点力平

衡条件有Ff=F1sin30°=

G,C、D错误根据三力平衡的条件,地面对斜杆的作用力(即FN和Ff的合力)与

F1大小相等、方向相反,因此每根斜杆受到地面的作用力大小

为

G,A错误,B正确方法二:以斜杆、横杆和物体为研究对象以斜杆、横杆和物体整体为研究对象,利用平衡条件可得,每根斜杆受到地面的支持力FN=

G;再以斜杆上与地面接触的点为研究对象,根据平衡条件得每根斜杆受到地面的摩擦力为Ff=FNtan30°,解得Ff=

G,则可得每根斜杆受到地面的作用力大小为

=

G,故选项B正确,A、C、D错误。7.[2024湖北,6]如图所示,两拖船P、Q拉着无动力货船S一起在静水中沿图中虚线方向匀速前进,两根水

平缆绳与虚线的夹角均保持为30°。假设水对三艘船在水平方向的作用力大小均为f,方向与船的运动

方向相反①,则每艘拖船发动机提供的动力大小为

()

A.

f

B.

f

C.2f

D.3f①关键点拨水对三艘船在水平方向的作用力沿虚线向左。

B

题图解读无动力货船和拖船受力平衡,在水平方向的受力分别如图甲、乙所示。

解析对无动力货船S受力分析,竖直方向重力与水的浮力平衡,水平方向的受力如图甲所示,将各力正

交分解,沿货船S运动方向,有2Tcos30°=f,得T=

f;对拖船P受力分析,设拖船发动机提供的动力F方向与货船前进方向的夹角为α,水平方向的受力如图乙所示,将F正交分解,沿货船运动方向,有f+T'cos30°=

Fcosα,沿垂直货船运动的方向,有T'sin30°=Fsinα,其中T'=T,则有(Tsin30°)2+(f+Tcos30°)2=F2,解得F=

f,故选B。8.[2024浙江1月选考,6]如图所示,在同一竖直平面内,小球A、B上系有不可伸长的细线a、b、c和d,其中

a的上端悬挂于竖直固定的支架上,d跨过左侧定滑轮、c跨过右侧定滑轮①分别与相同配重P、Q相连,

调节左、右两侧定滑轮高度达到平衡。已知小球A、B和配重P、Q质量均为50g,细线c、d平行且与水

平面成θ=30°(不计摩擦),则细线a、b的拉力分别为(g=10m/s2)

()

A.2N

1N

B.2N

0.5N

C.1N

1N

D.1N

0.5N

D

①言之有“物”滑轮处构成“活结”模型,两侧线上拉力处处相等。模型建构解答本题的关键是搞清楚“死结”“活结”模型,灵活选择研究对象,作受力分析图。

解析配重P、Q的重力相同,细线c、d中的拉力大小相等,Tc=Td=Tc'=Td'=mPg,由题意可知,细线c对A的拉

力和细线d对B的拉力大小相等、方向相反。对A、B整体分析,竖直方向有Ta+Tc'sinθ=(mA+mB)g+Td'sin

θ,则细线a的拉力大小为Ta=(mA+mB)g=1N;设细线b与水平方向夹角为α,对A分析,有Tbsinα+Tc'sinθ=

mAg,对B分析,有Tbcosα=Td'cosθ,解得Tb=0.5N,故选D。方法技巧

分析多个物体组成的系统的受力情况时,准确地选择研究对象能够使我们更简便快捷地解决问题。一

般情况下,分析外力时,优先选择整体作为研究对象,分析内力时,优先隔离某个物体作为研究对象。

9.[2023海南,3]如图所示,工人利用滑轮组将重物缓慢提起①,下列说法正确的是

()

A.工人受到的重力和支持力是一对平衡力B.工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力C.重物缓慢提起的过程中,绳子拉力变小D.重物缓慢提起的过程中,绳子拉力不变①关键点拨滑轮处构成“活结”模型,动滑轮处于动态平衡状态。

B

考教衔接动滑轮处构成“活结”模型,绳上张力处处相等,两侧绳关于竖直方向对称,拉力的合力始终不变,大小

等于重物的重力,动态变化过程如图甲。该题与教材第80页A组第4题“两人共提一桶水”的情境同

源,如图乙,原理分析相同。

解析工人受到三个力的作用,即绳的拉力、地面的支持力和重力,三力平衡,A错误。工人对绳的拉力

和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力,B正确。将动滑轮、重物以及两者之间的绳看作一个整

体,对整体受力分析,设绕过动滑轮的绳的拉力大小为FT,绳与竖直方向的夹角为θ,整体所受重力大小为

G,由平衡条件有2FTcosθ=G,重物提起过程中,两段绳的夹角变大(破题关键),θ变大,拉力FT变大,C、D

错误。10.[2021湖南,5]质量为M的凹槽静止在水平地面上,内壁为半圆柱面,截面如图所示,A为半圆的最低点,

B为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触,内有一质量为m的小滑块。用推力F推动小滑块

由A点向B点缓慢移动,力F的方向始终沿圆弧的切线方向,在此过程中所有摩擦均可忽略,下列说法正确

的是

()

A.推力F先增大后减小B.凹槽对滑块的支持力先减小后增大

C

C.墙面对凹槽的压力先增大后减小D.水平地面对凹槽的支持力先减小后增大解析小滑块由A点向B点缓慢移动,合力为零,对其受力分析,将各力首尾相接,利用辅助圆法(解题技

法),如图1所示,由图中几何关系可知,该过程中推力F逐渐增大,凹槽对滑块的支持力N逐渐减小,A、B

错误。凹槽始终静止不动,合力为零,对其受力分析,如图2所示。由图1知N=mgcosθ,而F墙=N'sinθ=N

sinθ=mgsinθcosθ=

mgsin2θ,当θ=45°时F墙有最大值,故F墙先增大后减小,C正确。FN=Mg+N'cosθ=Mg+mgcos2

θ,当θ增大时FN减小,D错误。

高考风向

共点力的平衡问题指物体静止或做匀速直线运动时的受力分析问题,是高中物理最重要的基础内容之

一,也是高考的常考内容。如2024年河北卷第5题、2023年河北卷第4题、2023年广东卷第2题、2023

年江苏卷第7题、2023年浙江6月选考卷第6题、2022年重庆卷第1题、2021年湖南卷第5题等都考查了

此考点。解题时要作好受力分析,如果是三力平衡,通常用矢量三角形法,如果是多于三个力的平衡问

题,通常用正交分解法。

考点3探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系11.[2025新课标,21]某探究小组利用橡皮筋完成下面实验。(1)将粘贴有坐标纸的木板竖直放置。橡皮筋的一端用图钉固定在木板上,另一端悬挂钩码。钩码质量

分别为200g、250g、…、500g,平衡时橡皮筋底端在坐标纸上对应的位置如图(a)中圆点所示(钩码的

质量在图中用数字标出)。悬挂的钩码质量分别为200g和300g时,橡皮筋底端位置间的距离为

______________cm。

1.87

(2)根据图(a)中各点的位置可知,在所测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂钩码的________________

(选填“质量”或“质量的增加量”)成正比,由此可求出橡皮筋的劲度系数为____________N/m(保留2位有效数字,重力加速度取9.8m/s2)。(3)悬挂的钩码质量为m时,在橡皮筋底端施以水平向右的力F,平衡时橡皮筋方向如图(b)中虚线所示,图

(b)中测力计的示数给出了力F的大小,则F=____________N,m=____________g(选填“200”“300”或

“400”)。(重力加速度g取9.8m/s2)

300

0.98

52

质量的增加量

解析

(1)由题图(a)读数可知,悬挂的钩码质量分别为200g和300g时,橡皮筋底端位置间的距离为1.87cm。(2)由题图(a)可知钩码每增加相同的质量,橡皮筋增加相同的长度,故在所测范围内橡皮筋长度的增加

量与所挂钩码的质量的增加量成正比。设橡皮筋劲度系数为k,橡皮筋弹力F=kx=mg,x为橡皮筋的伸长

量。设悬挂质量为m1、m2的钩码时,橡皮筋的伸长量分别为x1、x2,则(m2-m1)g=k(x2-x1),取m1=200g=0.2

kg,m2=300g=0.3kg,Δx=x2-x1=1.87cm=1.87×10-2m,可得k=

=

N/m≈52N/m。(3)根据图(b)可知F=0.98N;设橡皮筋与竖直方向夹角为θ,对结点进行受力分析有tanθ=

;从图(b)中可知tanθ=

,结合F=0.98N,可得m=0.3kg=300g。考点4动摩擦因数的测定12.[2025云南,11]某实验小组做了测量木质滑块与橡胶皮之间动摩擦因数μ的实验,所用器材如下:钉有

橡胶皮的长木板、质量为250g的木质滑块(含挂钩)、细线、定滑轮、弹簧测力计、慢速电机以及砝

码若干。实验装置如图甲所示。

实验步骤如下:①将长木板放置在水平台面上,滑块平放在橡胶面上;②调节定滑轮高度,使细线与长木板平行(此时定滑轮高度与挂钩高度一致);③用电机缓慢拉动长木板,当长木板相对滑块匀速运动时,记录弹簧测力计的示数F;④在滑块上分别放置50g、100g和150g的砝码,重复步骤③;⑤处理实验数据(重力加速度g取9.80m/s2)。实验数据如表所示:滑块和砝码的总质量M/g弹簧测力计示数F/N动摩擦因数μ2501.120.4573001.35a3501.570.4584001.790.457完成下列填空:(1)表格中a处的数据为_______________(保留3位有效数字);(2)其他条件不变时,在实验误差允许的范围内,滑动摩擦力的大小与接触面上压力的大小__________,

μ与接触面上压力的大小_________(以上两空填“成正比”“成反比”或“无关”);(3)若在实验过程中未进行步骤②,实验装置如图乙所示,挂钩高于定滑轮,则μ的测量结果将________

(填“偏大”“偏小”或“不变”)。偏大

无关

成正比

0.459

解析

(1)当长木板相对滑块匀速运动时,对滑块和砝码整体的受力分析如图1,对滑块和砝码整体,有Ff

=F,FN=Mg,又Ff=μFN,联立解得μ=

≈0.459。(2)