考点02相互作用（解析版）-2021届高三《新题速递》物理3月刊（高考复习）

考点 02 相互作用 1．（2021·安徽高三月考）如图所示，一名登山爱好者正在沿着崖壁（可视为竖直）缓缓下降，下降过程中 可以把人近似看做一根直杆，人的腿部保持与崖壁成 60夹角。绳的一端固定在较高处，另一端拴在人 的腰间（重心处），某时刻绳与竖直方向的夹角为 45。则在人下降到绳与竖直方向的夹角为15 的过程 中（ ） A．人的脚与崖壁的摩擦力逐渐增大 B．人的脚与崖壁的弹力在逐渐增大 C．绳子对人的拉力逐渐增大 D．绳子承受的拉力先减小后增大 【答案】D 【详解】 登山爱好者缓缓下降，受力平衡，受力如图所示 T 是绳的拉力，F 是崖壁对腿的作用力，由图可以看出，F 逐渐减少，T 先减少后增大； 崖壁对人的弹力和摩擦力为 sin60 , cos60N F f F    崖壁对人的弹力和摩擦力也减少，故 ABC 错误，D 正确。 故选 D。 2．（2021·广东珠海市·高三月考）无人机的使用方便和丰富了人们的工作和生活可利用无人机送快递、送 餐、施肥和喷农药等，节约了人力物力，提高了生产生活效率，还能减少人员接触，减少卫生隐患。如 图所示，在无风环境下无人机 A 用轻绳吊着质量为 m 的快递箱 B 水平向左做匀速直线运动，轻绳与竖 直方向夹角为α。下列说法正确的是（ ） A．快递箱 B 受到两个力的作用 B．快递箱 B 受到的合力水平向左 C．快递箱 B 受到的绳子拉力大小为 cos mg  D．绳子对 B 的拉力与绳子对 A 的拉力是一对平衡力 【答案】C 【详解】 B．由于快递箱 B 水平向左做匀速直线运动，则其所受合外力为 0，B 错误； A．由于快递箱 B 受到的合力为 0，则快递箱 B 不可能只受到两个力的作用，因为这两力不在同直线， 所以快递箱 B 至少受到三个力的作用，除了重力，绳子拉力，还有水平方向空气的阻力，A 错误； C．在竖直方向上由平衡条件可得 cosT mg  解得 cos mgT  所以快递箱 B 受到的绳子拉力大小为 cos mg  ，C 正确； D．绳子对 B 的拉力与绳子对 A 的拉力不是一对平衡力，因为这两个力的作用对象不是同一个物体，D 错误。 故选 C。 3．（2021·赤峰二中高三月考）如图所示，用绳 OA、OB 和 OC 吊着重物 P 处于静止状态，其中绳 OA 水平， 绳 OB 与水平方向成θ角。现用水平向右的力 F 缓慢地将重物 P 拉起，用 FA 和 FB 分别表示绳 OA 和绳 OB 的张力，则（ ） A．FA、FB 均增大 B．FA 增大，FB 减小 C．FA、F 均增大 D．FB、F 均增大 【答案】C 【详解】 设重物的重力为 G 以重物为研究对象，分析受力，如图 1 所示，根据平衡条件得 tanF G  α增大，F 增大；以三根绳子和重物整体为研究对象，分析受力如图 2 所示，根据平衡条件得 A B cosF F F   B sinF G  G、θ不变，则 FB 不变，FA 增大。故 C 正确。 故选 C。 4．（2021·湖北荆州市·高三月考）一轻杆倾斜地固定在水平面上，倾角为 37   ，质量为 1kgm  的圆环 套在杆上，现在圆环上施加一竖直向上的外力 F ，圆环始终保持静止不动。已知重力加速度为 210m/sg  ，sin37 0.6  ， cos37 0.8  。则下列说法正确的是（ ） A．圆环与杆之间一定存在弹力的作用 B．当外力 10NF  时，圆环所受的摩擦力大小为10N ，方向竖直向下 C．当外力 20NF  时，圆环所受的摩擦力大小为 6N ，方向沿杆向下 D．当外力 5NF  时，圆环所受的弹力大小为12N ，方向垂直杆向下 【答案】C 【详解】 AB．由题意可知圆环的重力为10N ，当外力 10NF  时，圆环的重力和外力平衡，则此时图环与杆之 间的弹力为零，摩擦力为零，AB 错误； C．如果外力 20NF  ，则对圆环受力分析，如图甲所示 则由力的平衡条件可知 Fsin37° = mgsin37° + Ff 解得 Ff = 6N 正值表示摩擦力的方向沿杆向下，C 正确； D．如果外力 5NF  ，对圆环受力分析，如图乙所示 则由力的平衡条件可知 mgcos37° = Fcos37° + FN 解得 FN = 4N 正值表示方向垂直杆向上，D 错误。 故选 C。 5．（2021·辽宁朝阳市·高三月考）如图所示，一半径为 R 的光滑 1 4 圆形轨道竖直固定在地面上，其圆心为 O，有一光滑的小滑轮在 O 点正上方，到轨道上 B 点的距离为 h，轻绳的一端系一小球，靠放在光滑圆 形轨道上的 A 点，另一端绕过小滑轮后用力拉住，使小球静止。现缓慢地拉绳，在使小球由 A 到 B 的 过程中，关于力的大小的变化叙述正确的是（ ） A．圆形轨道对小球的支持力变大，绳对小球的拉力变小 B．圆形轨道对小球的支持力变小，绳对小球的拉力变大 C．圆形轨道对小球的支持力不变，绳对小球的拉力变小 D．圆形轨道对小球的支持力变小，绳对小球的拉力先变小后变大 【答案】C 【详解】 设圆形轨道对小球的支持力大小为 NF ，绳对小球的拉力大小为 TF ，小球受力如图，由平衡条件可知， 将三个力按顺序首尾相接，可形成如图所示闭合三角形。 很容易发现，这三个力与 1AOO 的三边始终平行，即力的三角形与几何三角形 1AOO 相似。则有： N TF Fmg R h R L   其中， mg R h、 、 均不变，L 逐渐减小，则由上式可知， NF 不变， TF 变小。 故选 C。 6．（2021·辽宁高三月考）如图所示，质量为1kg 的物体 A 静止放在倾角为 37 的斜面上，A 与斜面间的动 摩擦因数为 0.8，用一细绳将小桶 B 通过定滑轮与物体 A 相连，在不断向小桶 B 中加沙子的过程中，A、 B 始终处于静止状态，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是（ ） A．物体 A 受到的支持力不断增大 B．斜面对物体 A 的作用力不断增大 C．物体 A 受到的摩擦力可能先减小后增大 D．当小桶 B 和沙子的总质量达到1kg 时，摩擦力大小为 6.4N 【答案】C 【详解】 A．因为物体 A 始终静止，故受到斜面的支持力大小不变，为 A cos37 8NN m g   故 A 错误； BC．若开始时物体Ａ受到向上的静摩擦力，则 sinAT f m g   则当不断向小桶 B 中加沙子的过程，Ｔ变大，则ｆ先减小后变大；因斜面对物体Ａ的作用力等于支持力 和摩擦力和合力，而支持力不变，则此时斜面对物体Ａ的作用力先减小后变大，故 B 错误，C 正确； D．当小桶 B 和沙子的总质量达到1kg 时，绳子提供的拉力为 B B 10NT G m g   物体 A 受力平衡，可得此时的摩擦力为 A sin37 4Nf T m g    方向沿斜面向下，故 D 错误； 故选 C。 7．（2021·广东汕头市·高三一模）“走钢丝”的技艺在我国有着悠久的历史，图示为杂技演员手握长杆正在“走 钢丝”，演员从 A 端缓慢走到 B 端过程先“下坡”后“上坡”，图中钢丝完全固定且不变形，下列说法正确 的是（ ） A．演员“下坡”过程对钢丝的压力越来越小 B．演员“下坡”过程受到滑动摩擦力且越来越小 C．演员“上坡”过程所受摩擦力方向与运动方向相同 D．演员“上坡”过程钢丝对他的作用力方向不断改变 【答案】C 【详解】 AB．钢丝可看成一个倾角不断变化的斜面，有缓慢运动的平衡可以知道，演员受到的支持力和摩擦力 为 cos , sinN mg f mg   “下坡”过程中是一只脚静止，另一只脚抬起向前运动，所以摩擦力为静摩擦力，“下坡”过程中倾角越来 越小，则静摩擦力逐渐减少，支持力逐渐增大，根据牛顿第三定律，演员对钢丝的压力也增大，故 AB 错误； C．“上坡”过程中，钢丝倾角越来越大，所以静摩擦力越来越大，方向沿钢丝向上，与运动方向相同， 故 C 正确； D．根据平衡条件，演员缓慢“上坡”时，重力与钢丝对他的作用力始终平衡，所以钢丝对他的作用力方 向不变，故 D 错误。 故选 C。 8．（2021·广东揭阳市·高三月考）某同学用拖把拖地，沿拖杆方向对拖把施加推力 F，如图所示，此时推力 F 与竖直方向的夹角为 ，且拖把刚好做匀速直线运动。从某时刻开始保持力 F 的大小不变，增大推力 F 与竖直方向的夹角 ，下列说法正确的是（ ） A．拖把将做减速运动 B．拖把继续做匀速运动 C．地面对拖把的作用力保持不变 D．地面对拖把的支持力 N 变小，地面对拖把的摩擦力 f 变小 【答案】D 【详解】 设拖把与地面之间的动摩擦因数为μ，则拖把头受到重力、支持力、推力和摩擦力处于平衡，受力示意 图如图所示。 将推拖把的力沿竖直和水平方向分解，按平衡条件得，竖直方向上有 Fcosθ+mg=N 水平方向上有 Fsinθ-f=0 式中 N 和 f 分别为地面对拖把的支持力和摩擦力。又有 f=μN AB．增大推力 F 与竖直方向的夹角 时，f 减小而 Fsinθ增大，所以 Fsinθ-f 将大于 0，所以拖把将做加 速运动，故 AB 错误。 CD．增大θ，cosθ变小，则 N 减小，f 减小，则 N 与 f 的合力减小，即地面对拖把的作用力减小，故 C 错误，D 正确。 故选 D。 9．（2021·山东）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（ ） A． 2 2 B． 3 2 C． 2 D． 3 【答案】D 【详解】 重新平衡后，绳子形状如图所示 由几何关系知，绳子与竖直方向夹角为30°，则环两边绳子的夹角为 60，据平衡条件可知，环两边绳 子拉力的合力与 mg 相等，即 2 cos30mg Mg  可解得 3m M ，D 正确。 故选 D。 10．（2021·安徽高三期末）两截面形状相似的物块 B、C，倾角均为 ，将 C 固定在水平面上，木块 A 与 B 按图叠放在 C 上，恰好能使 B 沿 C 匀速下滑，且 A 在 B 上刚好不滑动。最大静摩擦力等于滑动摩擦力， 则（ ） A．木块 A 与 B 间的动摩擦因数为 tanθ B．物块 B 与斜面间的动摩擦因数为 tanθ C．轻轻拿走 A，B 会加速下滑 D．轻轻拿走 A，B 会减速下滑 【答案】B 【详解】 A．由几何关系知，斜面 B 与水平面的夹角为 2 ，对 A 分析可知 sin 2 cos2A AB Am g m g   可得 tan 2AB  A 错误； B．设 B 与斜面 C 之间动摩擦因数为  ，以 A、B 为整体，有    sin gcosA B A Bm m g m m     可得 tan  B 正确； CD ．由    sin cosA B A Bm m g m m g     可知，当轻轻拿走 A 时，等式依然成立，即物体 B 仍然匀速下滑，CD 错误。 故选 B。 11．（2021·安徽高三专题练习）如图，在一恒力作用下，系统处于静止，则以下说法正确的是（ ） A．B 物体最多受 5 个力 B．A 物体仅受 4 个力 C．C 物体可能受 3 个力也可能受 4 个力 D．地面一定不光滑 【答案】C 【详解】 A．物体 B 受到重力，物体 C 对它的压力、还有可能受到 C 对它的摩擦力、A 对它的支持力和摩擦力、 墙壁的支持力，所以 B 最多受到 6 个力，故 A 错误； BD．以 B 和 C 整体为研究对象，如果竖直面对 B 和 C 向上的摩擦力等于 B 和 C 的重力之和，则 A 物 体与 B 物体之间没有作用力，则 A 物体受到重力和地面的支持力两个力的作用，地面可以是光滑的， 故 BD 错误； C．对物体 C 进行分析，C 物体受到重力、B 对 C 的支持力、恒力 F ，如果恒力 F 沿 B 和 C 接触面向 上的分力等于 C 的重力沿接触面向下的分力，则 C 物体不受摩擦力作用，则 C 物体速度 3 个力作用， 如果恒力 F 沿 B 和 C 接触面向上的分力不等于 C 的重力沿接触面向下的分力，则 C 物体还要受到摩擦 力作用，所以 C 物体速度 4 个力作用，故 C 物体可能受 3 个力也可能受 4 个力，故 C 正确。 故选 C。 12．（2021·四川高三专题练习）如图所示，物块 A 、B 置于水平地面上，与地面间的动摩擦因数均为 3 3   ， 物体 A 、B 用跨过光滑动滑轮的细绳相连，在竖直平面内用逐渐增大的力斜向上提动滑轮，某时刻拉 A 物体的绳子与水平面成 60角，拉 B 物体的绳子与水平面成 30°角， A 、B 两个物体仍处于平衡状态， 此时若继续增大斜向上的力， AB 两个物体将同时开始在水平面内运动，则 A 、B 两个物体的质量之比 为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（ ） A． 3 : 2 B． 2: 3 C． 2 : 3 D． 3 : 2 【答案】A 【详解】 对 A、B 分别受力分析，如图所示 对 A 由平衡条件有 1cos60T N  1 sin 60AN m g T   可解得 30.5 2 A T T m g     ； 对 B 由平衡条件有 2cos30T N  2 sin30BN m g T   可解得 3 0.52 B T T m g     ； 联立可解得 3 2 A B m m  。 故选 A 。 13．（2021·四川高三专题练习）如图所示，在水平面上有三个质量分别为 1m 、 2m 、 3m 的木块 A、B、C， 木块 A 与 B、B 与 C 间用相同轻弹簧连接。木块 A 与水平面间的动摩擦因数为  ，木块 B、C 与水平 面之间摩擦忽略不计。现用一作用在 C 上的水平恒力 F 向右拉着三木块一起匀速运动的过程中，A、B 间弹簧长度为 1L ，B、C 间弹簧长度 2L ，关于 1L 、 2L 的大小关系，下列说法中正确的是（ ） A． 1L 、 2L 大小与 1m 、 2m 、 3m 无关，总有 1 2L L B． 1L 、 2L 大小与 1m 、 2m 、 3m 无关，总有 1 2L L C． 1L 、 2L 大小与 1m 、 2m 、 3m 无关，总有 1 2L L D． 1L 、 2L 大小与 1m 、 2m 、 3m 有关，无法比较 【答案】B 【详解】 对木块 A 受力分析，受重力、支持力、拉力和摩擦力，根据共点力平衡条件，有 1 1 0kx m g  解得 AB 间的弹簧伸长量为 1 1 m gx k  对木块 A 和木块 B 整体受力分析，受总重力、总支持力、右侧弹簧的拉力和摩擦力，有 2 1 0kx m g  解得 BC 间的弹簧伸长量为 1 2 m gx k  则 1 1 2 0 m gL L L k    其中 0L 为弹簧的原长，可见 1L 、 2L 大小与 1m 、 2m 、 3m 无关，总有 1 2L L 。 故选 B。 14．（2021·江苏南通市·高三期末）如图所示，光滑细直杆倾角为 45，质量为 m 的小环（可视为质点）穿 过直杆，并通过弹簧悬挂在天花板上位置 O 处，弹簧处于竖直位置时，小环恰好静止在位置 A 处，OA 间距为 L，现对小环施加沿杆向上的拉力 F，使环缓慢沿杆滑动到弹簧与竖直方向的夹角为90 的位置 C 处。图中位置 B 为 AC 的中点，此过程中弹簧始终处于伸长状态，则整个过程（ ） A．杆对环的弹力始终大于零 B．拉力 F 所做的功为 mgL C．弹簧的弹力所做的功为 mgL D．环在位置 B 与位置 C 处拉力 F 之比为 2∶1 【答案】B 【详解】 A．开始弹簧处于竖直状态，根据平衡条件可知弹簧的弹力等于重力，即 T=mg 此时杆对环的弹力为零，否则弹簧不会竖直，故 A 错误； BC．根据题意可知，OA 与 OC 的长度相等，则弹簧的形变量相等，弹簧的弹力所做的总功为零，根据 能量守恒可得整个过程拉力 F 所做的功为 mgL ，故 B 正确，C 错误； D．环在 B 位置时，根据平衡条件可得 2sin 45 2BF mg mg  在 C 位置时，根据平衡条件可得 2CF mg 所以环在位置 B 与位置 C 处拉力 F 之比为 1∶2，故 D 错误。 故选 B。 15．（2021·黑龙江高三期末）如图，Ｖ形槽的棱 PQ 与水平成 = 30°角，正方体恰好 紧贴着Ｖ形槽的两个侧面匀速下滑，Ｖ形槽的两个侧面关于竖直面对称，且它们与正方体的动摩擦因数 相等，设为μ。则μ的值为（ ） A． 2 2 B． 3 3 C． 6 6 D． 3 2 【答案】C 【详解】 对正方体受力分析，把其重力分解为沿槽向下方向与垂直槽向下方向的两个分力 cos30mg  与 sin30mg  ，再作出正方体沿槽方向与垂直槽方向的受力图如上图所示，由平衡条件可得 2 2 cos30N mg  2 sin30f mg  联立解得 6 6 f N    故选 C。 16．（2021·广东佛山市·西樵高中高三月考）一轻弹簧上端套在固定的光滑水平轴 O 上，下端拴接一小球 P， 小球 P 在水平轻绳 PA 的作用下静止在图示位置。现将轻绳的 A 端向右上方缓慢提升，使∠OPA 保持不 变，弹簧沿逆时针方向旋转一小角度，则在该过程中（ ） A．弹簧的长度增大 B．弹簧的长度减小 C．轻绳的拉力增大 D．轻绳的拉力减小 【答案】BC 【详解】 小球的受力情况如图所示，根据正弦定理有 sin sin sin mg F kx     解得 sin sin mgx k   sin sin mgF   在轻绳的 A 端向右上方缓慢提升的过程中，∠OPA 保持不变即θ保持不变，α增大，β从开始减小，则 x 减小，F 增大。 故选 BC。 17．（2021·安徽池州市·高三期末）某同学通过拖轮胎进行体能训练，训练过程轮胎始终保持匀速运动。轮 胎与地面间的动摩擦因数一定。轮胎的重力一定，拉轮胎的绳与水平方向的夹角为 ，则训练过程中， 下列判断正确的是（ ） A．θ越大，拉力 F 越大 B．θ越小，拉力 F 越大 C．地面对轮胎作用力的方向与θ大小无关 D．绳的拉力与地面对轮胎的摩擦力合力竖直向上 【答案】CD 【详解】 AB．根据力的平衡有  cos sinF mg F    解得 cos sin mgF      因此 F 有极小值，即 F 有极小值，即 F 与 并不是单调关系，AB 错误； C．地面对轮胎的作用力即为支持力与滑动摩擦力的合力，设合力与水平方向的夹角为 ，则 N f 1tan F F    即 与 大小无关，C 正确； D．由于重力与支持力的合力竖直向下，物体匀速运动，合力为零，因此绳的拉力与地面对轮胎的摩擦 力合力竖直向上，D 正确。 故选 CD。 18．（2021·安徽高三专题练习）为了节约能源，某商场安装了智能化的滑道式电动扶梯。如图所示，空载 时，扶梯运转得很慢；有顾客站上扶梯时，它先慢慢加速再匀速运转。关于顾客在两个过程的受力，下 列说法正确的是（ ） A．顾客始终受到三个力的作用 B．顾客先受到三个力的作用，后受到两个力的作用 C．扶梯对顾客作用力的方向垂直于扶梯指向上 D．扶梯对顾客作用力的方向先指向右上方，后竖直向上 【答案】AD 【详解】 AB． 加速阶段受重力、支持力和静摩擦力，合力平行斜面向上，匀速阶段，人受重力、支持力和静摩 擦力，三力平衡，故 A 正确；B 错误； CD．加速阶段受重力、支持力和静摩擦力，合力平行斜面向上，则扶梯对顾客作用力的方向指向右上 方，匀速阶段，人受重力、支持力和静摩擦力，三力平衡，则扶梯对顾客作用力的方向竖直向上，故 C 错误；D 正确； 故选 AD。 19．（2021·陕西汉中市·高三月考）如图所示，细线的上端系在墙上的 A 点，下端连一光滑小球 B（视为质 点）， 1 4 圆柱体静置于粗糙水平地面上，细线恰好与 1 4 圆柱体相切于 B。现对 1 4 圆柱体施加一水平向右 的拉力，使之沿地面缓慢向右移动，直至小球 B 到达 C 点，则在该过程中（ ） A．细线的拉力减小 B． 1 4 圆柱体对小球的支持力减小 C．地面对 1 4 圆柱体的支持力大小不变 D．地面对 1 4 圆柱体的摩擦力增大 【答案】AD 【详解】 AB．小球 B 的受力情况如下图所示 根据平衡条件可得 cosT mg  sinN mg  在小球 B 缓慢沿弧面上移的过程中，细线与竖直方向的夹角 增大，则细线的拉力 T 减小，1 4 圆柱体对 小球的支持力 N 增大，故 A 正确，B 错误； C．地面对 1 4 圆柱体的支持力大小等于 B 球对 1 4 圆柱体的压力沿竖直方向的分力的大小与 1 4 圆柱体的重 力大小之和，即 2sin sinNF N Mg mg Mg     由于θ增大，地面对 1 4 圆柱体的支持力增大，故 C 错误； D．地面对 1 4 圆柱体的摩擦力为 Nf F 由于地面对 1 4 圆柱体的支持力增大，则 1 4 圆柱体对地面的压力 NF 增大，所以地面对 1 4 圆柱体的摩擦力 也增大，故 D 正确。 故选 AD。 20．（2021·黑龙江高三期末）如图所示，有一长为 L 的轻杆，一端用光滑的铰链固定 在墙上，另一端固定一质量为 m 的小球 B，在距铰链正上方 L 处有一光滑小定滑轮，现用手拉动绕过滑 轮并系在小球 B 上的细线，使小球 B 缓慢上移，手对细线的拉力大小为 F，杆对小球 B 的弹力大小为 FN，重力加速度为 g，在移动过程中，下列说法正确的是（ ） A．F 不变，FN 减小 B．F 减小，FN 不变 C．当杆被拉至水平状态时 F= 2 mg D．杆对小球 B 的弹力大小恒为 mg 【答案】BCD 【详解】 ABD．对 B 球受力分析，画出力的示意图如图所示 根据相似三角形规律有 N AB Fmg F L L l   小球 B 缓慢上移，重力不变，L 不变，则杆对小球的弹力大小 FN 不变，绳子长度 ABl 减小，所以 F 减小， A 错误，BD 正确； C．当杆被拉至水平状态时，绳子的长度为 2ABl L 由相似三角形关系可得 2F mg C 正确。 故选 BCD。