高考物理必备专题18之02 相互作用的新情景问题（解析版）

专题02相互作用高考物理加强理论联系实际，设计与生产实践、体育运动、科技前沿等方面紧密联系的实际情境，考查学生灵活运用所学物理知识分析解决问题的能力，激发学生学习物理的兴趣，引导学生注重学以致用，在真实问题的解决中促进物理学科核心素养的达成。相互作用是力学的基础，也与我们的生活和生产密不可内分；所以可以借助大量的联系生活和生产实际的情景题来考查对三种力的理解及力的合成与分解、共点力的平衡的应用。1.（2022·浙江1月卷·T4）如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是（）A.水桶自身重力的大小B.水管每秒出水量的大小C.水流对桶撞击力的大小D.水桶与水整体的重心高低【答案】D【解析】水管口持续有水流出而过一段时间桶会翻转一次，说明主要原因是装的水到一定量之后，导致水桶与水整体的重心往上移动，竖直向下的重力作用线偏离中心转轴，导致水桶不能稳定平衡，发生翻转，故选项D正确。2.（2022·广东卷·T1）图是可用来制作豆腐的石磨。木柄静止时，连接的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点，F、和分别表示三根绳的拉力大小，且。下列关系式正确的是（）A. B. C. D.【答案】D【解析】以点为研究对象，受力分析如图由几何关系可知由平衡条件可得联立可得故D正确，ABC错误。故选D。3、（2022·重庆·模拟预测）图中是生活中磨刀的情景。若磨刀石始终处于静止状态，当刀相对磨刀石向前运动的过程中，下列说法错误的是（）A．刀受到的滑动摩擦力向后 B．磨刀石受到地面的静摩擦力向后C．磨刀石受到四个力的作用 D．地面和磨刀石之间有两对相互作用力【答案】C【解析】A．当刀相对磨刀石向前运动的过程中，刀受到的滑动摩擦力向后，故A正确，不符合题意；B．当刀相对磨刀石向前运动的过程中，刀对磨刀石摩擦力向前，根据平衡条件可知，磨刀石受到地面的静摩擦力向后，故B正确，不符合题意；C．磨刀石受到重力、地面支持力、刀的摩擦力和地面摩擦力以及刀的压力（否则不会有摩擦力），共5个力作用，故C错误，符合题意；D．地面和磨刀石之间有两对相互作用力分别是磨刀石对地面的压力与地面对磨刀石的支持力，地面对磨刀石摩擦力与磨刀石对地面的摩擦力，故D正确，不符合题意。故选C。4.（2022·广东韶关市第二次模拟)元代《王桢农书》记载了戽斗，它是一种小型的人力提水灌田农具，形状像斗，两边绳，靠两人拉绳牵斗取水。如图所示，忽略绳子质量，戽斗处于平衡状态时，两人站得越远，则（）A.两边绳子对戽斗的合力越大B.两边绳子对戽斗的合力越小C.人对每边绳子的拉力越小D.人对每边绳子的拉力越大【答案】D【解析】对戽斗受力分析，可知两条绳子与竖直方向夹角相同，提供大小相等的拉力。合力与戽斗的重力平衡。所以两人站的远近不影响绳子对戽斗的合力，当两人站得越远，两绳夹角越大，则绳中拉力越大。故ABC错误，D正确5.（2022·广东广州市第二次模拟）黄河铁牛是世界桥梁史上的传世之宝。如图，唐代蒲津浮桥通过两岸的铁牛固定，铁牛底部的铁柱插入地下。设桥索对铁牛的拉力为，铁柱对铁牛的作用力为，则（）A.若增大，也增大B.若增大，将减小C.与的合力方向竖直向上D.与的合力方向竖直向下【答案】AC【解析】【详解】对铁牛受力分析，铁牛受到自身重力G，桥索对铁牛的拉力为，铁柱对铁牛的作用力为，三者共点力平衡。AB．根据共点力平衡条件和三角形定律可得，若增大，也增大，A正确，B错误；CD．与的合力与重力平衡，故合力方向竖直向上，C正确，D错误。故选AC。6、（2022·浙江·高考真题）如图所示，水平放置的电子秤上有一磁性玩具，玩具由哑铃状物件P和左端有玻璃挡板的凹形底座Q构成，其重量分别为和。用手使P的左端与玻璃挡板靠近时，感受到P对手有靠向玻璃挡板的力，P与挡板接触后放开手，P处于“磁悬浮”状态（即P和Q的其余部分均不接触），P与Q间的磁力大小为F。下列说法正确的是（）A．Q对P的磁力大小等于B．P对Q的磁力方向竖直向下C．Q对电子秤的压力大小等于＋FD．电子秤对Q的支持力大小等于＋【答案】D【解析】AB．由题意可知，因手使P的左端与玻璃挡板靠近时，感受到P对手有靠向玻璃挡板的力，即Q对P有水平向左的磁力；P与挡板接触后放开手，P处于“磁悬浮”状态，则说明Q对P有竖直向上的磁力，则Q对P的磁力方向斜向左上方向，其磁力F大小大于，选项AB错误；CD．对PQ的整体受力分析，竖直方向电子秤对Q的支持力大小等于＋，即Q对电子秤的压力大小等于＋，选项C错误，D正确。故选D。7、（多选）（2022·云南·模拟预测）如图所示，餐厅服务员托举菜盘给顾客上菜。若服务员托举菜盘快到餐桌前，使菜盘水平向左减速运动，则（）A．手对菜盘的摩擦力方向向右B．手对菜盘的摩擦力方向向左C．菜盘对手的作用力方向斜向左下方D．菜盘对手的作用力方向斜向右下方【答案】AC【解析】AB．菜盘沿着水平方向减速向左运动，所以加速度水平向右，重力和支持力平衡，摩擦力水平向右，故A正确，B错误；CD．菜盘对手的压力竖直向下，菜盘给手的摩擦力水平向左，所以菜盘对手的作用力斜向左下方，故C正确，D错误。故选AC。8.（2022·重庆市育才中学模拟预测）图甲为家庭常用的燃气灶实物图，杜面上有一个支架。共有4个均匀分布的支承面，对放在上面的厨具起到支撑作用。现把一个高压锅放在支架上，并抽象成示意图乙，已知支架的每个支承面与水平方向成角。高压锅和里面的食物总重质量为4.8kg。则每个支承面给高压锅的支持力为（忽略高压锅和支承面之间的摩擦力，取g=10m/s2）（）A．12N B．15N C．20N D．48N【答案】B【解析】每个支撑面给高压锅的支持力的竖直分量为F，有几何关系可得求得B正确．故选B。8.（2022广东名校质检）明代宋应星在《天工开物》一书中描述了测量弓力的方法：“以足踏弦就地，秤钧搭挂弓腰，弦满之时，推移秤锤所压，则知多少。意思是：可以用脚踩弓弦两端，将秤钩钩住弓的中点往上拉，弦满之时，推移秤锤称平，就可知道弓力大小。如图所示，假设弓满时，弓弦弯曲的夹角为，秤钩与弦之间的摩擦不计，弓弦的拉力即弓力，满弓时秤钩的拉力大小为F，则下列说法正确的是（）A.F一定，越小，弓力越大B.一定，弓力越大，F越小C.弓力一定，越大，F越大D.一定，F越大，弓力越大【答案】D【解析】如图，对O点受力分析，受秤钩的拉力F，弦的拉力T由可得F一定，越小，弓力T越小；一定，弓力越大，F越大；弓力一定，越大，F越小；一定，F越大，弓力越大。故D正确，ABC错误。10.（2022·浙江1月卷·T5）如图所示，学校门口水平地面上有一质量为m的石墩，石墩与水平地面间的动摩擦因数为，工作人员用轻绳按图示方式匀速移动石墩时，两平行轻绳与水平面间的夹角均为，则下列说法正确的是（）A.轻绳的合拉力大小为B.轻绳的合拉力大小为C.减小夹角，轻绳的合拉力一定减小D.轻绳的合拉力最小时，地面对石墩的摩擦力也最小【答案】B【解析】AB．对石墩受力分析，由平衡条件可知联立解得故A错误，B正确；C．拉力的大小为其中，可知当时，拉力有最小值，即减小夹角，轻绳的合拉力不一定减小，故C错误；D．摩擦力大小为可知增大夹角，摩擦力一直减小，当趋近于90°时，摩擦力最小，故轻绳的合拉力最小时，地面对石墩的摩擦力不是最小，故D错误；故选B。11.（2022河北衡水中学一模）如图所示为一种可折叠壁挂书架，一个书架用两个三角形支架固定在墙壁上，书与书架的重心始终恰好在两个支架横梁和斜梁的连接点O、O′连线中点的正上方，书架含书的总重力为60N，横梁AO、A′O′水平，斜梁BO、B′O′跟横梁夹角为37°，横梁对O、O′点拉力始终沿OA、A′O′方向，斜梁对O、O′点的压力始终沿BO、B′O′方向，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，则下列说法正确的是（）A.横梁OA所受的力为80NB.斜梁BO所受的力为50NC.O、O′点同时向A、A′移动少许，横梁OA所受的力变大D.O、O′点同时向A、A′移动少许，斜梁BO所受的力变大【参考答案】B【名师解析】两个三角架承担的力为60N，每个三角架为30N，对O点受力分析，如图甲所示故A错误，B正确；O、同时向A、移动少许，对O点受力分析，如图乙虚线所示三角形AOB与力三角形相似，所以有AB与BO长度未变，AO长度减小，故不变，减小，故CD错误12.（2022·湖南·长郡中学高三模拟）如图所示，一个“Y”形弹弓顶部跨度为，两根相同的橡皮条自由长度均为，在两橡皮条的末端用一块软羊皮（长度不计）做成皮兜。若橡皮条的弹力与形变量的关系满足胡克定律，且劲度系数为，发射弹丸时每根橡皮条的最大长度为（弹性限度内），则发射过程中皮兜对弹丸的最大作用力为（）A． B． C． D．【答案】C【解析】当橡皮条的长度为时，皮兜对弹丸有最大作用力，为根据几何关系解得故选C。13，（2022届云南省曲靖市第二中学高三（下）第二次模拟考试理综物理试题）建筑工地上，工人用如图所示的方式将重物从平台运到地面。甲、乙两人在同一高度手握轻绳，不计重力的光滑圆环套在轻绳上，下端吊一重物。甲站在A点静止不动，乙从B点缓慢向A点移动一小段距离。此过程中，下列说法正确的是（）A.绳的拉力大小保持不变B.甲所受平台的支持力不变C.甲所受平台的摩擦力变大D.绳对圆环拉力的合力变大【答案】B【解析】A．对圆环受力分析如图所示根据受力平衡可知解得乙从B点缓慢向A点移动一小段距离，变小，由此可知绳的拉力变小，A错误；BC．对甲受力分析根据受力平衡可知乙从B点缓慢向A点移动一小段距离，变小，甲所受平台的摩擦力变小，甲所受平台的支持力不变，B正确，C错误；D．圆环受力平衡，绳对圆环拉力的合力与重力等大反向，大小恒定，D错误。故选B。14.（2022·黑龙江·哈尔滨三中模拟预测）哈尔滨太阳岛是全国著名的旅游景点，太阳岛上的太阳桥图1是国内设计最为独特的桥梁之一，它位于太阳岛靠松花江处的河口，桥塔为单个斜臂桥塔，斜拉索全集中在桥塔的钝角一侧。太阳桥全长460米，宽15.5米，主塔高93.5米，悬索30根，是亚洲第一座钢结构独塔无背双索面斜拉桥。太阳桥的受力原理可以简化为图2所示结构，均匀桥板aO重为G，三根平行钢索均与桥面成30°角，间距ab=bc=cd=dO，桥板a点不受地面作用力，O为可自由无摩擦转动的转轴，若每根钢索受力相同，则每根钢索受力大小为（）A． B． C． D．G【答案】B【解析】设桥板的重心与O的距离为L；以O为支点，除O点外桥板受到重力G和三根钢索的拉力；由于每根钢索所受拉力大小相等，等距离分布，根据对称性可知，除正中间外的钢索外，其余两根钢索拉力的力矩之和等于正中间钢索的力矩的2倍．则由力矩条件得GL=3FLsin30°得，故选B。15.(2022届云南省昆明市第一中学高三（下）第七次高考仿真模拟理科综合物理试题)如图所示，建筑工地上有若干个沙堆（沙粒干燥且是由上至下倾倒沙子形成的），这些沙堆的顶角几乎相等。测量其中一个沙堆，其锥底周长为62.8cm，沙堆顶点到锥底的斜边长（即母线长）为12.5cm，则沙粒之间的摩擦因数约为（）A.0.2 B.0.5 C.0.75 D.0.8【答案】C【解析】取侧面的一粒沙作为研究对象，其受力情况如图所示设圆锥的高为H、底面半径为R、斜边长为L，由平衡条件有，，联立解得μ=tanθ由题目已知和几何关系知，，，联立解得tanθ=0.75故选C。16、（2022·广东·模拟预测）如图所示是户外露营中使用的一种便携式三脚架，它由三根完全相同的轻杆通过铰链组合在一起，每根杆均可绕铰链自由转动。将三脚架静止放在水平地面上，吊锅通过细铁链挂在三脚架正中央。三根杆与竖直方向的夹角均为，吊锅和细铁链的总质量为m，支架与铰链之间的摩擦忽略不计，则（）A．每根杆中的弹力大小为 B．每根杆对地面的摩擦力大小为C．减小θ时杆对地面压力增大 D．减小θ时杆对地面摩擦力增大【答案】B【解析】A．以吊锅和细铁链为研究对象，设每根杆中的弹力为，在竖直方向上，根据平衡条件可得解得故A错误；B．每根杆对地面的摩擦力大小为故B正确；C．以整个装置为研究对象，设地面对每根杆的支持力为，由平衡条件可知可得因此无论增加θ还是减小θ，大小不变，因此根据牛顿第三定律可知，每根杆对地面压力不变，大小为，三根杆对地面的总压力也不变，大小为，故C错误；D．由前面分析可知每根杆对地面摩擦力大小为因此当θ减小时，每根杆对地面摩擦力减小。另外由于三根杆对地面摩擦力大小相等，方向在水平面上互成，根据力的合成可知，三根杆对地面的合摩擦力为零，且不随θ变化而变化，故D错误。故选B。17.(2022届福建省三明市普通高中高三（上）期末质量检测物理试题)如图所示是常用的手机支架，背板垂直于下挡板，转动支架可调节合适的观看角度。若不计背板摩擦，缓慢增大角度（），下列判断正确的是（）A.背板与下挡板受到的压力均增大 B.背板与下挡板受到的压力均减小C.背板受到的压力增大，下挡板受到的压力减小 D.背板受到的压力减小，下挡板受到的压力增大【答案】C【解析】对手机受力分析结合牛顿第三定律可知，背板受到的压力下挡板受到的压力当缓慢增大角度时，则背板受到的压力变大，下挡板受到的压力减小。故选C。18.（2022届湖北省武汉市第二中学高三（下）5月全仿真模拟考试物理试题）图甲为挂在架子上的双层晾衣篮。上、下篮子完全相同且保持水平，每个篮子由两个质地均匀的圆形钢圈穿进网布构成，两篮通过四根等长的轻绳与钢圈的四等分点相连，上篮钢圈用另外四根等长轻绳系在挂钩上。晾衣篮的有关尺寸如图乙所示，则图甲中上、下各一根绳中的张力大小之比为（）A.1：1 B.2：1 C.5：2 D.5：4【答案】C【解析】设一个篮子的质量为，连接下篮的绳子的拉力为，对下篮，根据平衡条件得解得设连接上篮的绳子的拉力为，绳子与竖直方向夹角为，对两个篮整体由平衡条件得根据几何关系得联立解得则故C正确，ABD错误。故选C。19.（2022届贵州省高三（下）4月高考适应性测试理综物理试题）如图所示，蛋糕和包装盒的总质量为m，包装盒为一长方体，上表面是边长为L的正方形，包装带与上表面的接触点均为各边的中点。现用手拉住包装带的交叉点，提起蛋糕使其静止不动，此时每一条倾斜的包装带长度都是。设蛋糕和包装盒质量分布均匀，包装带质量不计，已知重力加速度为g，则每条倾斜包装带的张力为（）A. B.C. D.【答案】C【解析】设每条包装带与竖直方向夹角为，由几何关系得所以则由平衡条件得解得每条倾斜包装带的张力为故选C。20.（2022福建莆田二模）“繁灯夺霁华”，挂灯笼迎新春已成为中国人喜庆节日习俗。如图所示，一轻质细绳上等距悬挂四个质量相等的灯笼，BC段的细绳是水平的，另外四段细绳与水平面所成的角分别为和，设绳子OA段、AB段的拉力分别为、。则（）A. B. C. D.【答案】BC【解析】设每个灯笼质量，先将四个灯笼看成一个整体，由平衡条件得将下面两个灯笼看成一个整体，则有对最左边的灯笼受力分析，水平方向上有联立可得，故BC正确，AD错误。21．（2022·青海·海东市第一中学二模）如图甲所示，一名登山爱好者正沿着竖直崖壁向上攀爬，绳的一端固定在较高处的A点，另一端拴在人的腰间C点（重心处）。在人向上攀爬的过程中可以把人简化为乙图所示的物理模型：脚与崖壁接触点为O点，人的重力G全部集中在C点，O到C点可简化为轻杆，AC为轻绳。已知OC长度不变，人向上攀爬过程中的某时刻AOC构成等边三角形，则（）A．轻绳对人的拉力与人对轻绳的拉力是一对平衡力B．在此时刻，轻绳对人的拉力大小等于GC．在虚线位置时，轻绳AC承受的拉力更小D．在虚线位置时，OC段承受的压力不变【答案】BD【解析】A．轻绳对人的拉力与人对轻绳的拉力是一对作用力和反作用力，故A错误；B．重力、轻绳对人的拉力、OC的支持力构成等边三角形，所以轻绳对人的拉力和OC的支持力大小都等于人的重力大小G，故B正确；CD．根据相似三角形，有则有AC更长，则轻绳承受的拉力下更大，OC段受到的压力一直不变，故C错误，D正确。故选BD。，故选C。22．（2022·河南·洛宁县第一高级中学模拟）劳动教育应从娃娃抓起，如图所示，一位小朋友在家用拖把拖地，拖把头的质量为，拖杆的质量可以忽略，小朋友沿杆方向对拖把头施加大小为的推力，此时推力与水平方向的夹角为，拖把头沿水平地面做匀速直线运动，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（）A．地面对拖把头的支持力与拖把头受到的重力大小相等B．拖把头对地面的摩擦力大于C．若只增大推力，则拖把头受到的摩擦力一定增大D．拖把头与地面间的动摩擦因数为【答案】C【解析】A．对拖把头进行受力分析，在竖直方向上有则地面对拖把头的支持力大于拖把头受到的重力，A错误；B．拖把头匀速运动，水平方向受力平衡，则拖把头所受地面的摩擦力大小B错误；CD．由可知，只增大推力，则拖把头受到的摩擦力一定增大，拖把头与地面间的动摩擦因数C正确、D错误。故选C。23..(2022广东潮州二模)新疆是我国最大的产棉区，在新疆超出70%棉田都是通过机械自动化采收，自动采棉机将棉花打包成圆柱形棉包，然后平稳将其放下。放下棉包的过程可以简化为如图所示模型，质量为m的棉包放在“V”型挡板上，两板间夹角为固定不变，“V”型挡板可绕P轴在竖直面内转动，使BP板由水平位置逆时针缓慢转动，忽略“V”型挡板对棉包的摩擦力，已知重力加速度为g，下列说法正确的是（）A.棉包对AP板的压力一直减小B.棉包始终受到三个力的作用C.在AP板转到水平前，BP板与AP板对棉包的作用力的合力不变D.当BP板转过时，棉包对BP板的作用力大小为mg【参考答案】C【名师解析】如图所示，设BP板转动的角度为θ（0＜θ＜60°），棉包的重力为mg，根据余弦定理有,,当θ从0增到到60°的过程中，AP板对棉包的支持力F2一直增大，则棉包对AP板的压力一直增大，故A错误；当BP板或AP板处于水平状态时，棉包受重力和支持力这两个力作用，故B错误；在AP板转到水平前，BP板与AP板对棉包的作用力的合力始终与棉包的重力平衡，所以合力不变，故C正确；当BP板转过时，AP处于水平状态，此时棉包对BP板的作用力大小为零，故D错误。24.（2022·江苏·高三模拟）“新冠肺炎”的易传染性让每一个接触到病毒的人都有可能成为被感染的对象。如果在一些易传播的环境中启用机器人替代人工操作的话，就可以有效防控病毒传播，其中送餐服务就是机器人应用的一个领域，只要设置好路线、安放好餐盘，它就会稳稳地举着托盘，到达指定的位置送餐，如图所示。若某一隔离病区的配餐点和目标位置在相距x=43m的直线通道上，机器人送餐时从静止开始启动，加速过程的加速度大小a1=2m/s2，速度达到v=2m/s后匀速，之后适时匀减速，恰好把食物平稳送到目标位置，整个送餐用时t=23s。若载物平台呈水平状态，食物的总质量，食物与平台无相对滑动，g取10m/s2.，试求：(1)机器人加速过程位移的大小x；(2)匀速运动持续的时间t0；(3)减速过程中平台对食物的平均作用力F的大小。【答案】(1)1m；(2)20s；(3)【解析】(1)加速过程位移解得x1=1m(2)设机器人减速时的加速度为，匀速的时间为，则由题可知解得t0=20s(3)平台对食物竖直方向的支持力水平方向的摩擦力故平台对食物的作用力大小代入数据解得25.(2022届安徽省合肥市高三（上）第一次教学质量检测物理试题)我国在川西山区建成了亚洲最大风洞群，目前拥有8座世界级风洞设备，具备火箭助推和飞艇带飞等飞行模拟试验能力。如图所示，风洞实验室中可以产生水平向右、大小可调节的风力，现将一套有小球的细直杆放人其中，杆足够长，小球孔径略大于杆直径，其质量为1.1kg，与杆间的动摩擦因数为0.5。当杆与水平方向夹角为37°时，小球沿杆恰好做匀速直线运动，sin37°=0.6，g取10m/s2，求此时风力的大小。【答案】22N或2N【解析】【详解】若小球沿细杆匀速向上运动，垂直杆方向沿杆方向又解得若小球沿细杆匀速向下运动，垂直杆方向沿杆方向又解得26.（2022·北京市第四十三中学高三模拟）如图1，一杂技演员利用动滑轮让自己悬挂在细绳的最