2023-2024学年天津市南开中学高三年级上册第三次考试物理试卷含详解

南开中学2024届高三统练

物理学科第3次

I卷（共90分）

一、单项选择题（每题4分）

1.如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，悬挂衣服的衣架钩是光滑的,

挂于绳上处于静止状态.如果只改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是（）

A.绳的右端上移到〃，绳子拉力变小'

B.绳的两端高度差越小，绳子拉力越大

C.将杆N向右移一些，绳子拉力变大

D,若换挂质量更大的衣服，则衣服架悬挂点右移

2.矢量发动机是喷口可向不同方向偏转以产生不同方向推力的一种发动机。当歼20隐形战斗机以速度v斜向上飞

行时.，其矢量发动机的喷口如图所示。已知飞机受到重力G、发动机推力片、与速度方向垂直的升力心和与速度方

向相反的空气阻力不。下列受力分析示意图可能正确的是（）

3.两只完全相同的蚂蚁在轮胎内外表面爬，当两只蚂蚁爬到图示位置时保持静止，角a大于角尸。已知轮胎材料

相同，轮胎与蚂蚁之间动摩擦因数为〃，蚂蚁质量重力加速度取g,下列说法正确的是（）

A.A处蚂蚁受到的支持力比8处蚂蚁大

B.B处蚂蚁受到的摩擦力比A处蚂蚁大

C.A处的蚂蚁受到的摩擦力大小为〃，咫8sa

D.8处的蚂蚁受到的摩擦力大小为，"gsin"

4.如图所示，一物块置于水平地面上。当用与水平方向成60°角的力「拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用

与水平方向成30。角的力以推物块时，物块仍做匀速直线运动。若《和尸2的大小相等，则物块与地面之间的动

摩擦因数为（）

5.如图所示，石拱桥的正中央有一质量为力的对称楔形石块,侧面与竖直方向的夹角为a,重力加速度为g,若接

触面间的摩擦力忽略不计，楔形石块侧面所受弹力的大小为（）

7//////////

A.4B.

2sina2cosa

C.gmgcota

D.

6.用一根长1m的轻质细绳将一副质量为1kg的画框对称悬挂在墙壁上，已知绳能承受的最大张力为10N,为使绳

不断裂，画框上两个挂钉的间距最大为（g取lOWsD（）

D.如m

A.B.C.—m

2224

7.小明在观察如图所示的沙子堆积时，发现沙子会自然堆积成圆锥体，且在不断堆积过程中，材料相同的沙子自

然堆积成的圆锥体的最大底角都是相同的.小明测出这堆沙子的底部周长为31.4m,利用物理知识测得沙子之间的

摩擦因数为0.5,估算出这堆沙子的体积最接近（）

A.60m3B.200m3C.250m3D.500m3

8.如图，用两根等长的细绳将一匀质圆柱体悬挂在竖直木板的P点，将木板以底边MN为轴向后方缓慢转动直至

水平，绳与木板之间的夹角保持不变，忽略圆柱体与木板之间的摩擦，在转动过程中（）

A.圆柱体对木板的压力逐渐增大

B.圆柱体对木板的压力先增大后减小

C.两根细绳上的拉力均先增大后减小

D.两根细绳对圆柱体拉力的合力保持不变

9.如图所示，水平面上固定一光滑半球，球心O的正上方固定一个小滑轮，绳上拴一小球，小球置于半球面上的

A点，绳绕过定滑轮，另一端用力7拉，现缓慢地将小球从8点释放到A点，则此过程中，小球对半球面的压力N

以及细线拉力T的大小变化情况，以下说法正确的是（）

B.T变小；N变小

C.7变大；N不变

D.7变大；N变大

10.如图所示，质量为M、倾角为J的斜面体静止于粗糙水平面上，质量为根的小物块P恰好能沿斜面匀速下滑,

该过程斜面保持静止。现给P施加一沿斜面向下的推力凡使P沿斜面匀加速下滑。施加尸后，下列说法正确的是

()

A.斜面对小物块P的支持力和摩擦力都增大

B.小物块P对斜面体的作用力方向竖直向下

C.水平面对斜面体的支持力增大

D.水平面对斜面体的摩擦力大小为Fcos6»

11.如图所示，可视为质点的机器人通过磁铁吸附在船舷外壁面检测船体。壁面可视为斜面，与竖直方向夹角为，。

船和机器人保持静止时，机器人仅受重力G、支持力&、摩擦力工和磁力F的作用，磁力垂直壁面。下列关系式

尸=入C.=Geos。D.F=Gsin0

12.如图所示，竖直平面内固定一半径为R的光滑圆轨道；一弹性绳原长为L（0R<L<2R）,上端固定在圆轨道

的顶端，下端系一重力为G的小球（可视为质点），小球套在圆轨上处于平衡状态。已知弹性绳的弹力遵循胡克定

律，劲度系数为上弹性绳始终处于弹性限度内，弹性绳的重力不计，则此时弹性绳的弹力大小为（）

kLG2kLG2kLG

---------D.---------

kR+GkR-GkR+G----------------------kR-G

13.如图所示，一个重为ION的小球。被夹在两光滑斜面间，斜面AB和AC与水平面的夹角分别为60。和30。，下

A

A.斜面AB对小球的弹力是由小球的形变产生的

B.斜面A3对小球的弹力为5N

C.斜面AC对小球的弹力为10«N

D.保持斜面倾角不变，缓慢增大斜面AC倾角，斜面对小球的弹力不变

14.2018年10月23日，港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索（所有钢索均处

在同一竖直面内）斜拉桥，其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是（）

A.增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力

B.为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度

C.索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下

D.为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布

二、多项选择题（每题5分）

15.如图所示，一根粗糙的水平横杆上套有4、B两个轻环，系在两环上的等长细绳拴住的书本处于静止状态，现

将两环距离变小后书本仍处于静止状态，则（）

AB

A.杆对A环的支持力不变B.8环对杆的摩擦力变小

C.杆对A环的力不变D.与B环相连的细绳对书本的拉力变大

16.如图所示的实验可以用来研究物体所受到的滑动摩擦力，当手拉木板从木块下加速抽出时，弹簧测力计的示数

为了,由此可知（）

—qiiiiiin»ik>—木块,板

桌面

A.木板与桌面间的滑动摩擦力等于7

B.木块与木板间的滑动摩擦力等于了

C.绳子对木板的拉力大于了

D.人手对绳子的拉力大于绳子对人手拉力

17.明朝谢肇涮的《五杂组》中记载：“明姑苏虎丘寺庙倾侧，议欲正之，非万缗不可.一游僧见之，日：无烦也,

我能正之.”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身.假设所用的木楔为等腰三角形,

木楔的顶角为优现在木楔背上加一力凡方向如图所示，木楔两侧产生推力M则（）

A.若尸一定，e大时N大B.若尸一定，6小时N大

C.若8一定，尸大时N大D.若。一定，尸小时N大

18.如图所示，轻杆0A与轻杆0B通过光滑钱链安装在竖直墙面上，另一端通过A较链连接于。点。已知/OAB=37,

NOBA=53，较链质量忽略不计，重力加速度为g。现将一个质量为小的物块通过轻绳悬挂于0点保持静止，下列

3

A.轻杆OA对。点锐链的作用力为g〃?g

B.竖直墙对A、8两点钱链的总作用力方向竖直向上

C.若在。点施加从零缓慢增大且水平向左的外力，则轻杆08的弹力先减小后反向增大

D.若在。点施加从零缓慢增大且水平向右的外力，则轻杆的弹力先增大后减小

n卷（共io分）

三、实验题（10分）

19.如图a,一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；

托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。现要测量图a中弹簧的劲度系数。当托盘

内没有祛码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.200kg的祛

码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图b所示，其读数为cm。当地的重力加速度

大小为9.80m/s2,此弹簧的劲度系数为N/m（保留3位有效数字）.

20.某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5N的弹簧测力计两

个，橡皮条（带两个较长的细绳套），刻度尺，图钉（若干个）.

①具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有.

A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上

B.重复实验再次进行验证时，结点。的位置可以与前一次不同

C.使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度

D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力

②该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O,力的标度、分力和合力的大小

及表示力的作用线的点，如下图所示.其中对于提高实验精度最有利的是-.

1.c

【详解】AB.因为衣服钩时光滑的，所以绳子两端的拉力大小相同，设两杆间距为4绳子长为L左右两端绳子

长度分别为L、L2,绳子拉力为T,两部分与竖直夹角分别为。、B,根据题意有：…2=J因为绳子拉力相

对，所以即：27cosa=mg,L[sina+L2s\na=Ls\na=d,所以：sina=­,T="吆，d与L均为定

L2cosa

值，所以sina为定值，。为定值，绳子拉力不变，AB错误

C.杆N向右移一些，d变大,since=泉,变大，cosa变小，拉力变大，C正确

D.挂质量更大的衣服，d与L均不变，绳中拉力变大，位置不变，D错误

2.A

【详解】由题意可知所受重力G竖直向下，空气阻力号与速度方向相反，升力入与速度方向垂直，发动机推力B

的方向沿喷口的反方向，对比图中选项可知只有A选项符合题意。

故选A。

3.D

【详解】根据题意，对蚂蚁受力分析，设蚂蚁所在位置和圆心连线与竖直方向夹角为。，如图所示

由平衡条件可得

FN=mgcos6

f=mgsin0

AB.由于a>〃，则A处蚂蚁受到的支持力比B处蚂蚁小，8处蚂蚁受到的摩擦力比A处蚂蚁小，故AB错误；

C.蚂蚁与轮胎之间保持静止,则摩擦力不能按滑动摩擦力计算，则A处的蚂蚁受到的摩擦力大小不一定为"cose,

故C错误；

D.由题意可知，8处蚂蚁所在位置和圆心连线与竖直方向夹角为夕，则B处的蚂蚁受到的摩擦力大小为机gsin£,

故D正确。

故选D。

4.B

【详解】试卷分析：对两种情况下的物体分别受力分析，如图

将Fl正交分解为F3和F4,F2正交分解为F5和F6,则有：Fifi=F3

mg=F4+FN；

F/=F5

mg+F6=FN'

而F滔=再；F滑'=(IFN'

则有FICOS60°=H(mg-Fisin60°)①

F2cos30°=p(mg+F2Sin30°)②

又根据题意F|=F2③

联立①②③解得：-z-VL

故选B

考点：物体的平衡

5.A

【详解】楔形石块受力如图，根据力的合成可得:

mg=2xFcos(90°-a),

所以

尸二mg二mg

2cos(90°-a)2sina

故选Ao

6.A

【详解】一个大小方向确定的力分解为两个等大的力时，合力在两个分力的角平分线上，且两分力的夹角越大，分

力越大，因而当绳子拉力达到尸=10N的时候，绳子间的张角最大，为120。，此时两个挂钉间的距离最大；画框受

到重力和绳子的拉力，三个力为共点力，受力如图

绳子与竖直方向的夹角为

<9=60°

绳子长为

则有

mg=2FcosS

两个挂钉的间距离

L=2x（?sin。

解得

L=——m

2

故选A。

7.A

【详解】沙堆底部周长为31.4m,故圆锥体的底部圆半径为

对锥面上的一粒沙粒分析，当满足"叫cos。="2gsin。（。为锥体的底角）时沙粒刚好静止，故

u=tanO=—

h

解得圆锥体高

h=2.5m

故圆锥体的体积约为

V=-57?=-x3.14x52x2.5m3«60m3

33

A正确.

8.B

【详解】设两绳子对圆柱体的拉力的合力为T，木板对圆柱体的支持力为N,绳子与木板夹角为a,从右向左看如

图所示

在矢量三角形中，根据正弦定理

sina_sin尸_sin/

mgNT

在木板以直线MN为轴向后方缓慢转动直至水平过程中，a不变，/从90。逐渐减小到0,又

/+/7+«=!80°

且

a<90°

可知

90°</+^<180°

则

0<£<180。

可知P从锐角逐渐增大到钝角，根据

sina_sin尸_sin/

nigNT

由于sin/不断减小，可知T不断减小，sin/先增大后减小，可知N先增大后减小，结合牛顿第三定律可知，圆柱

体对木板的压力先增大后减小，设两绳子之间的夹角为26,绳子拉力为丁，则

2Tcos0=T

可得

T

T=--------

2cos。

6不变，T逐渐减小，可知绳子拉力不断减小，故B正确，ACD错误。

故选Bo

9.C

【详解】对小球受力分析，由NFAAO0可得

N_F_T

~\d~~dd~~o^A，F=G

得

缓慢地将小球从8点释放到A点过程中，。。、A。不变，QA变大，所以T变大，N不变。故选C。

10.B

【详解】ABC.由题可知，给P施加一沿斜面向下的推力尸，并不改变斜面对P的支持力大小，即斜面对P的支持

力大小不变，同时根据滑动摩擦力的特点可知，P所受的摩擦力也不发生变化，对平衡时P的分析可知，P所受摩

擦力和支持力的合力与其重力等大反向，由牛顿第三定律可知，P对斜面的作用力方向竖直向下，斜面的受力没有

发生变化，则水平面对斜面体的支持力不变，故B正确，AC错误；

D.施加F之前，小物块P恰好能沿斜面匀速下滑，则斜面的物体的作用力大小为〃?g,方向竖直向上，根据牛顿第

三定律可知P对斜面的作用力方向竖直向下，则地面对斜面体的摩擦力为零，而施加尸之后，斜面的受力没有发生

变化，则地面对斜面体的摩擦力一直为零，故D错误。

故选B。

11.C

【详解】如图所示，将重力垂直于斜面方向和沿斜面方向分解

Gcos6/1；

“G

AC.沿斜面方向，由平衡条件得

F(=Geos6^

故A错误，C正确;

BD.垂直斜面方向，由平衡条件得

F=Gsin0+FN

故BD错误。

故选C。

12.B

【详解】小球受重力G、圆轨道的支持力N和弹性绳的弹力下三个力作用处于平衡状态，如图所示。设弹性绳与竖

直方向间的夹角为仇根据几何关系可知，重力G和圆轨道的支持力N与弹性绳之间的夹角相同，故重力G和圆轨

道的支持力N大小相等，根据胡克定律有

F=k（2Rcos9-L）

根据力的平衡条件有

F=2Gcos6

联立解得

右kLG

-kR-G

B正确。

故选B。

【详解】A.斜面对小球的弹力是由斜面的形变产生的，A错误;

BC.画出受力分析图如图

线=/g=5N

B正确，C错误；

D.画出力的动态变化图，如图

FB

mg

Fc按照箭头方向变化，则FB在逐渐增大，D错误。

故选B«

14.C

【详解】A.以桥身为研究对象，钢索对桥身的拉力的合力与桥身的重力等大反向，则钢索对索塔的向下的压力数

值上等于桥身的重力，增加钢索的数量钢索对索塔的向下的压力数值不变，故A错误；

B.由图甲可知2Tcosa=M?,当索塔高度降低后，a变大，cosa变小，故T变大，故B错误；

C.由B的分析可知，当钢索对称分布时，2Tcosa=Mg,钢索对索塔的合力竖直向下，故C正确；

D.受力分析如图乙，只要上皿=白，钢索AC、AB的拉力FAC、FAB进行合成，合力竖直向下，钢索不一定要

sinasinp

对称分布，故D错误；

故选C。

AJ2

TTC入/

F

甲乙

15.AB

【详解】A.设书的质量为根，绳与水平方向的夹角为a,对系统为研究对象,根据平衡条件得

2FN=mg

解得

厂1

Fm

N=~g

杆对A环的支持力始终等于书重力的一半，支持力不变，A正确；

B.对8环根据平衡条件得

tana=—

耳

解得

Ff=^-

2tana

现将两环距离变小后，a增大，tana增大，对杆的摩擦力Ff变小，B正确；

C.杆对A环的支持力不变，摩擦力变小，合力变小，所以杆对A环的力变小，C错误;

D.两绳的合力等于书的重力，两环距离变小，两绳的夹角变小，绳的拉力变小，D错误。

故选AB。

16.BC

【详解】AB.由于木块静止，根据平衡条件可知，木块水平方向所受木板对它的滑动摩擦力等于弹簧的弹力力故

B正确，A错误；

D.人手对绳子的拉力与绳子对人手拉力是一对相互作用力，大小相等，故D错误；

C.手拉木板从木块下加速抽出，由牛顿第二定律可知，绳子对木板的拉力大于木块对木板的滑动摩擦力，根据牛

顿第三定律知木块对木板的摩擦力等于木板对木块的摩擦力，木块所受滑动摩擦力又等于弹簧的弹力力所以可推

知绳子的拉力一定大于弹簧测力计的示数力故C正确。

故选BC。

17.BC

【详解】选木楔为研究对象，木楔受到的力有：水平向左的尸、和两侧给它的与木楔的斜面垂直的弹力，由于木楔

处于平衡状态，所以侧给它的与木楔的斜面垂直的弹力与F沿两侧分解的分力是相等的，力F的分解如图

F=Ftcos(90°_g)+Bcos(900-g)=26cos(90°-1)=2/：；sin;

所以

6=—^

2sin-

2

由公式可知，当F一定，。小时FN大，当。一定，尸大时网大，AD错误，BC正确；

故选BC。

【点睛】对力进行分解时，一定要分清力的实际作用效果的方向如何，再根据平行四边形定则或三角形定则进行分

解即可。

18.BC

【详解】A.对0点受力分析如图1：则有

4

Fo^=mgcos37=-/ng

故A错误;

B.对轻杆OA、OB及重物所组成的系统进行受力分析可知，该系统受到三个外力，分别是竖直墙对•4、B两点钱

链的作用力及重物重力，由三力平衡可知竖直墙对A、B两点钱链的总作用力方向竖直向上，大小等于血8,故B

正确;

C.若在O点施加从零缓慢增大且水平向左的外力，则。点受力情况如图2.沿两杆方向将mg和尸正交分解可得

FOB=mgcos53-Feos37

/^A=n?gsin53+Fsin37

产缓慢增大时EA一直增大，心B先减小后反向增大，故C正确;

D.若在0点施加从零缓慢增大且水平向右的外力，则。点受力情况如图3.沿两杆方向将mg和