第二章　相互作用-2014-2023十年高考物理真题分类汇编彩绘课件

第二章

相互作用考点2014~2018年2019年2020年2021年2022年2023年合计全国卷地方卷全国卷地方卷全国卷地方卷全国卷地方卷全国卷地方卷全国卷地方卷全国卷地方卷5.重力

弹力

摩擦力

力的合成和分解130203000000186.静态平衡201112010401497.整体法和隔离法的应用020000000000028.动态平衡311100010100449.临界和极值问题0010000000001010.实验:探究弹簧弹力与形变量的关系2101000101002411.实验:探究两个互成角度的力的合成规律12000000001022命题分析与备考建议1.命题热度:本章属于基础热点内容,10年来,从命题频次上看,全国卷10年14考,地方卷29考。2.考查方向:本章属于基础热点内容,单独命题时突出以轻绳、杆、弹簧为模型,以连接体、叠加体为载体,结合实际生活进行受力分析,设计平衡问题而且以动态平衡为重点,也常与电场和磁场相结合进行考查,多以选择题形式出现。3.明智备考:该部分是高中物理的重要基础,包含许多思想方法,它的应用几乎贯穿整个高中物理,所以一定要重视对本章知识的学习和掌握。在备考过程中要理解力和力的运算法则、会正确受力分析、理解并熟练应用力的平衡的各种表达形式解决具体问题,并形成解决物理问题的基本思路。在连接体问题和动态平衡问题中体会优选研究对象(整体和隔离)的便捷,在处理物体受不同个数的力的平衡问题中体会优选平衡条件的合适形式解决问题的便捷。体会临界极值法、函数法、图像法、整体法、隔离法等解题方法,多联系生活中的平衡现象,提高应用物理知识解决实际问题的能力。第1节

重力

弹力

摩擦力

力的合成和分解考点5重力

弹力

摩擦力

力的合成和分解

1.(2020·浙江,3,3分,难度★★)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F1、与速度方向垂直的升力F2和与速度方向相反的空气阻力Ff。下列受力分析示意图可能正确的是

(

A

)解析本题属于基础性和应用性问题,以歼20隐形战斗机为素材,创设受力分析问题情境。由于战斗机以速度v斜向上飞行,受到的空气阻力F1与速度方向相反,升力F2与速度方向垂直,根据示意图可知,选项A正确。2.(2020·浙江,10,3分,难度★★)如图是“中国天眼”500m口径球面射电望远镜维护时的照片。为不损伤望远镜球面,质量为m的工作人员被悬在空中的氦气球拉着,当他在离底部有一定高度的望远镜球面上缓慢移动时,氦气球对其有大小为56mg、方向竖直向上的拉力作用,使其有“人类在月球上行走”的感觉,若将人视为质点,此时工作人员(

D

)

3.(2020·北京,11,3分,难度★★★)某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器,传感器用轻绳拉住物块,物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板,传感器记录的F-t图像如图乙所示。下列说法正确的是(

C

)A.实验中必须让木板保持匀速运动B.图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线C.最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7D.只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数解析

为了能研究摩擦力随时间的变化曲线,故物块一直要处于静止状态,则向左的摩擦力一直与轻绳向右的拉力平衡,图乙是轻绳向右的拉力随时间变化的曲线,故图乙也可以反映摩擦力随时间变化的曲线,由图乙可知轻绳向右的拉力先增大后减小,最后趋于不变,故物块先受静摩擦力作用后受滑动摩擦力作用,所以不需要让木板保持匀速运动,故A、B错误;由图乙可知,最大静摩擦力约为10N,滑动摩擦力约为7N,故最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7,故C正确;根据Ff=μFN,FN=mg可知,由于不知道物块的重力,故无法求出物块与木板间的动摩擦因数,故D错误。考点5考点10考点6考点7考点8考点94.(2019·天津,2,6分,难度★★)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(

C

)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考点11考点5考点6考点7考点8考点9解析索塔受到向下的压力等于两侧钢索所连桥面的重力,与钢索的数量无关,选项A错误;由受力分析可知,减小钢索与索塔的夹角可以减小钢索受到的拉力,故应该适当增大索塔的高度才能减小钢索承受的拉力,选项B错误;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,但索塔两侧钢索不对称、拉力大小不同时,钢索对索塔的合力也有可能竖直向下,选项C正确、D错误。考点5考点4考点6考点7考点8考点95.(2019·浙江,6,3分,难度★)如图所示,小明撑杆使船离岸,则下列说法正确的是(

A

)A.小明与船之间存在摩擦力B.杆的弯曲是由于受到杆对小明的力C.杆对岸的力大于岸对杆的力D.小明对杆的力和岸对杆的力是一对相互作用力解析小明撑杆使船离岸,小明通过脚对船施加水平方向的摩擦力,使船做变速运动,A正确;杆的弯曲是小明对杆施加的力造成的,杆的弯曲是因为受力,而不是施力,B错误;杆对岸的力与岸对杆的力,施力物体与受力物体互换,是一对相互作用力,两者大小相等,C错误;杆对岸的力与小明对杆的力,施力物体与受力物体没有互换,不是一对相互作用力,D错误。考点5考点4考点6考点7考点8考点96.(2018·天津,7,6分,难度★★)(多选)明朝谢肇氵制的《五杂组》中记载:“明姑苏虎丘寺塔倾侧,议欲正之,非万缗不l可。一游僧见之曰: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θ,现在木楔背上加一力F,方向如图所示,木楔两侧产生推力FN,则(

BC

)A.若F一定,θ大时FN大

B.若F一定,θ小时FN大C.若θ一定,F大时FN大

D.若θ一定,F小时FN大考点4考点5考点6考点7考点8考点9考点5考点4考点6考点7考点8考点97.(2017·全国3,17,6分,难度★★★)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80cm的两点上,弹性绳的原长也为80cm。将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100cm;再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)(

B

)A.86cm

B.92cm

C.98cm

D.104cm考点5考点4考点6考点7考点8考点98.(2016·江苏,1,3分,难度★)一轻质弹簧原长为8cm,在4N的拉力作用下伸长了2cm,弹簧未超出弹性限度,则该弹簧的劲度系数为(

D

)A.40m/N B.40N/m

C.200m/N D.200N/m

考点5考点4考点6考点7考点8考点99.(2015·广东,19,4分,难度★★)(多选)如图所示,三条绳子的一端都系在细直杆顶端,另一端都固定在水平地面上,将杆竖直紧压在地面上,若三条绳子长度不同,下列说法正确的有(

BC

)A.三条绳子中的张力都相等B.杆对地面的压力大于自身重力C.绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零D.绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力解析对杆受力分析,杆所受向上的支持力与重力和三拉力的合力是一对平衡力,所以选项D错误;支持力大于重力,由牛顿第三定律知,杆对地面的压力大于自身重力,故选项B正确;由于杆处于平衡状态,则杆在水平面内的合力也应为零,所以绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零,故选项C正确;三条绳子与水平面的夹角不同,而三条绳子拉力在水平面内分量的矢量和为零,所以三条绳子中的张力不相等,故选项A错误。第2节

共点力作用下物体的平衡考点6静态平衡1.(2023·江苏,7,4分,难度★★)如图所示,“嫦娥五号”探测器静止在月球平坦表面处。已知探测器质量为m,四条腿与竖直方向的夹角均为θ,月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的。每条腿对月球表面压力的大小为(D)2.(2022·湖南,5,4分,难度★★)2022年北京冬奥会跳台滑雪空中技巧比赛场地边,有一根系有飘带的风力指示杆,教练员根据飘带的形态提示运动员现场风力的情况。若飘带可视为粗细一致的匀质长绳,其所处范围内风速水平向右、大小恒定且不随高度改变。当飘带稳定时,飘带实际形态最接近的是(

A

)解析

任意选取飘带上一小段P,以P为研究对象,因为飘带可视为粗细一致的匀质长绳,且风速水平向右、大小恒定且不随高度改变,所以该小段重力和风力的合力方向不变,故选A。3.(2022·广东,1,4分,难度★★)右图是可用来制作豆腐的石磨。木柄AB静止时,连接AB的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点,F、F1和F2分别表示三根绳的拉力大小,F1=F2且∠AOB=60°。下列关系式正确的是(D)A.F=F1

B.F=2F1C.F=3F1

D.F=F1解析对O点进行受力分析,如图所示,由几何关系可知θ=30°。根据平衡条件得F1cos30°+F2cos30°=F,又F1=F2,解得F=F1,选项D正确,A、B、C错误。4.(2022·辽宁,4,4分,难度★★)如图所示,蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上,并处于静止状态。蛛丝OM、ON与竖直方向夹角分别为α、β(α>β)。用F1、F2分别表示OM、ON的拉力,则(D)A.F1的竖直分力大于F2的竖直分力B.F1的竖直分力等于F2的竖直分力C.F1的水平分力大于F2的水平分力D.F1的水平分力等于F2的水平分力5.(2022·重庆,1,4分,难度★★)如图所示,吸附在竖直玻璃上质量为m的擦窗工具,在竖直平面内受重力、拉力和摩擦力(图中未画出摩擦力)的共同作用做匀速直线运动。若拉力大小与重力大小相等,方向水平向右,重力加速度为g,则擦窗工具所受摩擦力(B)A.大小等于mg

B.大小等于mgC.方向竖直向上

D.方向水平向左解析本题考查力的合成和分解、物体的平衡。选擦窗工具为研究对象,其受重力、拉力和摩擦力,根据平衡条件,拉力F与重力mg的合力与摩擦力大小相等,方向相反,所以擦窗工具所受摩擦力方向斜向左上,大小为f=mg。选项B正确。6.(2021·广东,3,4分,难度★★)唐代《耒耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力。设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁,F与竖直方向的夹角分别为α和β,α<β,如图所示。忽略耕索质量,耕地过程中,下列说法正确的是

(

B

)A.耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大B.耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大C.曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力D.直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力解析耕索对曲辕犁拉力的水平分力为Fsinα,耕索对直辕犁拉力的水平分力为Fsinβ,耕索对曲辕犁拉力的竖直分力为Fcosα,耕索对直辕犁拉力的竖直分力为Fcosβ,因为α<β,所Fsinα<Fsinβ,Fcosα>Fcosβ,选项A错误,选项B正确;根据牛顿第三定律,曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力等于犁对耕索的拉力,选项C错误;同理,直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力等于犁对耕索的拉力,选项D错误。7.

(2020·全国3,17,6分,难度★★★)如图所示,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上的O点处;绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°,则β等于 (

B

)A.45° B.55° C.60° D.70°解析本题以细绳为背景,意在考查共点力平衡。O点受力如图所示,甲、乙两物体的质量相等,绳子的拉力与物体的重力相等,所以F甲=F乙;O点受三个力处于平衡状态,拉力F与另两个力的合力等大反向,所以与墙相连一侧的细绳的延长线是力F甲和力F乙夹角的角平分线,根据几何关系知,θ=β,2θ+α=180°,解得β=55°,选项B正确。考点5考点6考点10考点7考点8考点9

答案P213

8.(2020·山东,8,3分,难度★★★）如图所示,一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上,质量分别为m和2m的物块A、B,通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接,A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时,物块A、B刚好要滑动,则μ的值为(

C

)

考点11考点4考点6考点5考点7考点8考点9A.支持力竖直向上B.支持力小于手机所受的重力C.摩擦力沿斜面向下D.摩擦力大于手机所受的重力沿斜面向下的分力9.(2020·海南,2,3分,难度★)如图,上网课时小明把手机放在斜面上,手机处于静止状态。则斜面对手机的(

B

)解析设手机的质量为m,斜面倾角为θ。对手机进行受力分析,如图所示,由图可知支持力方向垂直于斜面向上,摩擦力方向沿斜面向上,根据平衡条件,有Ff=mgsinθ,FN=mgcosθ,因cosθ<1,故FN<mg,且摩擦力等于手机所受的重力沿斜面向下的分力,故选B。10.(2019·全国3,16,6分,难度★★)用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件,为使工件保持固定,将其置于两光滑斜面之间,如图所示。两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上,倾角分别为30°和60°。重力加速度为g。当卡车沿平直公路匀速行驶时,圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2,则(

D

)

11.(2019·江苏,2,3分,难度★★)如图所示,一只气球在风中处于静止状态,风对气球的作用力水平向右。细绳与竖直方向的夹角为α,绳的拉力为T,则风对气球作用力的大小为（C）解析对气球受力分析,由水平方向平衡条件可得:F风=Tsinα,故C正确。12.(2017·全国2,16,6分,难度★★)如图,一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F的大小不变,而方向与水平面成60°角,物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为(

C

)

考点4考点7考点6考点5考点8考点913.(2016·全国3,17,6分,难度★★★)如图,两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上;一细线穿过两轻环,其两端各系一质量为m的小球。在a和b之间的细线上悬挂一小物块。平衡时,a、b间的距离恰好等于圆弧的半径。不计所有摩擦。小物块的质量为(

C

)考点4考点7考点6考点5考点8考点9解析由几何关系知,△Oab为等边三角形,故∠AaO=θ1=30°;设细线中的张力为FT,同一根绳子中的张力大小处处相等,故FT=mg,对a处受力分析知,θ1=θ2=30°,则θ3=30°,故α=60°,对结点C分析可知,2FTcos

α=m物g,解得m物=m,选项C正确。考点4考点5考点6考点7考点8考点9考点7整体法和隔离法的应用1.(2016·海南,2,3分,难度★★)如图,在水平桌面上放置一斜面体P,长方体物块a和b叠放在P的斜面上,整个系统处于静止状态。若将a和b、b与P、P与桌面之间摩擦力的大小分别用Ff1、Ff2和Ff3表示。则

(

C

)

A.Ff1=0,Ff2≠0,Ff3≠0B.Ff1≠0,Ff2=0,Ff3=0C.Ff1≠0,Ff2≠0,Ff3=0D.Ff1≠0,Ff2≠0,Ff3≠0解析对整体受力分析可知,整体相对地面没有相对运动趋势,故Ff3=0;再将a和b看成一个整体,a、b整体有相对斜面向下运动的趋势,故b与P之间有摩擦力,即Ff2≠0;再对a受力分析可知,a相对于b有向下运动的趋势,a和b之间存在摩擦力作用,即Ff1≠0。选项C正确。考点4考点5考点6考点7考点8考点92.(2015·山东,16,6分,难度★★)如图,滑块A置于水平地面上,滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直),此时A恰好不滑动,B刚好不下滑。已知A与B间的动摩擦因数为μ1,A与地面间的动摩擦因数为μ2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。A与B的质量之比为

(

B

)

考点88动态平衡问题1.(2022·河北,7,4分,难度★★)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(B)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2.(2021·湖南,5,4分,难度★★★)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(

C

)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.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考点4考点5考点6考点7考点9

3.(2019·全国1,19,6分,难度★★★)(多选)如图,一粗糙斜面固定在地面上,斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块N,另一端与斜面上的物块M相连,系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N,直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。已知M始终保持静止,则在此过程中

(

BD

)

A.水平拉力的大小可能保持不变B.M所受细绳的拉力大小一定一直增加C.M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D.M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加考点4考点5考点6考点7考点9考点8

4.(2019·浙江,11,3分,难度★★)如图所示,一根粗糙的水平横杆上套有A、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

(

B

)A.杆对A环的支持力变大B.B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考点4考点5考点6考点7考点8考点9解析以两个轻环和书本组成的系统为研究对象,设系统总质量为M,竖直方向受到重力和水平横杆对轻环的支持力2FN,受力分析图如图1所示。图1根据平衡条件得2FN=Mg,得到FN=12Mg,可见,水平横杆对每个轻环的支持力FN不变,A错误。以A环为研究对象,受力分析图如图2所示。竖直方向:FN=Fsinα①水平方向:Fcosα=Ff②由①②得Ff=FNcotα,α增大时,Ff变小,由牛顿第三定律可知B环对杆的摩擦力变小,B正确。FN和Ff的合力即为杆对环的作用力,合力变小,C错误。对书本受力分析,受重力和两个拉力,如图所示。根据共点力平衡条件,两根轻绳对书本的拉力的合力始终等于书本的重力,即保持不变。由几何关系有FA=FB=mg2cosθ2当两轻环间距离缩短一些时,拉力FA、FB均变小,D错误。图25.(2017·全国1,21,6分,难度★★★★)(多选)如图,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N,初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角为α(α>π2)。现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中(

AD

)A.MN上的张力逐渐增大

B.MN上的张力先增大后减小C.OM上的张力逐渐增大

D.OM上的张力先增大后减小考点8考点5考点6考点7考点4考点9

重力保持不变,是矢量圆的一条弦,FOM与FMN夹角即圆心角保持不变,由图知FMN一直增大到最大,FOM先增大再减小,当OM与竖直夹角为θ=α-90°时FOM最大

三力动态平衡问题分析方法6.(2017·天津,8,6分,难度★★★)(多选)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,悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件,当衣架静止时,下列说法正确的是(

AB

)A.绳的右端上移到b',绳子拉力不变B.将杆N向右移一些,绳子拉力变大C.绳的两端高度差越小,绳子拉力越小D.若换挂质量更大的衣服,则衣架悬挂点右移考点4考点5考点8考点7考点6考点9解析如图所示,由几何关系可知∠1=∠5=∠2=∠4,若绳子的端点b向上移至b',绳的夹角大小不变,故晾衣绳拉力不变,故A正确。杆N右移,绳长不变,两段绳的夹角变大,但合力大小、方向均不变,故绳的拉力变大,故B正确。只要杆M、N间距不变,如图所示,无论移动哪个端点,绳的拉力始终保持不变,故C错误。若要换挂质量更大的衣服,只是衣服的重力增大,绳与竖直方向的夹角θ不变,则衣架悬挂点不变,故D错误。考点4考点5考点8考点7考点6考点97.(2016·全国2,14,6分,难度★★)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O,如图所示。用FT表示绳OA段拉力的大小,在O点向左移动的过程中(

A

)A.F逐渐变大,FT逐渐变大

B.F逐渐变大,FT逐渐变小C.F逐渐变小,FT逐渐变大

D.F逐渐变小,FT逐渐变小考点4考点5考点8考点7考点6考点9解析由于是缓慢移动,O点所受力处于动态平衡,设任意时刻绳子与竖直方向的夹角为θ,移动过程中θ增大,如图所示。将拉力F与重力合成后,合力与绳子拉力等大反向。根据几何关系,可知F=Gtan

θ,FT=F合=,随θ增大,F和FT都增大。考点4考点5考点8考点7考点6考点98.(2016·全国1,19,6分,难度★★★)(多选)如图,一光滑的轻滑轮用细绳OO'悬挂于O点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。外力F向右上方拉b,整个系统处于静止状态。若F方向不变,大小在一定范围内变化,物块b仍始终保持静止,则(

BD

)A.绳OO'的张力也在一定范围内变化B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化考点4考点5考点8考点7考点6考点9解析物块b始终保持静止,物块a也始终保持静止,绳子对a的拉力等于a的重力,绳子的夹角α也保持不变,OO'绳的拉力也保持不变,选项A、C错误。选b为研究对象,在y轴方向有FTcos

β+Fcos

γ+FN=mbg,由于FT不变,F变化,所以FN也变化,选项B正确。FT和F在x轴方向的分力和桌面对b的摩擦力的合力为零,由于F在一定范围内变化,则摩擦力也在一定范围内变化,选项D正确。考点4考点5考点6考点7考点8考点9考点9临界和极值问题答案P214

(2019·全国2,16,6分,难度★★)物块在轻绳的拉动下沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动,轻绳与斜面平行。已知物块与斜面之间的动摩擦因数为,重力加速度取10m/s2。若轻绳能承受的最大张力为1500N,则物块的质量最大为(

A

)解析本题考查物体的平衡及临界问题。因为物块在拉力作用下沿斜面向上做匀速运动,所以F-mgsin

θ-μmgcos

θ=0,而F≤1

500

N。第3节

实验:探究弹簧弹力与形变量的关系考点10实验:探究弹簧的弹力与形变量的关系1.(2022·湖南,11,6分,难度★★★)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等,设计了如图甲所示的实验装置,测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下:(1)查找资料,得知每枚硬币的质量为6.05g。序号12345硬币数量n/枚510152025橡皮筋长度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋,测量每次稳定后橡皮筋的长度l,记录数据如下表:(3)根据表中数据在图乙上描点,绘制图线:考点5考点6考点7考点8考点9考点10考点4(4)取出全部硬币,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,稳定后橡皮筋长度的示数如图丙所示,此时橡皮筋的长度为

cm。

(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为

g(计算结果保留3位有效数字)。

考点5考点6考点7考点8考点9考点10考点4答案

(3)如图所示答案(4)15.35

(5)127解析(4)由题图丙可知,刻度尺的分度值为1mm,读数为15cm+3.5mm=153.5mm=15.35cm。(5)设橡皮筋的劲度系数为k,原长为x0,则n1mg=k(x1-x0)n5mg=k(x5-x0)设冰墩墩质量为m1,则有m1g=k(l-x0)联立各式代入数据解得m1=127g。考点5考点6考点7考点8考点9考点10考点42.(2021·广东,11,7分,难度★★)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数。缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09考点5考点6考点7考点8考点9考点10考点4答案(1)6.04

6.05

(2)3

(3)48.6考点5考点6考点7考点8考点9考点10考点4

考点5考点6考点7考点8考点9考点10考点43.(2019·海南,12,12分,难度★★)某同学利用图(a)的装置测量轻弹簧的劲度系数。图中,光滑的细杆和刻度尺水平固定在铁架台上,一轻弹簧穿在细杆上,其左端固定,右端与细绳连接;细绳跨过光滑定滑轮,其下端可以悬挂砝码(实验中,每个砝码的质量均为m=50.0g)。弹簧右端连有一竖直指针,其位置可在刻度尺上读出。实验步骤如下:图(a)考点5考点6考点7考点8考点9考点10考点4①在绳下端挂上一个砝码,调整滑轮,使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触;②系统静止后,记录砝码的个数及指针的位置;③逐次增加砝码个数,并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内);④用n表示砝码的个数,l表示相应的指针位置,将获得的数据记录在表格内。回答下列问题:(1)根据下表的实验数据在图(b)中补齐数据点并作出l-n图像。n12345l/cm10.4810.9611.4511.9512.40(2)弹簧的劲度系数k可用砝码质量m、重力加速度大小g及l-n图线的斜率α表示,表达式为k=

。若g取9.80m/s2,则本实验中k=

N/m(结果保留3位有效数字)。

图(b)

考点4考点5考点6考点7考点84.(2018·全国1,22,5分,难度★★)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。当托盘内没有砝码时,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0.100kg的砝码时,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

3.775

cm。当地的重力加速度大小为9.80m/s2,此弹簧的劲度系数为

53.7

N/m(保留3位有效数字)。

考点10考点9考点4考点5考点6考点7考点8考点10考点91.本题主要考查游标卡尺的读数、弹簧劲度系数的测量、胡克定律及其相关的知识点,意在考查学生灵活运用教材上游标卡尺的使用和探究弹簧的弹力与形变量的关系实验知识的科学探究素养。解答此题常见错误主要有:一是游标卡尺读数误差,或单位搞错导致错写成37.70;二是把重力加速度按照习惯用g=10m/s2代入计算导致错误;三是考虑采用图像法处理实验数据计算劲度系数耽误时间。2.该类考题涉及的弹簧、橡皮条实验包括:探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、探究动能定理。探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则等,主要利用了胡克定律及等效思想,常用作图法处理数据。探究动能定理涉及弹力做功的知识,一般用比例法表示弹力做的功。考点4考点5考点6考点7考点85.(2015·福建,19(1),6分,难度★)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为

6.93(6.92~6.94)

cm;

考点10考点9考点4考点5考点6考点7考点8(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是

A

;(填选项前的字母)

A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是超过弹簧的弹性限度。

考点10考点9解析(1)题图甲示数为7.73

cm,题图乙示数为14.66

cm,弹簧的伸长量Δl=(14.66-7.73)

cm=6.93

cm。(2)逐一增挂钩码,弹簧的伸长量逐渐地增大,不会出现超过弹性限度的情况,选项A正确。(3)当超过弹簧的弹性限度时,弹力与弹簧伸长量不再成正比。考点4考点5考点6考点7考点8考点10考点9考点4考点5考点6考点7考点86.(2014·全国课标2,23,9分,难度★★)图(a)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图(a)所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0,挂有质量为0.100kg的砝码时,各指针的位置记为x。测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2)。已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm。考点10考点9考点4考点5考点6考点7考点8(1)将表中数据补充完整:①

81.7

;②

0.0122

。

考点10考点9考点4考点5考点6考点7考点8答案见解析图

考点10考点9考点4考点5考点6考点7考点8考点10考点9考点4考点5考点6考点7考点8考点10考点9第4节

实验:探究两个互成角度的力的合成规律考点11实验:探究两个互成角度的力的合成规律

1.(2023·全国乙,22,5分,难度★)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有:木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤:①用图钉将白纸固定在水平木板上。②将橡皮条的一端固定在木板上,另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上,它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计,小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小,并

。(多选,填正确答案标号)

A.用刻度尺量出橡皮条的长度B.用刻度尺量出两细线的长度C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向③撤掉一个测力计,用另一个测力计把小圆环拉到

,由测力计的示数得到拉力F的大小,沿细线标记此时F的方向。

④选择合适标度,由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图,得出合力F'的大小和方向;按同一标度在白纸上画出力F的图示。⑤比较F'和F的

,从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。

答案②CD

③步骤②中标记的小圆环同一位置

⑤大小和方向在误差允许的范围内是否一致解析②两拉力F1和F2共同作用,产生的效果是使橡皮条一端的小圆环到某一位置;用一个力F将小圆环拉到同一位置,说明两种方法达到的效果一样,所以要记录小圆环的位置,选项C正确,A错误。力是矢量,所以还需记录两拉力F1和F2的方向,以便步骤④绘制平行四边形。细线的方向即为F1和F2的方向,选项D正确。F1和F2的大小、方向与细线的长度无关,选项B错误。2.(2018·天津,9(2),4分,难度★★)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

BC

。

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O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考点6考点7考点8考点9考点10考点11②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

B

。

考点4考点5考点6考点7考点8考点9解析①做验证力的平行四边形定则实验时,橡皮筋和两绳套夹角的角平分线没有必要在一条直线上,选项A错误;在同一次实验中要保持橡皮筋结点O在同一位置,但为了寻找普遍规律重复实验(或不同实验小组实验)时,结点O的位置可以不同,选项B正确;由弹簧测力计的使用规则可知选项C正确;合力与分力的大小关系不确定