专题05 《重力与弹力和摩擦力》压轴培优题型训练【八大题型】（原卷版）-2024-2025学年高中物理《压轴挑战》培优专题训练（人教版2019必修第一册）

专题05《\o"1.重力与弹力"重力与弹力和\o"2.摩擦力"摩擦力》压轴培优题型训练【八大题型】一．弹力的概念及其产生条件（共5小题）二．胡克定律及其应用（共6小题）三．弹簧的串联和并联（共2小题）四．滑动摩擦力的大小计算和影响因素（共4小题）五．最大静摩擦力的性质和应用（共3小题）六．判断是否存在摩擦力（共13小题）七．探究弹簧弹力与形变量的关系（共5小题）八．探究影响滑动摩擦力的因素（共3小题）一．弹力的概念及其产生条件（共5小题）1．如图所示，重力为G的物体静止在倾角为a的斜面上。将重力G分解为垂直斜面向下的力F1和平行斜面向下的力F2．则（）A．F1就是物体对斜面的压力 B．物体对斜面的压力方向与F1方向相同，大小为Gcosα C．F2就是斜面对物体的弹力 D．物体对斜面的压力是因为斜面发生了形变2．如图所示，以下四图中的球均为光滑的球，地面为水平地面，所有物体均处于静止状态，其中甲丙图中细线均处于拉直状态，则以下说法正确的是（）A．甲、乙中的球均受到两个弹力的作用 B．丙、丁中的球均受到两个弹力的作用 C．球受到弹力的作用是因为球发生了弹性形变要恢复原状，从而受到了弹力的作用 D．如果已知球的形变量Δx，则一定可以求出球产生的弹力为：F＝kΔx3．如图，竖直墙面上固定了一弹性杆，弹性杆的顶端固定一小球，则弹性杆对小球的作用力方向为（）A．① B．② C．③ D．④4．（多选）如图所示，一重为4N的球固定在支杆AB的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为3N，则AB杆对球的作用力（）A．大小为5N B．大小为4N C．方向与水平方向成53°角斜向左上方 D．方向与水平方向成53°角斜向右下方5．如图所示，一劲度系数为k1的弹簧，竖直地固定在桌面上，上面压一质量为m的物体，另一劲度系数为k2的弹簧竖直放在物体上面，其下端与物体的上表面连接在一起，两个弹簧的质量都不计。要使下面弹簧的弹力减为原来的时，应将上面弹簧的上端A竖直向上提高多少？二．胡克定律及其应用（共6小题）6．如图所示，A、B、C三个物体的质量满足mA＝mB＝mC＝m，A、B两物体通过绳子绕过定滑轮相连，B、C用劲度系数为k2的弹簧相连，劲度系数为k1的弹簧一端固定在天花板上，另一端与滑轮相连.开始时，A、B两物体在同一水平面上，不计滑轮、绳子、弹簧的重力和一切摩擦，重力加速度为g。现用竖直向下的力缓慢拉动A物体，在拉动过程中，弹簧及与A、B相连的绳子都始终竖直，到C物体刚要离开地面（A没落地，B没有与滑轮相碰），此时A、B两物体的高度差为（）A．+B．+C．+D．+7．在底面积为500cm2的长方体容器，质量为1kg，在底部固定一轻质弹簧，弹簧上端连有一棱长为0.1m的正方体物块A，当容器中水的深度为20cm时，物块A有的体积露出水面，如图所示，此时弹簧恰好处于自然伸长状态。往容器缓慢加水，至物块A刚好浸没水中，立即停止加水，弹簧伸长了3cm。已知弹簧的伸长与所受的拉力成正比。（ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）。求：（1）物块A的密度；（2）A刚好浸没水中时，水对容器底的压强。（3）当弹簧伸长1cm时，容器底对桌面的压强。8．如图所示，质量分别为m1＝4kg、m2＝6kg的物体用轻质弹簧相连，用一水平力下作用在质量为m1的物体上，拉着它们起沿水平地面做匀速直线运动。已知弹簧原长为L0＝20cm，劲度系数k＝6N/cm，两物体m1、m2与地面间的动摩擦因数分别为μ1＝0.3、μ2＝0.4，g＝10m/s2．求（1）F的大小；（2）两个物体间的距离。9．如图所示，质量为m的物体A放在地面上的竖直轻弹簧B上，且弹簧B分别于地面和物体A相连接．现用细绳跨过定滑轮将物体A与另一轻弹簧C连接，当弹簧C处在水平位置且右端位于a点时它没有发生形变．已知弹簧B和弹簧C的劲度系数分别为k1和k2，不计定滑轮，细绳的质量和摩擦，将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时，弹簧B的弹力变为原来的，求a，b两点间的距离．10．如图为一轻质弹簧的长度L和弹力f大小的关系，试由图线确定：（1）弹簧的原长．（2）弹簧的倔强系数．（3）弹簧长度为0.25m时，弹力的大小．11．有一辆货车下装有4根相同的弹簧．当不装货时，每根弹簧全长为30厘米，如果装10吨货物时，每根弹簧的全长为29厘米；当将弹簧拆下后，全长是30.5厘米，问货车车厢的重量是多少？（设每根弹簧受力是均匀的，g＝10N/kg）三．弹簧的串联和并联（共2小题）12．由胡克定律我们知道，在弹性限度内，弹簧弹力F与弹簧的伸长或缩短量x成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同。现有劲度系数为K1、K2的轻弹簧A和B，若将他们串联成一根轻弹簧C，探究弹簧C的劲度系数K与K1、K2的关系。甲同学猜想是k＝k1+k2，同学乙认为＝+，其中哪一位同学的看法是正确的？请判断，并写出判断依据。13．一根大弹簧内套一根小弹簧，大弹簧比小弹簧长0.2m，它们的下端平齐并固定，上端自由，如图所示，若压缩此组合弹簧时（在弹性限度内），测得力与压缩距离之间的关系图线如图所示，求大弹簧的劲度系数k1和小弹簧的劲度系数k2．四．滑动摩擦力的大小计算和影响因素（共4小题）14．冰壶比赛的冰道表面覆盖着特制的微小颗粒。如图所示，比赛时运动员常在冰壶滑行的前方用冰刷快速擦刷冰面，使冰壶滑得更远。设冰壶与冰面间的动摩擦因数为μ，受到的滑动摩擦力为f，则冰道被擦刷后（）A．μ和f都增大 B．μ和f都减小 C．μ增大，f减小 D．μ减小，f增大15．如图所示，质量为10kg的物体在水平面上向左运动，此时受到水平向右外力作用F＝20N，物体与水平面之间的动摩擦因数为0.4，g取10m/s2，则物体受到的摩擦力是（）A．20N，水平向右 B．20N，水平向左 C．40N，水平向右 D．40N，水平向左16．某物体重为200N，放置在水平地面上，地面对它的最大静摩擦力为80N，它与地面间的动摩擦因数为0.39．求：（1）用60N的水平推力推物体，地面对物体的摩擦力是多大？（2）物体运动起来后，若使其保持匀速直线运动，应在水平方向施加多大的推力？物体在水平外力作用下做匀速直线运动的过程中，人把推力突然减小到30N直到停止前，地面对物体的摩擦力为多大？（3）若撤去外力，直到静止前，地面对物体的摩擦力为多大？17．如图所示两本书A和B，逐页交叉后叠放在一起，平放在光滑的水平桌面上．设书每张纸质量为5g，每本书均为200张纸，纸与纸之间的动摩擦因数μ＝0.3．问至少需要用多大的水平力，才能将它们拉开？（取g＝10N/kg）五．最大静摩擦力的性质和应用（共3小题）18．（多选）如图甲所示，一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上质量为10kg的木箱，木箱所受的摩擦力f与F的关系如图乙所示，g取10m/s2，下列说法正确的是（）A．木箱所受的最大静摩擦力fm＝21N B．木箱所受的最大静摩擦力fm＝20N C．木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.21 D．木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.219．重为500N的木箱放在水平地面上，木箱与地面间最大静摩擦力为105N，动摩擦因数是0.2，如果分别用80N和120N的水平力推木箱，经过一段时间后，木箱受到的摩擦力分别是多少？20．如图所示，质量为3kg的物体放在水平地板上，用一原长为8cm的轻质弹簧水平拉该物体，当其刚开始运动时，弹簧的长度为0.12m，当弹簧拉着物体匀速前进时，弹簧的长度为0.11m，已知弹簧的劲度系数k＝200N/m．求：（1）物体所受的最大静摩擦力为多大？（2）物体所受的滑动摩擦力为多大？（3）物体与地板间的动摩擦因数是多少？（g取10m/s2）六．判断是否存在摩擦力（共13小题）21．如图所示，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出，鱼缸最终没有滑出桌面。若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，则在上述过程中，下列说法正确的是（）A．桌面对鱼缸摩擦力的方向向右 B．若猫增大拉力，桌面对鱼缸的摩擦力将增大 C．桌布对鱼缸摩擦力的方向向左 D．若猫增大拉力，桌布对鱼缸的摩擦力不变22．在中学秋季田径运动会上，高一2班李好同学奋力拼搏，勇夺男子100m冠军，下图为该同学奔跑途中的两个瞬间，用Ff1、Ff2分别表示该同学在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于Ff1、Ff2的方向，以下说法正确的是（）A．Ff1向后，Ff2向后 B．Ff1向前，Ff2向前 C．Ff1向前，Ff2向后 D．Ff1向后，Ff2向前23．如图所示，一物块受到一个水平力F作用静止于斜面上，F的方向与斜面平行，如果将力F撤掉，下列对物块的描述正确的是（）A．物体所受合外力方向水平向右，大小为F B．物块将沿斜面下滑 C．物块受到的摩擦力方向突变为沿斜面向上 D．物块所受的摩擦力不变24．（多选）质量均为m的相同物块P、Q静止于同一水平面上，它们与水平面间的动摩擦因数均为0.5，现分别给两物块施加等大的作用力F，方向如图所示。设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（）A．若F＝0.2mg，则P受到的摩擦比Q受到的摩擦小 B．若F＝0.2mg，则P受到的摩擦力与Q受到的摩擦力大小相等 C．若F＝0.4mg，则P受到的摩擦力比Q受到的摩擦力小 D．若F＝0.4mg，则P受到的摩擦力与Q受到的摩擦力大小相等25．（多选）如图，斜面上放置一个长木板B，木板上放了一个物体A，用一个沿斜面向上的拉力F作用在物体A上，使A沿着木板B向上匀速滑动，而此过程中，木板B一直保持静止状态，下列说法正确的是（）A．木板B可能不受斜面对它的摩擦力作用 B．木板B的上下两个表面受到的摩擦力方向一定相反 C．若拉力F变大一些，则木板B受到斜面的摩擦力大小和方向都不会发生改变 D．物体A滑离木板B后，木板B受到斜面的摩擦力的大小可能不改变26．（多选）长木板上表面的一端放有一个木块，木块与木板接触面上装有摩擦力传感器，如图甲所示，木板由水平位置缓慢向上转动（即木板与地面的夹角α变大），另一端不动，摩擦力传感器记录了木块受到的摩擦力Ff随着角度α的变化图象如图乙所示。下列判断正确的是（）A．木块与木板间的动摩擦因数μ＝ B．木块与木板间的动摩擦因数μ＝ C．木板由水平位置转到θ1的过程中，木块相对于木板保持静止 D．木板由θ1转到θ2的过程中，木块的速度变化越来越快27．已知材料和粗糙程度相同的物块A、B、C，分别重GA＝200N，GB＝100N，GC＝300N．现将C固定于水平地面，A物体放在C上表面，当用F1＝80N的水平力拉A物体时，物体作匀速直线运动（如图甲）．现在该物体A上再放上B物体，但B被嵌在天花板里的黑色铁片挡住（如图乙）．则：（1）A物体与C物体间的动摩擦因数是多大？（2）图乙中，开始时A静止，现至少在A物体上加多大的水平力才能使A物体运动？（认为滑动摩擦力等于最大静摩擦力）28．如图所示，一质量不计的弹簧原长为10cm，一端固定于质量m＝2kg的物体上，另一端施一水平拉力F。（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，g＝10m/s2，弹簧始终在弹性限度内）（1）当弹簧拉长至12cm时，物体恰好匀速运动，弹簧的劲度系数多大？（2）若将弹簧拉长至11cm，物体受到的摩擦力大小为多少？（3）若将弹簧拉长至13cm，物体受到的摩擦力大小为多少？29．“强台风”是一个巨大的能量库，其风速都在17米/秒以上，甚至在60m/s以上．据测，当风力达到12级时，垂直于风向平面上每平方米风力可达数千牛顿．台风登陆以后，会给沿海居民的生产和生活带来一定的危害．不少在台风登陆地区做新闻报道的记者，需要用绳子系在腰上才能保证不被台风吹走．大风真的能把人吹走吗？为方便研究这一问题，我们只考虑一种简单情况，即看大风能不能把人吹的在地面上滑动．设某次台风登陆时的风力为9级，方向水平风速大小可达到22m/s，经过流体阻力测算，在经过一个身高为一米七左右人体的面积时所产生的水平风力约为164N．假设这个人重60kg，台风来临时人站立在水平地面上，人与地面间的滑动摩擦系数为0.26．试通过计算分析：（1）当风速达到22m/s时，人能不能被吹动？（2）当风速达到15m/s时，吹在人身上的水平风力达到76N，站在地上的人受的摩擦力多大？（3）当风速达到25m/s时，吹在人身上的水平风力达到212N，站在地上的人受的摩擦力多大？30．如图所示，一小孩用向右80N的水平力推重为200N的木箱，木箱不动；当小孩用向右100N的水平力推木箱，木箱恰好能被推动，当木箱被推动之后，小孩只要用向右90N的水平推力就可以使木箱沿地面向右匀速前进．求：（1）木箱与地面间最大静摩擦力的大小；（2）木箱与地面间的动摩擦因数μ；（3）小孩用向右80N的水平力推木箱未动时，木箱受到的摩擦力．31．质量为3.0kg的空木箱，放置在水平地面上，沿水平方向施加拉力，当拉力F1＝8.0N时，木箱静止；当拉力F2＝10N时，木箱做匀速运动，求：（1）木箱与地面间的动摩擦因数；（2）木箱在8.0N的拉力作用下受到的摩擦力的大小．32．如图所示，物体A重GA＝40N，物体B重GB＝20N，A与B、B与地面之间的动摩擦因数相同．用水平绳将物体A系在竖直墙壁上，水平力F向右拉物体B，当F＝40N时，才能将B匀速拉出．则接触面间的动摩擦因数多大？33．劲度系数为k的水平轻质弹簧，左端固定，右端系一质量为m的物体．物体可在有摩擦的水平桌面上滑动（如图）．弹簧为原长时物体位于O点，现在把物体沿弹簧长度方向向右拉到距离O点为A0的P点按住，放手后弹簧把物体拉住．设物体在第二次经过O点前，在O点左方停住．计算中可以认为滑动摩擦系数与静摩擦系数相等．（1）讨论物体与桌面间的摩擦系数μ的大小应在什么范围内．（2）求出物体停住点离O点的距离的最大值．并回答：这是不是物体在运动过程中所能达到的左方最远值？为什么？七．探究弹簧弹力与形变量的关系（共5小题）34．用金属制成的线材（如钢丝、钢筋）受到拉力会伸长。十七世纪英国物理学家胡克发现：金属丝或金属杆在弹性限度内它的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律。这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础。现在一根用新材料制成的金属杆，长为4m，横截面积为0.8cm2，设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的，问最大拉力多大？由于这一拉力很大，杆又较长，直接测试有困难，选用同种材料制成样品进行测试，通过测试取得数据如下：长度伸长拉力截面积250N500N750N1000N1m0.05cm20.04cm0.08cm0.12cm0.16cm2m0.05cm20.08cm0.16cm0.24cm0.32cm1m0.10cm20.02cm0.04cm0.06cm0.08cm（1）测试结果表明线材受拉力作用后其伸长与材料的长度成比，与材料的截面积成比。（2）上述金属细杆承受的最大拉力为N。35．某实验探究小组探究弹力和弹簧伸长量的关系。①将弹簧水平放置，用毫米刻度尺正确操作测出其自然长度如图甲所示，则弹簧的原长L0＝cm。②然后按图乙所示自然悬挂弹簧，实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，读出弹簧下端指针所指的标尺刻度，即可知道弹簧的长度L，用ΔL＝L﹣L0表示弹簧的伸长量。通过实验获得的数据，实验小组作出了弹簧的ΔL﹣F图象如图丙所示。根据图丙可得出弹簧的劲度系数k＝N/m（结果保留2位有效数字）③实验小组分析图象过程中发现图线从B点开始发生了弯曲，图线B点过后发生弯曲的原因是。④实验小组发现图线，并没有过原点，出现了误差，没能得出弹力与伸长量严格成正比的结论，本误差属于（选填“系统误差”或“偶然误差”）36．在“探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．（1）有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中，请作出F﹣L图线．（2）由此图线可得出该弹簧的原长L0＝cm，劲度系数k＝N/m37．在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的．用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的描点，如图所示：（1）在根据描点作F﹣x图线；（2）图线不过原点的原因是由于；（3）弹簧的劲度系数为；（计算结果保留三位有效数字）38．下表是某同学为探索弹力和弹簧伸长的关系所测的几组数据：弹力F/N0.51.01.52.02.5弹簧伸长量x/cm2.65.06.89.812.4（1）请你在图中的坐标线上作出Fx图象．（2）写出曲线所代表的函数．（x用m作单位）（3）解释函数表达式中常数的物理意义．八．探究影响滑动摩擦力的因素（共3小题）39．如图所示，将小砝码置于桌面上的薄纸板上