高中物理单元测试——第四章力与平衡（适中版01）

高中物理单元测试 —— 第4章 力与平衡（适中版01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学方法，如作用在水桶上的两个力的效果与一个力的效果相同，如图所示，其采用的物理方法是（　　） A．极限法 B．等效替代法 C．微小放大法 D．控制变量法 【答案】B 【详解】作用在水桶上的两个力的效果与一个力的效果相同，体现了等效替代法的物理思想方法。 故选B。 2．（本题4分）两个共点力F1=4N、F2=6N，它们的合力范围是（　　） A．1N≤F≤10N B．2N≤F≤10N C．4N≤F≤6N D．0≤F≤10N 【答案】B 【详解】两个共点力F1=4N、F2=6N，它们的合力范围为 故选B。 3．（本题4分）如图所示为手摇式千斤顶顶起重物时的情景。重物被顶起时，千斤顶两上臂间的夹角为，每臂的弹力大小为。继续摇动把手，当两上臂间的夹角为时，每臂的弹力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】将重物对千斤顶的压力F分解成沿两臂的两个分力，根据对称性可知，两臂受到的压力大小相等，则有， 两上臂间的夹角为时，代入数据可得 两上臂间的夹角为时，F不变，代入数据可得每臂的弹力大小，故D正确，ABC错误。 故选D。 4．（本题4分）如图所示，不计悬绳的质量，把B和C两物体悬吊在天花板A上，当两物体静止后，下面哪一对力是平衡力（     ） A．天花板对绳的拉力和绳对B物体的拉力 B．上段绳对B物体的拉力和下段绳对B物体的拉力 C．下段绳对B物体的拉力和下段绳对C物体的拉力 D．下段绳对C物体的拉力和C物体的重力 【答案】D 【详解】A．天花板对绳的拉力和该绳对B物体的拉力不是平衡力，平衡力的作用对象是一个物体，这里有两个对象了，A错误； B．上段绳对B物体的拉力和下段绳对B物体的拉力大小不等，也不是平衡力，B错误； C．下段绳对B物体的拉力和下段绳对C物体的拉力也不是平衡力，平衡力的作用对象是一个物体，这里有两个对象了，C错误； D．下段绳对C物体的拉力和C物体的重力是一对平衡力，D正确； 故选D。 5．（本题4分）如图所示，两个质量均为m的小球甲、乙，用三根不可伸长的相同轻质细线a、b、c连接并悬挂于O点，水平力F作用在甲球，两球处于静止状态，此时三根细线均伸直，且细线b沿竖直方向。设细线a、b、c中的张力大小分别为Fa、Fb、Fc，重力加速度为g。则（　　） A．Fc=0 B．Fc=Fa C．Fc=Fb D．Fc=mg 【答案】A 【详解】对乙受力分析，乙受竖直向下的重力和细线b竖直向上的拉力，细线c的拉力为0，所以， 对甲受力分析，甲受竖直向下的重力，沿细线a斜向上的拉力和水平向右的外力F，根据平衡条件可得 故选A。 6．（本题4分）高一年级每次月考后会颁发流动红旗，班长通过一根不可伸长的轻绳将其悬挂在光滑钉子上。开始时如图1所示，两悬点AB处于水平状态，某天刮风后出现了图2的倾斜状态，班长就将绳子中间打了一个结，再次挂正，如图3所示。若图1中绳子的张力为，图2中绳子的张力为，图3中绳子的张力为，则三种情况下绳中张力的大小关系，正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】因钉子光滑可知，图1和图2两边绳子的拉力相等，两边细绳与竖直方向夹角相等，但是图1中两边细绳间夹角较大，设两边细绳与竖直方向夹角为，则由平衡可知 因 可知 对图1和图3比较，图3中细绳与竖直方向的夹角比图1大，可知 即 故选B。 7．（本题4分）如图所示，质量为的滑块A和质量为的小球B通过轻质细线连接，滑块A套在水平粗糙细杆上，对小球B施加大小为的拉力，拉力与水平方向的夹角为，A、B恰好能保持静止。重力加速度取，最大静摩擦等于滑动摩擦，则下列说法正确的是（　　） A．滑块A与杆之间的动摩擦因数 B．轻绳与水平方向间的夹角为 C．轻绳拉力的大小为 D．滑块A与杆间的压力为 【答案】B 【详解】BC．设轻绳与水平方向间的夹角为，以B为对象，根据平衡条件可得， 联立解得，，故B正确，C错误； AD．以A、B为整体，根据平衡条件可得， 解得， 可知滑块A与杆间的压力为，滑块A与杆之间的动摩擦因数，故AD错误。 故选B。 二、多选题 8．（本题6分）如图所示，长方体物块受到一个沿斜面向上的拉力静止于固定的斜面上，物块受力的个数可能为（    ） A．2 B．3 C．4 D．5 【答案】BC 【详解】对物块受力分析可知，物块一定受竖直向下重力，垂直斜面向上的支持力和沿斜面向上的拉力，共3个力，但拉力F大小未知，可能会受到沿斜面的静摩擦力，要使物体静止于固定的斜面上，应分情况讨论静摩擦力，设斜面倾角为，则有： 当时，不受静摩擦力，此时物体共受3个力； 当时，物体有沿斜面向下的滑动趋势，所以物块受沿斜面向上的静摩擦力，此时物体共受4个力； 当时，物体有沿斜面向上的滑动趋势，所以物块受沿斜面向下的静摩擦力，此时物体共受4个力，所以物块受力的个数可能为3个或者4个。 故选BC。 9．（本题6分）一凿子两侧面与中心轴线平行，尖端夹角为θ，当凿子竖直向下插入木板中后，用锤子沿中心轴线竖直向下以力F敲打凿子上侧时，凿子仍静止，侧视图如图所示。若敲打凿子时凿子作用于木板1面的弹力大小记为F₁，凿子作用于木板2面的力为，忽略凿子受到的重力及摩擦力，下列说法正确的是（　　） A．F₁的大小为 B．F₁和F₂的比值为tanθ C．力F不变，减小θ，可以同时增大F₁和F₂ D．增大力F，F₁和F₂均增大，且F₁和F₂比值也增大 【答案】AC 【详解】A．将力在木板1、2面分解如图 可得 选项A正确； BC．由图可知 可得F₁和F₂的比值为 力F不变，减小θ，可以同时增大F₁和F₂，选项B错误，C正确； 选项B错误； D．由以上分析可知，增大力F，F₁和F₂均增大，且F₁和F₂比值不变，选项D错误。 故选AC。 10．（本题6分）固定在水平面上的光滑半球的半径为，在球心的正上方点固定一个光滑的小定滑轮，细线的一端拴接一小球，另一端绕过定滑轮，现用力将小球从如图所示位置的点缓慢地拉至点，在小球到达点前的过程中，半球对小球的弹力，细线的拉力大小变化情况是（　　） A．不变 B．变小 C．变小 D．变大 【答案】AC 【详解】在小球被拉至点前的过程中，对小球进行受力分析，小球受重力、半球对小球的弹力和细线对小球的拉力，小球在三个力作用下缓慢滑至点，小球在运动过程中可视为受力平衡。作出小球的受力示意图如图所示，故小球所受重力、半球对小球的弹力和细线对小球的拉力可以构成一个闭合的三角形，由图可知，三个力构成的三角形与图中由绳、定滑轮到水平面的高度及构成的始终相似，故有 由于小球运动过程中，和的长度不变，减小，小球所受重力不变，所以半球对小球的弹力不变，细线对小球的拉力变小。 故选AC。 三、实验题 11．（本题6分）某探究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在水平桌面上，如图（a）所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。 (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图（b）所示，F的大小为________N。 (2)撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2N和F2=5.6N。 ①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合________； ②F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，即可得出力的平行四边形定则。 (3)本实验采用的科学方法是________。 A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 【答案】(1)4.0 (2) 4.0 0.05 (3)B 【详解】（1）由图（b）可知，弹簧测力计的最小读数为0.2N，由测力计的读数规则可知，读数为4.0N。 （2）①[1]利用平行四边形定则作图 ②[2]由图可知 [3]从的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1mm，顶点的纵坐标长度为20mm，则可得出与拉力的夹角的正切值为0.05。 （3）实验中用两个力的作用效果和一个力的作用效果相同进行验证，利用了等效替代法。 故选B。 12．（本题9分）某学习小组为了验证力的平行四边形定则，设计了如图甲所示的实验：在竖直放置的半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点O。使结点O位于半圆形刻度盘的圆心处，在O点用细线悬挂钩码，记录两传感器A、B的示数、及轻绳与竖直方向的夹角、，用力的图示法作图，即可验证力的平行四边形定则。 (1)本实验采用的科学方法是________ A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法。 (2)下列操作正确的是________。 A．两轻绳必须与刻度盘平行 B．实验中应使、尽量大 C．实验中要始终保证结点O与刻度盘的圆心重合 (3)当、，图乙中已经用力的图示法画出和，请在答题卡的图中根据平行四边形定则作出、的合力________，并求得________。（结果保留2位有效数字） 【答案】(1)B (2)AC (3) 2.0/1.9/2.1 【详解】（1）本实验采用的科学方法是等效替代法，故选B。 （2）A．两轻绳必须与刻度盘平行，A正确； B．实验中应使、大小要适当，不能太大，B错误； C．实验中要始终保证结点O与刻度盘的圆心重合，这样可方便记录力的方向，C正确。 故选AC。 （3）[1]根据平行四边形定则作出、的合力如图 [2]由图求得2.0N。 四、解答题 13．（本题10分）科技的发展正在不断地改变着我们的生活，如图所示，是一款放在水平桌面上的手机支架，其与手机的接触面采用了纳米微吸材料，用手触碰无粘感，接触到平整的硬性物体时，会牢牢地吸附住物体。已知手机支架斜面与水平面的夹角θ=53°，手机质量为200g，手机与接触面之间的动摩擦因数为μ=0.8，重力加速度取g=10m/s2（最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，sin53°=0.8，cos53°=0.6）。若让手机静止于支架上，求： (1)手机受到的摩擦力大小； (2)手机与支架接触面之间的吸引力至少为多大。 【答案】(1)1.6N (2)0.8N 【详解】（1）对手机受力分析，如图所示 由平衡条件可得，沿斜面方向，有 解得 （2）垂直斜面方向，有， 联立解得 即手机与支架接触面之间的吸引力至少为0.8N。 14．（本题13分）如图所示，三段轻绳悬挂一质量为的物体，三段轻绳的结点为O，轻绳OB水平且B端与物体相连，轻绳OA与竖直方向的夹角，整个装置处于静止状态。已知，，与间动摩擦因数，与水平桌面间动摩擦因数，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，，，g取10m/s2。求： (1)若，整个装置处于静止状态，求轻绳OA受到拉力的大小和与水平桌面间摩擦力的大小； (2)为使整个装置保持图示结构不变，物体质量的最大值。 【答案】(1)， (2) 【详解】（1）设表示轻绳的拉力，表示轻绳的拉力。结点静止，竖直方向平衡得 水平方向平衡得 代入和，得 进而得 取向右为水平方向正方向。物块受绳的拉力向右，受物块的静摩擦力向左；物块受物块的静摩擦力向右，受桌面的静摩擦力向左。两物块的水平受力如图所示。 对物块沿水平方向列平衡方程，得 对物块沿水平方向列平衡方程，得 （2）由结点的竖直、水平平衡方程，得 物块竖直方向平衡，物块对它的支持力为 将两物块视为整体，桌面的支持力为 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，两物块间的最大静摩擦力为 桌面的最大静摩擦力为 由两物块各自的水平平衡可知，两个接触面所需的摩擦力大小都等于。两物块间先达到静摩擦力上限，故，此时桌面摩擦力仍未达到上限。所以 15．（本题16分）如图所示，物体A通过滑轮与物体B相连，系统处于静止状态。已知物体A的质量为2kg，物体B的质量为6kg，物体B与水平面之间的动摩擦因数为，不计滑轮质量且滑轮与绳子间摩擦不计，绳子不可伸长，平衡时OO′段绳子与竖直方向的夹角为30°，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，求： (1)平衡时OO′段绳子张力大小； (2)增加物体A的质量，A质量为多大时，物体B将开始滑动。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）对A由平衡条件可知绳子拉力 对滑轮，根据平衡条件可知，滑轮受到绳子的作用力与绳、绳对滑轮的作用力等大反向，由几何关系得绳、绳间夹角为，故滑轮受到绳子的作用力大小 解得 （2）设A的质量为M时，B刚要滑动，绳子拉力 由几何关系得绳与水平方向夹角为，在B刚要滑动时，有, 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，可得 联立解得 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第4章 力与平衡（适中版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学方法，如作用在水桶上的两个力的效果与一个力的效果相同，如图所示，其采用的物理方法是（　　） A．极限法 B．等效替代法 C．微小放大法 D．控制变量法 2．（本题4分）两个共点力F1=4N、F2=6N，它们的合力范围是（　　） A．1N≤F≤10N B．2N≤F≤10N C．4N≤F≤6N D．0≤F≤10N 3．（本题4分）如图所示为手摇式千斤顶顶起重物时的情景。重物被顶起时，千斤顶两上臂间的夹角为，每臂的弹力大小为。继续摇动把手，当两上臂间的夹角为时，每臂的弹力大小为（　　） A． B． C． D． 4．（本题4分）如图所示，不计悬绳的质量，把B和C两物体悬吊在天花板A上，当两物体静止后，下面哪一对力是平衡力（     ） A．天花板对绳的拉力和绳对B物体的拉力 B．上段绳对B物体的拉力和下段绳对B物体的拉力 C．下段绳对B物体的拉力和下段绳对C物体的拉力 D．下段绳对C物体的拉力和C物体的重力 5．（本题4分）如图所示，两个质量均为m的小球甲、乙，用三根不可伸长的相同轻质细线a、b、c连接并悬挂于O点，水平力F作用在甲球，两球处于静止状态，此时三根细线均伸直，且细线b沿竖直方向。设细线a、b、c中的张力大小分别为Fa、Fb、Fc，重力加速度为g。则（　　） A．Fc=0 B．Fc=Fa C．Fc=Fb D．Fc=mg 6．（本题4分）高一年级每次月考后会颁发流动红旗，班长通过一根不可伸长的轻绳将其悬挂在光滑钉子上。开始时如图1所示，两悬点AB处于水平状态，某天刮风后出现了图2的倾斜状态，班长就将绳子中间打了一个结，再次挂正，如图3所示。若图1中绳子的张力为，图2中绳子的张力为，图3中绳子的张力为，则三种情况下绳中张力的大小关系，正确的是（    ） A． B． C． D． 7．（本题4分）如图所示，质量为的滑块A和质量为的小球B通过轻质细线连接，滑块A套在水平粗糙细杆上，对小球B施加大小为的拉力，拉力与水平方向的夹角为，A、B恰好能保持静止。重力加速度取，最大静摩擦等于滑动摩擦，则下列说法正确的是（　　） A．滑块A与杆之间的动摩擦因数 B．轻绳与水平方向间的夹角为 C．轻绳拉力的大小为 D．滑块A与杆间的压力为 二、多选题 8．（本题6分）如图所示，长方体物块受到一个沿斜面向上的拉力静止于固定的斜面上，物块受力的个数可能为（    ） A．2 B．3 C．4 D．5 9．（本题6分）一凿子两侧面与中心轴线平行，尖端夹角为θ，当凿子竖直向下插入木板中后，用锤子沿中心轴线竖直向下以力F敲打凿子上侧时，凿子仍静止，侧视图如图所示。若敲打凿子时凿子作用于木板1面的弹力大小记为F₁，凿子作用于木板2面的力为，忽略凿子受到的重力及摩擦力，下列说法正确的是（　　） A．F₁的大小为 B．F₁和F₂的比值为tanθ C．力F不变，减小θ，可以同时增大F₁和F₂ D．增大力F，F₁和F₂均增大，且F₁和F₂比值也增大 10．（本题6分）固定在水平面上的光滑半球的半径为，在球心的正上方点固定一个光滑的小定滑轮，细线的一端拴接一小球，另一端绕过定滑轮，现用力将小球从如图所示位置的点缓慢地拉至点，在小球到达点前的过程中，半球对小球的弹力，细线的拉力大小变化情况是（　　） A．不变 B．变小 C．变小 D．变大 三、实验题 11．（本题6分）某探究小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在水平桌面上，如图（a）所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。 (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图（b）所示，F的大小为________N。 (2)撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2N和F2=5.6N。 ①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合________； ②F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，即可得出力的平行四边形定则。 (3)本实验采用的科学方法是________。 A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 12．（本题9分）某学习小组为了验证力的平行四边形定则，设计了如图甲所示的实验：在竖直放置的半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点O。使结点O位于半圆形刻度盘的圆心处，在O点用细线悬挂钩码，记录两传感器A、B的示数、及轻绳与竖直方向的夹角、，用力的图示法作图，即可验证力的平行四边形定则。 (1)本实验采用的科学方法是________ A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法。 (2)下列操作正确的是________。 A．两轻绳必须与刻度盘平行 B．实验中应使、尽量大 C．实验中要始终保证结点O与刻度盘的圆心重合 (3)当、，图乙中已经用力的图示法画出和，请在答题卡的图中根据平行四边形定则作出、的合力________，并求得________。（结果保留2位有效数字） 四、解答题 13．（本题10分）科技的发展正在不断地改变着我们的生活，如图所示，是一款放在水平桌面上的手机支架，其与手机的接触面采用了纳米微吸材料，用手触碰无粘感，接触到平整的硬性物体时，会牢牢地吸附住物体。已知手机支架斜面与水平面的夹角θ=53°，手机质量为200g，手机与接触面之间的动摩擦因数为μ=0.8，重力加速度取g=10m/s2（最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，sin53°=0.8，cos53°=0.6）。若让手机静止于支架上，求： (1)手机受到的摩擦力大小； (2)手机与支架接触面之间的吸引力至少为多大。 14．（本题13分）如图所示，三段轻绳悬挂一质量为的物体，三段轻绳的结点为O，轻绳OB水平且B端与物体相连，轻绳OA与竖直方向的夹角，整个装置处于静止状态。已知，，与间动摩擦因数，与水平桌面间动摩擦因数，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，，，，g取10m/s2。求： (1)若，整个装置处于静止状态，求轻绳OA受到拉力的大小和与水平桌面间摩擦力的大小； (2)为使整个装置保持图示结构不变，物体质量的最大值。 15．（本题16分）如图所示，物体A通过滑轮与物体B相连，系统处于静止状态。已知物体A的质量为2kg，物体B的质量为6kg，物体B与水平面之间的动摩擦因数为，不计滑轮质量且滑轮与绳子间摩擦不计，绳子不可伸长，平衡时OO′段绳子与竖直方向的夹角为30°，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，求： (1)平衡时OO′段绳子张力大小； (2)增加物体A的质量，A质量为多大时，物体B将开始滑动。 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $