专题04三种力和力的合成与分解（解析卷）-十年（2014-2023）高考物理真题分项汇编（全国通用）_近10年高考真题汇编（必刷）_十年（2014-2024）高考物理真题分项汇编（全国通用）

专题 04 三种力和力的合成与分解 一、单选题 1．（2023·浙江）图为“玉兔二号”巡视器在月球上从O处行走到B处的照片，轨迹OA段是直线，AB段 是曲线，巡视器质量为135kg，则巡视器（ ） A．受到月球的引力为1350N B．在AB段运动时一定有加速度 C．OA段与AB段的平均速度方向相同 D．从O到B的位移大小等于OAB轨迹长度 【答案】B 【解析】A．在月球上的g与地球不同，故质量为135kg的巡视器受到月球的引力不是1350N，故A错误； B．由于在AB段运动时做曲线运动，速度方向一定改变，一定有加速度，故B正确； C．平均速度的方向与位移方向相同，由图可知OA段与AB段位移方向不同，故平均速度方向不相同，故 C错误； D．根据位移的定义可知从O到B的位移大小等于OB的连线长度，故D错误。 故选B。 2．（2022·浙江）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D。 3．（2020·浙江）如图是“中国天眼” 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 、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（ ） A．受到的重力大小为 B．受到的合力大小为 C．对球面的压力大小为 D．对球面的作用力大小为 【答案】D 【解析】A．工作人员的质量为 ，则工作人员受到的重力 A错误； B．工作人员在球面上缓慢行走，处于平衡状态，合力为0，B错误； C．工作人员站在的球面位置不水平，对球面的压力不等于 ，C错误； D．由平衡条件可得球面对工作人员的作用力 满足 再由牛顿第三定律可得，工作人员对球面的作用力大小为 D正确。 故选D。 4．（2023·山东）餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已 知单个盘子的质量为300g，相邻两盘间距1.0cm，重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每 根弹簧的劲度系数为（ ） A．10N/m B．100N/m C．200N/m D．300N/m 【答案】B 【解析】由题知，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相 邻两盘间距，则有 mg = 3∙kx 解得 k = 100N/m 故选B。 5．（2019·浙江）如图所示，小明撑杆使船离岸，则下列说法正确的是 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 【答案】A 【解析】A．小明与船之间存在运动的趋势，则它们之间存在摩擦力，选项A正确； B．杆的弯曲是由于杆受到小明对杆的力，选项B错误； C．杆对岸的力与岸对杆的力是作用与反作用力，大小相等，选项C错误； D．小明对杆的力和杆对小明的力是一对相互作用力，选项D错误． 故选A。6．（2014·广东）如图所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说 法正确的是（ ） A．M处受到的支持力竖直向上 B．N处受到的支持力竖直向上 C．M处受到的静摩擦力沿MN方向 D．N处受到的静摩擦力沿水平方向 【答案】A 【解析】A．M处受到的支持力的方向与地面垂直向上，即竖直向上，故A正确； B．N处受到的支持力的方向与原木P垂直向上，不是竖直向上，故B错误； C．原木相对于地有向左运动的趋势，则在M处受到的摩擦力沿地面向右，故C错误； D．因原木P有沿原木向下的运动趋势，所以N处受到的摩擦力沿MN方向，故D错误。 故选A。 7．（2017·全国）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）（ ） A．86cm B．92cm C．98cm D．104cm 【答案】B 【分析】本题属于共点力平衡问题，首先对物体进行受力分析，再根据正交分解法将各个力分解成两个方 向上的力，然后列式求解；如果物体受到三力处于平衡状态，可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个 三角形中，然后根据正弦定理列式求解。前后两次始终处于静止状态，即合外力为零，在改变绳长的同时， 绳与竖直方向的夹角跟着改变。 【解析】设弹性绳的劲度系数为k，左、右两半段绳的伸长量 由共点力的平衡条件可知，钩码的重力 将弹性绳的两端缓慢移至天花板上同一点时，钩码的重力 G = 2kL′ 解得L′ = 0.6L = 6cm 则弹性绳的总长度变为 80cm + 2L′ = 92cm 故选B。 8．（2016·江苏）一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该 弹簧的劲度系数为( ) A．40 m/N B．40 N/m C．200 m/N D．200 N/m 【答案】D 【解析】试题分析：由题意知，弹簧的弹力为4N时，弹簧伸长2cm，根据胡克定律F=kx，代入数据可得 弹簧的劲度系数k="200" N/m，所以A、B、C错误；D正确． 【学科网考点定位】考查胡克定律 【方法技巧】本题主要是掌握胡克定律的公式F=kx，并注意各物理量的单位． 9．（2020·北京）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 用棉线拉住物块，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 图像如图乙所示。下 列说法正确的是（ ） 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10:7 D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数 【答案】C 【解析】AB．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 向右轻绳的拉力平衡，图乙是向右轻绳的拉力随时间变化曲线，故图乙也可以反映摩擦力随时间变化的曲 线，由图可乙知向右轻绳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AB错误； C．由图可知，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；D．根据 ， 可知，由于不知道物块的重力，故无法求物块与木板间的动摩擦因数，故D错误。 故选C。 10．（2021·重庆）如图所示，人游泳时若某时刻手掌对水的作用力大小为F，该力与水平方向的夹角为 ，则该力在水平方向的分力大小为（ ） A． B． C．F D． 【答案】D 【解析】沿水平方向和竖直方向将手掌对水的作用力分解，则有该力在水平方向的分力大小为 故选D。 11．（2021·广东）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 和 ， ，如图所示，忽略耕索质量，耕 地过程中，下列说法正确的是（ ） 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【答案】B 【解析】A．将拉力F正交分解如下图所示 则在x方向可得出 F = Fsinα x曲 F = Fsinβ x直 在y方向可得出 F = Fcosα y曲 F = Fcosβ y直 由题知α < β则 sinα < sinβ cosα > cosβ 则可得到 F < F x曲 x直 F > F y曲 y直 A错误、B正确； CD．耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力是一对相互作用力，它们大小相等，方向相反，无论是加速还是匀 速，则CD错误。 故选B。 12．（2013·上海）两个共点力F 、F 大小不同，它们的合力大小为F，则( ) 1 2 A．F 、F 同时增大一倍，F也增大一倍 1 2 B．F 、F 同时增加10 N，F也增加10 N 1 2 C．F 增加10 N，F 减少10 N，F一定不变 1 2 D．若F 、F 中的一个增大，F一定增大 1 2 【答案】A 【解析】A、根据平行四边形定则，F、F 同时增大一倍，F也增大一倍，故A正确 1 2 B、F、F 同时增加10N，根据平行四边形定则合成之后，合力的大小增加不一定是10N，故B错误 1 2 C、F 增加10N，F 减少10N，F一定变化，故C错误 1 2D、F、F 中的一个减小，根据平行四边形定则合成之后，合力的大小不一定减小，故D错误． 1 2 故选A． 【点睛】解决本题关键知道力的合成与分解遵循平行四边形定则，会根据平行四边形定则去求合力或分力． 二、多选题 13．（2021·河北）如图，矩形金属框 竖直放置，其中 、 足够长，且 杆光滑，一根轻弹 簧一端固定在M点，另一端连接一个质量为m的小球，小球穿过 杆，金属框绕 轴分别以角速度 和 匀速转动时，小球均相对 杆静止，若 ，则与以 匀速转动时相比，以 匀速转动时 （ ） A．小球的高度一定降低 B．弹簧弹力的大小一定不变 C．小球对杆压力的大小一定变大 D．小球所受合外力的大小一定变大 【答案】BD 【解析】对小球受力分析，设弹力为T，弹簧与水平方向的夹角为θ，则对小球竖直方向 而 可知θ为定值，T不变，则当转速增大后，小球的高度不变，弹簧的弹力不变。则A错误，B正确； 水平方向当转速较小时，杆对小球的弹力F 背离转轴，则 N 即 当转速较大时，F 指向转轴 N 即则因 ，根据牛顿第三定律可知，小球对杆的压力不一定变大。则C错误； 根据 可知，因角速度变大，则小球受合外力变大。则D正确。 故选BD。 14．（2023·全国）用水平拉力使质量分别为 、 的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动， 两物体与桌面间的动摩擦因数分别为 和 。甲、乙两物体运动后，所受拉力F与其加速度a的关系图 线如图所示。由图可知（ ） A． B． C． D． 【答案】BC 【解析】根据牛顿第二定律有 F－μmg=ma 整理后有 F=ma＋μmg 则可知F—a图像的斜率为m，纵截距为μmg，则由题图可看出 m >m ，μ m g=μ m g 甲 乙 甲 甲 乙 乙 则 μ <μ 甲 乙 故选BC。 三、解答题 15．（2019·浙江）如图所示，在地面上竖直固定了刻度尺和轻质弹簧，弹簧原长时上端与刻度尺上的A点 等高．质量m=0.5kg的篮球静止在弹簧正上方，其底端距A点高度h=1.10m．篮球静止释放，测得第一次 1撞击弹簧时，弹簧的最大形变量x=0.15m，第一次反弹至最高点，篮球底端距A点的高度h=0.873m，篮 1 2 球多次反弹后静止在弹簧的上端，此时弹簧的形变量x=0.01m，弹性势能为E=0.025J．若篮球运动时受到 2 p 的空气阻力大小恒定，忽略篮球与弹簧碰撞时的能量损失和篮球的形变，弹簧形变在弹性限度范围内．求： （1）弹簧的劲度系数； （2）篮球在运动过程中受到的空气阻力； （3）篮球在整个运动过程中通过的路程； （4）篮球在整个运动过程中速度最大的位置． 【答案】（1）500N/m（2）0.5N（3）11.05m（4）0.009m 【解析】（1）球静止在弹簧上，根据共点力平衡条件可得 ； （2）球从开始运动到第一次上升到最高点，动能定理 ， 解得 ； （3）球在整个运动过程中总路程s： ，解得 ； （4）球在首次下落过程中，合力为零处速度最大，速度最大时弹簧形变量为 ； 则 ； 在A点下方，离A点