2020届高考物理冲刺专项训练03 重力、弹力、摩擦力 (解析版)

重力、弹力、摩擦力

一、单选题

1．（2020·河北省高三专题练习）把一个月牙状的薄板悬挂起来，静止时如图所示．则薄板的重心可能是图中的（）

A．A点B．B点C．C点D．D点

【答案】D

【解析】悬挂法测量重心位置的原理，结合二力平衡条件分析可得，重心位置是D点故选D．2．（2019·江苏省高考模拟）如图所示，物理课本放在水平桌面上，下列说法中正确的是()

A．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力

B．桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对平衡力

C．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对作用力与反作用力

D．课本对桌面的压力就是课本的重力

【答案】A

【解析】桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力，选项A正确，C错误；桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对作用与反作用力，选项B错误；课本对桌面的压力是由于课本发生形变而产生的对桌面向下的压力，施力物体是课本，方向垂直于桌面，大小等于课本的重力，但不是重力，选项D错误；故选A.

3．（2018·浙江省高三一模）中国书法是一种艺术．在楷书笔画中，长横的写法要领如下：起笔时一顿，然后向右行笔，收笔时略向右按，再向左上回带，该同学在水平桌面上平铺一张白纸，为防止打滑，他在白纸的左侧靠近边缘处用镇纸压住．则下列关于行笔过程中各物体的受力情况( )

A．镇纸受到了向右的静摩擦力

B．毛笔对纸的压力一定大于毛笔的重力

C．白纸受到了3个摩擦力

D．桌面受到了向右的静摩擦力

【答案】D

【解析】A.起笔时一顿，起笔时一顿，然后向右行笔，毛笔对纸有向右的摩擦力，纸有向右运动的趋势，镇纸受到了向右的静摩擦力，向左上回带时，毛笔对纸有向左的摩擦力，纸有向左运动的趋势，镇纸受到向左的静摩擦力，故A错误；

B.在向左上回带时，毛笔受到斜向上的力的作用，毛笔对纸的压力小于毛笔的重力，故B错误；

C.在向左上回带时，白纸受毛笔和桌面的两个摩擦力，故C错误；

D.在书写过程中纸有向右运动的趋势，所以桌面受到向右的静摩擦力，故D正确．

4．（2019·浙江省杭师大附中高三期中）关于重力、重心下列说法中正确的是（）

A．风筝升空后，越升越高，说明风筝的重心相对风筝的位置也越来越高

B．质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在物体上

C．舞蹈演员在做各种优美动作的时候，其重心相对身体的位置不断变化

D．重力的方向总是垂直于地面

【答案】C

【解析】A、物体各个部分均受重力，重心是物体各个部分所受重力的等效作用点，风筝越升越高，而风筝的重心相对风筝的位置却不变，故A错误；

B、重心是物体各个部分所受重力的等效作用点，与形状和重量分布情况有关，不一定在几何中心，故B 错误；

C、舞蹈演员在做各种优美动作时,其重心位置是变化的，故C正确；

D、重力的方向是“竖直向下”的,要注意“竖直向下”与“垂直于地面”并不完全相同，故D错误．5．（2020·全国高三专题练习）在港珠澳大桥建设中，将数根直径22米、高40.5米的空心钢筒打入海底围成人工岛，创造了快速筑岛的世界纪录．一根钢筒的重力为G，由如图所示的起重机用8根对称分布的、长为22米的钢索将其吊起，处于静止状态，则()

A．钢筒受到8个力作用

B

C．钢筒的重心可能在钢筒上

D．钢筒悬吊在空中可能处于失重状态

【答案】B

【解析】A．钢筒受到重力和8根钢索的拉力共9个力作用，选项A错误；

B．由题意知，每根钢索与竖直方向夹角为30°，设每根钢索的拉力大小为F，钢筒处于静止状态，则由平

衡条件有8Fcos 30°＝G解得F G结合牛顿第三定律可知，选项B正确；

C．钢筒空心，它的重心一定不在钢筒上，选项C错误；

D．钢筒悬吊在空中处于静止状态，加速度为零，选项D错误。

故选B。

6．（2019·广西壮族自治区高考模拟）日常生活中，我们在门下缝隙处塞紧一个木楔(侧面如图所示)，往往就可以把门卡住。有关此现象的分析，下列说法正确的是

A．木楔对门的作用力大于门对木楔的作用力，因而能将门卡住

B．门对木楔作用力的水平分量等于地面对木楔摩擦力的大小

C．只要木楔的厚度合适都能将门卡住，与顶角θ的大小无关

D．只要木楔对门的压力足够大就能将门卡住，与各接触面的粗糙程度无关

【答案】B

【解析】A、木楔对门的作用力和门对木楔的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故A错误；

B、对木楔受力分析如图所示：

水平方向：f ＝Fsinθ，最大静摩擦力约等于滑动摩擦力，门对木楔作用力的水平分量等于地面对木楔摩擦力的大小，故B 正确；

CD 、对木锲，竖直方向：N ＝Fcosθ+mg ，则f max ＝μN ＝μ（Fcosθ+mg ），要把门卡住，则有：不管多大的力F 均满足满足f max ≥f ，即μ（Fcosθ+mg ）≥Fsinθ，不管m 的大小，只要μ≥tanθ，就可把门卡住，故能否把门卡住，与顶角θ与接触面的粗糙程度有关，故CD 错误。

7．（2019·广东省高三一模）如图甲所示，木块A 和B 用一个轻质弹簧连接，竖直放置在水平地面上，最初系统静止．现用力缓慢拉木块A 直到木块B 刚好离开地面，测得木块B 对地面的压力N 相对应两木块之间的距离L ，作出N -L 图象如图乙，下列说法正确的是（ ）

A ．图象中0N 的数值等于木块

B 的重力 B ．图象中2L 表示弹簧的自然长度

C ．图线斜率的绝对值表示弹簧的劲度系数

D ．图线与横轴间围成的三角形面积的数值等于地面对系统做的功 【答案】C

【解析】最初系统静止，弹簧处于压缩状态时，此时对地面的压力是A 、B 重力之和，故A 错误； 两木块之间的距离L=L 2时，对地面的压力为0，木块B 刚好离开地面，此时弹簧处于拉伸状态，弹簧的长度大于弹簧的原长，故B 错误；根据胡克定律F=kx=k(L -L 0)，B 物体处于平衡状态，则有

0B N kL L m g +-=，B 物体对地面的压力0B N kL kL m g =-++；图线斜率的绝对值表示弹簧的劲度系

数，故C 正确；对木块A 、B 和轻质弹簧组成系统而言，机械能守恒，地面对系统不做功，故D 错误 故选C ．

二、多选题

8．（2019·山东省高考模拟）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F f 随角度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=tanθ1

B ．木块与木板间的动摩擦因数μ=

21

cos f F mg θ

C ．木板与地面的夹角为θ2时，木块做自由落体运动

D ．木板由θ1转到的θ2的过程中，木块的速度变化越来越快 【答案】AD

【解析】A 、当夹角为1θ物体刚刚开始滑动，则11sin cos mg mg θμθ=，则1tan μθ=，故选项A 正确，B 错误；

C 、木板与地面的夹角为2θ时，摩擦力为零，则木块只受重力作用，但此时速度不是零，物体不做自由落体运动，做初速度不为零、加速度为g 的匀加速运动，故选项C 错误；

D 、对木块根据牛顿第二定律有：sin cos mg mg ma θμθ-=，则sin a g gcos θμθ=-

则木板由1θ转到的2θ的过程中即随着θ的增大，加速度a 增大，即速度变化越来越快，故选项D 正确。 9．（2019·四川省成都外国语学校高三开学考试）如图所示，一根重力为G=0.1N 、长为L=1m 、质量分布均匀的导体ab 、，在其中点弯成60度角，将此导体放入匀强磁场中，导体两端ab 、悬挂于两相同的弹簧下端，弹簧均处于竖直状态，当导体中通有I=1A 的电流时，两根弹簧比原长各缩短了Δx =0.01m ，已知云强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度的大小B=0.4T ，则（ ）

A ．导体中电流的方向为a →b

B ．每根弹簧的弹力大小为0.5N

C ．弹簧的进度系数为k =5N/m

D ．若导体中不同电流，则弹簧比原长伸长了0.02m 【答案】ABC

【解析】通过金属棒受重力、弹力、安培力平衡，可知安培力F 与重力G 大小关系．知道了安培力的方向，根据左手定则判断电流的方向．根据受力平衡，求出弹簧的弹力与劲度系数

由题意知通电后弹簧比原长缩短了，说明安培力方向向上，由左手定则可知，电流方向由b→a ，故A 错误；通电后，ab 导体的有效长度为l =1

2L =0.5m ，受到的安培力为F =BIL =0.4×1×0.5N =0.2N ，F +

2F 弹=mg ，F 弹=

mg?F 2

=

0.1?0.22

N =0.05N ，故B 错误；根据F 弹=kΔx ，解得k =

F 弹Δx

=0.05

0.01N/m =5N/m ，

故C 正确；导线不通电，则2kx =mg ，x =mg 2k

=

0.12×5

m =0.01m ，故D 错误

10．（2020·全国高三专题练习）如图所示，半圆柱体Q 放在水平地面上，表面光滑的圆柱体P 放在Q 和墙壁之间，Q 的轴线与墙壁之间的距离为L ，已知Q 与地面间的动摩擦因数0.5μ=，P Q 、横截面半径均为,R P 的质量是Q 的2倍，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.P Q 、均处于静止状态，则（ ）

A ．L 越大，PQ 间的作用力越大

B ．L 越大，P 对墙壁的压力越小

C ．L 越大，Q 受到地面的摩擦力越小

D ．L 的取值不能超过11

5

R 【答案】AD

【解析】设Q 的质量为m ，隔离P 受力分析可知，L 越大，P 、Q 圆心连线与水平方向的夹角越小，设其为θ，P Q 间的作用力22sin mg N θ=

越大，墙壁对P 的作用力12tan mg

N θ

=越大，根据牛顿第三定律，可知P 对墙壁的压力越大，选项A 正确，B 错误；对P 、Q 整体受力分析，由平衡条件可知，L 越大，Q 受

到地面的摩擦力1f N =越大，选项C 错误；Q 与地面即将发生相对滑动时有123tan mg

mg N μθ

?==

，可得4tan 3θ=

，112cos 5

L R R R θ=+=

，所以L 的取值不能超过11

5R ，选项D 正确. 11．（2019·全国高三专题练习）如图所示，水平桌面上平放着一副扑克牌，总共54张，每一张牌的质量都相等，牌与牌之间的动摩擦因数以及最下面一张牌与桌面之间的动摩擦因数也都相等．用手指以竖直向下的力按压第一张牌，并以一定的速度水平移动手指，将第一张牌从牌摞中水平移出(牌与手指之间无滑动)．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则

A ．第1张牌受到手指的摩擦力方向与手指的运动方向相反

B ．从第2张牌到第54张牌之间的牌不可能发生相对滑动

C ．从第2张牌到第54张牌之间的牌可能发生相对滑动

D ．第54张牌受到桌面的摩擦力方向与手指的运动方向相反 【答案】BD

【解析】第1张牌受到手指的摩擦力方向与手指的运动方向相同，A 错误；第1张牌受到的摩擦力为mg μ，第2张上表面受到滑动摩擦力为mg μ，而底部的最大静摩擦力可达2mg μ，越往下面的牌由于压力越大，则越不可能相对滑动，B 正确、C 错误；整体分析，第54张牌受到桌面的摩擦力方向与手指的运动方向相反，D 错误．

12．（2018·山东省青岛第五十八中学高三期中）如图所示，质量为m 的长方体物块放在水平放置的钢板C 上，物块与钢板间的动摩擦因数为μ，由于光滑固定导槽A 、B 的控制，该物块只能沿水平导槽运动．现使钢板以速度v 1向右匀速运动，同时用水平力F 拉动物块使其以速度v 2(v 2的方向与v 1的方向垂直，沿y 轴正方向)沿槽匀速运动，以下说法正确的是( )

A ．若拉力F 的方向在第一象限，则其大小一定大于μmg

B ．若拉力F 的方向在第二象限，则其大小可能小于μmg

C ．若拉力F 的方向沿y 轴正方向，则此时F 有最小值，其值为

μmg

D ．若拉力F 的方向沿y 轴正方向，则此时F 有最小值，其值为

μmg

【答案】BD

【解析】工件有相对于钢板水平向左的速度v 1和沿导槽的速度v 2，故工件相对于钢板的速度如图所示，滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，所以有：

F=fcosθ=μmgcosθ， 因此F 的大小为

＜μmg

故选BD

13．（2020·河北省高三专题练习）如图甲所示，A 、B 两个物体叠放在水平面上，B 的上下表面均水平，A 物体与一拉力传感器相连接，连拉力传感器和物体A 的细绳保持水平．从t ＝0时刻起，用一水平向右的力F ＝kt(k 为常数)作用在B 的物体上，力传感器的示数随时间变化的图线如图乙所示，已知k 、t 1、t 2，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力．据此可求( )

A ．A 、

B 之间的最大静摩擦力 B ．水平面与B 之间的滑动摩擦力

C ．A 、B 之间的动摩擦因数μAB

D ．B 与水平面间的动摩擦因数μ 【答案】AB

【解析】A.0﹣t 1内，A 不受水平拉力，说明水平面对B 的静摩擦力没有达到最大值，t 1﹣t 2内力传感器的示数逐渐增大，说明水平面对B 的静摩擦力达到最大值，故B 受地面的最大静摩擦力为1kt ；B 对A

有向

右有静摩擦力，t 2时刻后力传感器的示数不变，说明B 相对A 向右运动，A 受到滑动摩擦力，则t 2时刻A 、B 之间的静摩擦力达到最大值，且为()21max f k t t =-，故AB 正确；

C.由于A 对B 的压力不能求出，所以不能求出A 、B 之间的动摩擦因数AB μ，故C 错误；

D.B 对水平面的压力求不出来，因此不能求出B 与水平面间的动摩擦因数μ，故D 错误．

三、解答题

14．（2019·全国高三单元测试）有一种圆珠笔，内部有一根小弹簧．如图所示，当笔杆竖直放置时，在圆珠笔尾部的按钮上放一个200g 的砝码，砝码静止时，弹簧压缩量为2mm ．现用这支圆珠笔水平推一本放在桌面上质量为800g 的书，当按钮压缩量为2.4mm （未超过弹簧的弹性限度）时，这本书恰好匀速运动．（g 取10m/s 2）试求：

（1）笔内小弹簧的劲度系数； （2）书与桌面间的动摩擦因数大小． 【答案】（1）1000N/m （2）0.3

【解析】（1）由于砝码处于静止，则k x mg ?= 所以有k =

mg Δx

=

02×102×10?3

N m ?=1000N m ?

（2）要使书恰好能匀速运动，则k x mg μ'

?=

得31000 2.4100.30.810

k x mg μ'-???===? 15．（2019·全国高三专题练习）一重为G 的圆柱体工件放在V 形槽中，槽顶角60α=?，槽的两侧面与水平方向的夹角相同，槽与工件接触处的动摩擦因数处处相同，大小为0.25μ=，则：

（1）要沿圆柱体的轴线方向（如图甲所示）水平地把工件从槽中拉出来，人至少要施加多大的拉力？ （2）现把整个装置倾斜，使圆柱体的轴线与水平方向成37?角，如图乙所示，且保证圆柱体对V 形槽两侧面的压力大小相等，发现圆柱体能自动沿槽下滑，求此时工件所受槽的摩擦力大小. 【答案】(1)0.5G ；(2)0.4G

【解析】(1)分析圆柱体的受力可知，沿轴线方向受到拉力F 、两个侧面对圆柱体的滑动摩擦力 由题给条件知2F f =，由圆柱体重力产生的效果将重力进行分解 如图所示：

由平衡条件可得12G F F ==， 由1f F μ=得0.5F G =.

(2)把整个装置倾斜，则重力沿压紧两侧的斜面的分力12cos370.8F F G G ''?

===， 此时工件所受槽的摩擦力大小'

1'20.4f F G μ=?=.

16．（2019·广东省红岭中学高考模拟）如图所示，一本质量分布均匀的大字典置于水平桌面上，字典总质量M=1.5kg ，宽L=16cm ，高H=6cm ．一张白纸（质量和厚度均可忽略不计，页面大于字典页面）夹在字典最深处，白纸离桌面的高度h=2cm ．假设字典中同一页纸上的压力分布均匀，白纸上、下表面与字典书

页之间的动摩擦因数均为μ1，字典与桌面之间的动摩擦因数为μ2，且各接触面的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，重力加速度g 取10m/s 2．

(1)水平向右拉动白纸，要使字典能被拖动，求μ1与μ2满足的关系； (2)若μ1=0.25，μ2=0.4，求将白纸从字典中水平向右抽出拉力至少做的功W ． 【答案】(1)214

3

μμ<

(2) 0.4J 【解析】(1)白纸上字典的质量为2

3

M ，那么，白纸上下表面受到的正压力都为23Mg ，故白纸受到的最大

静摩擦力

11124

233

f M

g Mg μμ=?=

桌面对字典的最大静摩擦力 f 2=μ2Mg

所以水平向右拉动白纸，要使字典能被拖动，那么 f 1＞f 2

2143

μμ<；

(2) 若μ1=0.25，μ2=0.4，那么，将白纸从字典中水平向右抽出时字典保持静止；白纸向右运动过程只有拉力和摩擦力做功，故由动能定理可知：将白纸从字典中水平向右抽出拉力至少做的功W 等于克服摩擦力做的功；

当白纸向右运动x （0＜x ＜0.16m ）时，白纸上下表面受到的正压力都为

2

3

L x Mg L -?，故摩擦力 1

1

23

L x f Mg L μ-=? 故由f 和x 呈线性关系可得：克服摩擦力做的功

111

0.4J 236

W Mg L MgL =??==

故将白纸从字典中水平向右抽出拉力至少做的功W 为0.4J.