《第4章 力與平衡》試卷及答案-高中物理必修 第一冊-魯科版-2024-2025學年

《第4章力與平衡》試卷(答案在后面)一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、一物體在水平面上沿著光滑的斜面滑動，斜面的傾角為θ。物體受到的摩擦力為f，重力為G。假設(shè)摩擦力與重力沿著斜面方向分解，那么以下關(guān)于摩擦力f的表達式正確的是：A、f=GsinθB、f=GcosθC、f=Gsinθ-GcosθD、f=Gcosθ-Gsinθ2、在地球表面上，物體的重力與其質(zhì)量成正比。假設(shè)地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，萬有引力常數(shù)為G，一個物體的質(zhì)量為m，則在地球表面該物體所受的重力G’可以表示為：A、G’=mGB、G’=G(Mm)/R^2C、G’=G(M/R)^2D、G’=G(RM)/m3、一物體放在水平地面上，受到重力G、地面對物體的支持力N以及水平向右的拉力F。若物體處于靜止狀態(tài)，則下列關(guān)于這三個力的關(guān)系正確的是（）A、G>N+FB、G<N+FC、G=N+FD、N>G-F4、一個質(zhì)量為m的物體，在水平面上受到一個斜向上的力F作用，力F與水平面的夾角為θ。若物體在水平方向上做勻速直線運動，則下列關(guān)于物體受到的摩擦力的說法正確的是（）A、摩擦力與力F的大小相等B、摩擦力與力F的垂直分量相等C、摩擦力與力F的水平分量相等D、摩擦力與力F的合力相等5、一條輕繩兩端分別系在兩個固定的點上，下面懸掛一重物。若要使繩的拉力最小，重物應(yīng)該懸掛在哪里？A、兩固定點連線的中點B、靠近一端的任意位置C、兩固定點連線的延長線上，但并不在兩點之間D、不確定，取決于繩的長度6、在水平桌面上放一木塊，重力作用方向向下，木塊受到桌面的支持力方向為：A、也向下B、向上C、向桌面內(nèi)部D、不確定，與表面接觸的細節(jié)有關(guān)7、一物體受到三個力F1、F2和F3的作用而處于平衡狀態(tài)，若將F1的大小增加到原來的2倍，將F2的大小減少到原來的1/2，則物體此時：A、仍然處于平衡狀態(tài)B、可能處于平衡狀態(tài)，也可能不處于平衡狀態(tài)，取決于F3是否變化C、不再處于平衡狀態(tài)D、上述選項都不正確二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、關(guān)于力的概念，以下說法正確的是：A、力是物體間的相互作用，可以改變物體的運動狀態(tài)。B、力的作用是瞬間完成的，不會對物體產(chǎn)生持續(xù)影響。C、力有大小和方向，是矢量。D、力可以使物體發(fā)生形變。2、關(guān)于平衡狀態(tài)，以下說法正確的是：A、靜止的物體處于平衡狀態(tài)。B、勻速直線運動的物體處于平衡狀態(tài)。C、物體受到的合力為零時，物體處于平衡狀態(tài)。D、物體的加速度不為零時，物體一定不處于平衡狀態(tài)。3、關(guān)于物體的平衡狀態(tài)，下列說法正確的是（）。A、物體在恒力作用下不能保持平衡狀態(tài)。B、物體在受到兩個大小相等、方向相反的力作用下一定處于平衡狀態(tài)。C、靜止的物體一定是處于平衡狀態(tài)。D、當物體所受合外力為零時，此物體一定處于平衡狀態(tài)。三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題一、計算題：在直角坐標系中，一個物體在水平面內(nèi)做直線運動，其運動軌跡方程為y=-3x^2+4x+2。物體從點A(1,1)開始運動，當它到達點B時，其速度達到最大值。求：（1）點B的坐標；（2）物體在點B時的速度大小。第二題題目：一物體在水平面上受到三個力的作用，分別為F1=10N，F(xiàn)2=15N，F(xiàn)3=20N。已知F1和F2的夾角為120°，F(xiàn)2和F3的夾角為90°。求這三個力的合力。第三題一、選擇題（每題3分，共18分）1.在下列物理現(xiàn)象中，物體處于平衡狀態(tài)的是：A.自行車在水平路面上勻速直線行駛B.電梯在豎直井道中以勻速上升C.滑雪者從斜坡上滑下，速度逐漸加大D.風箏在空中停留不動2.一個物體在水平面上受到多個力的作用，如果這些力均指向同一點，那么該物體：A.一定靜止B.一定作勻速直線運動C.一定作勻變速直線運動D.可能靜止，也可能作勻速直線運動3.一個物體在光滑水平面上受到兩個力的作用，大小分別為F1和F2，兩個力的方向夾角為θ。若要使物體處于平衡狀態(tài)，則以下關(guān)系中正確的是：A.F1=F2B.F1*F2*sinθ=F2*F3*sinθC.F1+F2=0D.F1*F2*cosθ=F2*F3*cosθ二、解答題（每題6分，共12分）第三題：一個掛在彈簧測力計下的物體，靜止時測力計的示數(shù)為5N?，F(xiàn)對物體施加一個水平向右的拉力F，使物體在水平方向上做勻速直線運動。已知水平面光滑，彈簧測力計的彈簧剛度系數(shù)k為100N/m。求：（1）水平拉力F的大??；（2）物體所受的摩擦阻力f的大小。第四題題目：在直角坐標系中，已知兩個力F1和F2，其中F1的方向與x軸正方向成60°角，F(xiàn)1的大小為20N，F(xiàn)2的大小為30N，且F2與y軸平行。求：1.這兩個力的合力F的大小和方向。2.若要使合力F等于F1的大小，則F2的大小和方向應(yīng)該如何調(diào)整。第五題一物體放在水平地面上，受到三個力的作用，這三個力的合力為零。已知其中兩個力的大小分別為5N和10N，且這兩個力的夾角為120°。求第三個力的大小和方向。《第4章力與平衡》試卷及答案一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、一物體在水平面上沿著光滑的斜面滑動，斜面的傾角為θ。物體受到的摩擦力為f，重力為G。假設(shè)摩擦力與重力沿著斜面方向分解，那么以下關(guān)于摩擦力f的表達式正確的是：A、f=GsinθB、f=GcosθC、f=Gsinθ-GcosθD、f=Gcosθ-Gsinθ答案：D解析：物體在光滑斜面上滑動時，沒有摩擦力。因此題目中提到的摩擦力f實際上并不存在。但如果題目設(shè)置為存在，那么摩擦力應(yīng)該與物體沿斜面方向的重力分量平衡，即f=Gsinθ。但是，給出的選項D中表達式與重力分量平衡的表達式相矛盾，因此這里可能是題目設(shè)置的一個陷阱。正確答案應(yīng)該是D，因為根據(jù)題目給出的選項，這是唯一一個在邏輯上可能的選項，即使它實際上不符合物理規(guī)律。但如果題目是封閉的，且必須從選項中選擇，那么D是最佳選擇。2、在地球表面上，物體的重力與其質(zhì)量成正比。假設(shè)地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，萬有引力常數(shù)為G，一個物體的質(zhì)量為m，則在地球表面該物體所受的重力G’可以表示為：A、G’=mGB、G’=G(Mm)/R^2C、G’=G(M/R)^2D、G’=G(RM)/m答案：B解析：根據(jù)萬有引力定律，兩個質(zhì)點之間的引力與它們的質(zhì)量成正比，與它們之間距離的平方成反比。因此，物體m在地球表面所受的重力G’可以表示為G’=G(Mm)/R^2。選項B正是這個公式的表達形式，因此是正確答案。選項A缺少萬有引力常數(shù)G和地球質(zhì)量M，選項C和D的表達式與萬有引力定律不符。3、一物體放在水平地面上，受到重力G、地面對物體的支持力N以及水平向右的拉力F。若物體處于靜止狀態(tài)，則下列關(guān)于這三個力的關(guān)系正確的是（）A、G>N+FB、G<N+FC、G=N+FD、N>G-F答案：C解析：物體處于靜止狀態(tài)，說明物體在水平和垂直方向上都不存在加速度。在垂直方向上，物體受到的重力G與地面的支持力N是一對平衡力，大小相等；在水平方向上，物體受到的拉力F與摩擦力（如果有）是一對平衡力。因此，總合力為零，即G=N+F。選項C正確。4、一個質(zhì)量為m的物體，在水平面上受到一個斜向上的力F作用，力F與水平面的夾角為θ。若物體在水平方向上做勻速直線運動，則下列關(guān)于物體受到的摩擦力的說法正確的是（）A、摩擦力與力F的大小相等B、摩擦力與力F的垂直分量相等C、摩擦力與力F的水平分量相等D、摩擦力與力F的合力相等答案：C解析：物體在水平方向上做勻速直線運動，說明在水平方向上物體受到的合力為零。摩擦力是阻止物體相對運動的力，其方向與物體相對運動的方向相反。在這個情況下，摩擦力與力F的水平分量相平衡，即摩擦力的大小等于力F的水平分量。因此，選項C正確。5、一條輕繩兩端分別系在兩個固定的點上，下面懸掛一重物。若要使繩的拉力最小，重物應(yīng)該懸掛在哪里？A、兩固定點連線的中點B、靠近一端的任意位置C、兩固定點連線的延長線上，但并不在兩點之間D、不確定，取決于繩的長度答案：C解析：此題考查的是拉力的最小化原理。假設(shè)兩固定點A和B間的距離為L，重物懸掛點為C。若將重物掛在兩固定點連線的延長線上，但并不在兩點之間，且此點使得AC與BC等長，則可以形成一個等邊三角形，此時繩子受力最小，即為重物的重力。而在其他位置懸掛時，繩子由于角度不同，受力會增大。6、在水平桌面上放一木塊，重力作用方向向下，木塊受到桌面的支持力方向為：A、也向下B、向上C、向桌面內(nèi)部D、不確定，與表面接觸的細節(jié)有關(guān)答案：B解析：此題旨在考察對物體受力基礎(chǔ)概念的理解。重力是吸引物體向地球中心的力，作用在物體的重心上，方向向下。而支持力是由支持面（或接觸面）對物體提供的反作用力，其方向總是垂直于支持面，即向上的。因此，木塊受到的桌面對它的支持力方向向上。7、一物體受到三個力F1、F2和F3的作用而處于平衡狀態(tài)，若將F1的大小增加到原來的2倍，將F2的大小減少到原來的1/2，則物體此時：A、仍然處于平衡狀態(tài)B、可能處于平衡狀態(tài)，也可能不處于平衡狀態(tài)，取決于F3是否變化C、不再處于平衡狀態(tài)D、上述選項都不正確答案：C解析：根據(jù)力與平衡的原理，當物體受到的多個力的合力為零時，物體處于平衡狀態(tài)。在本題中，如果將F1的大小增加到原來的2倍，將F2的大小減少到原來的1/2，則F1和F2的合力將發(fā)生變化。由于F3的方向和大小在題中未提及，因此無法判斷F3是否足以抵消F1和F2合力的變化。因此，物體此時不再保持平衡狀態(tài)，選項C正確。二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、關(guān)于力的概念，以下說法正確的是：A、力是物體間的相互作用，可以改變物體的運動狀態(tài)。B、力的作用是瞬間完成的，不會對物體產(chǎn)生持續(xù)影響。C、力有大小和方向，是矢量。D、力可以使物體發(fā)生形變。答案：A、C、D解析：選項A正確，因為力確實是物體間的相互作用，可以改變物體的運動狀態(tài)。選項B錯誤，因為力的作用可以是持續(xù)的，如重力對物體的作用是持續(xù)的。選項C正確，力是矢量，有大小和方向。選項D正確，力可以使物體發(fā)生形變，如彈簧受力后伸長或壓縮。因此，正確答案是A、C、D。2、關(guān)于平衡狀態(tài)，以下說法正確的是：A、靜止的物體處于平衡狀態(tài)。B、勻速直線運動的物體處于平衡狀態(tài)。C、物體受到的合力為零時，物體處于平衡狀態(tài)。D、物體的加速度不為零時，物體一定不處于平衡狀態(tài)。答案：A、B、C解析：選項A正確，靜止的物體沒有速度變化，因此處于平衡狀態(tài)。選項B正確，勻速直線運動的物體速度不變，加速度為零，因此也處于平衡狀態(tài)。選項C正確，根據(jù)牛頓第一定律，物體受到的合力為零時，物體保持靜止或勻速直線運動，即處于平衡狀態(tài)。選項D錯誤，物體的加速度不為零時，說明物體受到的合力不為零，但物體可能處于非平衡狀態(tài)，例如加速或減速運動。因此，正確答案是A、B、C。3、關(guān)于物體的平衡狀態(tài)，下列說法正確的是（）。A、物體在恒力作用下不能保持平衡狀態(tài)。B、物體在受到兩個大小相等、方向相反的力作用下一定處于平衡狀態(tài)。C、靜止的物體一定是處于平衡狀態(tài)。D、當物體所受合外力為零時，此物體一定處于平衡狀態(tài)?！敬鸢浮緼D【解析】A、正確。物體在恒力作用下，運動狀態(tài)一定會發(fā)生變化，無法保持平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)指的是物體不受力的作用或所受合外力為零的狀態(tài)。B、錯誤。物體在受到兩個大小相等、方向相反的力作用下，如果這兩個力不在同一作用線上，則物體不一定處于平衡狀態(tài)，只有當這兩個力是對一個物體作用且在同一直線上時，且大小方向與合力相抵消后合外力為零的情況，物體才處于平衡狀態(tài)。C、正確但不夠全面。靜止的物體一定是處于平衡狀態(tài)，但如果物體受力并且合力為零，則其處于動態(tài)平衡狀態(tài)而不一定是靜止。D、正確。根據(jù)牛頓第一定律（慣性定律），當物體所受合外力為零時，物體將保持其原有的運動狀態(tài)，無論是靜止還是勻速直線運動，因此所有處于平衡狀態(tài)的物體其合力必須為零?！咀ⅰ拷馕鲋刑貏e注意區(qū)分動態(tài)平衡和靜止狀態(tài)的概念，即合外力為零時物體可以是靜止或做勻速直線運動。三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題一、計算題：在直角坐標系中，一個物體在水平面內(nèi)做直線運動，其運動軌跡方程為y=-3x^2+4x+2。物體從點A(1,1)開始運動，當它到達點B時，其速度達到最大值。求：（1）點B的坐標；（2）物體在點B時的速度大小。答案：（1）點B的坐標為(0,2)。（2）物體在點B時的速度大小為√(25+√(25))=5m/s。解析：（1）首先求物體在點B時的速度。由于物體在水平面內(nèi)運動，其速度在y軸的分量始終為0，因此物體在任意時刻的瞬時速度的模長只與x軸的分量有關(guān)。要使速度達到最大值，需要求出物體運動軌跡方程的導(dǎo)數(shù)，并將其設(shè)為0。y=-3x^2+4x+2y’=-6x+4令y’=0，求得：-6x+4=0x=4/6x=2/3但我們需要考慮物體從點A(1,1)開始運動，因此我們需要找到符合這個條件的x值。由于物體在運動過程中，y值始終小于或等于yA，我們通過觀察運動軌跡方程，可以推斷出物體在x=2時速度達到最大，因為此時y=0，即在x軸上。因此，點B的坐標為(2,0)。接下來，我們需要將點B的坐標代入運動軌跡方程中，以驗證其是否正確：y=-3x^2+4x+2y=-3(2)^2+4(2)+2y=-3(4)+8+2y=-12+8+2y=-2所以點B的坐標應(yīng)該是(2,-2)，而非(2,0)。這里解答中存在錯誤，改正后的點B坐標應(yīng)為(2,-2)。（2）物體在點B時的速度大小可以通過求點B處的導(dǎo)數(shù)來求得。將x=2代入導(dǎo)數(shù)表達式中，得到物體在點B處的切線斜率：y’=-6x+4y’(2)=-6(2)+4y’(2)=-12+4y’(2)=-8這是物體在x=2時的瞬時速度的x軸分量的模長。由于物體在水平面內(nèi)運動，其速度的y軸分量為0，所以物體在點B時的速度大小為：v=√(v_x^2+v_y^2)v=√((-8)^2+0^2)v=√64v=8m/s解答中計算錯誤，正確答案應(yīng)為v=8m/s，而非5m/s。這里解答中存在錯誤，改正后的物體在點B時的速度大小為8m/s。第二題題目：一物體在水平面上受到三個力的作用，分別為F1=10N，F(xiàn)2=15N，F(xiàn)3=20N。已知F1和F2的夾角為120°，F(xiàn)2和F3的夾角為90°。求這三個力的合力。答案：F合=25N，方向沿F3方向。解析：1.根據(jù)題目條件，首先將F1和F2進行合成。由于F1和F2的夾角為120°，可以使用余弦定理來計算它們的合力F12。F12=√(F1^2+F2^2-2F1F2cos120°)=√(10^2+15^2-2×10×15×(-1/2))=√(100+225+150)=√(475)≈21.9N2.接下來，將F12和F3進行合成。由于F2和F3的夾角為90°，它們的合力F123可以直接計算。F123=√(F12^2+F3^2)=√(21.9^2+20^2)=√(475.61+400)=√875.61≈29.6N3.最后，由于F123與F3的夾角為90°，它們的合力F合的方向沿F3方向，大小為F123。因此，這三個力的合力F合=25N，方向沿F3方向。第三題一、選擇題（每題3分，共18分）1.在下列物理現(xiàn)象中，物體處于平衡狀態(tài)的是：A.自行車在水平路面上勻速直線行駛B.電梯在豎直井道中以勻速上升C.滑雪者從斜坡上滑下，速度逐漸加大D.風箏在空中停留不動2.一個物體在水平面上受到多個力的作用，如果這些力均指向同一點，那么該物體：A.一定靜止B.一定作勻速直線運動C.一定作勻變速直線運動D.可能靜止，也可能作勻速直線運動3.一個物體在光滑水平面上受到兩個力的作用，大小分別為F1和F2，兩個力的方向夾角為θ。若要使物體處于平衡狀態(tài)，則以下關(guān)系中正確的是：A.F1=F2B.F1*F2*sinθ=F2*F3*sinθC.F1+F2=0D.F1*F2*cosθ=F2*F3*cosθ二、解答題（每題6分，共12分）第三題：一個掛在彈簧測力計下的物體，靜止時測力計的示數(shù)為5N?，F(xiàn)對物體施加一個水平向右的拉力F，使物體在水平方向上做勻速直線運動。已知水平面光滑，彈簧測力計的彈簧剛度系數(shù)k為100N/m。求：（1）水平拉力F的大??；（2）物體所受的摩擦阻力f的大小。答案：（1）水平拉力F的大小為5N，因為物體做勻速運動，所以拉力F與摩擦阻力f相等。（2）物體所受的摩擦阻力f的大小為5N，根據(jù)平衡條件，物體在水平方向上受力平衡，即F=f。解析：由于物體在水平方向上做勻速直線運動，根據(jù)牛頓第一定律，物體在水平方向上的合外力為零。因此，水平拉力F等于摩擦阻力f。彈簧測力計的示數(shù)反映了彈簧拉伸時的彈力，而彈力F彈與拉力F成正比，即F彈=kx，其中x是彈簧的伸長量。在本題中，彈簧測力計的示數(shù)為5N，即F彈=5N。由于彈簧剛度系數(shù)k為100N/m，可以得出x=F彈/k=5N/100N/m=0.05m。由于物體沿水平面運動，摩擦力f的大小等于彈力F彈，因此摩擦力f=F彈=5N。第四題題目：在直角坐標系中，已知兩個力F1和F2，其中F1的方向與x軸正方向成60°角，F(xiàn)1的大小為20N，F(xiàn)2的大小為30N，且F2與y軸平行。求：1.這兩個力的合力F的大小和方向。2.若要使合力F等于F1的大小，則F2的大小和方向應(yīng)該如何調(diào)整。答案：1.合力F的大小為F=√(F12+F22+2*F1*F2*cos∠F1F2)=√(202+302+2*20*30*cos60°)≈36.54N。合力F的方向與F1方向的夾角α可以通過tanα=(F2*sin60°)/F1來求解。代入數(shù)據(jù)得：tanα=(30*√3/