近几年有关相互作用的高考试题评析
孙其成
一、常见的三种力，同一直线上的受力平衡
例1 （2014年广东卷）如图1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.Ⅳ处受到的静摩擦力沿水平方向
解析 弹力的方向垂直于接触面指向受力物体，选项A正确、B错误；摩擦力方向沿接触面（或与接触面平行），选项C、D均错误.
点评 考查弹力、摩擦力的方向.应理解弹力、摩擦力的产生条件和方向特点.
例2（2010年新课标卷）一根轻质弹簧一端固定，用大小为F1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为；改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为（）
解析 根据胡克定律有解得，c选项正确.
点评 考查胡克定律的基本应用.
例3 （2011年山东卷）如图2所示，将两相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细绳固定于墙壁.开始时a、b均静止.弹簧处于伸长状态，两细绳均有拉力，a所受摩擦力，b所受摩擦力，现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间（）
解析 剪断瞬间，弹簧对木块b作用力方向向左，b所受摩擦力Ffb方向向右；由于弹簧弹力不能发生突变，剪断瞬间，弹簧弹力不变，a所受摩擦力Ffa≠0，不变，选项A、D正确.
点评 考查弹簧弹力作用的特性，同一直线上的受力平衡和摩擦力的方向判断.
二、物体的受力分析
例4 （2013年上海卷）如图3，质量的两物体A、B叠放在一起，靠着竖直墙面.让它们由静止释放，在沿粗糙墙面下落过程中，物体B的受力示意图是（）
解析两物体A、B叠放在一起，在沿粗糙墙面下落过程中，由于物块与竖直墙面之间没有压力，则一定没有摩擦力，二者一起做自由落体运动.则AB之间没有弹力作用，物体B的受力示意图是图A.
点评 考查摩擦力的产生条件，自由落体运动和物体的受力分析.
例5（2010年安徽卷）L型木板P（上表面光滑）放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图4所示.若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力.则木板P的受力个数为（）
A.3
B.4
C.5
D.6
解析 P、Q一起沿斜面匀速下滑时，由于木板P上表面光滑，滑块Q受到重力、P的支持力和弹簧沿斜面向上的弹力.木板P受到重力、斜面的支持力、Q的压力和弹簧沿斜面向下的弹力，相对斜面有下滑趋势，故还受沿斜面向上的摩擦力，所以选项C正确.
点评 综合考查力学中常见的三种力和物体的受力分析，用隔离法受力分析是解题的关键.
三、力的合成与分解
例6（2013年上海卷）两个共点力F1、F2大小不同，它们的合力大小为F，则（）
A.F1、F2同时增大一倍，F也增大一倍
B.F也增加10N
C.F1增加10N，F2减少10N，F一定不变
D.若F1、F2中的一个增大，F不一定增大
解析根据力的平行四边形定则可得，同时增加10N，F不一定增加10N，选项B错误；F.增加10N，F2减少10N，F可能不变，选项C错误.选项A、D正确；
点评 考查力的平行四边形定则的应用.
例7（2012年上海卷）已知两个共点力的合力为50N，分力F1的方向与合力F的方向成30度角，分力F2的大小为30N.则（）
A.F1的大小是唯一的
B.F2的方向是唯一的
C.F2有两个可能的方向
D.F2可取任意方向
解析 根据力的平行四边形定则可作出两个平行四边形（如图5），故F1的大小、F2的方向均有两组解.选项C正确.
点评 考查力的平行四边形定则和力的分解.
四、验证力的平行四边形定则实验
例8 （2014年江苏卷）小明通过实验验证力的平行四边形定则.
（1）实验记录纸如图7所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点.三个力的大小分别为：F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N.请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力.
（2）仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果，他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同.于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.
实验装置如图8所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物，用于白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹，重复上述过程，再次记录下N的轨迹.
两次实验记录的轨迹如图9所示.过0点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为______.
（3）根据（2）中的实验，可以得出的实验结果有哪些？（填写选项前面的字母）
（A）橡皮筋的长度与受到的拉力成正比
（B）两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长
（C）两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大
（D）两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大
（4）根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.
解析 （1）如图10所示，先作出两分力的图示，再由平行四边形定则作出合力的图示，与标度对比得出合力大小（4.6N-4.9N均算正确）.
（2）如图9，设Oab与竖直方向的夹角为θ，由平衡条件得
（3）由图9可知，橡皮筋两次所受的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长，则选项A、C错误，B正确，当拉力越大时，过0所作直线绕0向右旋转，被两轨迹所切得的线段越长，即橡皮筋两次的长度之差越大，故D正确.
（4）根据上述实验探究，为了减小实验误差，在做此实验时，一是橡皮筋拉伸不宜过长，或拉力不宜过大；二是选用弹性好的橡皮筋.
点评 本题源于课本，考查了学生在验证力的平行四边形定则的实验中的作图和解图能力；又是对课本内容的深化，通过探究性实验考查学生透过实验现象看物理本质的能力.学生要能够理解题中所述的实验原理，读懂题中所给出的实验图象蕴含的物理意义，才能对试题做出正确的解答.
一、常见的三种力，同一直线上的受力平衡
例1 （2014年广东卷）如图1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.Ⅳ处受到的静摩擦力沿水平方向
解析 弹力的方向垂直于接触面指向受力物体，选项A正确、B错误；摩擦力方向沿接触面（或与接触面平行），选项C、D均错误.
点评 考查弹力、摩擦力的方向.应理解弹力、摩擦力的产生条件和方向特点.
例2（2010年新课标卷）一根轻质弹簧一端固定，用大小为F1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为；改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为（）
解析 根据胡克定律有解得，c选项正确.
点评 考查胡克定律的基本应用.
例3 （2011年山东卷）如图2所示，将两相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细绳固定于墙壁.开始时a、b均静止.弹簧处于伸长状态，两细绳均有拉力，a所受摩擦力，b所受摩擦力，现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间（）
解析 剪断瞬间，弹簧对木块b作用力方向向左，b所受摩擦力Ffb方向向右；由于弹簧弹力不能发生突变，剪断瞬间，弹簧弹力不变，a所受摩擦力Ffa≠0，不变，选项A、D正确.
点评 考查弹簧弹力作用的特性，同一直线上的受力平衡和摩擦力的方向判断.
二、物体的受力分析
例4 （2013年上海卷）如图3，质量的两物体A、B叠放在一起，靠着竖直墙面.让它们由静止释放，在沿粗糙墙面下落过程中，物体B的受力示意图是（）
解析两物体A、B叠放在一起，在沿粗糙墙面下落过程中，由于物块与竖直墙面之间没有压力，则一定没有摩擦力，二者一起做自由落体运动.则AB之间没有弹力作用，物体B的受力示意图是图A.
点评 考查摩擦力的产生条件，自由落体运动和物体的受力分析.
例5（2010年安徽卷）L型木板P（上表面光滑）放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图4所示.若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力.则木板P的受力个数为（）
A.3
B.4
C.5
D.6
解析 P、Q一起沿斜面匀速下滑时，由于木板P上表面光滑，滑块Q受到重力、P的支持力和弹簧沿斜面向上的弹力.木板P受到重力、斜面的支持力、Q的压力和弹簧沿斜面向下的弹力，相对斜面有下滑趋势，故还受沿斜面向上的摩擦力，所以选项C正确.
点评 综合考查力学中常见的三种力和物体的受力分析，用隔离法受力分析是解题的关键.
三、力的合成与分解
例6（2013年上海卷）两个共点力F1、F2大小不同，它们的合力大小为F，则（）
A.F1、F2同时增大一倍，F也增大一倍
B.F也增加10N
C.F1增加10N，F2减少10N，F一定不变
D.若F1、F2中的一个增大，F不一定增大
解析根据力的平行四边形定则可得，同时增加10N，F不一定增加10N，选项B错误；F.增加10N，F2减少10N，F可能不变，选项C错误.选项A、D正确；
点评 考查力的平行四边形定则的应用.
例7（2012年上海卷）已知两个共点力的合力为50N，分力F1的方向与合力F的方向成30度角，分力F2的大小为30N.则（）
A.F1的大小是唯一的
B.F2的方向是唯一的
C.F2有两个可能的方向
D.F2可取任意方向
解析 根据力的平行四边形定则可作出两个平行四边形（如图5），故F1的大小、F2的方向均有两组解.选项C正确.
点评 考查力的平行四边形定则和力的分解.
四、验证力的平行四边形定则实验
例8 （2014年江苏卷）小明通过实验验证力的平行四边形定则.
（1）实验记录纸如图7所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点.三个力的大小分别为：F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N.请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力.
（2）仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果，他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同.于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.
实验装置如图8所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物，用于白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹，重复上述过程，再次记录下N的轨迹.
两次实验记录的轨迹如图9所示.过0点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为______.
（3）根据（2）中的实验，可以得出的实验结果有哪些？（填写选项前面的字母）
（A）橡皮筋的长度与受到的拉力成正比
（B）两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长
（C）两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大
（D）两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大
（4）根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.
解析 （1）如图10所示，先作出两分力的图示，再由平行四边形定则作出合力的图示，与标度对比得出合力大小（4.6N-4.9N均算正确）.
（2）如图9，设Oab与竖直方向的夹角为θ，由平衡条件得
（3）由图9可知，橡皮筋两次所受的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长，则选项A、C错误，B正确，当拉力越大时，过0所作直线绕0向右旋转，被两轨迹所切得的线段越长，即橡皮筋两次的长度之差越大，故D正确.
（4）根据上述实验探究，为了减小实验误差，在做此实验时，一是橡皮筋拉伸不宜过长，或拉力不宜过大；二是选用弹性好的橡皮筋.
点评 本题源于课本，考查了学生在验证力的平行四边形定则的实验中的作图和解图能力；又是对课本内容的深化，通过探究性实验考查学生透过实验现象看物理本质的能力.学生要能够理解题中所述的实验原理，读懂题中所给出的实验图象蕴含的物理意义，才能对试题做出正确的解答.
