高中物理相互作用专项训练及答案及解析.docx

高中物理相互作用专项训练及答案及解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示 ,质量均为M 的 A、B 两滑块放在粗糙水平面上,滑块与粗糙水平面间的动摩擦因数为，,杆与水平面间的两轻杆等长 ,且杆长为 L,杆与滑块、杆与杆间均用光滑铰链连接夹角为，m 的重物 C,整个装置处于静止状态。重力加速度为在两杆铰合处悬挂一质量为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，试求 :(1)地面对物体 A 的静摩擦力大小 ；(2)无论物块 C 的质量多大 ,都不能使物块A 或 B 沿地面滑动 ,则至少要多大 ?【答案】（ 1mg1）（ 2）2 tantan【解析】【分析】先将 C 的重力按照作用效果分解，根据平行四边形定则求解轻杆受力；再隔离物体A 受力分析，根据平衡条件并结合正交分解法列式求解滑块与地面间的摩擦力和弹力要使得A不会滑动，则满足 ff m ，根据数学知识讨论。【详解】（1）将 C的重力按照作用效果分解，如图所示：1 mg mg根据平行四边形定则，有：F1 F2 2sin2sin对物体 A 水平方向：fF1 cosmg2 tan（2）当 A 与地面之间的摩擦力达到最大静摩擦力时：fm(Mg F1 sin )m1且 ff m 联立解得：tan(2 Mm)=2M，tan (1)m11当 m时，2M1)tan，可知无论物块C 的质量多大，都不能使物块A 或tan (mB 沿地面滑动 ,则 至少等于1。tan2 如 所示,在 角=30的斜面上放一木板A,重 GA=100N,板上放一重 GB=500N 的木箱 B,斜面上有一固定的 板 ,先用平行于斜面的 子把木箱与 板拉 平行斜面方向的拉力 F,使木板从木箱下匀速抽出此 , 子的拉力,然后在木板上施加一T=400N。 木板与斜面 的 摩擦因数,求：(1)A、 B 的摩擦力和摩擦因素；(2)拉力 F 的大小。【答案】 （1） A、 B 的摩擦力 f B为 150N；摩擦因数2；=（ 2）拉力 F 的大小 325N。【解析】【 解】（ 1） B 受力分析如 由平衡条件，沿斜面方向有 ：GBsin B+f=T代入数据，解得A、 B 摩擦力 ：f B=150N方向沿斜面向下，垂直斜面方向：NB B=250 N=G cos =500A、 B 摩擦因数 ：（2）以 AB 整体 研究 象，受力分析如 ，由平衡条件得：F=fA+T-（ GA+GB） sin NA=（GA+GB） cos fA=1NA 立解得：F=325 N【点睛】本 考 共点力平衡条件的 用，要注意在解 能正确 研究 象，作出受力分析即可求解，本 要注意 然两 A 运 B 静止，但由于二者加速度均零，因此可以看作整体 行分析。3如 所示，两足 平行光滑的金属 MN 、PQ 相距 L， 平面与水平面 角 =30， 阻不 磁感 度 B=2T 的匀 磁 垂直 平面向上， L=0.5m 的金属棒 ab 垂直于 MN 、PQ 放置在 上，且始 与 接触良好，金属棒ab 的 量m=1kg、 阻 r=1 两金属 的上端 接右端 路，灯泡 阻RL=4，定 阻 R1 =2， 阻箱 阻 Rg=10m/s2， 合开关，将金属棒由静止 放，下滑距2=12 ，重力加速度 离 s0 =50m 速度恰达到最大， 求：（ 1）金属棒下滑的最大速度 vm；（ 2）金属棒由静止开始下滑 2s0 的 程中整个 路 生的 Q【答案】（ 1） 30m/s （2） 50J【解析】解：（ 1）由 意知，金属棒匀速下滑 速度最大， 最大速度 vm， 有：mgsin =F安又 F 安 =BIL，即得 mgsin =BILab 棒 生的感 E=BLvm通 ab 的感 流 I= 回路的 阻 R=r+R1+ 解代入数据得：vm=30m/s （2）由能量守恒定律有：mg?2s0sin =Q+ 解代入数据得：Q=50J答：（ 1）金属棒下滑的最大速度vm 是 30m/s （2）金属棒由静止开始下滑2s0 的 程中整个 路 生的 Q 是 50J【点 】本 合 用 路知 、 磁感 知 和数学知 的能力要求 高，但是常 ，要得全分4 如 所示， 角 45的粗糙平直 与半径 R 的光滑 道相切，切点 B，整个 道 在 直平面内一 量 m 的小滑 从 上离地面高 h 3R 的 D 无初速下滑 入 道接着小滑 从 最高点C 水平 出，恰好 中 上与 心O等高的P 点，不 空气阻力求：（ 1）滑 运 到 最高点C 的速度的大小（ 2）滑 运 到 最低点 道 力的大小（ 3）滑 与斜 之 的 摩擦因数【答案】（ 1） v0Rg （ 2） 6mg （ 3） 0.18【解析】试题分析：对滑块进行运动过程分析，要求滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小，我们要知道滑块运动到圆环最低点时的速度大小，小滑块从圆环最高点C 水平飞出，恰好击中导轨上与圆心O 等高的 P 点，运用平抛运动规律结合几何关系求出最低点时速度在对最低点运用牛顿第二定律求解从 D 到最低点过程中，再次运用动能定理求解解：（ 1）小滑块从C 点飞出来做平抛运动，水平速度为v02R=v0t解得： v0=（2）小滑块在最低点时速度为V 由机械能守恒定律得mv2=mg?2R+ mv02v=根据牛顿第二定律：FN mg=mFN=6mg根据牛顿第三定律得：FN =6mg（ 3） DB 之间长度 L=（ 2 +1）R从 D 到最低点过程中，由动能定理：mgh mgcos L=mv2= =0.18答：（ 1）滑块运动到圆环最高点C 时的速度的大小为；（2）滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小为6mg；（3）滑块与斜轨之间的动摩擦因数为0.185 如图所示，用内壁光滑的薄壁细管弯成的“S”形轨道固定于竖直平面内，弯曲部分是由两个半径均为 R0.2 m 的半圆平滑对接而成(圆的半径远大于细管内径)。轨道底端 A 与水平地面相切，顶端与一个长为l 0.9 m的水平轨道相切B点。一倾角为 37的倾斜轨道固定于右侧地面上，其顶点D 与水平轨道的高度差为h 0.45 m，并与其他两个轨道处于同一竖直平面内。一质量为m 0.1 kg 的小物体 (可视为质点 )在 A 点被弹射入 “S”形轨道内，沿轨道 ABC运动，并恰好从 D 点以平行斜面的速度进入倾斜轨道。小物体与BC 段间的动摩擦因数 0.5。 (不计空气阻力， g 取 10 m/s 2。 sin37 0.6, cos37 0.8)（ 1）小物体从 B 点运动到 D 点所用的时间；（ 2）小物体运动到 B 点时对 “ 形S”轨道的作用力大小和方向；【答案】 （1） 0.5s（ 2） 11.5N,方向向上【解析】试题分析：（ 1）小物体从C 到 D 做平抛运动有：解得：，物体从 B 到 C 做匀减速运动，由牛顿第二定律得，解得：小物体从 B 点运动到D 点所用的时间：（2）物体运动到B 点受到向下的弹力，由牛顿第二定律得解得：由牛顿第三定律有：，故所以对 “S形”轨道的作用力大小为11.5 N，方向向上。考点：平抛运动、圆周运动、牛顿第二定律。【名师点睛】（ 1）小球从 C 到 D 做平抛运动，根据下降的高度和速度方向得到平抛的初速度和时间，再对从 B 到 C 过程运用牛顿第二定律、速度位移公式和速度时间公式列式联立求解；（ 2）先假设小球在 B 受到的弹力向下，根据重力和弹力的合力提供向心力列式求出弹力，如果是负的，表示与假设的方向相反；6 如图所示，水平面上有两根相距 0.5m 的足够长的光滑平行金属导轨 MN和 PQ，之间有一导体棒 ab，导轨和导体棒的电阻忽略不计，在 M 和 P 之间接有阻值为 R=2 的定值电阻。质量为 0.2kg 的导体棒 ab 长 l 0.5m ，与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B 0.4T 。现在在导体棒ab上施加一个水平向右，大小为0.02N的恒力F ，使导体棒ab由静止开始运动，求：当 ab 中的电流为多大时，导体棒ab 的速度最大？ab 的最大速度是多少？若导体棒从开始到速度刚达到最大的过程中运动的位移s=10m，则在此过程中的热量是多少？【答案】（ 1） 0.1A （ 2） 1m/s（ 3） 0.1J【解析】试题分析：（1）当金属棒上所受的拉力等于安培力时，加速度为零，速度最大，则F=BIL ，解得： I=0.1AR 上产生（2）根据 E=BLvm； E=IR 可解得：IRm s0.1 /vmBL（3）由能量守恒关系可得： FS1 mvm2Q 解得： Q=0.1J2考点：法拉第电磁感应定律；能量守恒定律.7如图所示，轻绳绕过定滑轮，一端连接物块A，另一端连接在滑环C 上，物块A 的下端用弹簧与放在地面上的物块B 连接，A、B 两物块的质量均为m，滑环C的质量为M，开始时绳连接滑环C 部分处于水平，绳刚好拉直且无弹力，滑轮到杆的距离为L，控制滑块C，使其沿杆缓慢下滑，当C 下滑L 时，释放滑环C，结果滑环C 刚好处于静止，此时B 刚好要离开地面，不计一切摩擦，重力加速度为g（1）求弹簧的劲度系数；（2）若由静止释放滑环C，求当物块B 刚好要离开地面时，滑环C 的速度大小【答案】（ 1）3mg（ 2）55 gLkL42【解析】试题分析：（1）设开始时弹簧的压缩量为x，则 kx=mg设 B 物块刚好要离开地面，弹簧的伸长量为x，则 kx=mgmg因此 x xk由几何关系得 2xL216 L2L2 L93L求得 x33mg得 kL（2）弹簧的劲度系数为k，开始时弹簧的压缩量为mgLx13k当 B 刚好要离开地面时，弹簧的伸长量x2mgLk3因此 A 上升的距离为 hx1x22L3C 下滑的距离 H(Lh)2L24L3根据机械能守恒 MgHmgh1 m(vHL2)21 Mv 22H 22又 2mgcos370=Mg联立求得(2 Mm)gL55v 1075MgL48m42考点：胡克定律；机械能守恒定律【名师点睛】对于含有弹簧的问题，是高考的热点，要学会分析弹簧的状态，弹簧有三种状态：原长、伸长和压缩，含有弹簧的问题中求解距离时，都要根据几何知识研究所求距离与弹簧形变量的关系8如图所示小孩和雪橇的总质量，大人用与水平方向成角斜向上拉力F拉雪橇，使雪橇沿水平地面以数 。（ ，速度做匀速直线运动。已知雪橇与水平地面的动摩擦因，取）求：（ 1）拉力 F 的大小；（ 2）拉力 F 撤消后雪橇还能滑行多远？【答案】（ 1）；（ 2）【解析】试题分析：（ 1）受力分析如图所示，将 F 向水平方向和竖直方向分解，由平衡关系可知：竖直向上：，水平向上：解得：；（2） F 撤消后物体做匀减速运动，；，由牛顿第二定律可得：由位移公式可得：考点：共点力平衡的条件及其应用【名师点睛】以雪橇为研究对象，通过受力分析列出平衡方程即可求得拉力的大小；拉力撤去后，雪橇水平方向只受摩擦力，由牛顿第二定律可求得加速度，由运动学公式求得滑行距离；本题属牛顿运动定律的基本题型，只要能掌握运动情景及正确受力分析即可顺利求解。9 足够长的光滑细杆竖直固定在地面上，轻弹簧及小球AB均套在细杆上，弹簧下端固、定在地面上，上端和质量为m1=50g 的小球 A 相连，质量为m2=30g 的小球 B 放置在小球 A上，此时 A、B 均处于静止状态，弹簧的压缩量x0=0.16m ，如图所示。从t=0 时开始，对小球 B 施加竖直向上的外力，使小球B 始终沿杆向上做匀加速直线运动。经过一段时间后A、 B 两球分离；再经过同样长的时间，B 球距其出发点的距离恰好也为x0。弹簧的形变始终在弹性限度内，重力加速度取g=10m/s 2。求：(1)弹簧的劲度系数k；(2)整个过程中小球B 加速度 a 的大小及外力F 的最大值。【答案】 (1)5N/m ； (2)2m/s 2， 0.36N【解析】【详解】(1)根据共点力平衡条件和胡克定律得：m1 m2 gkx0解得： k5N / m ；(2)设经过时间 t 小球 A、B 分离，此时弹簧的压缩量为x0 ，对小球 A：kxm1 gm1ax0x1 at 22小球 B：x01 a22t2当 B 与 A 相互作用力为零时F 最大对小球 B：F m2 g m2 a解得： a2m / s2 ， F0.36N10 如图所示，物体的质量m 4.4 kg，用与竖直方向成 37的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上，并使它沿墙壁在竖直向上做匀速直线运动物体与墙壁间的动摩擦因数 0.5，取重力加速度g 10 N/kg ，求推力F 的大小 (sin 37 0.6， cos 37 0.8)【答案】 88N【解析】【详解】当物体匀速向上滑动时，受力分析如图所示，根据平衡条件有，水平方向： FN=Fsin 竖直方向： Fcos=Ff+mg又因为： Ff =FNmg4.4 1088N由以上三式可解得： Fsin0.8 0.5 0.6cos【点睛】本题关键是对匀速滑动的物体受力分析，然后根据共点力平衡条件列式求解要注意滑动摩擦力有自己的公式， Ff =FN