高考物理二轮复习专项训练物理相互作用含解析.docx

高考物理二轮复习专项训练物理相互作用含解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1（ 18分） 如图所示，金属导轨MNC 和PQD， MN与PQ平行且间距为L，所在平面与水平面夹角为， N、 Q 连线与MN垂直，M、 P 间接有阻值为R 的电阻；光滑直导轨NC和 QD 在同一水平面内，与NQ 的夹角都为锐角。均匀金属棒ab 和ef质量均为m，长均为 L， ab棒初始位置在水平导轨上与NQ 重合；ef 棒垂直放在倾斜导轨上，与导轨间的动摩擦因数为（ 较小），由导轨上的小立柱1 和2 阻挡而静止。空间有方向竖直的匀强磁场（图中未画出）。两金属棒与导轨保持良好接触。不计所有导轨和ab棒的电阻，ef棒的阻值为 R，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，忽略感应电流产生的磁场，重力加速度为 g。（1）若磁感应强度大小为B，给 ab 棒一个垂直于NQ、水平向右的速度v1，在水平导轨上沿运动方向滑行一段距离后停止，ef 棒始终静止，求此过程ef 棒上产生的热量；（2）在（ 1）问过程中， ab 棒滑行距离为d，求通过ab 棒某横截面的电荷量；（3）若 ab 棒以垂直于NQ 的速度 v2 在水平导轨上向右匀速运动，并在NQ 位置时取走小立柱 1 和 2，且运动过程中ef 棒始终静止。求此状态下最强磁场的磁感应强度及此磁场下ab 棒运动的最大距离。【答案】（1） Qef；（ 2） q；（ 3 ）Bm，方向竖直向上或竖直向下均可，xm【解析】解：（ 1）设 ab 棒的初动能为Ek， ef 棒和电阻 R 在此过程产生热量分别为Q 和 Q1，有Q+Q1=Ek且 Q=Q1 由题意 Ek=得 Q=（2）设在题设的过程中，ab 棒滑行的时间为 t，扫过的导轨间的面积为 S，通过 S 的磁通量为 ， ab 棒产生的电动势为 E， ab 棒中的电流为 I，通过 ab 棒某截面的电荷量为q，则E=且 =B S电流 I=又有 I=由图所示， S=d（ L dcot ）联立 ，解得： q=（ 10）（3） ab 棒滑行距离为x 时， ab 棒在导轨间的棒长Lx 为：L =L 2xcot （ 11）x此时， ab 棒产生的电动势Ex为：2 x12）E=Bv L（流过 ef 棒的电流 Ixx（ 13）为 I =ef 棒所受安培力Fx 为 Fx=BIxL （ 14）联立（ 11）（14），解得： Fx=（15）有（ 15）式可得， Fx在 x=0 和 B 为最大值m1B时有最大值 F由题意知， ab 棒所受安培力方向必水平向左，ef 棒所受安培力方向必水平向右，使F1 为最大值的受力分析如图所示，图中 fm 为最大静摩擦力，有：F1cos =mgsin （+mgcos +F1sin ） （16）联立（ 15）（ 16），得：Bm=（17）Bm 就是题目所求最强磁场的磁感应强度大小，该磁场方向可竖直向上，也可竖直向下有（ 15）式可知， B 为 Bm 时， Fx 随 x 增大而减小，x 为最大 xm 时， Fx 为最小值，如图可知F2cos +（mgcos +F2sin ） =mgsin （ 18）联立（ 15）（ 17）（ 18），得xm=答：（ 1） ef 棒上产生的热量为；（2）通过 ab 棒某横截面的电量为（3）此状态下最强磁场的磁感应强度是，磁场下 ab 棒运动的最大距离是【点评】本题是对法拉第电磁感应定律的考查，解决本题的关键是分析清楚棒的受力的情况，找出磁感应强度的关系式是本题的重点2 如图所示 ,在倾角=30的斜面上放一木板 A,重为 GA=100N,板上放一重为 GB=500N 的木箱 B,斜面上有一固定的挡板 ,先用平行于斜面的绳子把木箱与挡板拉紧,然后在木板上施加一平行斜面方向的拉力F,使木板从木箱下匀速抽出此时,绳子的拉力 T=400N。设木板与斜面间的动摩擦因数,求：(1)A、 B 间的摩擦力和摩擦因素；(2)拉力 F 的大小。【答案】 （1） A、 B 间的摩擦力f B 为 150N；摩擦因数2=；（ 2）拉力 F 的大小为 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，两个正三棱柱A、 B 靠着静止于水平地面上，三棱柱的中 有一个半径 R的光滑 柱C， C的 量 2m， A、 B的 量均 m.A 、 B 与地面的 摩擦因数 . 最大静摩擦力等于滑 摩擦力，重力加速度 g.(1) 三者均静止 A 对 C 的支持力 多大？(2)A、 B 若能保持不 ， 足什么条件？(3) 若 C 受到 其 直向下的外力而 慢下降到地面，求 程中摩擦力 A 做的功【答案】 (1) FN 2mg. (2)3mgR. (3)23【解析】【分析】（1） C 行受力分析，根据平衡求解A 对 C 的支持力；（2） A 保持静止， 地面 A 的最大静摩擦力要大于等于C 对 A 的 力在水平方向的分力，据此求得动摩擦因数 应该满足的条件；（3） C 缓慢下落同时A、 B 也缓慢且对称地向左右分开，A 受力平衡，根据平衡条件求解滑动摩擦力大小，根据几何关系得到A 运动的位移，再根据功的计算公式求解摩擦力做的功【详解】(1) C 受力平衡， 2FNcos60 2mg解得 FN 2mg(2) 如图所示， A 受力平衡 F 地 FNcos60 mg2mg f FNsin60 3 mg因为 f F地，所以 32(3) C 缓慢下降的同时A、 B 也缓慢且对称地向左右分开A 的受力依然为4 个，如图所图，但除了重力之外的其他力的大小发生改变，f 也成了滑动摩擦力A 受力平衡知F地FNcos60mgf FNsin60 F地解得 f 3 mg3即要求3 >0，与本题第 (2)问不矛盾由几何关系知：当C 下落地地面时， A 向左移动的水平距离为x3 R3mgR所以摩擦力的功W f x3【点睛】本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答4 如图所示，质量为m的物体放在一固定斜面上，当斜面倾角为30时恰能沿斜面匀速下滑对物体施加一大小为F、方向水平向右的恒力，物体可沿斜面匀速向上滑行设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当斜面倾角增大并超过某一临界角时，不论水平恒力F 多0大，都不能使物体沿斜面向上滑行，试求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数；(2)这一临界角 的大小0【答案】（ 1）3 （ 2） 603【解析】试题分析：（ 1）斜面倾角为 30时，物体恰能匀速下滑，满足mg sin 30mg cos30解得33（2）设斜面倾角为，由匀速直线运动的条件： F cosmg sinF fFN mg cosF sin ， FfFN解得： Fmg sinmg coscossin当 cossin0 ，即 cot时， F，即“不论水平恒力F 多大 ”，都不能使物体沿斜面向上滑行此时，临界角060考点：考查了共点力平衡条件的应用【名师点睛】本题是力平衡问题，关键是分析物体的受力情况，根据平衡条件并结合正交分解法列方程求解利用正交分解方法解体的一般步骤： 明确研究对象； 进行受力分析； 建立直角坐标系，建立坐标系的原则是让尽可能多的力落在坐标轴上，将不在坐标轴上的力正交分解；x 方向， y 方向分别列平衡方程求解5 如下图，水平细杆上套有一质量为M 的小环 A，用轻绳将质量为m=1.0kg 的小球 B 与A 相连， B 受到始终与水平成53o 角的风力作用，与A 一起向右匀速运动，此时轻绳与水平方向的夹角为37o，运动过程中B 球始终在水平细杆的正下方，且与A 的相对位置不变已知细杆与环A 间的动摩擦因数为，（ g=10m/s 2， sin37 =0.6， cos37=0.8）求：（ 1） B 对绳子的拉力大小（ 2） A 环的质量【答案】（ 1） 6.0N；（ 2）1.08kg【解析】【详解】（ 1）对小球 B 受力分析如图，得： FT=mgsin37 代入数据解得： FT=6.0N（2）环 A 做匀速直线运动，受力如图，有：FTcos37 -f=0FN=Mg+FTsin37 又： f= FN代入数据解得：M=1.08kg6 如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN 、 PQ 相距为 L 1 m，导轨平面与水平面夹角30，导轨电阻不计，磁感应强度为B12T 的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为 L1 m的金属棒 ab 垂直于 MN 、 PQ 放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m1 2 kg、电阻为 R1 1，两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离和板长均为d 0.5 m，定值电阻为R2 3 ，现闭合开关 S 并将金属棒由静止释放，取g 10 m/s 2，求：（1）金属棒下滑的最大速度为多大？（2）当金属棒下滑达到稳定状态时，整个电路消耗的电功率为多少？（ 3）当金属棒稳定下滑时，在水平放置的平行金属板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场，在下板的右端且非常靠近下板的位置处有一质量为q1 10 4kg、所带电荷量为C 的液滴以初速度水平向左射入两板间，该液滴可视为质点，要使带电粒子能从金属板间射出，初速度应满足什么条件？【答案】（ 1） 10m/s （2） 100W（ 3） v0.25m/s或 v0.5m/s【 解 析 】 试 题 分 析 ： （ 1 ） 当 金 属 棒 匀速 下 滑 时 速 度 最 大 ， 设 最 大速 度vm ， 则 有m1 gsinF安F 安 =B1ILIB1LvmR1R2m1 gsin R1R2所以 vm代入数据解得： vm=10m/sB12L2(2)金属棒匀速下滑时，动能不变，重力势能减小，此过程中重力势能转化为电能，重力做功的功率等于整个电路消耗的电功率P=m1gsin vm=100W ( 或)（3）金属棒下滑稳定时，两板间电压U=IR2=15V因为液滴在两板间有 m2 gq U 所以该液滴在两平行金属板间做匀速圆周运动d当液滴恰从上板左端边缘射出时：r1dm2 v1 所以 v1 =0.5m/sB2 q当液滴恰从上板右侧边缘射出时：r2dm2v2 所以 v2=0.25m/s2B2q初速度 v 应满足的条件是：v0.25m/s或 v0.5m/s考点：法拉第电磁感应定律；物体的平衡；带电粒子在匀强磁场中的运动.视频7如图所示，质量 M 10 kg、上表面光滑、下表面粗糙的足够长木板在F="50" N 的水平拉力作用下，以初速度v0 5 m/s 沿水平地面向右做匀速直线运动。现有足够多的小铁块，它们的质量均为m 0.5 kg，将一铁块无初速地放在木板的最右端，当木板运动了L2 m 时，又无初速地在木板的最右端放上第2 块铁块，以后只要木板运动了L，就在木板的最右端无初速放一铁块， g 取 10 m/s 2 。求：(1)木板下表面与水平面间的动摩擦因数。(2)第 1块铁块放上后，木板的加速度的大小。(3)第 4块铁块放上的瞬间，木板的速度大小。(答案可带根号 )【答案】（ 1） 0.5 （2） 0.25m/s 2（ 3）m/s【解析】试题分析：(1)木板最初做匀速运动，由解得， (2)系统在水平方向所受的摩擦力大小f1=" (M+m)g=0.5 (10+0.5) 10=52.5" N系统在水平方向所受的合力大小F 合f 1-F="52.5-50=2.5" N木板的加速度大小m/s 2 （若 a= 0.25 也给分）(3)解法一：第2 块铁块放上瞬间木板的速度大小为v1：解得：m/s第 2 放上后系 在水平方向所受的摩擦力大小f2=" (M+2m)g=0.5 (10+0.5 2) 10=55" N第 2 放上后系 在水平方向所受的合力大小F 合 f 2-F="55-50=5" N第 2 放上后木板的加速度大小m/s 2第 3 放上瞬 木板的速度大小 v2：解得：m/s第 3 放上后系 在水平方向所受的摩擦力大小f3=" (M+3m)g=0.5 (10+0.5 3)7.5" 10=5N第 3 放上后系 在水平方向所受的合力大小F 合 f 3-F="57.5-50=7.5" N第 3 放上后木板的加速度大小m/s 2第 4 放上瞬 木板的速度大小 v3：解得：m/s解法二： 第n 放在木板上 ，木板运 的加速度大小 ：第 1 放上， L 后：第 2 抉放上， L 后：第 n 放上， L 后：由上可得当 n3 ，可得m/s考点：牛 第二定律的 合 用.8 如 所示， 量 M、 角 的斜面体（斜面光滑且足 ）放在粗糙的水平地面上，底部与地面的 摩擦因数 ，斜面 端与 度系数 k、自然 度 l 的 簧相 ， 簧的另一端 接着 量 m的物 簧使其 度 3l /4 将物 由静止开始 放，物 在斜面上做 运 且物 在以后的运 中，斜面体始 于静止状 重力加速度 g（1）求物 于平衡位置 簧的伸 量；（2）求物块的振幅和弹簧的最大伸长量；（3）使斜面始终处于静止状态，动摩擦因数 应满足什么条件（假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力）？【答案】（mg sinl 2mg sin1） lk（ 2）（ 3）4k( kl4mg sin)cos4Mg4mg cos2kl sin【解析】（1）设物块处于平衡位置时弹簧的伸长量为l，则 mg sink l0解得lmgsink（2）物块做简谐运动的振幅为lmg sinlAlk44: lmaxAl2mgsin由简谐运动的对称性可知，弹簧的最大伸长量为lk4（3）以物块的平衡位置为原点、沿斜面向下为位移正方向建立坐标系，设某时刻物块位移x 为正，斜面受到弹簧沿斜面向下的拉力F、地面的水平向右的摩擦力f，如图所示由于斜面受力平衡，则有在水平方向上有：F cosfN1 sin0；在竖直方向上有：N 2F sinN1 cosMg0又 Fk (xl )， N1mg cos联立可得fkx cos， N 2Mgmgkx sin为使斜面始终处于静止状态，结合牛顿第三定律，应满足fN2fk x cos所以N2Mgmgkxsin因-AxA，所以当 -A 时，上式右端达到最大值，于是有kl4mgsincos4Mg4mgcos2kl sin【另解】 对由斜面、物块、弹簧组成的系统受力分析，受重力（M m） g、地面的支持力N 和水平方向的静摩擦力f 作用，如图所示建立图示直角坐标系，根据牛顿第二定律可知：在水平方向上有：f=M 0macos；在竖直方向上有：N（ M m） g=M0 masin其中，静摩擦力ffm N，又因弹簧振子有kx=-ma 且 AxA，kl4mgsincos联立以上各式，解得：4mgcos2.4Mgkl sin点睛：本题关键是先对滑块受力分析，然后根据牛顿第二定律列式分析；最后对斜面体受力分析，确定动摩擦因数的范围.9 一吊桥由六对钢杆对称悬吊着，六对钢杆在桥面上分列两排，其上端挂在两根钢缆上，图为其一截面图。已知图中相邻两杆距离相等，AA=DD， BB=EE，CC=PP，又已知两端钢缆与水平面成 45角，若吊桥总重为 G，钢杆自重忽略不计，为使每根钢杆承受负荷相同，求：（ 1）作用在 C P 两端与水平成 45钢缆的拉力大小？（ 2） CB 钢缆的拉力大小和方向？【答案】 （1）(2)；方向与水平方向的夹角为arctan斜向右下方【解析】【详解】（1）对整体受力分析，整体受重力和两个拉力，设为F，根据平衡条件，有：2Fsin45 =G解得： F=G（ 2）对 C点受力分析，受 CC的拉力、拉力杆 F、 BC 钢缆的拉力，根据平衡条件，有：水平方向： Fcos45=FBCcos 1（1 为 FBC 与水平方向的夹角）竖直方向： Fsin45 = +FBCsin 1解得： FBC=mg， tan 1=则 =arctan1则 CB钢缆的拉力大小为 mg，方向与水平方向的夹角为 arctan 斜向右下方。【点睛】本题的关键要灵活选择研究对象，巧妙地选取受力分析的点和物体可简化解题过程，要注意整体法和隔离法的应用。解答时特别要注意每根钢杆承受负荷相同。10 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，将系可知：F 向水平方向和竖直方向分解，由平衡关竖直向上：，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。