高中物理相互作用题20套(带答案)及解析

1、高中物理相互作用题20 套( 带答案 ) 及解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示,质量的木块a 套在水平杆上,并用轻绳将木块与质量的小球 b 相连 .今用跟水平方向成角的力,拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中 m、 m 相对位置保持不变,取.求:(1)运动过程中轻绳与水平方向夹角;(2)木块与水平杆间的动摩擦因数为.(3)当 为多大时 ,使球和木块一起向右匀速运动的拉力最小?【答案】 （1） 30（ 2） = （ 3） =arctan【解析】【详解】（1）对小球b 进行受力分析，设细绳对n 的拉力为t 由平衡条件可得：fcos30 =tcos fsin30 +tsin =mg代

2、入数据解得：t=10， tan = ，即： =30（2）对 m 进行受力分析，由平衡条件有fn=tsin +mgf=tcos f= fn解得： （3）对 m、 n 整体进行受力分析，由平衡条件有：fn+fsin =（m+m ） gf=fcos =nf联立得： fcos=（ m+m ） g-fsin 解得： f令： sin ， cos=，即： tan =则：所以：当 +=90时f 有最小值所以： tan =时 f 的值最小即： =arctan 【点睛】本题为平衡条件的应用问题，选择好合适的研究对象受力分析后应用平衡条件求解即可，难点在于研究对象的选择和应用数学方法讨论拉力f 的最小值，难度不小，

3、需要细细品味ab都是重物，a被绕过小滑轮p的细线悬挂，b放在粗糙的水平桌面2 如图所示， 、上，滑轮 p 被一根斜短线系于天花板上的o 点， o是三根细线的结点，细线 bo水平拉着物体 b，co沿竖直方向拉着弹簧弹簧、细线、小滑轮的重力不计，细线与滑轮之间的摩擦力可忽略，整个装置处于静止状态若重物a 的质量为 2kg，弹簧的伸长量为 5cm ，coa=120，重力加速度g 取 10m/s 2， 求：（ 1）桌面对物体 b 的摩擦力为多少？（ 2）弹簧的劲度系数为多少？（ 3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力f 的大小和方向？【答案】（ 1） 10 3n （2 ）200n/m （ 3） 203n ，方向

4、在 oa与竖直方向夹角的角平分线上 .【解析】【分析】（1）对结点 o受力分析，根据共点力平衡求出弹簧的弹力和bo绳的拉力，通过 b 平衡求出桌面对 b 的摩擦力大小（ 2）根据胡克定律求弹簧的劲度系数（3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力 f 与滑轮两侧绳子拉力的合力等大反向【详解】（1）重物 a 的质量为 2kg，则 oa绳上的拉力为foa a=g =20n对结点 o受力分析，如图所示，根据平行四边形定则得：水平绳上的力为：fob=foasin60 =103 n物体 b 静止，由平衡条件可得，桌面对物体b 的摩擦力f=fob=103 n（ 2）弹簧的拉力大小为 f 弹 =foacos60 =10n

5、根据胡克定律得 f 弹 =kxf弹10得 k=200n/mx 0.05（3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力f 与滑轮两侧绳子拉力的合力等大反向，则悬挂小滑轮的斜线中的拉力f 的大小为： f=2foa3cos30 =2 20n=20 3 n2方向在 oa与竖直方向夹角的角平分线上3 如图所示，斜面倾角为=37， 一质量为 m=7kg 的木块恰能沿斜面匀速下滑，（ sin37 =0.6, cos37=0.8， g=10m/s 2）（ 1）物体受到的摩擦力大小（ 2）物体和斜面间的动摩擦因数？（3）若用一水平恒力f 作用于木块上，使之沿斜面向上做匀速运动，此恒力f 的大小【答案】 （1） 42n（ 2）

6、0.75（3） 240n【解析】【分析】【详解】(1)不受推力时匀速下滑，物体受重力，支持力，摩擦力，沿运动方向有：mgsin-f=0所以：f=mgsin=7 10 sin37=42n(2)又：f= mgcos解得：=tan=0.75(3)受推力后仍匀速运动则：沿斜面方向有：fcos-mg sin-fn=0垂直斜面方向有：fn-mgcos-fsin=0解得：f=240n【点睛】本题主要是解决摩擦因数，依据题目的提示，其在不受推力时能匀速运动，由此就可以得到摩擦因数 =tan4 如图所示，竖直轻弹簧b 的下端固定于水平面上，上端与a 连接，开始时a 静止。 a的质量为 m 2kg，弹簧b 的劲度

7、系数为 k1 200n/m 。用细绳跨过定滑轮将物体a 与另一根劲度系数为 k2 的轻弹簧 c 连接，当弹簧c处在水平位置且未发生形变时，其右端点位于a 位置，此时 a 上端轻绳恰好竖直伸直。将弹簧c 的右端点沿水平方向缓慢拉到b 位置时，弹簧 b 对物体 a 的拉力大小恰好等于a 的重力。已知 ab 60cm，求：（1）当弹簧c 处在水平位置且未发生形变时，弹簧b 的形变量的大小；（2）该过程中物体a 上升的高度及轻弹簧c 的劲度系数k2。【答案】（ 1） 10cm；（ 2） 100n/m 。【解析】【详解】（1）弹簧 c 处于水平位置且没有发生形变时， a 处于静止，弹簧 b 处于压缩状态

8、；根据胡克定律有： k1x1 mg代入数据解得：x1 10cm（2）当 ab 60cm 时，弹簧b 处于伸长状态，根据胡克定律有：k1x2 mg代入数据求得：x2 10cm故 a 上升高度为： h x1+x2 20cm由几何关系可得弹簧 c 的伸长量为： x3 ab x1 x2 40cm 根据平衡条件与胡克定律有：mg+k1x2k2x3解得 k2 100n/m5 随着摩天大楼高度的增加, 钢索电梯的制造难度越来越大。利用直流电机模式获得电磁驱动力的磁动力电梯研发成功。磁动力电梯的轿厢上安装了永久磁铁, 电梯的井壁上铺设了电线圈。这些线圈采取了分段式相继通电，生成一个移动的磁场, 从而带动电梯上

9、升或者下降。工作原理可简化为如下情景。如图所示，竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面、方向相反的匀强磁场，磁感应强度均为；电梯轿厢固定在如图所示的一个匝金属框内（电梯轿厢在图中未画出），并且与之绝缘，金属框的边长为 ，两磁场的竖直宽度与金属框边的长度相同且均为，金属框整个回路的总电阻为；电梯所受阻力大小恒为；电梯空载时的总质量为。已知重力加速度为。（ 1）两磁场以速度 竖直向上做匀速运动， 电梯在图示位置由静止启动的瞬间，金属线框内感应电流的大小和方向；（ 2）两磁场以速度 竖直向上做匀速运动，来启动处于静止状态的电梯，运载乘客的总质量应满足什么条件；（ 3）两磁场以速度

10、竖直向上做匀速运动，启动处于静止状态下空载的电梯，最后电梯以某一速度做匀速运动，求在电梯匀速运动的过程中，外界在单位时间内提供的总能量。【答案】（ 1）；方向为逆时针方向。（2）（ 3）【解析】（ 1）根据法拉第电磁感应定律由闭合电路欧姆定律由式得根据楞次定律可知，电流的方向为逆时针方向。（2）设电梯运载乘客的总质量为，根据平衡条件根据安培力公式由式得电梯运载乘客的总质量应满足（ 3）设电梯匀速运动的速度为 ，在电梯匀速运动的过程中，外界在单位时间内提供的总能量为在电梯匀速运动过程中，根据法拉第电磁感应定律由闭合电路欧姆定律由平衡条件得根据安培力公式(11)由 (11) 式得点睛：本题是理论联

11、系实际的问题，与磁悬浮列车模型类似，关键要注意磁场运动，线框相对于磁场向下运动，而且上下两边都切割磁感线，产生两个电动势，两个边都受安培力6 如图所示，在一倾角为30固定斜面上放一个质量为2kg 的小物块，一轻绳跨过两个轻滑轮一端固定在墙壁上，一端连接在物块上，且物块上端轻绳与斜面平行，动滑轮下方悬挂质量为 3kg 的重物，整个装置处于静止状态。已知跨过动滑轮的轻绳夹角为60，物块与斜面的动摩擦因数为3 ，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s 2。3求：（ 1）斜面上物块所受的静摩擦力大小；（ 2）若要使斜面上的物块滑动，动滑轮下悬挂重物的质量应该满足什么条件？【答案】（

12、1） (10310)n （ 2） m22 3kg【解析】【分析】考查平衡状态的受力分析。【详解】（ 1）设斜面上物体质量为 m1，动滑轮下方悬挂的物体质量为 m2，绳的拉力为 t，斜面支持力为 n，摩擦力为 f，受力分析如图：动滑轮节点受力平衡：t cos301m2 g2解得 t103n斜面上的物体受力平衡：tm1g sinf解得摩擦力大小为f(10 310)n（2）最大静摩擦力为：fmaxnm1 g cosl0n当绳的拉力等于 0 时，物体刚好保持静止，所以不可能往下运动，则只能是拉力足够大，当摩擦力达到最大静摩擦时，物体开始向上滑动：tm1 g sinf maxt cos301 m2 g2

13、解得 m22 3kg即动滑轮下悬挂重物的质量应满足m22 3kg 。7 如图所示， ab 是倾角为=37粗糙直轨道，的bcd是光滑的圆弧轨道，ab 恰好在 b 点与圆弧相切，圆弧的半径为r=1m，一个质量为m=0.5kg 的物体（可以看做质点）从直轨道上的 p 点由静止释放，结果它能在两轨道间做往返运动已知p 点与圆弧的圆心o 等高，物体与轨道ab 间的动摩擦因数为=0.2求：（1）物体做往返运动的整个过程中在ab 轨道上通过的总路程；（2）为使物体能顺利到达圆弧轨道的最高点d，释放点p 距 b 点的距离至少多大？【答案】 (1)5m(2)m【解析】试题分析：（1）因摩擦力始终对物体做负功，所

14、以物体最终在圆心为2的圆弧上往复运动对整体应用动能定理得：mgrcos-mgs cos=0所以总路程为（ 2）设物体刚好到 d 点，则由向心力公式得：对全过程由动能定理得： mglsin-mgl cos-mgr（ 1+cos） = mvd2得最小距离为考点：动能定理的应用【名师点睛】本题综合应用了动能定理求摩擦力做的功、圆周运动及圆周运动中能过最高点的条件，对动能定理、圆周运动部分的内容考查的较全，是圆周运动部分的一个好题。8长为 5.25m轻质的薄木板放在水平面上，木板与水平面间的动摩擦因数为0.1，在木板的右端固定有一个质量为1kg 的小物体 a，在木板上紧邻a 处放置有另一质量也为1kg

15、 的小物体 b，小物体 b 与木板间的动摩擦因数为0.2， a、 b可视为质点，如图所示。当a、 b之间的距离小于或等于3m 时， a、 b 之间存在大小为 6n的相互作用的恒定斥力；当a、 b之间的距离大于3m 时， a、 b 之间无相互作用力。现将木板、a、 b 从图示位置由静止释放， g 取 10m/s2，求：（1）当 a、 b 之间的相互作用力刚刚等于零时，a、b 的速度 .（2）从开始到 b 从木板上滑落，小物体a 的位移 .【答案】（ 1） va=2m/s, 方向水平向右； vb=4m/s ，方向水平向左（ 2），方向水平向右【解析】试题分析 : （ 1）当 a、 b 之间存在相互

16、作用力时,对 a 和木板，由牛顿第二定律有：得： a1 2m/s2对 b，由牛顿第二定律有：得： a2 4m/s2由运动学公式：得： t1=1s故当 a、 b 之间的相互作用力刚刚等于零时，a、 b 的速度分别为： va=a1t1=2 1=2m/s,方向水平向右；v =a t=4 1=4m/s，方向水平向左b 2 1（2）当 a、 b 间的作用力为零后，对a 和木板，由牛顿第二定律有：解得：对 b 有：解得：由运动学公式：解得： t2=0.5s 或 t2 =1.5s（舍去）故当 b 从木板上滑落时，a 的速度分别为：所求小物体a 的位移：， 方向水平向右考点：考查牛顿第二定律；匀变速直线运动的

17、位移与时间的关系【名师点睛】本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的综合运用，关键理清放上木块后木板和木块的运动情况，抓住临界状态，结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解9 将一轻质橡皮筋（劲度系数k=100n/m）上端固定在天花板上，如下图（甲）所示（ 1）在其下端 a 处用细线悬挂重为 10n的木块，静止后如图（乙）所示，则橡皮筋的伸长量 x1=？（2）再用一细线拴在图（乙）中的a 处，然后用一水平的力f 向右拉动，使橡皮筋与竖直方向成 37角，并保持静止，如图（丙）所示求所加外力f 的值和此时橡皮筋的伸长量x2（已知 sin37 =0.6 cos37=0.8 ）【答案】（ 1）橡皮筋的伸长量为

18、0.1m；（2）所加外力 f 的值为 12.5n；此时橡皮筋的伸长量x2 为 0.125m【解析】试题分析：（1）由胡克定律可求得伸长量；（2）对 a点受力分析，由共点力平衡条件可求得力f 及橡皮筋受到的力，再由胡克定律可求得伸长量解：（ 1）由胡克定律可得：x1 =将数据代入式解得： x1=0.1m（2）对丙图中橡皮筋末端a 点进行受力分析，可得：f=gtan37f=将数据代入式解得： f=7.5nf=12.5n由胡克定律可得： x =2将数据代入式解得： x2=0.125m答：（ 1）橡皮筋的伸长量为0.1m；（2）所加外力 f 的值为 12.5n；此时橡皮筋的伸长量x2 为 0.125m【点评】本题考查共点力的平衡条件及胡克定律，要注意明确研究对象为结点a10 如图所示，一轻弹簧一端固定在竖直放置光滑大圆环最高点，大圆环半径为r，另一端栓接一轻质小圆环，小圆环套在大圆环上，开始时弹簧与竖直方向成60，当在小圆环上挂一质量为m 的物体后使之缓慢下降，静止时弹簧与竖