1、高中物理相互作用技巧阅读训练策略及练习题( 含答案 )一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示， A、 B 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
2、和方向？【答案】（ 1） 103N （2 ）200N/m （ 3） 203N ，方向在 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=GA=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=1
3、03 N（ 2）弹簧的拉力大小为 F 弹 =FOacos60 =10N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FF=2F a3N=20 3 N斜线中的拉力的大小为：O cos30 =2 202方向在 Oa与竖直方向夹角的角平分线上2 如图，两条间距L=0.5m 且足够长的平行光滑金属直导轨，与水平地面成30 角固定放置，磁感应强度B=0.4T 的匀强磁场方向垂直导轨所在的斜面向上，质量mab0.1kg 、 mcd0.2kg 的金属棒 ab、 cd 垂直导轨放在导轨上，两金属棒的总电阻
4、r=0.2 ，导轨电阻不计ab 在沿导轨所在斜面向上的外力F 作用下，沿该斜面以v2m/s的恒定速度向上运动某时刻释放cd， cd 向下运动，经过一段时间其速度达到最大已知重力加速度g=10m/s 2，求在 cd 速度最大时，（1） abcd 回路的电流强度I 以及 F 的大小；（2） abcd 回路磁通量的变化率以及cd 的速率【答案】 (1)I =5A , F=1.5N(2)1.0Wb/s , vm3m/st【解析】【详解】（1）以 cd 为研究对象，当cd 速度达到最大值时，有：mcd g sinBIL 代入数据，得：I=5A由于之后两棒均沿斜面方向做匀速运动，可将两棒看作整体，作用在a
5、b 上的外力：F(mabmcd ) g sin （或对 ab： Fmab g sinBIL ）代入数据，得：F=1.5N（2） 设 cd 达到最大速度时abcd 回路产生的感应电动势为E，根据法拉第电磁感应定律，有： Et由闭合电路欧姆定律，有：EIr联立并代入数据，得：=1.0Wb/st设 cd 的最大速度为 vm， cd 达到最大速度后的一小段时间t 内，abcd 回路磁通量的变化量：BS BL (vm v)t 回路磁通量的变化率：BL( vmv) t联立并代入数据，得：vm 3 m/s【点睛】本题是电磁感应中的力学问题，综合运用电磁学知识和力平衡知识；分析清楚金属棒的运动过程与运动性质是
6、解题的前提，应用平衡条件、欧姆定律即可解题3 如图所示，水平面上有一个倾角为的斜劈，质量为m一个光滑小球，质量也m，用绳子悬挂起来，绳子与斜面的夹角为，整个系统处于静止状态（1）求出绳子的拉力T；（2）若地面对斜劈的最大静摩擦力等于地面对斜劈的支持力的k 倍，为了使整个系统保持静止， k 值必须满足什么条件？【答案】 （1）（2 ）【解析】【分析】【详解】试题分析： (1)以小球为研究对象，根据平衡条件应用正交分解法求解绳子的拉力T；(2) 对整体研究，根据平衡条件求出地面对斜劈的静摩擦力f，当 f f时，整个系统能始终m保持静止 解： (1) 对小球：水平方向： N1sin30 =Tsin3
7、0竖直方向： N1cos30 +Tcos30=mg代入解得：；(2) 对整体：水平方向： f=Tsin30 竖直方向： N2+Tcos30 =2mg而由题意： fm =kN2为了使整个系统始终保持静止，应该满足：fmf解得 ：点晴：本题考查受力平衡的应用，小球静止不动受力平衡，以小球为研究对象分析受力情况，建立直角坐标系后把力分解为水平和竖直两个方向，写x 轴和 y 轴上的平衡式，可求得绳子的拉力大小，以整体为研究对象，受到重力、支持力、绳子的拉力和地面静摩擦力的作用，建立直角坐标系后把力分解，写出水平和竖直的平衡式，静摩擦力小于等于最大静摩擦力，利用此不等式求解 4 用质量为 m 、总电阻为
8、R 的导线做成边长为l 的正方形线框MNPQ，并将其放在倾角为的平行绝缘导轨上，平行导轨的间距也为l ，如图所示，线框与导轨之间是光滑的，在导轨的下端有一宽度为 l （即 ab l ）、磁感应强度为 B 的有界匀强磁场，磁场的边界aa 、bb 垂直于导轨，磁场的方向与线框平面垂直，线框从图示位置由静止释放，恰能匀速穿过磁场区域，重力加速度为g ，求：（1）线框通过磁场时的速度v ；（2）线框 MN边运动到 aa 的过程中通过线框导线横截面的电荷量q ；（3）通过磁场的过程中，线框中产生的热量Q。【答案】（ 1） vmgRsinB2l 2?Bl 2（2） qR（3） Q 2mglsin【解析】试
9、题分析：（ 1）感应电动势 : EBlv ，感应电流 : IE，安培力： F BIlR线框在磁场区域做匀速运动时，其受力如图所示FmgsinmgRsin解得匀速运动的速度: vB2 l 2?（2）解法一：由 BIlmgsin得， Img sintlB2l 3，BlvmgRsin，所以 qItBl 2R解法二：平均电动势En， IEtn，所以 qBl 2， q IR 。tRR（3）解法一：通过磁场过程中线框沿斜面匀速运动了2l的距离，由能量守恒定律得：E增E减 ， Q2mglsin。解法二： QI 2 Rt2QmgsinR 2l2mgl sinBlv考点：导体切割磁感线时的感应电动势【名师点睛】
10、遇到导轨类问题首先要画出侧视图及其受力分析图，然后列式求解；在求有关热量问题时，要从能量守恒的角度求解。5 如图所示，宽度L1m 的足够长的 U 形金属框架水平放置，框架中连接电阻R0.8，框架处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B1T ，框架导轨上放一根质量为m0.2kg、电阻r0.2，的金属棒ab ，棒ab 与导轨间的动摩擦因数0.5 ，现用功率恒定P6W的牵引力F使棒从静止开始沿导轨运动（ab 棒始终与导轨接触良好且垂直），当整个回路产生热量Q5.8J时刚好获得稳定速度，此过程中，通过棒的电量 q2.8C （框架电阻不计，g取 10m /s2 ）求：（ 1）当导体棒的速度达到 V1 1m
11、 / s 时，导体棒上 ab 两点电势的高低？导体棒 ab 两端的电压？导体棒的加速度？（ 2）导体棒稳定的速度 V2 ？（ 3）导体棒从静止到刚好获得稳定速度所用的时间？【答案】（ 1） b 点的电势高， 0.8V ， 20m / s2（2） V22m / s ；（ 3） t 1.5s【解析】试题分析：（ 1）当 V V1 1m / s 时，根据法拉第电磁感应定律：E BLV 则EIRr根据欧姆定律： UIR0.8V ，则： F安BILpFV 。根据牛顿第二定律可以得到：aFmgF安20m / s2 ，则 b 点的电势高m（2）当达到最大速度V2 时 ， 根据平衡条件： FmgF安 0整理可
12、以得到： V22m / s（3）根据功能关系：W安Q ， qBLXRrRr根据动能定理：PtW安mgx1 mV222可以得到： t1.5s考点：导体切割磁感线时的感应电动势；牛顿第二定律；电磁感应中的能量转【名师点睛】由题意，牵引力 F 的功率恒定，使棒从静止开始先做加速度减小的变加速运动，最后做匀速运动，达到稳定根据动能定理列式得到位移与最大速度的关系再由法拉第电磁感应定律，由电量得出棒运动的位移与电量的关系，再联立可求解稳定的速度和时间。6 如图所示，一质量为m 2kg 的滑块从半径为 R 0.2m 的光滑四分之一圆弧轨道的顶端A 处由静止滑下， A 点和圆弧对应的圆心O 点等高，圆弧的底
13、端B 与水平传送带平滑相接已知传送带匀速运行的速度为v0 4m/s ，B 点到传送带右端C 点的距离为 L 2m当滑块滑到传送带的右端C 时，其速度恰好与传送带的速度相同(g 10m/s2 )，求：(1)滑块到达底端B 时对轨道的压力；(2)滑块与传送带间的动摩擦因数；(3)此过程中，由于滑块与传送带之间的摩擦而产生的热量Q.【答案】（ 1） 60 N（2 ）0 3（ 3） 4 J【解析】试题分析：（1）滑块从A 运动到 B 的过程中，由机械能守恒定律得mgR 1 mvB22解得 vB 2gR2m / s在 B 点： FN mg m v2B R代入解得， FN 60 N由牛顿第三定律可知，滑块
14、对轨道的压力大小为FN FN60 N，方向竖直向下。（2）滑块从B 运动到C 的过程中，根据牛顿第二定律得mg ma又 v02 vB2 2aL，联立以上两式解得 0 3（ 3）设滑块从 B 运动到 C 的时间为 t，加速度a g 3 m/s 2。由 v0B v0vB 2 v at，得 tas3在这段时间内传送带的位移为s 传 v0t 8m3传送带与滑块的相对位移为s s 传 L 2m3故滑块与传送带之间的摩擦而产生的热量Q mgs4 J。考点：牛顿第二定律的综合应用7如图所示， mA=0.5kg， mB=0.1kg，两物体与地面间的动摩擦因数均为0.2，当大小为F=5N 水平拉力作用在物体 A
15、 上时，求物体 A 的加速度。（忽略滑轮的质量以及滑轮和绳的，取 g=10m/s 2）【答案】 4m/s2【解析】试题分析：对A 由牛顿第二定律得对 B 由牛顿第二定律得根据题意有解以上各式得考点：牛顿第二定律【名师点睛】此题是牛顿第二定律的应用问题；解题的关键是正确选择研究对象并且受力分析，根据牛顿第二定律列得方程，注意两个物体的加速度及拉力的关联关系.8 质量M=3kg的长木板放在水平光滑的平面上，在水平恒力F=11N 作用下由静止开始向右运动，如图所示，当速度达到1m/s时，将质量m=4kg的物体轻轻放到木板的右端，已知物块与木板间动摩擦因数=0.2,g 取10m/s 2，求：(1)物体
16、经多长时间才与木板保持相对静止；(2）物块与木板相对静止后，物块受到的摩擦力大小【答案】（ 1） 1s（ 2） 6.29N【解析】试题分析：（ 1）放上物体后，由牛顿第二定律可知：物体加速度a1g 2m / s2板的加速度 a2Fmg1m / s2M当两物体达速度相等后保持相对静止，故a1t v a2 t ，解得 t1s（2）相对静止后，对整体F （ Mm）a ，对物体有 f ma解得 f 6.28N考点：考查了牛顿第二定律的应用【名师点睛】物体与木板均做匀变速直线运动，由牛顿第二定律可求得二者的加速度，由速度公式可求得二者相对静止的时间；相对静止后，物体的静摩擦力充当合外力，由牛顿第二定律可
17、求得物体受到的摩擦力9 如图所示，在倾角为=30m的的固定斜面上固定一块与斜面垂直的光滑挡板，质量为半圆柱体 A 紧靠挡板放在斜面上，质量为2m 的圆柱体 B 放在 A 上并靠在挡板上静止。A与 B 半径均为 R，曲面均光滑，半圆柱体A 底面与斜面间的动摩擦因数为现用平行斜面向上的力拉 A，使 A 沿斜面向上缓慢移动，直至B 恰好要降到斜面设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。求：（1）未拉 A 时， B 受到 A 的作用力 F 大小；（2）在 A 移动的整个过程中，拉力做的功W；（3）要保持 A 缓慢移动中拉力方向不变，动摩擦因数的最小值min【答案】（ 1） F =13) mgR
18、（3）533 mg （ 2） W(9min92【解析】【详解】（1）研究 B，据平衡条件，有F =2mg cos解得F =3 mg（2）研究整体，据平衡条件，斜面对A 的支持力为N =3mgcos= 33 mg2f = N= 33 mg2由几何关系得A 的位移为x =2Rcos30 = 3 R克服摩擦力做功Wf =fx =4.5 mgR由几何关系得A 上升高度与B 下降高度恰均为h =3 R2据功能关系W + 2mgh - mgh - Wf = 0解得W1 (93) mgR2（3） B 刚好接触斜面时，挡板对B 弹力最大研究 B 得N m2mg4mgsin 30研究整体得fmin + 3mgs
19、in30 =Nm解得f min = 2.5mg可得最小的动摩擦因数：f min5 3minN910 如图所示，物块A 悬挂在绳PO 和PC的结点上，PO偏离竖直方向37角， PC水平，且经光滑定滑轮与木块B 相连，连接B 的绳与水平方向的夹角为53。已知A 质量MA=1.6kg， B 质量MB=4kg，木块B 静止在水平面上，g 取10m/s 2.试求：(1)绳 PO 的拉力大小；(2)绳 PC拉力的大小；(3)木块 B 与水平面间的摩擦力大小。【答案】 (1) 20N ； (2)12N ； (3) 7.2N【解析】【分析】【详解】(1)对 P 点受力分析如图：由平衡条件得FPO cos37M A gFCFPO sin 37解得绳 PO 的拉力大小FPOM A g16 N 20Ncos370.8(2)绳 PC拉力的大小FcFPO sin 37200.6N12N(3)对 B 受力分析如图：水平方向根据共点力的平衡条件可得木块B 与水平面间的摩擦力大小fFCcos53120.6N7.2N
