1、高考物理相互作用模拟试题含解析一、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代入数据解得：T=1
2、0， 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，需要细细品味2
3、质量 m 5kg 的物体在20N 的水平拉力作用下，恰能在水平地面上做匀速直线运动若改用与水平方向成 37角的力推物体，仍要使物体在水平地面上匀速滑动，所需推力应为多大？（ g 10N/kg， sin37 0.6，cos37 0.8）【答案】 35.7N ；【解析】解：用水平力拉时，物体受重力、支持力、拉力和滑动摩擦力，根据平衡条件，有：fmgf20解得：0.4mg50改用水平力推物体时，对物块受力分析，并建正交坐标系如图：由 FX0 得： Fcosf由 FY0得： NmgFsin其中：fN解以上各式得：F35.7N【点睛 】本题关键是两次对物体受力分析，然后根据共点力平衡条件列方程求解，注意
4、摩擦力是不同的，不变的是动摩擦因数3如图所示，一质量m=4 0kg 的小球在轻质弹簧和细线的作用下处于静止状态，细线AO 与竖直方向的夹角0，弹簧 BO 水平并处于压缩状态，小球与弹簧接触但不粘连， =37已知弹簧的劲度系数k=100N/m ，取 sin370=0 6， cos370=08，求：（1）小球静止时，细线中的拉力T 和弹簧的压缩量x；（ 2）剪断细线 AB 瞬间，小球的加速度 a。【答案】（ 1） 50N， 03m （ 2） 12 5m/s2【解析】试题分析：（1）小球的受力图如图，根据平衡条件可知：弹簧的弹力F=mgtanTmgcos而 F=kx解得： T=50N， x=0 3m
5、（2）剪断细线的瞬间，小球受到重力、弹力不变；合力与原细线中的拉力T 等大反向，则 aT12.5m / s2 方向与竖直方向成角370，斜向下沿原细线AB 方向。m考点：胡克定律；牛顿第二定律的应用【名师点睛】本题考查了共点力平衡和牛顿第二定律的基本运用，知道剪断细线的瞬间，弹簧的弹力不变。4 用质量为 m 、总电阻为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
6、，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） vmgRsin2 2?B lBl 2（2） qR（3） Q 2mglsin【解析】试题分析：（ 1）感应电动势 : E Blv ，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Fmgsin解得匀速运动的速度: vmgRsin22?B l（2）解法一：由 BIlmgsin得， Img sintlB2l 3，BlvmgRsin
7、，所以 q ItBl 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】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，倾角为 30d 1 m、长为L 4 m的光滑倾斜导轨，导轨、宽度为C D 、 C D顶端接有定值电阻R 15 ，倾斜导轨置于垂直导轨平面斜向上的匀强磁场112
8、20中，磁感应强度为 B 5 T， C1A1、 C2A2 是长为 s4.5 m 的粗糙水平轨道， A1B1、 A2B2 是半径为 R0.5 m 处于竖直平面内的 1/4 光滑圆环 (其中 B1、 B2 为弹性挡板 )，整个轨道对称在导轨顶端垂直于导轨放一根质量为m2 kg、电阻不计的金属棒MN ，当开关 S 闭合时，金属棒从倾斜轨道顶端静止释放，已知金属棒到达倾斜轨道底端前已达到最大速度，当金属棒刚滑到倾斜导轨底端时断开开关S， (不考虑金属棒MN 经过 C1、 C2 处和棒与B1、 B2 处弹性挡板碰撞时的机械能损失，整个运动过程中金属棒始终保持水平，水平导轨与金属棒 MN 之间的动摩擦因数
9、为 0.1， g 10 m/s 2)求：(1)开关闭合时金属棒滑到倾斜轨道底端时的速度大小；(2)金属棒 MN 在倾斜导轨上运动的过程中，电阻R0 上产生的热量Q；(3)已知金属棒会多次经过圆环最低点A1A2，求金属棒经过圆环最低点A1A2 时对轨道压力的最小值 【答案】（ 1 ） 6m/s ；（ 2） 4J；（ 3） 56N【解析】试题分析：（ 1）开关闭时，金属棒下滑时切割磁感线运动，产生感应电动势，产生感应电流，受到沿斜面向上的安培力，做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度为 0 时，速度最大根据牛顿第二定律和安培力与速度的关系式结合，求解即可（ 2）下滑过程中，重力势能减小，动能增加，内
10、能增加，根据能量守恒求出整个电路产生的热量，从而求出电阻上产生的热量（ 3）由能量守恒定律求出金属棒第三次经过 A1A2 时速度，对金属棒进行受力分析，由牛顿定律求解（1）金属棒最大速度时,电动势,电流,安培力金属棒最大速度时加速度为0，由牛顿第二定律得：所以最大速度（ 2）金属棒 MN 在倾斜导轨上运动的过程中，由能量守恒定律得：代入数据，得（ 3）金属棒第三次经过 A1A2 时速度为 VA，由动能定理得：金属棒第三次经过A1A2 时，由牛顿第二定律得由牛顿第三定律得，金属棒对轨道的压力大小6 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
11、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 / 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，
12、0.8V ， 20m / s2（2） V22m / s ；（ 3） t 1.5s【解析】试题分析：（ 1）当 VV11m / 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
13、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。7 在建筑装修中，工人用质量为4.0 kg 的磨石对水平地面和斜壁进行打磨，已知磨石与水平地面、斜壁之间的动摩擦因数相同， g 取 10 m/s 2（ 1）当磨石受到水平方向的推力 F1=20N 打磨水平地面时，恰好做匀速直线运动，求动摩擦因数 ；（ 2）若用磨石对 =370 的斜壁进行打磨（如图所示），当对磨石施加竖直向上的推力F2=60N 时，求磨石从静止开始沿斜
14、壁向上运动0.8 m 所需的时间（斜壁足够长 ,sin370=0.6， cos370 =0.8）【答案】（ 1）（ 2） 0 8s【解析】（1）磨石在水平地面上恰好做匀速直线运动F1mg ，解得0.5（2）磨石与斜壁间的正压力FN F2mg sin根据牛顿第二定律有 （ F2mg)cosFN ma解得 a2.5m / s2根据匀变速直线运动规律x1at 22解得 t2x0.8sa8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
15、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。9质量m=20kg的物体，在大小恒定的水平外力F 的作用下，在水平面上做直线运动。02s 内F 与运
16、动方向相反，24s内F 与运动方向相同，物体的速度时间图象如图所示。求 : （1）体在 0-2 秒内的加速度；（2）物体在 2-4 秒内的加速度；（3）物体与水平面间的动摩擦因数 ；（4） F 的大小。（ g 取 10m/s 2）【答案】（ 1）（ 2）（3）（ 4） F=-60N【解析】试题分析：（1）由图象可得：02s 内物体的加速度（ 3 分）（2） 24s 内物体的加速度（3分）（3）根据牛顿第二定律：02s 内， （ 1 分）24s 内， （ 1 分）联立 式代入数据，得：（ 1 分）（4） F=-60N（ 1 分）考点：运动图像。10 如图所示，让摆球从图中的断，小球在粗糙的水平面
17、上由C 位置由静止开始摆下，摆到最低点D 处，摆线刚好被拉D 点向右做匀减速运动，达到A 孔进入半径R=0.3m 的竖直放置的光滑圆弧轨道，当摆球进入圆轨道立即关闭A 孔。已知摆线长L=2m，=60，小球质量为m=0.5kg， D 点与小孔A 的水平距离s=2m，试求：（ 1）小球摆到最低点时的速度；（ 2）求摆线能承受的最大拉力；（ 3）要使摆球能进入圆轨道并且不脱离轨道，求粗糙水平面摩擦因数的范围。【答案】（ 1）（ 2）（ 3）035 05或者 0125【解析】试题分析：（1）当摆球由C 到 D 运动机械能守恒：得出：（2）由牛顿第二定律可得：可得：（3）小球不脱圆轨道分两种情况： 要保证小球能达到 A 孔，设小球到达由动能定理可得：A 孔的速度恰好为零，可得： 1=05若进入 A 孔的速度较小，那么将会在圆心以下做等幅摆动，不脱离轨道。其临界情况为到达圆心等高处速度为零，由机械能守恒可得：由动能定理可得：可求得：2=035 若小球能过圆轨道的最高点则不会脱离轨道，在圆周的最高点由牛顿第二定律可得：由动能定理可得：解得：=01253综上所以摩擦因数 的范围为： 035 05或者 0125 考点：考查了动能定理，牛顿第二定律，圆周运动，机械能守恒名师点睛：本题关键是不能漏解，要知道摆球能进入圆轨道不脱离轨道，有两种情况，再根据牛顿第二定律、机械能守恒和动能定理结合进行求解
