1、（物理）物理相互作用练习题及答案及解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示，质量M=2kg 的物块 A 放在水平地面上，滑轮固定在天花板上，细绳跨过滑轮，一端与物块A 连接，另一端悬挂质量 m=1kg 的物块 B，细绳竖直， A、 B 处于静止状态。现对物体A 施加向左的水平外力 F，使 A 沿水平面向左缓慢移动。物块A 刚开始移动时水平外力 F1 3N，不计绳与滑轮间的摩擦，重力加速度g 取 10 m/s 2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：(1)物块 A 与水平地面间的动摩擦因数；(2)当连接物块A 的细绳与竖直方向的夹角=37 时，水平外力F2 的大小。 (已知sin37 =0.
2、6， cos37 =0.8)【答案】（ 1） 0.3（ 2） 9.6N【解析】【分析】(1) 活结绳竖直时张力相等，由平衡知识求解.(2) 抓住两物体的联系点：倾斜的活结绳上的张力依然相等，由受力分析求外力.【详解】(1) 设物块 A 刚开始移动时，绳子的拉力为T，地面对 A 的支持力为 N1 ，由平衡条件得,对 ： T mgB对 A： Mg N1 T F1 f1 N1代入数据得0.3(2) 设当细线与竖直方向夹角为37时，地面对 A 的支持力为 N 2由平衡条件得：F2N 2T sinN2T cosMg代入数据，得F29.6?N【点睛】绳连接体的关键是掌握活结绳上的五同规律：沿绳张力相同，沿
3、绳加速度相同，沿绳瞬时速度相等，沿绳的拉力功率相等；沿绳的拉力做功相等.2 如图所示，AB、BC、 CD和DE 为质量可忽略的等长细线，长度均为5m， A、 E 两端悬挂在水平天花板上，AE 14m ，B、 D 是质量均为m 7kg 的相同小球，质量为于 C 点，平衡时C 点离天花板的垂直距离为7m ，试求重物质量MM 的重物挂【答案】 18kg【解析】【分析】分析几何关系根据给出的长度信息可求得两绳子的夹角；再分别对整体和B、 C 进行受力分析，根据共点力的平衡条件分别对竖直方向和水平方向分析，联立即可求得M 【详解】设 AB 与竖直方向的夹角为 ，则由几何关系可知：（75sin） 2+（
4、7 5cos） 2 52解得： sin+cos解得： sin0.6；或 sin 0.8由图可知，夹角应小于45，故 0.8 舍去；则由几何关系可知，BC与水平方向的夹角也为 ；设 AB 绳的拉力为 T，则对整体分析可知： 2Tcos37 Mg+2mg设 BC绳的拉力为 N；则有：对 B 球分析可知： TsinNcos联立解得： M 18Kg；【点睛】本题为较复杂的共点力的平衡条件问题，解题的关键在于把握好几何关系，正确选择研究对象，再利用共点力的平衡条件进行分析即可求解3如图所示：一根光滑的丝带两端分别系住物块A、C，丝带绕过两定滑轮，在两滑轮之间的丝带上放置了球知，带与水平面夹角为B,D通过
5、细绳跨过定滑轮水平寄引C物体。整个系统处于静止状态。已00230 ，此时 C恰能保持静止状态。求：（g=10m/s ）（ 1）物体 B的质量 m；（ 2）物体 C与地面间的摩擦力 f ；（ 3）物体 C与地面的摩擦系数 （假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力）。【答案】（ 1） 3kg（2） f=10N（3）【解析】（1）对 B受力分析，受重力和两侧绳子的拉力，根据平衡条件，知解得： m=3kg对 C 受力分析，受重力、两个细线的拉力、支持力和摩擦力，根据平衡条件，知水平方向受力平衡：解得： f=10N（3）对 C，竖直方向平衡，支持力：由 f= N，知4 如下图，水平细杆上套有一质量为M 的小环
6、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 -
7、f=0FN=Mg+FTsin37 又： f= FN代入数据解得：M=1.08kg5 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abl）、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。mg
8、Rsin【答案】（ 1） vB2l 2?Bl 2（2） qR（3） Q2mglsin【解析】试题分析：（ 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: v22?B l（2）解法一：由 BIlmgsin得， Img sintlB2l 3，BlvmgRsin，Bl 2所以 q ItR解法二：平均电动势E n， 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
9、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。6 如图所示，用两根长度均为 l 的细线将质量为 m 的小球悬挂在水平的天花板下面，轻绳与天花板的夹角为 将细线 BO 剪断，小球由静止开始运动不计空气阻力，重力加速度为 g求：（ 1）剪断细线前 OB 对小球拉力的大小；（ 2）剪断细线后小球从开始运动到第一次摆到最高点的位移大小；（ 3）改变 B 点位置，剪断 BO 后小球运动到最低点时细线OA 的拉力 F2 与未剪断前细线的拉力 F1 之比F2
10、的最大值F1mg（ 2） x 2l cosF29【答案】 （1） F（ 3）42sinF1 max【解析】（1） F sin1 mg2mg得 F2sin（2）小球运动到左侧最高点时绳与天花板夹角为mglsin=mglsin 得 =X=2lcos（3）小球运动到最低点时速度为vmgl (1sin )1 mv22F2 mgm v2lF =F1得： F26sin4sin 2F1当 sin3F29 可得F1 max=447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
11、 、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R =4，定 阻 R =2，L1 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=BL
12、vm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8如 所示， 机通 其 上的 引一根原来静止的 L=1m， 量m=0.1 的 体棒 ab， 体棒 在 直放置、 阻不 的金属框架上， 体棒的 阻R=1，磁感 度 B=1T 的匀 磁 方向垂直于 体框架所在平面，当 体棒在 机
13、 引下上升h=3.8m ， 得 定速度，此 程 体棒 生 量Q=2J 机工作 ， 表、 流表的 数分 7V 和1A， 机的内阻r=1 ，不 一切摩擦，g=10m/s2 ，求：（ 1）导体棒所达到的稳定速度是多少？（ 2）导体棒从静止到达稳定速度的时间是多少？【答案】（1）m/s（ 2）s【解析】：（1）导体棒匀速运动时，绳拉力T，有T-mg-F=0（ 2 分），其中F=BIL， I= /R,=BLv，(3 分)此时电动机输出功率与拉力功率应相等，即 Tv=UI/ -I/2r（2分），（U、 I/ 、 r 是电动机的电压、电流和电阻），化简并代入数据得v=2m/s （ 1 分）（2）从开始达匀速
14、运动时间为t ，此过程由能量守恒定律，UI/ t-I/2rt=mgh+mv 2+Q（ 4 分），代入数据得 t=1s（2 分）9 如图所示，一个质量为m=2kg 的物块，在 F=10N 的拉力作用下，从静止开始沿水平面做匀加速直线运动，拉力方向与水平成0=0.5，取重力=37，物块与水平面的动摩擦因数加速度 g=10 m/s2， sin370=0.6， cos37 =0.8（ 1）画出物块的受力示意图；（ 2）此物块所受到的滑动摩擦力为多大；（ 3）求此物块在 2s 末的速度【答案】（ 1）物块的受力示意图如下（2） 7N（ 2） 1m/s【解析】试题分析：（ 1）物块受到重力、拉力、支持力和
15、滑动摩擦力，物块的受力示意图如下（2）物块竖直方向受力平衡，则有：Fsin37 +FN=mg解得： FN=mg-Fsin37此物块所受到的滑动摩擦力为：f= FN=（ mg-Fsin37 ）代入数据解得：f=7N（3）根据牛顿第二定律，有：Fcos37 -f=ma代入数据解得：a=0 5m/s 2所以物块在2s 末的速度为：v=at=0 5 2=1m/s考点：牛顿第二定律；力的合成与分解的运用10 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
16、，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，所以物体最终在圆心为上往复运动对整体应用动能定理得：mgRcos-mgS cos=02的圆弧所以总路程为（ 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。
