1、高考物理相互作用试题经典及解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1 质量为 M 的木楔倾角为( 45 )，在水平面上保持静止，当将一质量为m 的木块放在木楔斜面上时，它正好匀速下滑当用与木楔斜面成角的力 F 拉木块，木块匀速上升，如图所示 (已知木楔在整个过程中始终静止)(1)当 时，拉力F 有最小值，求此最小值；(2)求在 (1)的情况下木楔对水平面的摩擦力是多少？1【答案】 （1） Fminmg sin 2（ 2）mg sin 4【解析】【分析】（ 1）对物块进行受力分析，根据共点力的平衡，利用正交分解，在沿斜面和垂直斜面两方向列方程，进行求解（ 2）采用整体法，对整体受力分析，根据共点力的
2、平衡，利用正交分解，分解为水平和竖直两方向列方程，进行求解【详解】木块在木楔斜面上匀速向下运动时，有mgsin mgcos，即 tan(1)木块在力 F 的作用下沿斜面向上匀速运动，则：Fcos mgsin fFsin FN mgcosfFN联立解得：Fmgsin2cos则当时， F 有最小值 ， Fmin mgsin2(2)因为木块及木楔均处于平衡状态，整体受到地面的摩擦力等于F 的水平分力，即fFcos当 时， f mgsin2 cos21mgsin42【点睛】木块放在斜面上时正好匀速下滑隐含动摩擦因数的值恰好等于斜面倾角的正切值，当有外力作用在物体上时，列平行于斜面方向的平衡方程，求出外
3、力F 的表达式，讨论F 取最小值的条件2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0300，此时 C恰能保持静止状态。求：（g=10m/s2）（ 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
4、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3 如图所示，倾角为 30、宽度为d 1 m、长为 L 4 m 的光滑倾斜导轨，导轨C1D1、 C2D2顶端接有定值电阻R0 15 ，倾斜导轨置于垂直导轨平面斜向上的匀强磁场中，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
5、，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；（
6、 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
7、，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4(14 分 )如图所示，木板与水平地面间的夹角可以随意改变，当 =30时，可视为质点的一小木块恰好能沿着木板匀速下滑。若让该小木块从木板的底端以大小恒定的初速率v0=10m/s 的速度沿木板向上运动，随着的改变，小物块沿木板滑行的距离x 将发生变化，重力加速度g=10m/s 2。 (结果可用根号表示)（ 1）求小物块与木板间的动摩擦因数；（ 2）当 角满足什么条件时，小物块沿木板滑行的距离最小，并求出此最小值。
8、【答案】 （1）（ 2） 60；m【解析】 分析：（1）当 ， 木 受力分析：（ 2 分）（ 2 分） 摩擦因素：（ 2 分）（ 2）当 化 ，木 的加速度 a ：（ 2 分）木 的位移S ：（ 2 分）则令， 当时 s 最小，即（ 2 分）S 最小 考点：考 了牛 第二定律的 用点 ：做本 的关 是 物体受力分析，找出 界状 ， 5 如 所示，在一 角 30固定斜面上放一个 量 2kg 的小物 ，一 跨 两个 滑 一端固定在 壁上，一端 接在物 上，且物 上端 与斜面平行， 滑 下方 挂 量 3kg 的重物，整个装置 于静止状 。已知跨 滑 的 角 60，物 与斜面的 摩擦因数 3，已知最大
9、静摩擦力等于滑 摩擦力，重力加速度g=10m/s 2。3求：（ 1）斜面上物 所受的静摩擦力大小；（ 2）若要使斜面上的物 滑 ， 滑 下 挂重物的 量 足什么条件？【答案】（ 1） (10 310)N （ 2） m2 2 3kg【解析】【分析】考 平衡状 的受力分析。【 解】（ 1） 斜面上物体 量 m1， 滑 下方 挂的物体 量 m2， 的拉力 T，斜面支持力 N，摩擦力 f，受力分析如 ：动滑轮节点受力平衡：T cos301 m2 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
10、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：T m1 g sinf maxT cos301m2 g2解得 m22 3kg即动滑轮下悬挂重物的质量应满足m22 3kg 。6某同学设计了一个测量物体质量的电子装置，其结构如图甲、乙所示。为 S 极，中心为 N 极，可认为只有磁极间存在着磁感应强度大小均为E 形磁铁的两侧 B 的匀强磁场。一边长为L 横截面为正方形的线圈套于中心磁极，线圈、骨架与托盘连为一体，总质量为m0，托盘下方连接一个轻弹簧，弹簧下端固定在磁极上，支撑起上面的整个装置，线圈、骨架与磁极不接触。线圈的两个头与
11、外电路连接（图上未标出）。当被测量的重物放在托盘上时，弹簧继续被压缩，托盘和线圈一起向下运动，之后接通外电路对线圈供电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，此时由对应的供电电流可确定重物的质量。已知弹簧劲度系数为 k，线圈匝数为 n，重力加速度为 g。（1）当线圈与外电路断开时a以不放重物时托盘的位置为位移起点，竖直向下为位移的正方向。试在图丙中画出，托盘轻轻放上质量为 m 的重物后，托盘向下运动过程中弹簧弹力 F 的大小与托盘位移x 的关系图象；b根据上面得到的 F-x 图象，求从托盘放上质量为 m 的重物开始到托盘达到最大速度的过程中，弹簧弹力所做的功 W；（2）当线圈与外电路接通时a
12、通过外电路给线圈供电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止。若线圈能够承受的最大电流为I，求该装置能够测量的最大质量M ；b在线圈能承受的最大电流一定的情况下，要增大质量的测量范围，可以采取哪些措施？（至少答出2 种）【答案】（ 1） a弹力大小为 m0g；图像如图所示； b （ 2）a； b可以增加线圈的匝数、增大线圈的边长、增大磁感应强度。【解析】（1）未放重物时，弹簧已经被压缩，弹力大小为m0g。弹簧弹力 F的大小与托盘位移x的关系图象如图所示。未放重物时 kx0 = m0 g当托盘速度达到最大时k ( x0 + x ) = ( m0 + m )g解得图中阴影部分面积即为从托盘放上质量
13、为m的重物开始到托盘达到最大速度的过程中，弹力所做的功的大小，弹力做负功有（ 2）给线圈供电后，托盘回到原来的位置，线圈、骨架、托盘与重物处于平衡状态有 2nBIL + kx0 = (m0 + M ) g解得（ 3）可以增加线圈的匝数、增大线圈的边长、增大磁感应强度。点睛：本题考查电子秤的原理，关键是明确骨架、脱皮、弹簧、线圈和重物整体的受力情况，根据平衡条件列式分析，注意结合图象法求解变力做功。7 如图所示，一小滑块静止在倾角为370 的斜面底端，滑块受到外力冲击后，获得一个沿斜面向上的速度v0=4m/s ，斜面足够长，滑块与斜面之间的动摩擦因数为 =0.25，已知sin370=0.60，
14、cos370=0.80，g 取 10m/s 2，求：（ 1）滑块沿斜面上滑过程中的加速度的大小；（ 2）滑块沿斜面上滑的最大距离；【答案】（ 1）（ 2） 1 0m【解析】试题分析：（ 1）设滑块质量为m，上滑过程的加速度大小为根据牛顿第二定律，有所以，a，（ 2）滑块上滑做匀减速运动，根据位移与速度的关系公得最大距离考点：考查了牛顿第二定律与运动学公式的应用【名师点睛】连接牛顿第二定律与运动学公式的纽带就是加速度，所以在做这一类问题时，特别又是多过程问题时，先弄清楚每个过程中的运动性质，根据牛顿第二定律求加速度然后根据加速度用运动学公式解题或者根据运动学公式求解加速度然后根据加速度利用牛顿第
15、二定律求解力8 如图所示，一个质量为m=2kg的均匀球体，放在倾角=37的光滑斜面上，并被斜面上一个竖直的光滑挡板挡住，处于平衡状态求球体对挡板和斜面的压力（ sin37 =0.6 ，cos37=0.8 ， g=10m/s2）【答案】 15N； 25N【解析】试题分析：球体受到三个力作用：重力G、挡板对球体的支持力F1 和斜面对球体的支持力F2根据平衡条件求出两个支持力，再由牛顿第三定律求解压力解：球受三个力：G、 F1、 F2如图根据平衡条件得F1=Gtan37=mgtan37=15N2=25NF =由牛顿第三定律得：球体对挡板的压力大小：F1=F1=15N，方向水平向左球体对斜面的压力的大
16、小：F2=F2=25N，方向垂直斜面向下答：球体对挡板为15N，方向水平向左；斜面的压力为25N，方向垂直斜面向下【点评】本题是简单的力平衡问题，关键是分析物体的受力情况，作出力图9 一个底面粗糙、质量为M=3m 的劈放在粗糙水平面上，劈的斜面光滑且与水平面成30角现用一端固定的轻绳系一质量为m 的小球，小球放在斜面上，小球静止时轻绳与竖直方向的夹角也为30，如图所示（ 1）当劈静止时，求绳子的拉力大小（ 2）当劈静止时，求地面对劈的摩擦力大小（3）若地面对劈的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，为使整个系统静止，动摩擦因素u 最小值多大？【答案】 （1）3 mg （2）3 mg （ 3） u3362
17、1【解析】【详解】（1）以小球为研究对象，受力分析如图所示，对T 和 mg 进行正交分解由平衡条件有Tcos 30 =mgsin 30 得 T= 3 mg3（2）以劈和小球整体为研究对象，受力情况如图所示由平衡条件可得f=Tcos 60 =3 mg6（3）为使整个系统静止，必须满足 f max=uFNTcos 60 且有 FN+Tsin 60 =(M +m)g联立解得u 321【点睛】当一个题目中有多个物体时，一定要灵活选取研究对象，分别作出受力分析，即可由共点力的平衡条件得出正确的表达式10 如图所示，物体的质量m 4.4 kg，用与竖直方向成 37的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上，并使它沿墙壁在竖直向上做匀速直线运动物体与墙壁间的动摩擦因数 0.5，取重力加速度g 10 N/kg ，求推力 F 的大小 (sin 37 0.6， cos 37 0.8)【答案】 88N【解析】【详解】当物体匀速向上滑动时，受力分析如图所示，根据平衡条件有，水平方向： FN=Fsin 竖直方向： Fcos=Ff+mg又因为： Ff =FNmg4.4 1088N由以上三式可解得： Fsin0.8 0.5 0.6cos【点睛】本题关键是对匀速滑动的物体受力分析，然后根据共点力平衡条件列式求解要注意滑动摩擦力有自己的公式，Ff =FN
