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高考物理相互作用解题技巧讲解及练习题(含答案).docx

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资源描述

1、高考物理相互作用解题技巧讲解及练习题( 含答案 )一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示 ,劲度系数为的轻质弹簧B 的两端分别与固定斜面上的挡板及物体A 相连, A 的质量为 m,光滑斜面倾角为用轻绳跨过定滑轮将物体A 与另一根劲度系数为的轻质弹簧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 位置现将弹簧 C 的右端点用力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 的重力求:当弹簧 C 处在水平位置且未发生形变时 ,弹簧 B 的形变量大小;在将弹簧的右端由 a 缓慢拉到 b 的过程中 ,物体 A 移动的距离; ab 间的距离【答案】 (1

2、)(2)( 3)【解析】【分析】(1)对 A 进行受力分析,根据平衡条件和胡克定律即可求出;(2)将弹簧C 的右端点用力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,说明 A 受到弹簧 B 的拉力,对 A 进行受力分析,结合胡克定律和几何关系即可求出;(3)先求出弹簧c 的力,由胡克定律求出弹簧c 的伸长量,最后求出ab 之间的距离【详解】(1)当弹簧C 未发生形变时弹簧B 处于压缩状态,设弹簧B 对于物体A 而言的压缩量为;根据平衡条件和胡克定律有:,解得:;(2)当弹簧C 的右端点沿水平缓慢拉到b 位置时,因弹簧B 对物体 A 的拉力大小恰好等于 A 的

3、重力,说明弹簧B 处于伸长状态,且伸长量,所以物体A 上升的高度为;(3)由( 2)问可得:绳中张力,则弹簧 C 的伸长量,故 ab 间的距离为 :;2 如图所示,质量为M=5kg 的物体放在倾角为=30o的斜面上,与斜面间的动摩擦因数为 /5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,M 用平行于斜面的轻绳绕过光滑的定滑轮与不计质量的吊盘连接,两个劲度系数均为k=1000N/m的轻弹簧和两个质量都是m 的物体均固连, M刚好不上滑,取g=10m/s 2。问:(1) m 的质量是多大 ?(2)现将上面的 m 物体向上提,使 M 刚要开始下滑,上面的 m 物体向上提起的高度是多少?(吊盘架足够高)【答案】(

4、1) m=2kg;( 2)h=0.06m【解析】【详解】(1)对 M 和 m 的系统,由平衡知识可知:(2)使 M 刚要开始下滑时,则绳的拉力为T:解得 T=10N;此时吊盘中下面弹簧的弹力应为10N,因开始时下面弹簧的弹力为解得2mg=40N,m=2kg;可知下面弹簧伸长了;对中间的物体 m 受力分析可知,上面的弹簧对之间物体应该是向上的拉力,大小为10N,即上面的弹簧应该处于拉长状态,则上面弹簧的伸长量应该是;可知上面的m 物体向上提起的高度是.【点睛】此题的难点在第2 问;关键是通过分析两部分弹簧弹力的变化(包括伸长还是压缩)求解弹簧的长度变化,从而分析上面物体提升的高度.3 如图所示,

5、两足够长的平行光滑的金属导轨MN 、PQ 相距为 L 1 m,导轨平面与水平面夹角30,导轨电阻不计,磁感应强度为B12T 的匀强磁场垂直导轨平面向上,长为 L1 m的金属棒 ab 垂直于 MN 、 PQ 放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m1 2 kg、电阻为 R1 1,两金属导轨的上端连接右侧电路,电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离和板长均为d 0.5 m,定值电阻为R2 3 ,现闭合开关 S 并将金属棒由静止释放,取g10 m/s 2,求:(1)金属棒下滑的最大速度为多大?(2)当金属棒下滑达到稳定状态时,整个电路消耗的电功率为多少?( 3)当金属棒稳

6、定下滑时,在水平放置的平行金属板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场,在下板的右端且非常靠近下板的位置处有一质量为q1 10 4kg、所带电荷量为C 的液滴以初速度水平向左射入两板间,该液滴可视为质点,要使带电粒子能从金属板间射出,初速度应满足什么条件?【答案】( 1) 10m/s (2) 100W( 3) v0.25m/s 或 v0.5m/s【 解 析 】 试 题 分 析 : ( 1 ) 当 金 属 棒 匀速 下 滑 时 速 度 最 大 , 设 最 大速 度vm , 则 有m1 gsinF安F 安 =B1ILI B1Lvm R1 R2所以 vmm1 gsinR1 R2 代入数据解得: vm=10m

7、/sB12L2(2)金属棒匀速下滑时,动能不变,重力势能减小,此过程中重力势能转化为电能,重力做功的功率等于整个电路消耗的电功率P=m1m)gsin v=100W ( 或(3)金属棒下滑稳定时,两板间电压U=IR2=15V因为液滴在两板间有m2 g q U 所以该液滴在两平行金属板间做匀速圆周运动d当液滴恰从上板左端边缘射出时:r1 dm2 v1 所以 v1 =0.5m/sB2 q当液滴恰从上板右侧边缘射出时:r2dm2v222B2q所以 v =0.25m/s初速度 v 应满足的条件是: v0.25m/s或 v0.5m/s考点:法拉第电磁感应定律;物体的平衡;带电粒子在匀强磁场中的运动.视频4

8、如图所示,两足够长平行光滑的金属导轨MN 、PQ 相距为 L,导轨平面与水平面夹角 =30,导轨电阻不计磁感应强度为B=2T 的匀强磁场垂直导轨平面向上,长为金属棒 ab 垂直于 MN 、PQ 放置在导轨上,且始终与导轨电接触良好,金属棒abL=0.5m 的的质量m=1kg、电阻 r=1 两金属导轨的上端连接右端电路,灯泡电阻RL=4,定值电阻R1 =2, 阻箱 阻 R2=12 ,重力加速度 g=10m/s2 , 合开关,将金属棒由静止 放,下滑距离 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

9、】( 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=BLvm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5如 所示, 机

10、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 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

11、,=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)6 如图所示,在一倾角为302kg的小物块,一轻绳跨过两个轻固定斜面上放一个质量为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

12、 ,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】( 1) (10 310)N ( 2) m2 2 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 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

13、 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: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 。7 如图所示,粗糙水平地面上放置一个截面为半圆的柱状物体AA与墙之间再放一光滑,圆球 B,整个装置处于静止状态。已知A、 B 两物体的质量分别为M 和 m,光滑圆球 B 同半圆的柱状物体半径均为r,已知 A 的圆心到墙角距离为 2r ,重力加速度为 g。求:(1)B 物体受到墙壁的弹力大小;(2)A 与地面间的动摩擦因数满足什么条

14、件?(设A 与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(3)若 A 物体在水平外力作用下向右缓慢移动至B 即将落地,则A、 B 间作用力大小变化的范围。【答案】 (1) 3 mg (2)3m(3) 2 3mgN AB 2mg33(M m)3【解析】【详解】(1)对 B 受力分析:由几何关系:r1sin2r2解得:=30 o由平衡条件得:N AB cosmg0N AB sinN B0解得 B 物体受到墙壁的弹力大小为:N B mg tan3 mg3(2)对整体分析:可知地面对A 的摩擦力大小为:f3 mg3地面对 A 的支持力为:N A(Mm)g要使 A 不滑动,则:N A( Mm) g3 mg3解

15、得:3m3(Mm)(3)对 B 受力分析如图:由图可知,开始时AB 间的作用力最小,最小值为:N AB minmg2 3 mgcos30o3当 B 即将落地时, AB 间的作用力最大,由几何关系可得,AB 间的作用力与竖直方向的夹角有:r1cos22r解得:=60o此时 AB 间的作用力为:N AB maxmg2mgcos60o所以 A、 B 间作用力大小变化的范围为:2 3mg2mg 。N AB38如图所示,让摆球从图中的C 位置由静止开始摆下,摆到最低点D 处,摆线刚好被拉断,小球在粗糙的水平面上由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

16、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:(3)小球不脱圆轨道分两种情况: 要保证小球能达到A 孔,设小球到达可得:A 孔的速度恰好为零,由动能定理可得: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

17、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: =0352 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: 3=0125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9 半圆形支架BADOA和OB结于圆心O10 N的物体,OA与水,两细绳,下端悬挂重为平成 60 ,使OA 绳固定不动,将OB 绳的 B 端沿半圆支架从

18、水平位置逐渐向竖直的位置C移动的过程中,如图所示,请画出OB 绳上拉力最小时O 点的受力示意图,并标明各力的大小。【答案】【解析】【分析】【详解】对结点 O 受力分析如图:结点 O 始终处于平衡状态,所以OB 绳和 OA 绳上的拉力的合力大小保持不变等于重力的大小 10N,方向始终是竖直向上。由图象知当OB 垂直于 OA 时, OB 的拉力最小为1mg sin3010N5N此时 OA 的拉力为mg cos305 3N因此 OB 绳上拉力最小时O 点的受力示意图如图: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

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