1、高考物理相互作用解题技巧讲解及练习题( 含答案 ) 含解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示，竖直轻弹簧 B 的下端固定于水平面上，上端与A 连接，开始时A 静止。 A的质量为 m 2kg，弹簧 B 的劲度系数为k1 200N/m 。用细绳跨过定滑轮将物体A 与另一根劲度系数为 k2 的轻弹簧 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，此时 A 上端轻绳恰好竖直伸直。将弹簧C 的右端点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。已知ab 60cm，求：（1）当弹簧 C 处在水平位置且未发生形变时，弹簧B 的形变量的大小；
2、（2）该过程中物体 A 上升的高度及轻弹簧C 的劲度系数 k2。【答案】（ 1） 10cm；（ 2） 100N/m 。【解析】【详解】（1）弹簧 C 处于水平位置且没有发生形变时，A 处于静止，弹簧B 处于压缩状态；根据胡克定律有： k1x1 mg代入数据解得： x1 10cm（2）当 ab 60cm 时，弹簧B 处于伸长状态，根据胡克定律有：k1x2 mg代入数据求得：x2 10cm故 A 上升高度为： h x1+x2 20cm由几何关系可得弹簧 C 的伸长量为： x3 ab x1 x2 40cm 根据平衡条件与胡克定律有：mg+k1x2k2x3解得 k2 100N/m2 如图所示，质量M=
3、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 =0.6， cos37 =0.8)【答案】（1） 0.3（ 2） 9.6N【解析】【分析】(1) 活结
4、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 B： Tmg对 A： Mg N1 TF1f1N1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.3 如图所示，倾角为 30、宽度为
5、d 1 m、长为 L 4 m 的光滑倾斜导轨，导轨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11220中，磁感应强度为 B 5 T， C1122是长为 s4.5 m 的粗糙水平轨道，1 12 2是半A、 C AA B 、 A B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 M
6、N 经过 C12、 C 处和棒与B 、 B 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12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最小值 A1A2 时对轨道压力的【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
7、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 量，从而求出 阻上 生的 量（ 3）由能量守恒定律求出金属棒第三次 A1A2 速度， 金属棒 行受力分析，由牛 定律求解（1）金属棒最大速度 ,电动势, 流金属棒最大速度 加速度 0，由牛 第二定律得：所以最大速度,安培力（ 2）金属棒 MN 在 斜 上运 的 程中，由能量守恒定律得：代入数据，得（ 3）金属棒第三次 A1A2 速度 VA，由 能定理得：金属棒第三次 A1A2 ，由牛 第二定律得由牛 第三定
8、律得，金属棒 道的 力大小4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 、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R2，重力加速度 g=10m/s2， 合开关，将金属棒由静止 放，下滑距=12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 (10 分
10、) 如 所示， 角=30、 L=1m 的足 的U 形光滑金属 固定在磁感 度大小B=IT 、范 足 大的匀 磁 中，磁 方向垂直 平面向上。一根 量m=0.2kg， 阻R=l的金属棒ab垂直于 放置。 用一平行于 向上的 引力F 作用在棒上，使棒由静止开始沿 向上运 ，运 中ab棒始 与 接触良好， 阻不 ，重力加速度g 取l0m/s2。求：(1) 若 引力的功率 P 恒 56W， ab 棒运 的最 速度 多大 ?(2) 当 ab 棒沿 向上运 到某一速度 撤去 引力，从撤去 引力到ab 棒的速度 零，通 ab 棒的 量 q=0.5C ， 撤去 引力后ab 棒向上滑 的距离多大?【答案】（ 1
11、） 7 m/s；（ 2） 0.5m【解析】 分析：（1）当以恒定功率 引 ab 棒达到最大速度 ：P=Fv， E=BLv， I=E/R ， F 安 =BILF mg sinF安0解得： v=7 m/s(2) 撤去 F 后 ab 棒沿 向上运 到速度 零 滑 的距离 x，通 ab 的 荷量，EBLxBLx， qI tttR 立解得：qRmx0.5BL考点：本 考 磁感 6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 引下
12、上升h=3.8m时，获得稳定速度，此过程导体棒产生热量Q=2J电动机工作时，电压表、电流表的读数分别为7V 和1A，电动机的内阻r=1 ，不计一切摩擦，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
13、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）7如图所示，物体，物体，物体 B 用细绳系住，现在用水平力， A 与 F 拉物体BB 与地面的动摩擦因数相同A，求这个水平力F 至少要多大才能将 A 匀速拉出？【答案】【解析】试题分析：物体B 对 A 压力，地面对A 的支持力， AB 间的滑动摩擦力，因此A 受地面的摩擦力：，以A 物体为研究对象，其受力情况如图所示：由平衡条件得：。考点：共点力作用下物体平衡【名师点睛】本题考查应用平衡条件处理问题的能力，要注意A 对地面的压力并不等于A的重力，而等于A.B 的总
14、重力。8 如图所示，三根细轻绳系于O 点，其中 OA 绳另一端固定于A 点， OB 绳的另一端与放在水平地面上质量m2 为 20kg 的物体乙相连，OC绳的另一端悬挂质量m1 为 4kg 的钩码甲。平衡时轻绳OA 与竖直方向的夹角37 ，OB 绳水平。已知重力加速度g=10m/s 2，sin370.6，cos370.8, tan370.75 。（ 1）求轻绳 OA 受到的拉力 TOA、 OB 受到的拉力 TOB 大小；（ 2）求乙受到的摩擦力 f 大小；（3）已知物体乙与水平桌面间的最大静摩擦力fmax 为 90N，若在钩码下方继续加挂钩码，为使物体在原位置保持静止，求最多能再加挂的钩码质量。
15、【答案】（ 1） TOA50 N， TOB 30 N ；（ 2） f=30N ；（ 3）8kg 。【解析】【详解】（1）以结点为研究对象，受到三个拉力作用，如图所示根据平衡条件得，轻绳OA 受到的拉力为：TOAm1 g40cos50 N0.8轻绳 OB 受到的拉力为：TOB m1 g tan40 0.75 30 N（2）对乙物体研究，水平方向受摩擦力f 和拉力 TOB，根据平条件衡得：fTOB30 N（3）考虑物体乙恰好不滑动的临界情况，根据平衡条件，OB 绳的拉力为：TOBfmax90 N对甲分析，根据平衡条件仍有：TOBm1m g tan解得：m8 kg9 足够长的光滑细杆竖直固定在地面上
16、，轻弹簧及小球A、B 均套在细杆上，弹簧下端固定在地面上，上端和质量为m1=50g 的小球 A 相连，质量为 m2=30g 的小球 B 放置在小球 A上，此时 A、B 均处于静止状态，弹簧的压缩量x0=0.16m ，如图所示。从t=0 时开始，对小球 B 施加竖直向上的外力，使小球B 始终沿杆向上做匀加速直线运动。经过一段时间后A、 B 两球分离；再经过同样长的时间，B 球距其出发点的距离恰好也为x0。弹簧的形变始终在弹性限度内，重力加速度取g=10m/s 2。求：(1)弹簧的劲度系数k；(2)整个过程中小球B 加速度 a 的大小及外力F 的最大值。【答案】 (1)5N/m ； (2)2m/s
17、 2， 0.36N【解析】【详解】(1)根据共点力平衡条件和胡克定律得：m1m2 gkx0解得： k5N / m ；(2)设经过时间 t 小球 A、B 分离，此时弹簧的压缩量为x0 ，对小球 A：kxm1 gm1ax0x1at 22小球 B：x012a2t2当 B 与 A 相互作用力为零时F 最大对小球 B：F m2 g m2 a解得： a2m / s2 ， F0.36N10 如图所示，在倾角 37的斜面上，用一水平力使物体沿斜面匀速运动，已知物体与斜面间的动摩擦因数F 推一质量为m 10 kg 的物体，欲 0.2，试求 F 的大小 (sin37 0.6， cos 37 0.8)【答案】112 N 或48 N【解析】【分析】当 F 较小时，摩擦力方向沿斜面向上，当种情况，运用平衡条件和正交分解法，求出F 较大时，摩擦力方向沿斜面向下F 的大小 ；，分别针对两【详解】解：若物体在力F 的作用下刚好沿斜面向上匀速运动，对物体受力分析，如图所示，由平衡条件： mgsinfFcosNmgcosFsinfuN联立解得： F112N若物体在力F 的作用下刚好沿斜面向下匀速运动，对物体受力分析，如图所示，由平衡条件： mgsinFcosfNmgcosFsinfuN联立解得： F48N
