1、高中物理相互作用解题技巧分析及练习题( 含答案 ) 含解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1 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
2、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，注意摩擦力是不同的，不变的是动摩擦因数2如图所示，轻杆BC 的 C 点用光滑铰链与墙壁固定，杆的B 点通过水平细绳AB 使杆与竖直墙壁保持30的夹角若在B 点悬挂一个定滑轮(不计重力 )，某人用它匀速地提起重物已知重物的质量m 30 kg，人的质量M 50kg， g 取10 m/s 2.试求：(1)此时地面对人的支持力的大小；(2)轻杆 BC 所受力的大小【答案】 （1） 200N（ 2） 4003 N 和 2003 N【解析】试题分析：（ 1）对人而言：.（2）对结点 B：滑轮对 B 点的拉力，由平衡条
3、件知：考点：此题考查共点力的平衡问题及平行四边形法则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
4、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【答案】 （1） 4ms2（ 2）10m/s （ 3）0.4T，方向垂直导轨平面向上【解析】试题分析： （ 1）金属棒开始下滑的初速为零，根据牛顿第二定律：cos37 0.8)（3）对 C，竖直方向平衡，支持力：由 f= N，知4 如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距lm ，导轨平面与水平面成=37角，下端连接阻值为R 的电阻匀强磁场方向与导轨平面垂直质量为 0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为 0.25求：(1)金属棒沿导轨由静止
5、开始下滑时的加速度大小；(2)当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻R 消耗的功率为8W，求该速度的大小；(3)在上问中，若R 2，金属棒中的电流方向由a 到 b，求磁感应强度的大小与方向(g=10rn s2， sin37 0.6，由 式解得 10（O.60.25 0.）8m s2=4m s2（2）设金属棒运动达到稳定时，速度为，所受安培力为F，棒在沿导轨方向受力平衡此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻消耗的电功率：由 、 两式解得（3）设电路中电流为I，两导轨间金属棒的长为l，磁场的磁感应强度为B由 、 两式解得磁场方向垂直导轨平面向上考点： 导体切割磁感线时的感应电动势；牛顿第二定律【名
6、师点睛】本题主要考查了导体切割磁感线时的感应电动势、牛顿第二定律 。属于中等难度的题目，解这类问题的突破口为正确分析安培力的变化，根据运动状态列方程求解。开始下滑时，速度为零，无感应电流产生，因此不受安培力，根据牛顿第二定律可直接求解加速度的大小；金属棒下滑速度达到稳定时，金属棒所受合外力为零，根据平衡条件求出安培力。视频5如图所示，一倾角为 =30的光滑足够长斜面固定在水平面上，其顶端固定一劲度系数为 k=50N/m 的轻质弹簧，弹簧的下端系一个质量为m=1kg 的小球，用一垂直于斜面的挡板A 挡住小球，此时弹簧没有发生形变，若挡板A 以加速度 a=4m/s 2 沿斜面向下匀加速运动，弹簧与
7、斜面始终保持平行，g 取 10m/s 2求：（ 1）从开始运动到小球速度达最大时小球所发生位移的大小；（ 2）从开始运动到小球与挡板分离时所经历的时间【答案】（ 1）从开始运动到小球速度达最大时小球所发生位移的大小是0.1m；（2）从开始运动到小球与挡板分离时所经历的时间是0.1s【解析】（ 1）球和挡板分离后做加速度减小的加速运动，当加速度为零时，速度最大，此时物体所受合力为零即 kxm=mgsin ，解得：（2）设球与挡板分离时位移为s，经历的时间为t ，从开始运动到分离的过程中，m受竖直向下的重力，垂直斜面向上的支持力FN，沿斜面向上的挡板支持力F1和弹簧弹力 F根据牛顿第二定律有：mg
8、sin -F-F1=ma，F=kx随着 x的增大， F增大， F1减小，保持 a不变，当m与挡板分离时，F1减小到零，则有：mgsin -kx=ma，又 x= at2联立解得： mgsin -k? at2=ma，所以经历的时间为：点睛：本题分析清楚物体运动过程，抓住物体与挡板分离时的条件：小球与挡板间的弹力为零是解题的前提与关键，应用牛顿第二定律与运动学公式可以解题。6 如图所示，用内壁光滑的薄壁细管弯成的“S”形轨道固定于竖直平面内，弯曲部分是由两个半径均为 R0.2 m 的半圆平滑对接而成 (圆的半径远大于细管内径)。轨道底端 A 与水平地面相切，顶端与一个长为l 0.9 m 的水平轨道相
9、切B 点。一倾角为 37的倾斜轨道固定于右侧地面上，其顶点D 与水平轨道的高度差为h 0.45 m，并与其他两个轨道处于同一竖直平面内。一质量为m 0.1 kg 的小物体 (可视为质点 )在 A 点被弹射入 “S”形轨道内，沿轨道 ABC运动，并恰好从 D 点以平行斜面的速度进入倾斜轨道。小物体与BC 段间的动摩擦因数 0.5。 (不计空气阻力， g 取 10 m/s 2。 sin37 0.6, cos37 0.8)（ 1）小物体从 B 点运动到 D 点所用的时间；（ 2）小物体运动到 B 点时对 “ 形S”轨道的作用力大小和方向；【答案】 （1） 0.5s（ 2） 11.5N,方向向上【解析
10、】试题分析：（ 1）小物体从C 到 D 做平抛运动有：解得：，物体从 B 到 C 做匀减速运动，由牛顿第二定律得，解得：小物体从 B 点运动到D 点所用的时间：（2）物体运动到B 点受到向下的弹力，由牛顿第二定律得解得：由牛顿第三定律有：，故所以对 “S形”轨道的作用力大小为11.5 N，方向向上。考点：平抛运动、圆周运动、牛顿第二定律。【名师点睛】（ 1）小球从 C 到 D 做平抛运动，根据下降的高度和速度方向得到平抛的初速度和时间，再对从 B 到 C 过程运用牛顿第二定律、速度位移公式和速度时间公式列式联立求解；（ 2）先假设小球在 B 受到的弹力向下，根据重力和弹力的合力提供向心力列式求
11、出弹力，如果是负的，表示与假设的方向相反；7 如图所示，水平面上有两根相距0.5m 的足够长的光滑平行金属导轨MN和 PQ，之间有一导体棒ab，导轨和导体棒的电阻忽略不计，在M 和 P 之间接有阻值为R=2 的定值电阻。质量为0.2kg的导体棒ab长l 0.5m ，与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B 0.4T 。现在在导体棒ab上施加一个水平向右，大小为0.02N的恒力F ，使导体棒ab由静止开始运动，求：当 ab 中的电流为多大时，导体棒ab 的速度最大？ab 的最大速度是多少？若导体棒从开始到速度刚达到最大的过程中运动的位移的热量是多少？【答案】（ 1） 0
12、.1A （ 2） 1m/s（ 3） 0.1J【解析】s=10m，则在此过程中R 上产生试题分析：（ 1）当金属棒上所受的拉力等于安培力时，加速度为零，速度最大，则 F=BIL ，解得： I=0.1A（2）根据 E=BLvm； E=IR 可解得：IRm s0.1 /vmBL（3）由能量守恒关系可得： FS1 mvm2Q 解得： Q=0.1J2考点：法拉第电磁感应定律；能量守恒定律.8 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
13、滑轮的轻绳夹角为60，物块与斜面的动摩擦因数为3 ，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：解得摩擦力大小为f（2）最大静摩擦力为：(
14、10 3T m1g sin 10)NffmaxNm1 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：Tm1 g sinf maxT cos301 m2 g2解得m22 3kg即动滑轮下悬挂重物的质量应满足m22 3kg 。9 如图所示，一轻弹簧一端固定在竖直放置光滑大圆环最高点，大圆环半径为R，另一端栓接一轻质小圆环，小圆环套在大圆环上，开始时弹簧与竖直方向成60，当在小圆环上挂一质量为m 的物体后使之缓慢下降，静止时弹簧与竖直方向成45。求：(1)弹簧的劲度系数；(2)当在小圆环上挂多大质量的物体
15、，静止时弹簧与竖直方向成37；(3)当在小圆环上挂的质量满足什么条件时，稳定后，小圆环处于最低位置。（弹簧始终在弹性限度内， sin37 =0.6， cos37=0.8）【答案】 (1)(22) mg； (2) m3 (22) m ； (3)m1 (22) mk =1822R【解析】【分析】【详解】(1)静止时弹簧与竖直方向成45，对圆环进行受力分析，如图所示：根据平衡条件，弹簧的弹力mgF2mgcos45根据几何关系，弹簧的伸长量x=（2 -1） R根据胡克定律F=kx联合上面各式解得k = (22) mgR(2)设静止时弹簧与竖直方向成 ，小环上挂的物体的质量为 m1 ，对圆环进行受力分析
16、，受到重力 m1g、弹簧的拉力 F、大圆环的支持力 N，根据平衡条件，作出三个力的矢量三角形，如图所示：根据几何知识，力的矢量三角形和实物三角形AOB相似，而OA 和 OB 都等于 R，所以 m1g和 N 始终相等AB=2Rcos F=2m1gcos 弹簧的伸长量x=2Rcos -R=（2cos -1）R根据胡克定律F=kx即2m1 gcos(22) mg（2cos1） R R当 =37时，代入式解得m132） m（28(3)小圆环恰好处于最低位置，此时=0，代入式解得m21 (22) m2所以小圆环所挂物体质量 m21 (22) m 时，小圆环可以处于最低点。210 一劲度系数为 k=100
17、N/m 的轻弹簧下端固定于倾角为=53的光滑斜面底端，上端连接物块 Q一轻绳跨过定滑轮 O，一端与物块 Q 连接，另一端与套在光滑竖直杆的物块P 连接，定滑轮到竖直杆的距离为d=0.3m初始时在外力作用下，物块P 在 A 点静止不动，轻绳与斜面平行，绳子张力大小为50N已知物块 P 质量为 m1=0.8kg ，物块 Q 质量为m2=5kg，不计滑轮大小及摩擦，取g=10m/s 2现将物块 P 静止释放，求：(1)物块 P 位于 A 时，弹簧的伸长量x1；(2)物块 P 上升 h=0.4m 至与滑轮O 等高的 B 点时的速度大小；(3)物块 P 上升至 B 点过程中，轻绳拉力对其所做的功【答案】
18、（ 1） 0.1m（ 2） 23m/s（3）8J【解析】【分析】（ 1）根据题设条件和平衡条件、胡克定律，列方程求出弹簧的伸长量；（ 2）由于本题的特殊性， P 处于 A 位置时与 P 上升到与滑轮等高位置，弹簧的伸长量与压缩量恰相等，而此时由速度的合成和分解可知物块Q的速度为零，所以由机械能守恒律可求物块 P 的速度；（3）当 Q上升到与滑轮等高时，由系统的机械能守恒和两个物体速度关系求圆环Q的速度大小通过绳子拉力对Q物体的做功情况，判断物块Q机械能的变化，从而得出何时机械能最大【详解】（1）物体 P 位于 A 点，假设弹簧伸长量为x1 ，则： Tm2 gsinkx1 ，解得：x10.1m（2）经分析，此时OB 垂直竖直杆， OB=0.3m，此时物块Q 速度为 0，下降距离为：x OP OB 0.5m 0.3m 0.2m ，即弹簧压缩 x20.2m 0.1m 0.1m ，弹性势能不变对物体 PQ 及弹簧，从A 到 B 根据能量守恒有：m2 g x sinm1gh1m1vB22代入可得： vB2 3m/s对物块 P：12m1gh2m1vBWT代入数据得： WT8J【点睛】解决本题的关键会对速度进行分解，以及掌握功能关系，除重力以外其它力做功等于机械能的增量，并能灵活运用；要注意本题的特殊性，当物块P 与杆垂直时，此时绳伸缩方向速度为零（即Q的速度为零），这也是本题的关键点
