1、高中物理高考必备物理相互作用技巧全解及练习题( 含答案 )一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示，一质量为m 的金属球，固定在一轻质细绳下端，能绕悬挂点O 在竖直平面内转动整个装置能自动随着风的转向而转动，使风总沿水平方向吹向小球无风时细绳自然下垂，有风时细绳将偏离竖直方向一定角度，求：（1）当细绳偏离竖直方向的角度为，且小球静止时，风力F 及细绳对小球拉力T 的大小（设重力加速度为g）（2）若风向不变，随着风力的增大将增大，判断能否增大到90 且小球处于静止状态，说明理由mg【答案】 （1） T， F=mgtan （ 2）不可能达到90且小球处于静止状态cos【解析】【分析】【详解】（
2、1）对小球受力分析如图所示（正交分解也可以）应用三角函数关系可得：F=mgtan（ 2）假设 =90，对小球受力分析后发现合力不能为零，小球也就无法处于静止状态，故角不可能达到 90且小球处于静止状态2 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F
3、2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 mgv2mlF1=F得： F26sin4sin 2F1当 sin3F29时可得F1 max=443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L=0.5m 的金属棒 a
4、b 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ab 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R =4，定值电阻 R =2，L1电阻箱电阻 R2g=10m/s2，现闭合开关，将金属棒由静止释放，下滑距=12 ，重力加速度为离为 s0 =50m 时速度恰达到最大，试求：（ 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
5、=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4 明理同学平 注意 身体，力量 大，最多能提起m=50kg 的物体一重物放置在 角 =15的粗糙斜坡上，重物与斜坡 的摩擦因数 重物 量M 的最大 ？ 求 同学向上拉 的【答案】【解析
6、】【 解】由 意可知， 同学的最大拉力：F=mg 同学与斜面方向的 角是的 候拉 的物体的最大 量是M ， 物体受力分析知：垂直于斜面的方向： FN+Fsin =Mgcos沿斜面的方向： Fcos=f+Mgsin 若恰好拉动物体，则有：f= FN联立解得：令 =tan ，代入上式可得：要使该同学向上拉动的物体的质量最大，上式分子取最大值，即：cos（ ） =1由 =tan =可得： =30联立以上各式得：Mmax =【点睛】该题中按照常规的步骤对物体进行受力分析即可，题目的难点是如何利用三角函数的关系，化简并得出正确的结论5 如图所示，倾角为45的粗糙平直导轨与半径为R 的光滑圆环轨道相切，切
7、点为B，整个轨道处在竖直平面内一质量为m 的小滑块从导轨上离地面高为h 3R 的 D 处无初速下滑进入圆环轨道接着小滑块从圆环最高点C 水平飞出，恰好击中导轨上与圆心O等高的 P 点，不计空气阻力求：（ 1）滑块运动到圆环最高点C 时的速度的大小（ 2）滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小（ 3）滑块与斜轨之间的动摩擦因数【答案】（ 1） v0Rg （ 2） 6mg （ 3） 0.18【解析】试题分析：对滑块进行运动过程分析，要求滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小，我们要知道滑块运动到圆环最低点时的速度大小，小滑块从圆环最高点C 水平飞出，恰好击中导轨上与圆心O 等高的 P 点，
8、运用平抛运动规律结合几何关系求出最低点时速度在对最低点运用牛顿第二定律求解从 D 到最低点过程中，再次运用动能定理求解解：（ 1）小滑块从C 点飞出来做平抛运动，水平速度为v0R= gt2R=v0t解得： v0=（2）小滑块在最低点时速度为V 由机械能守恒定律得mv2=mg?2R+ mv02v=根据牛顿第二定律：FN mg=mFN=6mg根据牛顿第三定律得：FN =6mg（ 3） DB 之间长度 L=（ 2 +1）R从 D 到最低点过程中，由动能定理：mgh mgcos L=mv2= =0.18答：（ 1）滑块运动到圆环最高点C 时的速度的大小为；（2）滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大
9、小为6mg；（3）滑块与斜轨之间的动摩擦因数为0.186如图所示，电动机通过其转轴上的绝缘细绳牵引一根原来静止的长为L=1m，质量m=0.1 的导体棒 ab，导体棒紧贴在竖直放置、电阻不计的金属框架上，导体棒的电阻R=1，磁感强度 B=1T 的匀强磁场方向垂直于导体框架所在平面，当导体棒在电动机牵引下上升 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）
10、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，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)
11、。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 “ S形”轨道的作用力
12、大小和方向；【答案】 （1） 0.5s（ 2） 11.5N,方向向上【解析】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
13、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出弹力，如果是负的，表示与假设的方向相反；8 在建筑装修中，工人用质量为4.0 kg 的磨石对水平地面和斜壁进行打磨，已知磨石与水平地面、斜壁之间的动摩擦因数相同， g 取 10 m/s 2（ 1）当磨石受到水平方向的推力 F1=20N 打磨水平地面时，恰好做匀速直线运动，求动摩擦因数 ；（ 2）若用磨石对 =370 的斜壁进行打磨（如图所示），当对磨石施加竖直向上的推力F2=60N 时，求磨石从静止开始沿斜壁向上运动0.8 m 所需的时间（斜壁足够长 ,sin370=0.6， cos370 =0.8）【答案】（ 1）（ 2） 0
14、8s【解析】（1）磨石在水平地面上恰好做匀速直线运动F1mg ，解得0.5（2）磨石与斜壁间的正压力FN F2mg sin根据牛顿第二定律有 （ F2mg)cosFN ma解得 a2.5m / s2根据匀变速直线运动规律x1 at 22解得 t2x0.8sa9 一劲度系数为 k=100N/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
15、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】（ 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
16、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
17、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10 如图所示 ,质量为 m1的物体甲通过三段轻绳悬挂 ,三段轻绳的结点为 O.轻绳 OB水平且 B端与放置在水平面上的质量为 m2的物体乙相连 ,轻绳 OA与竖直方向的夹角 =37物,体甲、乙均处于静止状态 .(已知 sin 37 =0.6,cos 37 =0.8,tan 37 =0.75,g取 10m/s 2.设最大静摩擦
18、力等于滑动摩擦力)求:(1)轻绳 OA,OB受到的拉力是多大?(2)物体乙受到的摩擦力是多大?方向如何 ?(3)若物体乙的质量 m =42kg,物体乙与水平面之间的动摩擦因数 =0.3,则欲使物体乙在水平面上不滑动,物体甲的质量m1最大不能超过多少 ?【答案】（ 1） 53m1 g （ 2）3m1g ，水平向左（3） 1.6kg4 m1g,44【解析】【分析】【详解】（1）对结点 O，作出力图如图，由平衡条件有：cosm1 g TAtanTBm1 g解得： TA5 m1 g,TB3 m1 g44（2）对于乙物体：摩擦力F TB3 m1 g ，方向水平向左4（3）当乙物体刚要滑动时，静摩擦力达到最大值Fmaxm2 gTBmaxFmaxTBmax由 得： m1max1.6kggtan故本题答案是： （ 1） 5m1 g,3m1g（ 2）3m1 g ，水平向左（3）1.6kg444【点睛】本题涉及共点力平衡中极值问题，当物体刚要滑动时，物体间的静摩擦力达到最大
