高中物理相互作用试题经典.docx

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1、高中物理相互作用试题经典一、高中物理精讲专题测试相互作用1 一轻弹簧的一端固定在倾角为的固定光滑斜面的底部，另一端和质量为m 的小物块3a 相连，如图所示质量为m的小物块 b 紧靠 a 静止在斜面上，此时弹簧的压缩量为5x0，从 t=0 时开始，对b 施加沿斜面向上的外力，使b 始终做匀加速直线运动经过一段时间后，物块a、b 分离；再经过同样长的时间，b 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，重力加速度大小为g求 ：(1)弹簧的劲度系数；(2)物块 b 加速度的大小；(3)在物块 a、 b 分离前，外力大小随时间变化的关系式8mg sin22（ 2） g sin（ 3） F8

2、 mg sin4mg sin【答案】 （1）5x052525x0【解析】【详解】（1）对整体分析，根据平衡条件可知，沿斜面方向上重力的分力与弹簧弹力平衡，则有：3kx0=（ m+m） gsin 58mgsin解得： k=5x0（2）由题意可知，b 经两段相等的时间位移为x0；x11由匀变速直线运动相邻相等时间内位移关系的规律可知：x04说明当形变量为x1x0 x03x0时二者分离；44对 m 分析，因分离时ab 间没有弹力，则根据牛顿第二定律可知：kx1-mgsin =ma联立解得： a=1 gsin5（3）设时间为 t，则经时间 t 时， ab 前进的位移 x=1at2= gsint 221

3、0则形变量变为： x=x0-x对整体分析可知，由牛顿第二定律有：F+kx-（ m+ 3m） gsin =（m+3m） a55解得： F= 84mg2 sin2t 2mgsin +25x025因分离时位移 x= x0由 x= x0 =1at2 解得： t5x04422gsin故应保证 0t5x0， F表达式才能成立2gsin点睛：本题考查牛顿第二定律的基本应用，解题时一定要注意明确整体法与隔离法的正确应用，同时注意分析运动过程，明确运动学公式的选择和应用是解题的关键2 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

4、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3 如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN 、 PQ 相距为 L1 m，导轨平面与水平面

5、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m12 kg、电阻为R11，两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d0.5 m，定值电阻为R23 ，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

6、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/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

7、，重力做功的功率等于整个电路消耗的电功率P=m1gsin vm=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：r1dm2 v1 所以 v1 =0.5m/sB2 q当液滴恰从上板右侧边缘射出时：r2dm2v2 所以 v2=0.25m/s2B2q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 明理同学平时注意锻炼身体，力量较大，最多能提起m=50kg 的物体一重物放置在倾角 =15

8、的粗糙斜坡上，重物与斜坡间的摩擦因数为重物质量M 的最大值？试求该同学向上拉动的【答案】【解析】【详解】由题意可知，该同学的最大拉力：F=mg设该同学与斜面方向的夹角是的时候拉动的物体的最大质量是M ，对物体受力分析知：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，

9、化简并得出正确的结论5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，磁感强度下上升 h=3.8mB=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

10、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）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

11、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

12、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

13、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，固定在水平地面上的斜面倾角为30，物

14、块 A 与斜面间的动摩擦因数为3 ，轻绳一端通过两个滑轮与物块A 相连，另一端固定于天花板上，不计轻绳与滑轮的4摩擦及滑轮的质量。已知物块A 的质量为 m，连接物块 A 的轻绳与斜面平行，挂上物块B后，滑轮两边轻绳的夹角为90，物块 A、 B 都保持静止，重力加速度为g，假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力，已知：sin30 = 1 ， cos30=3 ， sin45 =2， cos45=2 。2222(1)若挂上物块 B 后，物块 A 恰好不受摩擦力作用，求轻绳的拉力F 拉的大小；2m，求物块 A 受到的摩擦力的大小和方向；(2)若物块 B 的质量为3(3)为保持物块 A 处于静止状态，求物块B

15、的质量范围。【答案】 (1) F拉1 mg ； (2) f1 mg ，沿斜面向上； (3)2 m mB7 2 m 。2688【解析】【详解】(1)由滑轮相连轻绳的拉力处处相等，对物块A 受力分析， A 恰好不受摩擦力作用有：沿斜面方向：F拉mg sin 300 ，解得：F拉 mg sin 301 mg ；2(2)对物块 B 受力分析如图：竖直方向：2T cos45mB g0 ，已知 mB =2 m ，解得：3T 1 mg ，3在对物块 A 进行受力分析如图：因为T1 mgmg sin30， A 有向下运动的趋势，故A 受到的静摩擦力f 沿斜面向上。3沿斜面方向：Tfmg sin300 ，解得

16、A 受到的静摩擦力大小为1f mg ；6(3)设物块 A 刚好要沿斜面向上滑动时，物块B 的质量最大为M 1，此时对物块A、 B 进行受力分析如图：沿斜面向上：Tmgsin30f0 ，垂直斜面方向：Nmg cos300 ，且 fN ，联立解得T mg sin 30mg cos301 mg3 mg37 mg2428此时 B 竖直方向：2T cos45M 1g0 ，代入数据解得2T cos 4527 mg27 2；82M 1g8mg设物块 A 刚好要沿斜面向下滑动时，物块B 的质量最小为M2，此时对物块A、 B 进行受力分析如图：Tfmg sin300垂直斜面方向：Nmg cos300 ，且 fN

17、 ，联立解得Tmg sin 30mg cos301 mg3 mg31 mg ，2428此时 B 竖直方向：2T cos45M 1g0 ，代入数据解得2T cos4521 mg22，82M 1mgg8所以为保持物块A 处于静止状态，求物块B 的质量范围为：2 mmB7 2 m 。888质量为 5kg 的物体静止在粗糙水平面上，在04s 内施加一水平恒力F，使物体从静止开始运动，在412s 内去掉了该恒力F，物体因受摩擦力作用而减速至停止，其速度时间图象（）如图所示求：（ 1）在 012s 内物体的位移；（ 2）物体所受的摩擦力大小；（ 3）此水平恒力 F 的大小【答案】（ 1） 96m （2）

18、10N（ 3） 30N【解析】试题分析：（1）根据速度图象与坐标轴围成的面积表示位移得x 121696m（ 2） 4s 12s 内，加速度根据牛顿第二定律，有 f ma2 5210N（ 3） 0 4s 内，加速度根据牛顿第二定律，有代入数据： F-10=54F-f ma1解得：F=30N考点：牛顿第二定律的应用；v-t 图线9 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

19、：重力G、挡板对球体的支持力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F1 和斜面对球体的支持力根据平衡条件得F1=Gtan37=mgtan37=15NF2=25N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10 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

20、 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：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：2=035 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