高中物理相互作用(一)解题方法和技巧及练习题及解析.docx

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1、高中物理相互作用 ( 一 ) 解题方法和技巧及练习题及解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示,质量的木块A 套在水平杆上,并用轻绳将木块与质量的小球 B 相连 .今用跟水平方向成角的力,拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中 M、 m 相对位置保持不变,取.求:(1)运动过程中轻绳与水平方向夹角;(2)木块与水平杆间的动摩擦因数为.(3)当 为多大时 ,使球和木块一起向右匀速运动的拉力最小?【答案】 （1） 30（ 2） = （ 3） =arctan【解析】【详解】（1）对小球B 进行受力分析，设细绳对N 的拉力为T 由平衡条件可得：Fcos30 =Tcos Fsin30 +Tsin

2、 =mg代入数据解得：T=10， tan = ，即： =30（2）对 M 进行受力分析，由平衡条件有FN=Tsin +Mgf=Tcos f= FN解得： （3）对 M、 N 整体进行受力分析，由平衡条件有：FN+Fsin =（M+m ） gf=Fcos =NF联立得： Fcos=（ M+m ） g-Fsin 解得： F令： sin ， cos=，即： tan =则：所以：当 +=90时F 有最小值所以： tan =时 F 的值最小即： =arctan 【点睛】本题为平衡条件的应用问题，选择好合适的研究对象受力分析后应用平衡条件求解即可，难点在于研究对象的选择和应用数学方法讨论拉力F 的最小值，

3、难度不小，需要细细品味2 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）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】（

4、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/m3 如图所示，AB、BC、 CD和DE 为质量可忽略的等长细线，长度均为5m， A、 E 两端悬

5、挂在水平天花板上，AE 14m ，B、 D 是质量均为m 7kg 的相同小球，质量为M 的重物挂于 C 点，平衡时C 点离天花板的垂直距离为7m ，试求重物质量M【答案】 18kg【解析】【分析】分析几何关系根据给出的长度信息可求得两绳子的夹角；再分别对整体和B、 C 进行受力分析，根据共点力的平衡条件分别对竖直方向和水平方向分析，联立即可求得M 【详解】设 AB 与竖直方向的夹角为，则由几何关系可知：（ 75sin） 2+（ 7 5cos） 2 52解得： sin+cos解得： sin0.6；或由图可知，夹角应小于则由几何关系可知，sin 0.845，故 0.8 舍去；BC与水平方向的夹角也

6、为；设 AB 绳的拉力为 T，则对整体分析可知： 2Tcos37 Mg+2mg设 BC绳的拉力为 N；则有：对 B 球分析可知： TsinNcos联立解得： M 18Kg；【点睛】本题为较复杂的共点力的平衡条件问题，解题的关键在于把握好几何关系，正确选择研究对象，再利用共点力的平衡条件进行分析即可求解4 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 L 1 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

7、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

8、） 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，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

9、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，弹簧与斜面始终保

10、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从开始运动到分离的过程中，s，经历的时间为t ，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：mgsin -

11、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如图甲所示，表面绝缘、倾角 =30的斜面固定在水平地面上，斜面所在空间有一宽度 D=0.40m 的匀强磁场区域，其边界与斜面底边平行，磁场方向垂直斜面向上一个质量m=0.10kg 、总电阻 R=0.25W 的单匝矩形金属框 abcd，放在

12、斜面的底端，其中 ab 边与斜面底边重合， ab 边长 L=0.50m从 t=0 时刻开始，线框在垂直 cd 边沿斜面向上大小恒定的拉力作用下，从静止开始运动，当线框的 ab 边离开磁场区域时撤去拉力，线框继续向上运动，线框向上运动过程中速度与时间的关系如图乙所示已知线框在整个运动过程中始终未脱离斜面，且保持ab 边与斜面底边平行，线框与斜面之间的动摩擦因数，重力加速度 g 取 10 m/s 2 求：（ 1） 框受到的拉力 F 的大小；（ 2）匀 磁 的磁感 度 B 的大小；（ 3） 框在斜面上运 的 程中 生的焦耳 Q【答案】（ 1） F=1.5 N （2）（ 3）【解析】 分析：（ 1）由

13、 v-t 象可知，在0 0.4s 内 框做匀加速直 运 ， 入磁 的速度 v1=2.0m/s ，所以： 解 代入数据得：F=1.5 N（2）由 v-t 象可知， 框 入磁 区域后以速度v1 做匀速直 运 ，由法拉第 磁感 定律和欧姆定律有： E=BLv1由欧姆定律得： 于 框匀速运 的 程，由力的平衡条件有： 解 代入数据得：（3）由 v-t 象可知， 框 入磁 区域后做匀速直 运 ，并以速度 明 框的 度等于磁 的 度，即 ： 框在减速 零 ，有：v1 匀速穿出磁 ，所以 框不会下滑， 框穿 磁 的 t， ： 解 代人数据得：（ 11）考点： 体切割磁感 的感 ；力的合成与分解的运用；共点力

14、平衡的条件及其 用； 合 路的欧姆定律7某同学 了一个 量物体 量的 子装置，其 构如 甲、乙所示。E 形磁 的两 为 S 极，中心 N 极，可 只有磁极 存在着磁感 度大小均 B 的匀 磁 。一 长为 L 横截面 正方形的 圈套于中心磁极， 圈、骨架与托 一体， 量 m0，托 下方 接一个 簧， 簧下端固定在磁极上，支撑起上面的整个装置， 圈、骨架与磁极不接触。 圈的两个 与外 路 接（ 上未 出）。当被 量的重物放在托 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，

15、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）

16、 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、

17、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。8 如图所示，在倾角为=30的固定斜面上固定一块与斜面垂直的光滑挡板，质量为m 的半圆柱体 A 紧靠挡板放在斜面上，质量为 2m 的圆柱体 B 放在 A 上并靠在挡板上静止。 A 与 B 半径均为 R，曲面均光滑，半圆柱体 A 底面与斜面间的动摩擦因数为 现用平行斜面向上的力拉A，使 A 沿斜面向上缓慢移动，直至B 恰好要降到斜面设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。求：（1）未拉 A 时， B 受到 A 的作用力F 大小；

18、（2）在 A 移动的整个过程中，拉力做的功W；（3）要保持A 缓慢移动中拉力方向不变，动摩擦因数的最小值min【答案】（ 1） F =13) mgR （3）533 mg （ 2） W(9min92【解析】【详解】（1）研究 B，据平衡条件，有F =2mg cos解得F =3 mg（2）研究整体，据平衡条件，斜面对A 的支持力为N =3mgcos= 33 mg2f = N= 33 mg2由几何关系得A 的位移为x =2Rcos30 = 3 R克服摩擦力做功Wf =fx =4.5 mgR由几何关系得A 上升高度与B 下降高度恰均为h =3 R2据功能关系W + 2mgh - mgh - Wf =

19、0解得W13)mgR(92（3） B 刚好接触斜面时，挡板对B 弹力最大研究 B 得Nm2mg4mgsin 30研究整体得minmf+ 3mgsin30 =N解得f min = 2.5mg可得最小的动摩擦因数：f min5 3minN99 如图所示，一小滑块静止在倾角为370 的斜面底端，滑块受到外力冲击后，获得一个沿斜面向上的速度v0=4m/s ，斜面足够长，滑块与斜面之间的动摩擦因数为 =0.25，已知sin370=0.60， cos370=0.80，g 取 10m/s 2，求：（ 1）滑块沿斜面上滑过程中的加速度的大小；（ 2）滑块沿斜面上滑的最大距离；【答案】（ 1）（ 2） 1 0m

20、【解析】试题分析：（1）设滑块质量为m，上滑过程的加速度大小为a，根据牛顿第二定律，有所以，（ 2）滑块上滑做匀减速运动，根据位移与速度的关系公得最大距离考点：考查了牛顿第二定律与运动学公式的应用【名师点睛】连接牛顿第二定律与运动学公式的纽带就是加速度，所以在做这一类问题时，特别又是多过程问题时，先弄清楚每个过程中的运动性质，根据牛顿第二定律求加速度然后根据加速度用运动学公式解题或者根据运动学公式求解加速度然后根据加速度利用牛顿第二定律求解力10 如图所示，绝缘粗糙水平面处在水平向右的匀强电场中，场强大小+4E=1 6 10N/C。一个质量为m 02 kg，带电量为q 2 0104C 的带正电

21、小物块（可视为质点），在水平面上以 a=11m/s2 的加速度向右做匀加速直线运动，小物块到达O 点时的速度为o2）v =4m/s 。（ g 取 10 m/s（1）求小物块与水平面间的动摩擦因数；（2）若小物块到达O 点时，突然将该电场方向变为竖直向上且大小不变。求1 秒后小物块距 O 点间距离。【答案】（ 1） 0 5（ 2）5m【解析】试题分析：（1） F=Eq根据牛顿第二定律：Fmg=ma解得 : =05（2）根据牛顿第二定律：Eq mg=ma、解得 :a、 =6m/s 2平抛运动： x= vot=4my= at2=3m=5m考点：牛顿第二定律的综合应用【名师点睛】此题是牛顿第二定律的综合应用习题；关键是分析物块的受力情况，搞清物体的运动情况，掌握类平抛运动的处理方法。