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1、【物理】高考必备物理相互作用技巧全解及练习题( 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,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 +
2、Tsin =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
3、最小值，难度不小，需要细细品味2 如图所示，用三根轻绳将质量均为m 的A、B 两小球以及水平天花板上的固定点O 之间两两连接，然后用一水平方向的力F 作用于A 球上，此时三根轻绳均处于直线状态，且OB 绳恰好处于竖直方向，两球均处于静止状态，轻绳OA 与AB 垂直且长度之比为3:4试计算：（1） OA 绳拉力及 F 的大小？（2）保持力 F 大小方向不变，剪断绳 OA，稳定后重新平衡，求此时绳OB 及绳 AB 拉力的大小和方向（绳 OB、 AB 拉力的方向用它们与竖直方向夹角的正切值表达）（3）欲使绳 OB 重新竖直，需在球B 上施加一个力，求这个力的最小值和方向【答案】 （1） 42 131
4、22524mg （2） T13mg ， tan=3； Tmg， tan =333（3） 4 mg ，水平向左3【解析】【分析】【详解】（1） OB 竖直，则 AB 拉力为 0，小球 A 三力平衡，设OB 拉力为 T，与竖直方向夹角为 ,则 T=mg/cos= 5 mg，F=mgtan= 4 mg33（2）剪断 OA 绳，保持F 不变，最后稳定后，设1，AB 拉力为T2，与竖直方向夹角为2，以球OB 的拉力为 T1，与竖直方向夹角为A、球 B 为整体，可得4T1x=F=mg；T1y=2mg；3解得 ： T1= 2 13 mg；tan 1= 2 ；33单独研究球4mg；T2y=mg；A，T2x=F
5、=3T 5mg， tan 2=4解得： 2=33（3）对球 B 施加一个力 FB 使 OB 重新竖直，当FB 水平向左且等于力 F 时是最小值，即4FB=F= mg，水平向左3【点睛】本题采用整体和隔离法相结合进行分析，关键先对B 球受力分析，得到 AB 绳子的拉力为零，然后对A 球受力分析，根据平衡条件并运用平行四边形法则求解未知力3 如图所示，表面光滑的长方体平台固定于水平地面上，以平台外侧的一边为x 轴，在平台表面建有平面直角坐标系xoy，其坐标原点O 与平台右侧距离为d=1.2m 。平台足够宽，高为 h=0.8m ，长为 L=3.3m。一个质量m1=0.2kg 的小球以v0=3m/s
6、的速度沿x 轴运动，到达 O 点时，给小球施加一个沿y 轴正方向的水平力F1，且 F1=5y（ N）。经一段时间，小球到达平台上坐标为（1.2m ， 0.8m）的 P 点时，撤去外力F1。在小球到达P 点的同时，平台与地面相交处最内侧的M 点，一个质量m2=0.2kg的滑块以速度v 在水平地面上开始做匀速直线运动，滑块与地面间的动摩擦因数=0.5，由于摩擦力的作用，要保证滑块做匀速运动需要给滑块一个外力F2，最终小球落在N 点时恰好与滑块相遇，小球、滑块均视为质点，g10m / s2 ，sin370.6， cos370.8 。求：（ 1）小球到达 P 点时的速度大小和方向；（ 2） M 、N
7、两点间的距离 s 和滑块速度 v 的大小；（ 3）外力 F2 最小值的大小（结果可用根式表示）【答案】（ 1） 5m/s 方向与 x 轴正方向成 53（ 2）1.5m； 3.75m/s （3） 2 5 N5【解析】（ 1）小球在平台上做曲线运动，可分解为沿x 轴方向的匀速直线运动和沿y 轴方向的变加速运动，设小球在P 点受到 vp 与 x 轴夹角为从 O 点到 P 点，变力 F1 做功 y p50.80.8J1.6 J2根据动能定理有 W1 m1vP21 m1v02 ，解得 vp5m / s22根据速度的合成与分解有v0vp cos，得53 ，小球到达 P 点时速度与 x 轴正方向成53（2）
8、小球离开 P 点后做平抛运动，根据平抛运动规律有h1 gt 2 ，解得 t=0.4s2小球位移在水平面内投影lvp t2m设 P 点在地面的投影为P ，则 P MLyP2.5m由几何关系可得 s2P M 2l 22lP Mcos，解得 s=1.5m滑块要与小球相遇，必须沿MN 连线运动，由 s vt ，得 v3.75m / s（3）设外力 F2 的方向与滑块运动方向（水平方向）的夹角为，根据平衡条件水平方向有：F2 cosf ，其中 fN ，竖直方向有 NF2sinm2 g联立解得 F2m2 gcossin由数学知识可得F2m2 g，其最小值 F2minm2 g2 52 sin1N 。1254
9、 如图所示，粗糙的地面上放着一个质量M 1.5 kg 的斜面，底面与地面的动摩擦因数 0.2，倾角 37 用固定在斜面挡板上的轻质弹簧连接一质量m 0.5 kg 的小球 （不计小球与斜面之间的摩擦力），已知弹簧劲度系数k 200 N/m ，现给斜面施加一水平向右的恒力 F，使整体以a 1 m/s 2 的加速度向右匀加速运动237 0.8， g 10 m/s )(已知sin 370.6、 cos(1)求 F 的大小；(2)求出弹簧的形变量及斜面对小球的支持力大小【答案】 （1） 6N（ 2） 0.017m； 3.7N【解析】试题分析：（ 1）以整体为研究对象，列牛顿第二定律方程（ 2）对小球受力
10、分析，水平方向有加速度，竖直方向受力平衡解：（ 1）整体以 a 匀加速向右运动，对整体应用牛顿第二定律：F （ M+m ） g=（ M+m ）a得 F=6N（2）设弹簧的形变量为x，斜面对小球的支持力为FN对小球受力分析：在水平方向： Kxcos FNsin =ma在竖直方向： Kxsin +FNcos =mg解得： x=0.017mFN=3.7N答：（ 1） F 的大小 6N；（ 2）弹簧的形变量 0.017m斜面对小球的支持力大小3.7N【点评】对斜面问题通常列沿斜面方向和垂直于斜面方向的方程，但本题的巧妙之处在于对小球列方程时，水平方向有加速度，竖直方向受力平衡，使得解答更简便5 质量M
11、=3kg的长木板放在水平光滑的平面上，在水平恒力F=11N 作用下由静止开始向右运动，如图所示，当速度达到1m/s时，将质量m=4kg的物体轻轻放到木板的右端，已知物块与木板间动摩擦因数=0.2,g 取10m/s 2，求：(1)物体经多长时间才与木板保持相对静止；(2）物块与木板相对静止后，物块受到的摩擦力大小【答案】（ 1） 1s（ 2） 6.29N【解析】试题分析：（ 1）放上物体后，由牛顿第二定律可知：物体加速度a1g 2m / s2板的加速度 a2Fmg1m / s2M当两物体达速度相等后保持相对静止，故a1t v a2 t ，解得 t1s（2）相对静止后，对整体F （ Mm）a ，对
12、物体有 f ma解得 f 6.28N考点：考查了牛顿第二定律的应用【名师点睛】物体与木板均做匀变速直线运动，由牛顿第二定律可求得二者的加速度，由速度公式可求得二者相对静止的时间；相对静止后，物体的静摩擦力充当合外力，由牛顿第二定律可求得物体受到的摩擦力6 如图所示， AB 是倾角为=37粗糙直轨道，的BCD是光滑的圆弧轨道， AB 恰好在 B 点与圆弧相切，圆弧的半径为R=1m，一个质量为m=0.5kg 的物体（可以看做质点 ）从直轨道上的 P 点由静止释放，结果它能在两轨道间做往返运动已知P 点与圆弧的圆心O 等高，物体与轨道AB间的动摩擦因数为=0.2求：（1）物体做往返运动的整个过程中在
13、AB 轨道上通过的总路程；（2）为使物体能顺利到达圆弧轨道的最高点D，释放点 P 距 B 点的距离至少多大？【答案】 (1)5m(2)m【解析】试题分析：（1）因摩擦力始终对物体做负功，所以物体最终在圆心为上往复运动对整体应用动能定理得：mgRcos-mgS cos=02的圆弧所以总路程为（ 2）设物体刚好到 D 点，则由向心力公式得：对全过程由动能定理得： mgLsin-mgL cos-mgR（ 1+cos） = mvD2得最小距离为考点：动能定理的应用【名师点睛】本题综合应用了动能定理求摩擦力做的功、圆周运动及圆周运动中能过最高点的条件，对动能定理、圆周运动部分的内容考查的较全，是圆周运动
14、部分的一个好题。7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 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
15、械能守恒：得出：2（3）小球不脱圆轨道分两种情况： 要保证小球能达到A 孔，设小球到达由动能定理可得：A 孔的速度恰好为零，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
16、根据牛顿第二定律、机械能守恒和动能定理结合进行求解8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=16 10 N/C。一m02 kgq2个质量为010 4C 的带正电小物块（可视为质点），在水平，带电量为 面上以 a=11m/s 2 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 vo=4m/s 。（ g 取 10 m/s 2）（ 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=m
17、a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。9 绳 OC与竖直方向成30角， O 为质量不计的光滑滑轮，已知物体B 重 1000N ，物体 A重 400N，物块 A 和 B 均静止。求：（1）物体 B 所受地面的摩擦力为多大；（2）物体 B 所受地面的支持力为多大？【答案】（ 1） 200 3N ；（ 2） 800N【解析】【分析】【详解】(1) (2)
18、 滑轮 O 处于静止状态， OC 绳子拉力大小等于OA、OB 两绳子拉力之和，由于OA 和OB 是一根绳子，拉力相等，因此绳子OC处于 AOB 的角平分线上，又由于绳OC与竖直方向成 30角，因此AOB =60 o因此，绳 OB 与水平方向夹角=30o由于 A 处于静止状态，绳子OB 的拉力T mA g 400N因此 B 受到的摩擦力fT cos400 cos30o200 3N受地面的支持力为 N，则NT sin 30omB g解得N=800N10 一劲度系数为 k=100N/m 的轻弹簧下端固定于倾角为=53光滑斜面底端，上端连接的物块 Q一轻绳跨过定滑轮 O，一端与物块 Q 连接，另一端与
19、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】（ 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
20、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