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1、物理相互作用练习 _物理考试 _外语学习及解析一、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 =mg代入
2、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，难度不小，需
3、要细细品味2 如图所示，质量M=2kg 的物块 A 放在水平地面上，滑轮固定在天花板上，细绳跨过滑轮，一端与物块A 连接，另一端悬挂质量m=1kg 的物块B，细绳竖直，A、 B 处于静止状态。现对物体A 施加向左的水平外力F，使A 沿水平面向左缓慢移动。物块A 刚开始移动时水平外力F1 3N，不计绳与滑轮间的摩擦，重力加速度于滑动摩擦力，求：g 取10 m/s 2，最大静摩擦力等(1)物块 A 与水平地面间的动摩擦因数；(2)当连接物块A 的细绳与竖直方向的夹角sin37 =0.6， cos37 =0.8)【答案】（ 1） 0.3（ 2） 9.6N=37 时，水平外力F2 的大小。(已知【解析
4、】【分析】(1) 活结绳竖直时张力相等，由平衡知识求解.(2) 抓住两物体的联系点：倾斜的活结绳上的张力依然相等，由受力分析求外力.【详解】(1) 设物块 A 刚开始移动时，绳子的拉力为T，地面对 A 的支持力为 N1 ，由平衡条件得,对 ： T mgB对 A： Mg N1 TF1f1N1代入数据得0.3(2) 设当细线与竖直方向夹角为37时，地面对A 的支持力为N 2由平衡条件得：F2N 2T sinN2T cosMg代入数据，得F29.6?N【点睛】绳连接体的关键是掌握活结绳上的五同规律：沿绳张力相同，沿绳加速度相同，沿绳瞬时速度相等，沿绳的拉力功率相等；沿绳的拉力做功相等.3 如图所示
5、,质量均为M 的 A、B 两滑块放在粗糙水平面上,滑块与粗糙水平面间的动摩擦因数为，两轻杆等长 ,且杆长为L,杆与滑块、杆与杆间均用光滑铰链连接,杆与水平面间的夹角为，m 的重物 C,整个装置处于静止状态。重力加速度为在两杆铰合处悬挂一质量为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，试求 :(1)地面对物体 A 的静摩擦力大小 ；(2)无论物块 C 的质量多大 ,都不能使物块A 或 B 沿地面滑动 ,则至少要多大 ?【答案】（ 1mg1）（ 2）2 tantan【解析】【分析】先将 C 的重力按照作用效果分解，根据平行四边形定则求解轻杆受力；再隔离物体A 受力分析，根据平衡条件并结合正交分解法列式求解滑
6、块与地面间的摩擦力和弹力要使得A不会滑动，则满足 ff m ，根据数学知识讨论。【详解】（1）将 C的重力按照作用效果分解，如图所示：1 mg mg根据平行四边形定则，有：F1 F2 2sin2sin对物体 A 水平方向：fF1 cosmg2 tan（2）当 A 与地面之间的摩擦力达到最大静摩擦力时：fm(Mg F1 sin )m1且 ff m 联立解得：tan(2 Mm)=2M，tan (1)m11当 m时，2M1)tan，可知无论物块C 的质量多大，都不能使物块A 或tan (mB 沿地面滑动 ,则 至少等于1。tan4 如图，两条间距L=0.5m 且足够长的平行光滑金属直导轨，与水平地面
7、成30角固定放置，磁感应强度B=0.4T 的匀强磁场方向垂直导轨所在的斜面向上，质量mab0.1kg 、 mcd0.2kg 的金属棒 ab、 cd 垂直导轨放在导轨上，两金属棒的总电阻r=0.2 ，导轨电阻不计 ab 在沿导轨所在斜面向上的外力F 作用下，沿该斜面以v2m/s的恒定速度向上运动某时刻释放cd， cd 向下运动，经过一段时间其速度达到最大已知重力加速度 g=10m/s 2，求在 cd 速度最大时，（1） abcd 回路的电流强度I 以及 F 的大小；（2） abcd 回路磁通量的变化率以及cd 的速率【答案】 (1)I=5A , =1.5N(2)1.0Wb/s , vm3m/sF
8、t【解析】【详解】（1）以 cd 为研究对象，当cd 速度达到最大值时，有：mcd g sinBIL代入数据，得：I=5A由于之后两棒均沿斜面方向做匀速运动，可将两棒看作整体，作用在ab上的外力：F(mabmcd ) g sin（或对 ab： Fmab g sinBIL ）代入数据，得：F=1.5N（2） 设 cd 达到最大速度时abcd 回路产生的感应电动势为E，根据法拉第电磁感应定律，有： Et由闭合电路欧姆定律，有：IEr联立并代入数据，得：=1.0Wb/st设 cd 的最大速度为 vm， cd 达到最大速度后的一小段时间t 内，abcd 回路磁通量的变化量：BS BL (vm v)t
9、回路磁通量的变化率：tBL( vmv) 联立并代入数据，得： vm3 m/s【点睛】本题是电磁感应中的力学问题，综合运用电磁学知识和力平衡知识；分析清楚金属棒的运动过程与运动性质是解题的前提，应用平衡条件、欧姆定律即可解题5 随着摩天大楼高度的增加, 钢索电梯的制造难度越来越大。利用直流电机模式获得电磁驱动力的磁动力电梯研发成功。磁动力电梯的轿厢上安装了永久磁铁, 电梯的井壁上铺设了电线圈。这些线圈采取了分段式相继通电，生成一个移动的磁场, 从而带动电梯上升或者下降。工作原理可简化为如下情景。如图所示，竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面、方向相反的匀强磁场，磁感应强度均为
10、；电梯轿厢固定在如图所示的一个匝金属框内（电梯轿厢在图中未画出），并且与之绝缘，金属框的边长为 ，两磁场的竖直宽度与金属框边的长度相同且均为，金属框整个回路的总电阻为；电梯所受阻力大小恒为；电梯空载时的总质量为。已知重力加速度为。（1）两磁场以速度竖直向上做匀速运动，电梯在图示位置由静止启动的瞬间，金属线框内感应电流的大小和方向；（ 2）两磁场以速度 竖直向上做匀速运动，来启动处于静止状态的电梯，运载乘客的总质量应满足什么条件；（ 3）两磁场以速度 竖直向上做匀速运动，启动处于静止状态下空载的电梯，最后电梯以某一速度做匀速运动，求在电梯匀速运动的过程中，外界在单位时间内提供的总能量。【答案】（
11、 1）；方向为逆时针方向。（2）（ 3）【解析】（ 1）根据法拉第电磁感应定律由闭合电路欧姆定律由式得根据楞次定律可知，电流的方向为逆时针方向。（2）设电梯运载乘客的总质量为，根据平衡条件根据安培力公式由式得电梯运载乘客的总质量应满足（ 3）设电梯匀速运动的速度为 ，在电梯匀速运动的过程中，外界在单位时间内提供的总能量为在电梯匀速运动过程中，根据法拉第电磁感应定律由闭合电路欧姆定律由平衡条件得根据安培力公式(11)由 (11) 式得点睛：本题是理论联系实际的问题，与磁悬浮列车模型类似，关键要注意磁场运动，线框相对于磁场向下运动，而且上下两边都切割磁感线，产生两个电动势，两个边都受安培力6 用质
12、量为 m 、总电阻为R 的导线做成边长为l 的正方形线框MNPQ，并将其放在倾角为的平行绝缘导轨上，平行导轨的间距也为l ，如图所示，线框与导轨之间是光滑的，在导轨的下端有一宽度为 l （即 ab l ）、磁感应强度为 B 的有界匀强磁场，磁场的边界aa 、bb 垂直于导轨，磁场的方向与线框平面垂直，线框从图示位置由静止释放，恰能匀速穿过磁场区域，重力加速度为g ，求：（1）线框通过磁场时的速度v ；（2）线框 MN边运动到 aa 的过程中通过线框导线横截面的电荷量q ；（3）通过磁场的过程中，线框中产生的热量Q。mgRsin【答案】（ 1） vB2l 2?Bl 2（2） qR（3） Q2mg
13、lsin【解析】试题分析：（ 1）感应电动势 :EBlv ，感应电流 :IE ，安培力： F BIlR线框在磁场区域做匀速运动时，其受力如图所示FmgsinmgRsin解得匀速运动的速度: v22?B l（2）解法一：由 BIlmgsin得， Img sintlB2l 3，BlvmgRsin，Bl 2所以 q ItR解法二：平均电动势E n， IEtn，所以 qBl 2， q IR 。tRR（3）解法一：通过磁场过程中线框沿斜面匀速运动了2l的距离，由能量守恒定律得：E增E减 ， Q2mglsin。解法二： QI 2 Rt2QmgsinR 2l2mgl sinBlv考点：导体切割磁感线时的感应
14、电动势【名师点睛】遇到导轨类问题首先要画出侧视图及其受力分析图，然后列式求解；在求有关热量问题时，要从能量守恒的角度求解。7如图所示，一块足够大的光滑平板能绕水平固定轴MN 调节其与水平面所成的倾角板上一根长为 L=0.50m 的轻细绳，它的一端系住一质量为的小球，另一端固定在板上的O点当平板的倾角固定为时，先将轻绳平行于水平轴MN 拉直，然后给小球一沿着平板并与轻绳垂直的初速度v0 3.0m/s 。若小球能保持在板面内作圆周运动，求倾角的最大值？（取重力加速度 g=10m/s 2，）【答案】 370【解析】试题分析：小球通过最高点时，若绳子拉力T=0，倾角 有最大值研究小球从释放到最高点的过
15、程，据动能定理解得故考点：动能定理；牛顿第二定律8如图所示，物体，物体，物体 B 用细绳系住，现在用水平力将 A 匀速拉出？， A 与 F 拉物体BB 与地面的动摩擦因数相同A，求这个水平力F 至少要多大才能【答案】【解析】试题分析：物体B 对 A 压力，地面对A 的支持力， AB 间的滑动摩擦力，因此A 受地面的摩擦力：，以A 物体为研究对象，其受力情况如图所示：由平衡条件得：。考点：共点力作用下物体平衡【名师点睛】本题考查应用平衡条件处理问题的能力，要注意的重力，而等于A.B 的总重力。A 对地面的压力并不等于A9 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
16、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【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根据牛顿第二定律，有所以，a，（ 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
17、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，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：重力G、挡板对球体的支持力F1 和斜面对球体的支持力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如图根据平衡条件得F1=Gtan37=mgtan37=15N2=25NF =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