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1、物理相互作用练习题及答案一、高中物理精讲专题测试相互作用1 如图所示， A、 B 都是重物， A 被绕过小滑轮P 的细线悬挂，B 放在粗糙的水平桌面上，滑轮 P 被一根斜短线系于天花板上的 O 点， O是三根细线的结点，细线 bO水平拉着物体 B，cO沿竖直方向拉着弹簧弹簧、细线、小滑轮的重力不计，细线与滑轮之间的摩擦力可忽略，整个装置处于静止状态若重物A 的质量为2kg，弹簧的伸长量为5cm ，cOa=120，重力加速度g 取 10m/s 2 ， 求：（ 1）桌面对物体 B 的摩擦力为多少？（ 2）弹簧的劲度系数为多少？（ 3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力F 的大小和方向？【答案】（ 1） 10
2、3N （2 ）200N/m （ 3） 203N ，方向在 Oa与竖直方向夹角的角平分线上 .【解析】【分析】（1）对结点O受力分析，根据共点力平衡求出弹簧的弹力和bO绳的拉力，通过B 平衡求出桌面对 B 的摩擦力大小（2）根据胡克定律求弹簧的劲度系数（3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力F 与滑轮两侧绳子拉力的合力等大反向【详解】（1）重物 A 的质量为2kg，则 Oa绳上的拉力为FOa=GA=20N对结点 O受力分析，如图所示，根据平行四边形定则得：水平绳上的力为：Fob=FOasin60 =103 N物体 B 静止，由平衡条件可得，桌面对物体B 的摩擦力f=Fob=103 N（ 2）弹簧的拉力大小
3、为 F 弹 =FOacos60 =10N根据胡克定律得 F 弹 =kxF弹10得 k=200N/mx 0.05（3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力F 与滑轮两侧绳子拉力的合力等大反向，则悬挂小滑轮的FF=2F a3N=20 3 N斜线中的拉力的大小为：O cos30 =2 202方向在 Oa与竖直方向夹角的角平分线上,M的A、B两滑块放在粗糙水平面上,2 如图所示 质量均为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 ，在两杆铰合处悬挂一质量为 m 的重物 C,整个装置处于静止状态。重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦
4、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】（ 1）mg12 tan（ 2）tan【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：根据平行四边形定则，有：1 mgmgF1 F2 22sinsin对物体 A 水平方向： fF1 cosmg2 tan（2）当 A 与地面之间的摩擦力
5、达到最大静摩擦力时：fm(Mg F1 sin )m=1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(m1B 沿地面滑动 ,则 至少等于。tan3 一架质量m 的飞机在水平跑道上运动时会受到机身重力、竖直向上的机翼升力F升 、发动机推力、空气阻力 F阻 、地面支持力和跑道的阻力 f 的作用。其中机翼升力与空气阻力均与飞机运动的速度平方成正比，即 F升 k1v2 , F阻 k2v 2 ，跑道的阻力与飞机对地面的压力成正比，比例系数为 k0 （ m、 k0、 k1、k2 均为已知量），重力加速度为
6、 g。(1)飞机在滑行道上以速度v0 匀速滑向起飞等待区时，发动机应提供多大的推力？(2)若将飞机在起飞跑道由静止开始加速运动直至飞离地面的过程视为匀加速直线运动，发动机的推力保持恒定，请写出k0与 k1、 k2 的关系表达式；(3)飞机刚飞离地面的速度多大？【答案】 (1) F k2v02k0 (mg k1v02 ) ； (2) k0F k2v2ma ； (3) vmgmgk1v2k1【解析】【分析】（1）分析粒子飞机所受的5 个力，匀速运动时满足F推F阻F阻 ，列式求解推力；（2）根据牛顿第二定律列式求解k0 与 k1、 k2 的关系表达式；（3）飞机刚飞离地面时对地面的压力为零 .【详解
7、】（ 1）当物体做匀速直线运动时，所受合力为零，此时有空气阻力 F阻 k2v02飞机升力 F升 k1v02飞机对地面压力为 N ， NmgF升地面对飞机的阻力为：F阻k0 N由飞机匀速运动得：FFF，推阻阻由以上公式得 F推k2v02k0 (mgk1v02 )（2）飞机匀加速运动时，加速度为a，某时刻飞机的速度为v，则由牛顿第二定律：F推 -k2v2k0 (mgk1v2 )= maF推 -k2 v2ma解得： k02mg k1v（3）飞机离开地面时：mg=k1v2解得：vmgk14 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
8、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小（设重力加速度为g）（2）若风向不变，随着风力的增大态，说明理由，且小球静止时，风力F 及细绳对小球拉力T 的大将增大，判断能否增大到90 且小球处于静止状【答案】 （1） Tmg90且小球处于静止状态， F=mgtan （ 2）不可能达到cos【解析】【分析】【详解】（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5 如
9、图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.4 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角=37 ，在导轨所在空间内，分布着磁感应强度B=0.5 T、方向垂直于导轨平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=6.0 V、内阻 r=0.5 的直流电源。现把一个质量m=0.05kg 的导体棒 ab 垂直放在金属导轨上，导体棒静止。导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻 R0=2.5 ，金属导轨电阻不计，g 取 10 m/s 2。已知 sin37 =0.6， cos37=0.8，求：（ 1）通过导体棒的电流大小；（ 2）导体棒受到的安培力大小；（ 3）导体棒受到的摩擦力大小。【答案】 （1） 1.5 A（2） 0.3
10、 N（ 3）0.06 N【解析】试题分析： 导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有：=1.5A导体棒受到的安培力：F 安 =BIL=0.30N导体棒所受重力沿斜面向下的分力F1= mg sin37o=0.24N由于 F1 小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f，根据共点力平衡条件： mgsin37o+f=F 安解得： f =0.06N考点：本题考查电磁感应中的欧姆定律、物体的平衡等问题，意在考查学生的综合分析能力。6 质量为 4kg 的木块放在倾角为300 长为 15m的固定斜面上时，木块恰好能沿斜面匀速下滑，若改用沿斜面向上的恒力F拉木块，木块从静止开始沿斜面运动
11、2 5m所用的时间为1s（ g 取 10m/s2）求：（ 1）恒力 F 的大小（ 2）要使物体能从斜面底端运动到顶端 F 至少要作用多长时间？【答案】（ 1） 60N（ 2） 2s【解析】试题分析：（ 1） f=mgsin30=mga1=2s/t 2=5m/s F= mgsin30+f+ma=mg+ma=60N（2）设拉力最小作用时间为tx1=a1t 2v1=a1 ta2=（ mgsin30+f） /m=g2x1+x2 =15mt 2s考点：牛顿第二定律的综合应用7 如图所示，在一倾角为30固定斜面上放一个质量为2kg 的小物块，一轻绳跨过两个轻滑轮一端固定在墙壁上，一端连接在物块上，且物块上
12、端轻绳与斜面平行，动滑轮下方悬挂质量为 3kg 的重物，整个装置处于静止状态。已知跨过动滑轮的轻绳夹角为60，物块与斜面的动摩擦因数为3，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s 2。3求：（ 1）斜面上物块所受的静摩擦力大小；（ 2）若要使斜面上的物块滑动，动滑轮下悬挂重物的质量应该满足什么条件？【答案】（ 1） (10 310)N （ 2） m2 2 3kg【解析】【分析】考查平衡状态的受力分析。【详解】（ 1）设斜面上物体质量为 m1，动滑轮下方悬挂的物体质量为 m2，绳的拉力为 T，斜面支持力为 N，摩擦力为 f，受力分析如图：动滑轮节点受力平衡：T cos301 m2
13、 g2解得 T103N斜面上的物体受力平衡：Tm1g sinf解得摩擦力大小为f(10 310)N（2）最大静摩擦力为：fmaxNm1 g cosl0N当绳的拉力等于 0 时，物体刚好保持静止，所以不可能往下运动，则只能是拉力足够大，当摩擦力达到最大静摩擦时，物体开始向上滑动：Tm1 g sinf max1m2 gT cos302解得 m2 2 3kg即动滑轮下悬挂重物的质量应满足m22 3kg 。8 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，
14、 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
15、第二定律求解力9 将一轻质橡皮筋（劲度系数k=100N/m）上端固定在天花板上，如下图（甲）所示（ 1）在其下端 A 处用细线悬挂重为 10N的木块，静止后如图（乙）所示，则橡皮筋的伸长量 x1=？（2）再用一细线拴在图（乙）中的A 处，然后用一水平的力F 向右拉动，使橡皮筋与竖直方向成 37角，并保持静止，如图（丙）所示求所加外力F 的值和此时橡皮筋的伸长量x2（已知 sin37 =0.6 cos37=0.8 ）【答案】（ 1）橡皮筋的伸长量为0.1m；（2）所加外力 F 的值为 12.5N；此时橡皮筋的伸长量x2 为 0.125m【解析】试题分析：（1）由胡克定律可求得伸长量；（2）对 A
16、点受力分析，由共点力平衡条件可求得力F 及橡皮筋受到的力，再由胡克定律可求得伸长量解：（ 1）由胡克定律可得：x1 =将数据代入式解得： x1=0.1m（2）对丙图中橡皮筋末端A 点进行受力分析，可得：F=Gtan37F=将数据代入式解得： F=7.5NF=12.5N由胡克定律可得： x2=将数据代入式解得：x2=0.125m答：（ 1）橡皮筋的伸长量为 0.1m；（2）所加外力 F 的值为 12.5N；此时橡皮筋的伸长量x2 为 0.125m【点评】本题考查共点力的平衡条件及胡克定律，要注意明确研究对象为结点A10 如图所示，物块A 悬挂在绳PO 和PC的结点上，PO 偏离竖直方向37角，
17、PC水平，且经光滑定滑轮与木块B 相连，连接B 的绳与水平方向的夹角为53。已知A 质量MA=1.6kg， B 质量MB=4kg，木块B 静止在水平面上，g 取10m/s 2.试求：(1)绳 PO 的拉力大小；(2)绳 PC拉力的大小；(3)木块 B 与水平面间的摩擦力大小。【答案】 (1) 20N ； (2)12N ； (3) 7.2N【解析】【分析】【详解】(1)对 P 点受力分析如图：由平衡条件得FPO cos37M A gFCFPO sin 37解得绳 PO 的拉力大小FPOM A g16 N 20Ncos370.8(2)绳 PC拉力的大小FcFPO sin 37200.6N12N(3)对 B 受力分析如图：水平方向根据共点力的平衡条件可得木块B 与水平面间的摩擦力大小fFC cos53120.6N7.2N