高考物理相互作用解题技巧(超强)及练习题(含答案)及解析

高考物理相互作用解题技巧(超强)及练习题(含答案)及解析

一、高中物理精讲专题测试相互作用

1．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0.1kgabm、0.2kgcdm的金属棒ab、cd垂直导轨放在导轨上，两金属棒的总电阻r=0.2Ω，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2m/sv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/s2，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 ,F=1.5N (2)Δ1.0Wb/sΔt,m3m/sv

【解析】

【详解】

（1）以cd为研究对象，当cd速度达到最大值时，有：

sincdmgBIL①

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：

()sinabcdFmmg②

（或对ab：sinabFmgBIL）

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：ΔΔEt③

由闭合电路欧姆定律，有：EIr④

联立③④并代入数据，得：ΔΔt=1.0Wb/s

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：ΔΔ()ΔmBSBLvvt⑤ 回路磁通量的变化率：

Δ()ΔmBLvvt⑥

联立⑤⑥并代入数据，得：m3v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．

2．将质量0.1mkg的圆环套在固定的水平直杆上，环的直径略大于杆的截面直径，环与杆的动摩擦因数0.8．对环施加一位于竖直平面内斜向上与杆夹角53o的恒定拉力F，使圆环从静止开始运动，第1s内前进了2.2m（取210/gms，sin530.8o，cos530.6o）．求：

（1）圆环加速度a的大小；

（2）拉力F的大小．

【答案】（1）24.4m/s （2）1N或9N

【解析】

（1）小环做匀加速直线运动，由运动学公式可知：21x2at

解得：2a4.4m/s

(2)令Fsin53mg0，解得F1.25N

当F1.25N时，环与杆的上部接触，受力如图：

由牛顿第二定律，FcosθμNFma，FsinθNFmg

联立解得：Fmagcossin

代入数据得：F1N

当F1.25N时，环与杆的下部接触，受力如图：

由牛顿第二定律，FcosθμNFma，FsinθNmgF

联立解得：Fmagcossin

代入数据得：F9N

3．如图所示，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θ=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=0.5Ω的直流电源。现把一个质量m=0.05

kg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 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2。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 N（3）0.06 N

【解析】

试题分析：⑴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

⑵导体棒受到的安培力：F安=BIL=0.30N

⑶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：mg

sin37º+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。

4．如图甲所示，表面绝缘、倾角θ=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/s2．求：

（1）线框受到的拉力F的大小；

（2）匀强磁场的磁感应强度B的大小；

（3）线框在斜面上运动的过程中产生的焦耳热Q．

【答案】（1）F="1.5" N（2）（3）

【解析】

试题分析：（1）由v-t图象可知，在0～0.4s时间内线框做匀加速直线运动，进入磁场时的速度为v1=2.0m/s，所以：

………………①

………………②

联解①②代入数据得：

F="1.5" N ………………③

（2）由v-t图象可知，线框进入磁场区域后以速度v1做匀速直线运动，由法拉第电磁感应定律和欧姆定律有：E=BLv1…④

由欧姆定律得：…⑤

对于线框匀速运动的过程，由力的平衡条件有：…⑥

联解④⑤⑥代入数据得：…⑦

（3）由v-t图象可知，线框进入磁场区域后做匀速直线运动，并以速度v1匀速穿出磁场，说明线框的宽度等于磁场的宽度，即为：⑧

线框在减速为零时，有：

所以线框不会下滑，设线框穿过磁场的时间为t，则：…⑨

…⑩

联解④⑤⑥代人数据得：…（11）

考点：导体切割磁感线时的感应电动势；力的合成与分解的运用；共点力平衡的条件及其应用；闭合电路的欧姆定律．

5．在建筑装修中，工人用质量为4.0 kg的磨石对水平地面和斜壁进行打磨，已知磨石与水平地面、斜壁之间的动摩擦因数μ相同，g取10 m/s2．

（1）当磨石受到水平方向的推力F1=20N打磨水平地面时，恰好做匀速直线运动，求动摩擦因数μ；

（2）若用磨石对θ=370的斜壁进行打磨（如图所示），当对磨石施加竖直向上的推力F2=60N时，求磨石从静止开始沿斜壁向上运动0.8 m所需的时间（斜壁足够长,sin370=0.6，cos370=0.8）．

【答案】（1）（2）0．8s’

【解析】

（1）磨石在水平地面上恰好做匀速直线运动1Fmg，解得0.5

（2）磨石与斜壁间的正压力2sinNFFmg

根据牛顿第二定律有2)cosNFmgFma（

解得22.5m/sa

根据匀变速直线运动规律212xat

解得20.8sxta

6．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33，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2。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）(10310)N（2）223kgm 【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：

21cos302Tmg

解得103NT

斜面上的物体受力平衡：

1sinTmgf

解得摩擦力大小为(10310)Nf

（2）最大静摩擦力为：

max1cosl0NfNmg

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：

1maxsinTmgf

21cos302Tmg

解得223kgm

即动滑轮下悬挂重物的质量应满足223kgm。

7．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μ=0.25，已知sin370=0.60，cos370=0.80，g取10m/s2，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第二定律求解力

8．质量为5kg的物体静止在粗糙水平面上，在0~4s内施加一水平恒力F，使物体从静止开始运动，在4~12s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0~12s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）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＝×12×16＝96m

（2）4s～12s内，加速度

根据牛顿第二定律，有f＝ma2＝5×2＝10N

（3）0～4s内，加速度

根据牛顿第二定律，有F−f＝ma1

代入数据：F-10=5×4

解得：F=30N

考点：牛顿第二定律的应用；v-t图线

9．如图甲所示，质量为m=lkg的物体置于倾角为θ=370固定斜面上（斜面足够长），对