高考物理相互作用试题经典
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高考物理相互作用试题经典一、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）μ=（3）α=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°=TcosθFsin30°+Tsinθ=mg代入数据解得：T=10，tanθ=，即：θ=30°（2）对M进行受力分析，由平衡条件有F N=Tsinθ+Mgf=Tcosθf=μF N解得：μ＝（3）对M、N整体进行受力分析，由平衡条件有：F N+Fsinα=（M+m）gf=Fcosα=μF N联立得：Fcosα=μ（M+m）g-μFsinα解得：F＝令：sinβ＝，cosβ=，即：tanβ=则：所以：当α+β=90°时F有最小值．所以：tanα=μ=时F的值最小．即：α=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k 1＝200N/m 。
用细绳跨过定滑轮将物体A 与另一根劲度系数为k 2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k 2。
【答案】（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：k 1x 1＝mg 代入数据解得：x 1＝10cm（2）当ab ＝60cm 时，弹簧B 处于伸长状态，根据胡克定律有： k 1x 2＝mg代入数据求得：x 2＝10cm 故A 上升高度为：h ＝x 1+x 2＝20cm由几何关系可得弹簧C 的伸长量为：x 3＝ab ﹣x 1﹣x 2＝40cm 根据平衡条件与胡克定律有： mg +k 1x 2＝k 2x 3 解得k 2＝100N/m3．一架质量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2212,F k v F k v ==阻升，跑道的阻力与飞机对地面的压力成正比，比例系数为0k （012m k k k 、、、均为已知量），重力加速度为g 。
(1)飞机在滑行道上以速度0v 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012k k k 与、的关系表达式； (3)飞机刚飞离地面的速度多大？【答案】(1)2220010()F k v k mg k v =+-；(2)22021F k v mak mg k v --=-；(3)1mg v k =【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 F F =+阻阻推，列式求解推力；（2）根据牛顿第二定律列式求解k 0与k 1、k 2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】（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 220F k v 阻=飞机升力 210F k v =升飞机对地面压力为N ，N mg F =-升地面对飞机的阻力为：'0F k N =阻 由飞机匀速运动得：F F F =+，阻阻推 由以上公式得 2220010()F k v k mg k v =+-推（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：22201-()=F k v k mg k v ma --推解得：22021-F k v mak mg k v-=-推 （3）飞机离开地面时：21=mg k v解得：1mgv k =4．如图所示：一根光滑的丝带两端分别系住物块A 、C ，丝带绕过两定滑轮，在两滑轮之间的丝带上放置了球B,D 通过细绳跨过定滑轮水平寄引C 物体。
整个系统处于静止状态。
已知，，，B 物体两侧丝带间夹角为600，与C 物体连接丝带与水平面夹角为300，此时C 恰能保持静止状态。
求：（g=10m/s 2）（1）物体B的质量m；（2）物体C与地面间的摩擦力f；（3）物体C与地面的摩擦系数μ（假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力）。
【答案】（1）3kg（2）f=10N（3）【解析】（1）对B受力分析，受重力和两侧绳子的拉力，根据平衡条件，知解得：m=3kg对C受力分析，受重力、两个细线的拉力、支持力和摩擦力，根据平衡条件，知水平方向受力平衡：解得：f=10N（3）对C，竖直方向平衡，支持力：由f=μN，知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；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】（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①由闭合电路欧姆定律②由①②式得③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④根据安培力公式⑤由③④⑤式得⑥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⑦在电梯匀速运动过程中，根据法拉第电磁感应定律⑧由闭合电路欧姆定律⑨由平衡条件得⑩根据安培力公式 (11)由⑦⑧⑨⑩(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．质量m=20kg的物体，在大小恒定的水平外力F的作用下，在水平面上做直线运动。
0—2s内F与运动方向相反，2—4s内F与运动方向相同，物体的速度—时间图象如图所示。
求:（1）体在0-2秒内的加速度；（2）物体在2-4秒内的加速度；（3）物体与水平面间的动摩擦因数μ；（4）F的大小。
（g取10m/s2）【答案】（1）（2）（3）（4）F=-60N【解析】试题分析：（1）由图象可得：0—2s内物体的加速度（3分）（2）2—4s内物体的加速度（3分）（3）根据牛顿第二定律：0—2s内，① （1分）2—4s内，② （1分）联立①②式代入数据，得：（1分）（4）F=-60N （1分）考点：运动图像。
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≤μ≤05或者μ≤0125【解析】试题分析：（1）当摆球由C到D运动机械能守恒：得出：（2）由牛顿第二定律可得：可得：（3）小球不脱圆轨道分两种情况：①要保证小球能达到A孔，设小球到达A孔的速度恰好为零，由动能定理可得：可得：μ1=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：μ2=035②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：μ3=0125综上所以摩擦因数μ的范围为：035≤μ≤05或者μ≤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．足够长的光滑细杆竖直固定在地面上，轻弹簧及小球A、B均套在细杆上，弹簧下端固定在地面上，上端和质量为m 1=50g 的小球A 相连，质量为m 2=30g 的小球B 放置在小球A 上，此时A 、B 均处于静止状态，弹簧的压缩量x 0=0.16m ，如图所示。
从t=0时开始，对小球B 施加竖直向上的外力，使小球B 始终沿杆向上做匀加速直线运动。
经过一段时间后A 、B 两球分离；再经过同样长的时间，B 球距其出发点的距离恰好也为x 0。
弹簧的形变始终在弹性限度内，重力加速度取g=10m/s 2。
求：(1)弹簧的劲度系数k ；(2)整个过程中小球B 加速度a 的大小及外力F 的最大值。
【答案】(1)5N/m ；(2)2m/s 2，0.36N 【解析】 【详解】(1)根据共点力平衡条件和胡克定律得：()120m m g kx += 解得：5/k N m =；(2)设经过时间t 小球A 、B 分离，此时弹簧的压缩量为0x ， 对小球A ：11kx m g m a -=2012x x at -=小球B ：()20122x a t =当B 与A 相互作用力为零时F 最大 对小球B ：22F m g m a -=解得：22/a m s = ，0.36F N =9．如图所示，在倾角θ＝37°的斜面上，用一水平力F 推一质量为m ＝10 kg 的物体，欲使物体沿斜面匀速运动，已知物体与斜面间的动摩擦因数μ＝0.2，试求F 的大小．(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)【答案】112 N 或48 N 【解析】 【分析】当F 较小时，摩擦力方向沿斜面向上，当F 较大时，摩擦力方向沿斜面向下，分别针对两种情况，运用平衡条件和正交分解法，求出F 的大小； 【详解】解：若物体在力F 的作用下刚好沿斜面向上匀速运动，对物体受力分析，如图所示，由平衡条件：mgsin f Fcos θθ+=N mgcos Fsin θθ=+f uN =联立解得：112F N =若物体在力F 的作用下刚好沿斜面向下匀速运动，对物体受力分析，如图所示，由平衡条件：mgsin Fcos f θθ=+N mgcos Fsin θθ=+f uN =联立解得：48F N =10．如图所示，物体的质量m ＝4.4 kg ，用与竖直方向成θ＝37°的斜向右上方的推力把该物体压在竖直墙壁上，并使它沿墙壁在竖直向上做匀速直线运动．物体与墙壁间的动摩擦因数μ＝0.5，取重力加速度g ＝10 N/kg ，求推力F 的大小．(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)【答案】88N 【解析】 【详解】当物体匀速向上滑动时，受力分析如图所示，根据平衡条件有，水平方向：F N=Fsinθ竖直方向：Fcosθ=F f+mg又因为：F f=μF N由以上三式可解得：4.410880.80.50.6mgF Ncos sin＝θμθ⨯==--⨯【点睛】本题关键是对匀速滑动的物体受力分析，然后根据共点力平衡条件列式求解．要注意滑动摩擦力有自己的公式，F f=μF N．。
