高中物理相互作用解题技巧及练习题含解析

1、高中物理相互作用解题技巧及练习题含解析一、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】

2、（ 1） 103n （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）

3、弹簧的拉力大小为 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）

4、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 13122524mg （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 mg3

5、3（2）剪断 oa 绳，保持f 不变，最后稳定后，设ob 的拉力为 t1，与竖直方向夹角为1，ab 拉力为t2，与竖直方向夹角为2，以球 a、球 b 为整体，可得4t1x=f=mg；t1y=2mg；3解得 ： t1= 2 13 mg；tan 1= 2 ；334单独研究球a，t2x=f=mg；t2y=mg；3解得： t2= 5 mg， tan 2= 433（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，

6、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：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知，带与水平面夹角为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，b物体两侧丝带间夹角为600 ，与 c物体连接丝300，此时 c恰能保持静止状态。求：（g=10m/s2）（ 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 （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=3

7、kg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= n，知4 如图所示，倾角为 30、宽度为d 1 m、长为 l 4 m 的光滑倾斜导轨，导轨c d 、 c d顶端接有定值电阻 r 15，倾斜导轨置于垂直导轨平面斜向上的匀强磁场11220中，磁感应强度为 b 5 t， c11221 12 2是半a、 c a是长为 s4.5 m 的粗糙水平轨道， a b 、 a b径为 r0.5 m 处于竖直平面内的1/4 光滑圆环 (其中 b1、 b2 为弹性挡板 )，整个轨道对称在导轨顶端垂直于导轨

8、放一根质量为m2 kg、电阻不计的金属棒mn ，当开关 s 闭合时，金属棒从倾斜轨道顶端静止释放，已知金属棒到达倾斜轨道底端前已达到最大速度，当金属棒刚滑到倾斜导轨底端时断开开关s， (不考虑金属棒mn 经过 c1、 c2 处和棒与b1、 b2 处弹性挡板碰撞时的机械能损失，整个运动过程中金属棒始终保持水平，水平导轨与金属棒 mn 之间的动摩擦因数为 0.1， g 10 m/s 2)求：(1)开关闭合时金属棒滑到倾斜轨道底端时的速度大小；(2)金属棒 mn 在倾斜导轨上运动的过程中，电阻r0 上产生的热量q；(3)已知金属棒会多次经过圆环最低点a1a2，求金属棒经过圆环最低点a1a2 时对轨道

9、压力的最小值 【答案】（ 1 ） 6m/s ；（ 2） 4j；（ 3） 56n【解析】试题分析：（ 1）开关闭时，金属棒下滑时切割磁感线运动，产生感应电动势，产生感应电流，受到沿斜面向上的安培力，做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度为 0 时，速度最大根据牛顿第二定律和安培力与速度的关系式结合，求解即可（ 2）下滑过程中，重力势能减小，动能增加，内能增加，根据能量守恒求出整个电路产生的热量，从而求出电阻上产生的热量（ 3）由能量守恒定律求出金属棒第三次经过 a1a2 时速度，对金属棒进行受力分析，由牛顿定律求解（1）金属棒最大速度时,电动势,电流金属棒最大速度时加速度为0，由牛顿第二定律得：所

10、以最大速度,安培力（ 2）金属棒 mn 在倾斜导轨上运动的过程中，由能量守恒定律得：代入数据，得（ 3）金属棒第三次经过 a1a2 时速度为 va，由动能定理得：金属棒第三次经过a1a2 时，由牛顿第二定律得由牛顿第三定律得，金属棒对轨道的压力大小5如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨mn 、pq 相距为 l，导轨平面与水平面夹角 =30，导轨电阻不计磁感应强度为b=2t 的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为l=0.5m 的金属棒ab 垂直于mn 、pq 放置在导轨上，且始终与导轨电接触良好，金属棒ab的质量m=1kg、电阻r=1两金属导轨的上端连接右端电路，灯泡电阻rl=4，定值电阻r1 =2，

11、电阻箱电阻 r2=12 ，重力加速度为 g=10m/s2 ，现闭合开关，将金属棒由静止释放，下滑距离为 s0 =50m 时速度恰达到最大，试求：（ 1）金属棒下滑的最大速度 vm；（ 2）金属棒由静止开始下滑 2s0 的 程中整个 路 生的 q【答案】（ 1） 30m/s （2） 50j【解析】解：（ 1）由 意知，金属棒匀速下滑 速度最大， 最大速度 vm， 有：mgsin =f安又 f 安 =bil，即得 mgsin=bilab 棒 生的感 e=blvm通 ab 的感 流 i= 回路的 阻 r=r+r1+ 解代入数据得： vm=30m/s （2）由能量守恒定律有：mg?2s0sin =q+

12、 解代入数据得： q=50j答：（ 1）金属棒下滑的最大速度vm 是 30m/s （2）金属棒由静止开始下滑2s0 的 程中整个 路 生的 q 是 50j【点 】本 合 用 路知 、 磁感 知 和数学知 的能力要求 高，但是常 ，要得全分6 如 所示， 于匀 磁 中的两根足 、 阻不 的平行金属 相距lm ， 平面与水平面成=37角，下端 接阻 r 的 阻匀 磁 方向与 平面垂直 量为 0.2kg、 阻不 的金属棒放在两 上，棒与 垂直并保持良好接触，它 之 的 摩擦因数 0.25求：(1)金属棒沿 由静止开始下滑 的加速度大小；(2)当金属棒下滑速度达到 定 ， 阻r 消耗的功率 8w，求

13、速度的大小；(3)在上 中，若r 2，金属棒中的 流方向由a 到 b，求磁感 度的大小与方向(g=10rn s2， sin370.6，cos37 0.8)【答案】 （1） 4ms2（ 2）10m/s （ 3）0.4t，方向垂直 平面向上【解析】 分析：（ 1）金属棒开始下滑的初速 零，根据牛 第二定律：由 式解得 10（o.60.25 0.）8m s2=4m s2（2）设金属棒运动达到稳定时，速度为，所受安培力为f，棒在沿导轨方向受力平衡此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻消耗的电功率：由 、 两式解得（3）设电路中电流为i，两导轨间金属棒的长为l，磁场的磁感应强度为b由 、 两式解得

14、磁场方向垂直导轨平面向上考点： 导体切割磁感线时的感应电动势；牛顿第二定律【名师点睛】本题主要考查了导体切割磁感线时的感应电动势、牛顿第二定律 。属于中等难度的题目，解这类问题的突破口为正确分析安培力的变化，根据运动状态列方程求解。开始下滑时，速度为零，无感应电流产生，因此不受安培力，根据牛顿第二定律可直接求解加速度的大小；金属棒下滑速度达到稳定时，金属棒所受合外力为零，根据平衡条件求出安培力。视频7 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2 5m所用的时间为1s（ g 取 10m/

15、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8 如图所示，三根细轻绳系于o 点，其中 oa 绳另一端固定于 a 点， ob 绳的另一端与放在水平地面上质量m2为 20kg 的物体乙相连， oc绳的另一端悬挂质量 m1 为

16、 4kg 的钩码甲。平衡时轻绳oa 与竖直方向的夹角37 ，ob 绳水平。已知重力加速度g=10m/s2，sin370.6，cos370.8, tan370.75 。（ 1）求轻绳 oa 受到的拉力 toa、 ob 受到的拉力 tob 大小；（ 2）求乙受到的摩擦力 f 大小；（3）已知物体乙与水平桌面间的最大静摩擦力fmax 为 90n，若在钩码下方继续加挂钩码，为使物体在原位置保持静止，求最多能再加挂的钩码质量。【答案】（ 1） toa50 n， tob30 n ；（ 2） f=30n ；（ 3）8kg 。【解析】【详解】（1）以结点为研究对象，受到三个拉力作用，如图所示根据平衡条件得，轻

17、绳oa 受到的拉力为：m1 g40toa50 ncos0.8轻绳 ob 受到的拉力为：tobm1 g tan400.7530 n（2）对乙物体研究，水平方向受摩擦力f 和拉力tob，根据平条件衡得：ftob30 n（3）考虑物体乙恰好不滑动的临界情况，根据平衡条件，ob 绳的拉力为：tobfmax90 n对甲分析，根据平衡条件仍有：tobm1m g tan解得：m8 kg9 半圆形支架bad，两细绳oa 和 ob 结于圆心o，下端悬挂重为10 n 的物体， oa 与水平成 60 ，使 oa 绳固定不动，将ob 绳的 b 端沿半圆支架从水平位置逐渐向竖直的位置c移动的过程中，如图所示，请画出 o

18、b 绳上拉力最小时 o 点的受力示意图，并标明各力的大小。【答案】【解析】【分析】【详解】对结点 o 受力分析如图：结点 o 始终处于平衡状态，所以 ob 绳和 oa 绳上的拉力的合力大小保持不变等于重力的大小 10n，方向始终是竖直向上。由图象知当ob 垂直于 oa 时， ob 的拉力最小为mg sin30 101 n 5n2此时 oa 的拉力为mg cos305 3n因此 ob 绳上拉力最小时o 点的受力示意图如图：10 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