高中物理专题汇编物理相互作用(一)及解析

1、高中物理专题汇编物理相互作用(一)及解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1 . 一轻弹簧的一端固定在倾角为 。的固定光滑斜面的底部，另一端和质量为m的小物块 a相连，如图所示.质量为 3 m的小物块b紧靠a静止在斜面上，此时弹簧的压缩量为5xo,从t=0时开始，对b施加沿斜面向上的外力，使 b始终做匀加速直线运动.经过一段时间后，物块a、b分离；再经过同样长的时间，b距其出发点的距离恰好也为 xo.弹簧的形变始终在弹性限度内，重力加速度大小为g.求：(2)物块b加速度的大小；(3)在物块a、b分离前，外力大小随时间变化的关系式.【答案】(1)8mg sin5x022gsin84mg sin(2

2、) (3) F mgsin一七一52525x0(1)对整体分析，根据平衡条件可知，沿斜面方向上重力的分力与弹簧弹力平衡，则有:kx0= (m+ m) gsin 08mgsin解得：k=一5Xo(2)由题意可知，b经两段相等的时间位移为 xo；由匀变速直线运动相邻相等时间内位移关系的规律可知:xixo说明当形变量为x1x0对m分析，因分离时ab7 3x0时二者分离;间没有弹力，则根据牛顿第二定律可知:kxi-mgsin 0 =ma联立解得：a=(gsin(3)设时间为t,则经时间t时，ab前进的位移x=1at2=gsin t 210则形变量变为：Ax=xo-x对整体分析可知，由牛顿第二定律有：F

3、+kAx- (m+2m) gsin 0 m+3m) a552 2解得：F=25t24mg sinmgsin 0 H25xo因分离时位移X=独由*=包=12产解得：tJ-x0-44 2- 2gsin故应保证0wk5X0 , F表达式才能成立.,2gsin点睛：本题考查牛顿第二定律的基本应用，解题时一定要注意明确整体法与隔离法的正确 应用，同时注意分析运动过程，明确运动学公式的选择和应用是解题的关键.2 .质量为M的木楔倾角为。(。 45),在水平面上保持静止，当将一质量为m的木块放在木楔斜面上时，它正好匀速下滑.当用与木楔斜面成口角的力F拉木块，木块匀速上升，如图所示(已知木楔在整个过程中始终静

4、止 ).当a=。时，拉力F有最小值，求此最小值；(2)求在的情况下木楔对水平面的摩擦力是多少？1 . 一【答案】(1) Fmin mg sin 2 mg sin 42【解析】【分析】(1)对物块进行受力分析，根据共点力的平衡，利用正交分解，在沿斜面和垂直斜面两方 向列方程，进行求解.(2)采用整体法，对整体受力分析，根据共点力的平衡，利用正交分解，分解为水平和竖 直两方向列方程，进行求解.【详解】木块在木楔斜面上匀速向下运动时，有mgsin = mgcos ,即 =tan(1)木块在力F的作用下沿斜面向上匀速运动，则：Fcos = mgsin + fFsin +FN= mgcosf= Fn联立

5、解得：Fmgsin2 cos则当 =时，F有最小值，Fmin= mgsin2F的水平分力，即(2)因为木块及木楔均处于平衡状态，整体受到地面的摩擦力等于f Fcos1.,当二时，f mgsin2 cos2 mgsin4 2【点睛】木块放在斜面上时正好匀速下滑隐含动摩擦因数的值恰好等于斜面倾角的正切值，当有外F的表达式，讨论 F取最小力作用在物体上时，列平行于斜面方向的平衡方程，求出外力 值的条件.3.如图所示，两个正三棱柱 A、B紧靠着静止于水平地面上，三棱柱的中间有一个半径为.设最R的光滑圆柱C, C的质量为23A、B的质量均为 mA、B与地面的动摩擦因数为 大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加

6、速度为g.zzz(1)三者均静止时A对C的支持力为多大？(2)A、B若能保持不动，应该满足什么条件？A做的功(3)若C受到经过其轴线竖直向下的外力而缓慢下降到地面，求该过程中摩擦力对【答案】(1) FN=2mg. (2)争(3)_ 君gR .(1)对C进行受力分析，卞据平衡求解 A对C的支持力； A保持静止，则地面对 A的最大静摩擦力要大于等于 C对A的压力在水平方向的分 力，据此求得动摩擦因数 科应该满足的条件；(3) C缓慢下落同时A、B也缓慢且对称地向左右分开，A受力平衡，根据平衡条件求解滑动摩擦力大小，根据几何关系得到A运动的位移，再根据功的计算公式求解摩擦力做的功.【详解】C受力平衡

7、，2Fncos60 = 2mg解得Fn = 2mg(2)如图所示，A受力平衡 F地=FNCOs60°+ mg = 2mgf= FNsin60 °= 33 mg因为fw所以壮显2(3) C缓慢下降的同时 A、B也缓慢且对称地向左右分开.A的受力依然为4个，如图所图，但除了重力之外的其他力的大小发生改变,A受力平衡知 F = FNcos60 °+ mgf = FNsin60 =科 F解得 f= _2_mg,3f也成了滑动摩擦力.即要求 事 >0与本题第(2)问不矛盾.由几何关系知：当 C下落地地面时，A向左移动的水平距离为 x=43r所以摩擦力的功 W=f一mg

8、R【点睛】本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行 受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐 标轴上建立平衡方程进行解答.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通过细绳跨过定毛t轮水平寄引 C物体。整个系统处于静止状态。已知时中，此=2极©,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/s2)(1)(2)(3)物体B的质量m;物体C与地面间白摩擦力f;物体叫地面的摩擦系数(假

9、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对C,竖直方向平衡，支持力：N =况目-丁劭】300=15网V1L竺由f=科N,知"N寸5 .如下图，水平细杆上套有一质量为M的小环A,用轻绳将质量为 m=1.0kg的小球B与A相连，B受到始终与水平成 53o角的风力作用，与 A一起向右匀速运动，此时轻绳与水平 方向的夹角为37°,运动过程中B球始终在水平

10、细杆的正下方，且与A的相对位置不十口工厢虹=针的麻广用用%(2变.已知细杆与环 A间的动摩擦因数为 , (g=10m/s2, sin37 =0.6, cos37 =0.8)求：(1) B对绳子的拉力大小(2) A环的质量.【答案】(1) 6.0N； (2) 1.08kg【解析】【详解】(1)对小球B受力分析如图，得： F=mgsin37代入数据解得：Ft=6.0N(2)环A做匀速直线运动，受力如图，有:Ftcos37 -f=0FN=Mg+FTsin37 °又：f=(iN代入数据解得：M=1.08kg6.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，获得一个沿科=

11、0.25已知斜面向上的速度 v0=4m/s,斜面足够长，滑块与斜面之间的动摩擦因数为 sin37°=0.60, cos37°=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) 8所/i, 0m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，a= (sin37D + 37°) g =vo2s = = l,Om(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Zn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

12、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7.如图所示，AB是倾角为。=37的粗糙直轨道，BCD是光滑的圆弧轨道，AB恰好在B点 与圆弧相切，圆弧的半径为R=1m, 一个质量为 m=0.5kg的物体(可以看做质点 )从直轨道上的P点由静止释放，结果它能在两轨道间做往返运动.已知P点与圆弧的圆心 。等高，物体与轨道 AB间的动摩擦因数为 科=0.2求：(1)物体做往返运动的整个过程中在AB轨道上通过的总路程；(2)为使物体能

13、顺利到达圆弧轨道的最高点D,释放点P'距B点的距离至少多大？43【答案】(1)5m (2) "m【解析】试题分析：(1)因摩擦力始终对物体做负功，所以物体最终在圆心为2。的圆弧上往复运动对整体应用动能定理得：mgRcose -mgS cos9 ="0"R5 =所以总路程为Xmg m（2）设物体刚好到 D点，则由向心力公式得：用II对全过程由动能定理得：mgLsin %mgL cos-mgR （1+cosO） = mvD23 + 2cosO 3fiL =R 得最小距离为 一 2s由。-2岷0sH jT考点：动能定理的应用【名师点睛】本题综合应用了动能定理求摩

14、擦力做的功、圆周运动及圆周运动中能过最高 点的条件，对动能定理、圆周运动部分的内容考查的较全，是圆周运动部分的一个好题。8.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。02s内F与运动方向相反，24s内F与运动方向相同，物体的速度 一时间图象如图所示。A v/m w 1(2)(3)(4)Vo 0-10=-=-=-5m/s2-0求：（1）体在0-2秒内的加速度;物体在2-4秒内的加速度；物体与水平面间的动摩擦因数归F的大小。（g取10m/s2）【解析】试题分析：（1）由图象可得：他一叫）0-10= - =£- 5m/5202s内物体的加速度2（3分）V

15、i-V0 -2 -Uj<12 ：= =- 1m”（2） 24s内物体的加速度'/（3分）（3）根据牛顿第二定律：02s内，-（产+以内编二血对（1分）24s内，卜6-*）=加/J分）联立 式代入数据，得：K = °? ( 1分)4 4) F=-60N(1 分)考点：运动图像。9 .长L质量为M的长方形木板静止在光滑的水平面上，一质量为m的物块，以V0的水平速度从左端滑上木板，最后与木板保持相对静止，科为物块与木板间的动摩擦因数。(1)求物块在木板上滑行的时间 t。(2)要使物块不从木板右端滑出，物块滑上木板左端的速度v不超过多少？【答案】(1)阳卜m)；(2)必而不两国

16、【解析】试题分析：(1)设物块与木板共同速度为 v,以水平向右为正方向，根据动量守恒定律有'''对物块应用动量定理有： 卜以根央二小廿一切即，解得|初。(2)要使物块恰好不从木板上滑出，须使物块到木板最右端时与木板有共同的速度11I阳廿=(rnkM)U井由功能关系有22解得 ,-二. 一 要使物块不从木板右端滑出，滑上木板左端速度不超过二二二一._ .考点：牛顿第二定律、动量守恒定律【名师点睛】本题关键是对两个物体的运动情况分析清楚，然后根据牛顿第二定律列式求 解出各个运动过程的加速度，最后根据运动学公式列式求解。10 .如图甲所示，一固定的粗糙斜面的倾角为37。，一物块m=10kg在斜面上，若用 F=84N的力沿斜面向上推物块，物块能沿斜面匀速上升，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(g=10m/s2, sin37 =0.6, cos37°=0.8)(1)求物块与斜面间的动摩擦因数百(2)若将F改为水平向右推力 F'(如图乙)，则 F'为多大时才能使物块沿斜面匀速运动。(此小问计算取三位有效数字)【答案】(1)0.3; (2)135N, 36.7N。【解析】【详解】(1)以物块为研究对象，受到四个力的作用：重力G,拉力F,支才等力Fn,滑动摩擦力Ff,物体处于平衡状态，建立如图所示直角坐标系，由共点力平衡条件得：