高中物理相互作用试题(有答案和解析)

高中物理相互作用试题(有答案和解析)一、高中物理精讲专题测试相互作用1．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R的光滑圆柱C，C的质量为2m，A、B的质量均为m.A、B与地面的动摩擦因数为μ.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g.(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，μ应该满足什么条件？(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A做的功【答案】(1)FN＝2mg.(2)μ≥.(3)－.【解析】【分析】（1）对C进行受力分析，根据平衡求解A对C的支持力；（2）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μ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】(1)C受力平衡，2FNcos60°＝2mg解得FN＝2mg(2)如图所示，A受力平衡F地＝FNcos60°＋mg＝2mgf＝FNsin60°＝mg因为f≤μF地，所以μ≥(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，f也成了滑动摩擦力．A受力平衡知F′地＝F′Ncos60°＋mgf′＝F′Nsin60°＝μF′地解得f′＝即要求－μ>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＝R所以摩擦力的功W＝－f′x＝－【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．2．如图所示，质量为m的物体放在一固定斜面上，当斜面倾角为30°时恰能沿斜面匀速下滑．对物体施加一大小为F、方向水平向右的恒力，物体可沿斜面匀速向上滑行．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当斜面倾角增大并超过某一临界角θ0时，不论水平恒力F多大，都不能使物体沿斜面向上滑行，试求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数；(2)这一临界角θ0的大小．【答案】（1）（2）60°【解析】试题分析：（1）斜面倾角为30°时，物体恰能匀速下滑，满足解得（2）设斜面倾角为α，由匀速直线运动的条件：，解得：当，即时，F→∞，即“不论水平恒力F多大”，都不能使物体沿斜面向上滑行此时，临界角考点：考查了共点力平衡条件的应用【名师点睛】本题是力平衡问题，关键是分析物体的受力情况，根据平衡条件并结合正交分解法列方程求解．利用正交分解方法解体的一般步骤：①明确研究对象；②进行受力分析；③建立直角坐标系，建立坐标系的原则是让尽可能多的力落在坐标轴上，将不在坐标轴上的力正交分解；④x方向，y方向分别列平衡方程求解．3．如图所示，置于水平面上的木箱的质量为m=3.8kg，它与水平面间的动摩擦因数μ=0.25，在与水平方向成37°角的拉力F的恒力作用下从A点向B点做速度V1=2.0m／s匀速直线运动．（cos37°=0.8，sin37°=0.6，g取10N/kg）（1）求水平力F的大小；（2）当木箱运动到B点时，撤去力F，木箱在水平面做匀减速直线运动，加速度大小为2.5m/s，到达斜面底端C时速度大小为v=1m/s，求木箱从B到C的位移x和时间t；（3）木箱到达斜面底端后冲上斜面，斜面质量M=5.32kg，斜面的倾角为37°．木箱与斜面的动摩擦因数μ=0.25，要使斜面在地面上保持静止．求斜面与地面的摩擦因数至少多大．、【答案】（1）10N（2）0.4s0.6m（3）（答0.33也得分）【解析】（1）由平衡知识：对木箱水平方向，竖直方向：且，解得F=10N（2）由，解得木箱从B到C的位移x=0.6m，（3）木箱沿斜面上滑的加速度对木箱和斜面的整体，水平方向竖直方向：，其中，解得点睛：本题是力平衡问题，关键是灵活选择研究对象进行受力分析，根据平衡条件列式求解．求解平衡问题关键在于对物体正确的受力分析，不能多力，也不能少力，对于三力平衡，如果是特殊角度，一般采用力的合成、分解法，对于非特殊角，可采用相似三角形法求解，对于多力平衡，一般采用正交分解法．4．如图所示，粗糙水平地面上放置一个截面为半圆的柱状物体A，A与墙之间再放一光滑圆球B，整个装置处于静止状态。已知A、B两物体的质量分别为M和m，光滑圆球B同半圆的柱状物体半径均为r，已知A的圆心到墙角距离为2r，重力加速度为g。求：(1)B物体受到墙壁的弹力大小；(2)A与地面间的动摩擦因数满足什么条件？（设A与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力）(3)若A物体在水平外力作用下向右缓慢移动至B即将落地，则A、B间作用力大小变化的范围。【答案】(1)(2)(3)【解析】【详解】(1)对B受力分析：由几何关系：解得：由平衡条件得：解得B物体受到墙壁的弹力大小为：(2)对整体分析：可知地面对A的摩擦力大小为：地面对A的支持力为：要使A不滑动，则：解得：(3)对B受力分析如图：由图可知，开始时AB间的作用力最小，最小值为：当B即将落地时，AB间的作用力最大，由几何关系可得，AB间的作用力与竖直方向的夹角有：解得：此时AB间的作用力为：所以A、B间作用力大小变化的范围为：。5．为了研究过山车的原理，某物理小组提出了下列的设想：取一个与水平方向夹角为，长为的倾斜轨道AB，通过微小圆弧与长为的水平轨道BC相连，然后在C处设计一个竖直完整的光滑圆轨道，出口为水平轨道D，如图所示．现将一个小球从距A点高为的水平台面上以一定的初速度水平弹出，到A点时速度方向恰沿AB方向，并沿倾斜轨道滑下．已知小球与AB和BC间的动摩擦因数均为．取．求：（1）小球初速度的大小；（2）小球滑过C点时的速率；（3）要使小球不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径R应该满足什么条件．【答案】（1）；（2）；（3）．【解析】试题分析：（1）小球离开弹簧后做平抛运动到达A点，竖直方向：由可知在A点的速度vA恰好沿AB方向，由几何关系可知：水平方向分速度即小球的初速度:（2）从A经B到C点的过程，由动能定理得：小球滑过C点时的速率:（3）①若小球能通过圆形轨道的最高点，做完整的圆周运动，则其不脱离轨道．小球刚能通过最高点时，小球在最高点与轨道没有相互作用，重力提供向心力．根据牛顿第二定律：小球由C运动到圆形轨道的最高点，机械能守恒：得：，即轨道半径不能超过1．08m．②若小球没有到达圆形轨道的与圆心等高处速度就减小到零，此后又沿轨道滑下，则其也不脱离轨道．此过程机械能守恒，小球由C到达刚与圆心等高处，有：得：，即轨道半径不能小于2．7m．③若圆形轨道半径太大，就会与倾斜轨道相交，故圆形轨道半径最大时恰遇倾斜轨道相切．当圆轨道与AB相切时，由几何关系得：，即圆轨道的半径不能超过1．5m．综上所述，要使小球不离开轨道，R应该满足的条件是：．考点：平抛运动，圆周运动，动能定理，机械能守恒定律．【名师点睛】从抛出点到A点做平抛运动，根据平抛运动的规律可解得落到A点时竖直方向的速度vy，根据竖直方向速度vy与水平方向速度vx的夹角之间的关系，可以解得水平速度v0；要求小物块沿倾斜轨道AB滑动经C点的速率，可利用动能定律列式求解；小球不离开轨道，一种情况是到与圆心等高前返回，另一种情况是完成完整的圆周运动，就要根据在圆周最高点重力提供向心力求解．6．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，μ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）；（2）【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：，解得。（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，由功能关系有解得要使物块不从木板右端滑出，滑上木板左端速度不超过考点：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。7．如图所示，绝缘粗糙水平面处在水平向右的匀强电场中，场强大小E=1．6×10+4N/C。一个质量为m＝0．2kg，带电量为q＝2．0×10－4C的带正电小物块（可视为质点），在水平面上以a=11m/s2的加速度向右做匀加速直线运动，小物块到达O点时的速度为vo=4m/s。（g取10m/s2）（1）求小物块与水平面间的动摩擦因数；（2）若小物块到达O点时，突然将该电场方向变为竖直向上且大小不变。求1秒后小物块距O点间距离。【答案】（1）0．5（2）5m【解析】试题分析：（1）F=Eq根据牛顿第二定律：F－μmg=ma解得:μ=0．5（2）根据牛顿第二定律：Eq－mg=ma、解得:a、=6m/s2平抛运动：x=vot=4my=at2=3m=5m考点：牛顿第二定律的综合应用【名师点睛】此题是牛顿第二定律的综合应用习题；关键是分析物块的受力情况，搞清物体的运动情况，掌握类平抛运动的处理方法。8．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，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/s2.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)；(2)；(3)【解析】【分析】【详解】(1)对P点受力分析如图：由平衡条件得解得绳PO的拉力大小(2)绳PC拉力的大小(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9．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m1=50g的小球A相连，质量为m2=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x0=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x0。弹簧的形变始终在弹性限度内，重力加速度取g=10m/s2。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/s2，0.36N【解析】【详解】(1)根据共点力平衡条件和胡克定律得：解得：；(2)设经过时间t小球A、B分离，此时弹簧的压缩量为，对小球A：小球B：当B与A相互作用力为零时F最大对小球B：解得：，10．一个底面粗糙、质量为M=3m的劈放在粗糙水平面上，劈的斜面光滑且与水平面成30°角．现用一端固定的轻绳系一质量为m的小球，小球放在斜面上，小球静止时轻绳与竖直方向的夹角也为30°，如图所示．（1）当劈静止时，求绳子的拉力大小．（2）当劈静止时，求地面对劈的摩擦力大小．（3）若地面对劈的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，为使整个系统静止，动摩擦因素u最小值多大？【答案】（1）（