高中物理相互作用試題經(jīng)典

1、高中物理相互作用試題經(jīng)典一、高中物理精講專題測試相互作用1.質(zhì)量為M的木楔傾角為。(。 45),在水平面上保持靜止，當(dāng)將一質(zhì)量為m的木塊放在木楔斜面上時(shí)，它正好勻速下滑.當(dāng)用與木楔斜面成a角的力F拉木塊，木塊勻速上升，如圖所示(已知木楔在整個(gè)過程中始終靜止 ).當(dāng)a=。時(shí)，拉力F有最小值，求此最小值；(2)求在(1)的情況下木楔對(duì)水平面的摩擦力是多少？1 . 一【答案】(1) Fmin mg sin 2(2) mg sin 42【解析】【分析】(1)對(duì)物塊進(jìn)行受力分析，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡，利用正交分解，在沿斜面和垂直斜面兩方 向列方程，進(jìn)行求解.(2)采用整體法，對(duì)整體受力分析，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡

2、，利用正交分解，分解為水平和豎 直兩方向列方程，進(jìn)行求解.【詳解】木塊在木楔斜面上勻速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，有mgsin = mgcos ,即 =tan(1)木塊在力F的作用下沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng)，則：Fcos = mgsin + fFsin +FN= mgcosf = F N mgsin2聯(lián)立解得：Fcos則當(dāng) = 時(shí)，F(xiàn)有最小值，F(xiàn)min= mgsin2(2)因?yàn)槟緣K及木楔均處于平衡狀態(tài)，整體受到地面的摩擦力等于F的水平分力，即f Fcos1當(dāng)=時(shí)，f mgsin2 cos2 mgsin4【點(diǎn)睛】木塊放在斜面上時(shí)正好勻速下滑隱含動(dòng)摩擦因數(shù)的值恰好等于斜面傾角的正切值，當(dāng)有外力作用在物體上時(shí)，列平行于斜

3、面方向的平衡方程，求出外力F的表達(dá)式，討論 F取最小值的條件.2. （18分）如圖所示，金屬導(dǎo)軌 MNC和PQD, MN與PQ平行且間距為L,所在平面與 水平面夾角為 “，N、Q連線與MN垂直，M、P間接有阻值為 R的電阻；光滑直導(dǎo)軌 NC 和QD在同一水平面內(nèi)，與 NQ的夾角都為銳角 。均勻金屬棒ab和ef質(zhì)量均為m,長均 為L, ab棒初始位置在水平導(dǎo)軌上與 NQ重合；ef棒垂直放在傾斜導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌間的動(dòng) 摩擦因數(shù)為 科（科較小），由導(dǎo)軌上的小立柱1和2阻擋而靜止?？臻g有方向豎直的勻強(qiáng)磁場（圖中未畫出）。兩金屬棒與導(dǎo)軌保持良好接觸。不計(jì)所有導(dǎo)軌和ab棒的電阻，ef棒的阻值為R,最大靜摩擦

4、力與滑動(dòng)摩擦力大小相等，忽略感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場，重力加速度為govi,在水平導(dǎo)軌上（1）若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B,%a ab棒一個(gè)垂直于 NQ、水平向右的速度沿運(yùn)動(dòng)方向滑行一段距離后停止，ef棒始終靜止，求此過程 ef棒上產(chǎn)生的熱量;（2）在（1）問過程中，ab棒滑行距離為d,求通過ab棒某橫截面的電荷量；（3）若ab棒以垂直于NQ的速度V2在水平導(dǎo)軌上向右勻速運(yùn)動(dòng)，并在 NQ位置時(shí)取走小立柱1和2,且運(yùn)動(dòng)過程中ef棒始終靜止。求此狀態(tài)下最強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度及此磁場下ab棒運(yùn)動(dòng)的最大距離?！敬鸢浮浚?） Qef=*呻；（2） q =；（3）Bm=rJ（心餐吟&【皿p向豎直向上或豎直向下均

5、可，xm= 解：（1）設(shè)ab棒的初動(dòng)能為 國，ef棒和電阻R在此過程產(chǎn)生熱量分別為 Q和Q1,有 Q+Q1=EkW且Q=Q1_ 12 由題思&=亍面守 1 夕 倚Q= m v （2）設(shè)在題設(shè)的過程中，ab棒滑行的時(shí)間為 t,掃過的導(dǎo)軌間的面積為 $,通過$的磁通量為，ab棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為 E, ab棒中的電流為I,通過ab棒某截面的電荷量為 q,則AE=T且二。s 電流1卷 又有I由圖所示，4Sud (L-dcot聯(lián)立，解得：qJBd(L- #口十 ) J。R |(3) ab棒滑行距離為x時(shí)，ab棒在導(dǎo)軌間的棒長 Lx為：Lx=L- 2xcot 0 (11)此時(shí)，ab棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) E

6、x為：E=BwLx(12)流過ef棒的電流Ix為僅= (13)ef棒所受安培力 R為Fx=BIxL (14)聯(lián)立(11)(14),解得：Fx=B2"2-' '(15)R I有(15)式可得，F(xiàn)x在x=0和B為最大值Bm時(shí)有最大值F1.由題意知，ab棒所受安培力方向必水平向左，ef棒所受安培力方向必水平向右，使F1為最大值的受力分析如圖所示，圖中fm為最大靜摩擦力，有：F1cos a =mgsin a +mgcos a +Ein /(16)Irrg (sin G + |J cas G ) R聯(lián)立(15) (16),得：BmejT口 .門 (17)L Ccos ci -

7、口 sin口)v2 ' 'Bm就是題目所求最強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，該磁場方向可豎直向上，也可豎直向下.有(15)式可知，B為Bm時(shí)，F(xiàn)x隨x增大而減小，x為最大xm時(shí)，F(xiàn)x為最小值，如圖可知F2cos a + (tmgcos a +2sin / =mgsin a (18)聯(lián)立(15) (17) ( 18),得lALtarLSxm= (1+ (2) gina cosd+ P-答：(1) ef棒上產(chǎn)生的熱量為，叩,2Bd (L _ dcot 8 )(2)通過ab棒某橫截面的電量為 ：111 W (sinCL + |1 cosCL ) R(3)此狀態(tài)下最強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是 工V

8、沖口 一 叱門口、飛'磁場下ab棒運(yùn)動(dòng)的最大距離是牌Ltan日(l+U?) sinCl cos+【點(diǎn)評(píng)】本題是對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律的考查，解決本題的關(guān)鍵是分析清楚棒的受力的情 況，找出磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系式是本題的重點(diǎn).3.如圖所示，兩個(gè)正三棱柱 A、B緊靠著靜止于水平地面上，三棱柱的中間有一個(gè)半徑為R的光滑圓柱C, C的質(zhì)量為23A、B的質(zhì)量均為 mA、B與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為 g設(shè)最 大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度為g.(1)三者均靜止時(shí)A對(duì)C的支持力為多大？(2)A、B若能保持不動(dòng)，應(yīng)該滿足什么條件？、3 mgRT一5.(3)若C受到經(jīng)過其軸線豎直向下的外力而緩慢下降到地面，求該

9、過程中摩擦力對(duì)A做的功【答案】(1) FN=2mg. (2)【解析】【分析】(1)對(duì)C進(jìn)行受力分析，卞據(jù)平衡求解A對(duì)C的支持力； A保持靜止，則地面對(duì) A的最大靜摩擦力要大于等于 C對(duì)A的壓力在水平方向的分 力，據(jù)此求得動(dòng)摩擦因數(shù) 科應(yīng)該滿足的條件；(3) C緩慢下落同時(shí)A、B也緩慢且對(duì)稱地向左右分開，A受力平衡，根據(jù)平衡條件求解滑動(dòng)摩擦力大小，根據(jù)幾何關(guān)系得到A運(yùn)動(dòng)的位移，再根據(jù)功的計(jì)算公式求解摩擦力做的功.C受力平衡，2Fncos60 = 2mg解得Fn = 2mg(2)如圖所示，A受力平衡 F地=FNCOs60°+ mg = 2mgf= FNsin60 °= 33 m

10、g>3|1乏23） ） C緩慢下降的同時(shí) A、B也緩慢且對(duì)稱地向左右分開.A的受力依然為4個(gè)，如圖所f也成了滑動(dòng)摩擦力.圖，但除了重力之外的其他力的大小發(fā)生改變,A受力平衡知 FM = FNCOs60 °+mgf = FNsin60 =科匾',3 mg解得f,3即要求73->0與本題第（2）問不矛盾.由幾何關(guān)系知：當(dāng) C下落地地面時(shí)，A向左移動(dòng)的水平距離為 x=1rmgR所以摩擦力的功 w= f'.【點(diǎn)睛】本題主要是考查了共點(diǎn)力的平衡問題，解答此類問題的一般步驟是：確定研究對(duì)象、進(jìn)行 受力分析、利用平行四邊形法則進(jìn)行力的合成或者是正交分解法進(jìn)行力的分解，然

11、后在坐 標(biāo)軸上建立平衡方程進(jìn)行解答.4） 一架質(zhì)量m的飛機(jī)在水平跑道上運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到機(jī)身重力、豎直向上的機(jī)翼升力、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、空氣阻力 F阻、地面支持力和跑道的阻力f的作用。其中機(jī)翼升力與空氣阻力均與飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度平方成正比，即F升 k1v2,F阻 k2v2,跑道的阻力與飛機(jī)對(duì)地面的壓g。力成正比，比例系數(shù)為 ko%、kk2均為已知量），重力加速度為等待區(qū)起飛抱造(1)飛機(jī)在滑行道上以速度 Vo勻速滑向起飛等待區(qū)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)提供多大的推力？(2)若將飛機(jī)在起飛跑道由靜止開始加速運(yùn)動(dòng)直至飛離地面的過程視為勻加速直線運(yùn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力保持恒定，請(qǐng)寫出k0與k1、卜2的關(guān)系表達(dá)式；(3)飛機(jī)剛飛離地面

12、的速度多大？22F k2v2 ma: mg【答案】(1) F k2vo ko(mg kivo)； (2) ko 2; (3) v Jmg kiv. ki【解析】【分析】一一、 一 ' . (1)分析粒子飛機(jī)所受的 5個(gè)力，勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)滿足 F推 F阻 Fa,列式求解推力；(2)根據(jù)牛頓第二定律列式求解ko與ki、k2的關(guān)系表達(dá)式；(3)飛機(jī)剛飛離地面時(shí)對(duì)地面的壓力為零.【詳解】(1)當(dāng)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受合力為零，此時(shí)有2空氣阻力F阻k2vo2飛機(jī)升力F升k1vo飛機(jī)對(duì)地面壓力為 N , N mg F升一 一 '地面對(duì)飛機(jī)的阻力為：F阻 koN由飛機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)得：F推 F阻F

13、阻由以上公式得 F推 k2v2 ko(mg k1v2)(2)飛機(jī)勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度為a,某時(shí)刻飛機(jī)的速度為 v,則由牛頓第二定律：22、F推-k2v ko (mg k1v )= ma2解得：koF 推-k2v mamg k1v22(3)飛機(jī)離開地面時(shí)：mg = k1v解得：vmgk15.如圖所示，置于水平面上的木箱的質(zhì)量為m=3.8kg ,它與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)產(chǎn)。.25,在與水平方向成 37°角的拉力F的恒力作用下從 A點(diǎn)向B點(diǎn)做速度V1=2Qm/s勻速直線運(yùn)動(dòng).(cos37° =o.8, sin37 ° =o.6, g 取 1oN/kg)(1)求水平力F的

14、大?。?2)當(dāng)木箱運(yùn)動(dòng)到 B點(diǎn)時(shí)，撤去力F,木箱在水平面做勻減速直,線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為2.5m/s 2 ,到達(dá)斜面底端 C時(shí)速度大小為v2 =1m/s,求木箱從B至U C的位移x和時(shí)間t;(3)木箱到達(dá)斜面底端后沖上斜面，斜面質(zhì)量M=5.32kg,斜面的傾角為37° .木箱與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)科=0.25,要使斜面在地面上保持靜止.求斜面與地面的摩擦因數(shù)至少多大.、【答案】(1) 10N (2) 0.4s 0.6m(3)-(答 0.33 也得分)3【解析】(1)由平衡知識(shí)：對(duì)木箱水平方向F cos f ,豎直方向：F sinFnmg且 f Fn ,解得F=10N,22(2)由V2 V

15、i 2ax ,解得木箱從B至1JC的位移x=0.6m,V2Vla1 2 s 2.50.1s(3)木箱沿斜面上滑的加速度對(duì)木箱和斜面的整體，水平方向mg sin 37 mg cos37a1mf1 ma1 cos378m / s21豎直萬向：M m g Fn maisin37 ,其中f1保，解得一3點(diǎn)睛：本題是力平衡問題，關(guān)鍵是靈活選擇研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，根據(jù)平衡條件列式求 解.求解平衡問題關(guān)鍵在于對(duì)物體正確的受力分析，不能多力，也不能少力，對(duì)于三力平衡, 如果是特殊角度，一般采用力的合成、分解法，對(duì)于非特殊角，可采用相似三角形法求 解，對(duì)于多力平衡，一般采用正交分解法.6 .用質(zhì)量為m、總電阻

16、為R的導(dǎo)線做成邊長為l的正方形線框 MNPQ并將其放在傾角為 的平行絕緣導(dǎo)軌上，平行導(dǎo)軌的間距也為l ,如圖所示，線框與導(dǎo)軌之間是光滑的，在導(dǎo)» 、 一一 、一 、 、 一一 、一. » . ._. . 一一 ,軌的下漏有一范度為l(即ab l)、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b的有界勻強(qiáng)磁場，磁場的邊界 aa、bb垂直于導(dǎo)軌，磁場的方向與線框平面垂直，線框從圖示位置由靜止釋放，恰能勻速穿過磁場區(qū)域，重力加速度為 g ,求：(1)線框通過磁場時(shí)的速度(2)線框MNfe運(yùn)動(dòng)到aav ；的過程中通過線框?qū)Ь€橫截面的電荷量q;(3)通過磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的熱量(1) vmgRsin_2 2

17、?B lBl2R(3) Q2mglsin試題分析:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E Blv ,感應(yīng)電流F BIl線框在磁場區(qū)域做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受力如圖所示解得勻速運(yùn)動(dòng)的速度：vmgRsinB2l2?(2)解法一：由 BIl mgsin 得,mg sinBlB2l3 mgRsinBl 2 所以q It R解法二：平均電動(dòng)勢(shì)E n ,tER' qBl2R 。(3)解法一：通過磁場過程中線框沿斜面勻速運(yùn)動(dòng)了21的距離,由能量守恒定律得:E減，Q 2mglsin 。一，2解法二：Q I RtmgsinBl二21R V2mg1sin考點(diǎn)：導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)【名師點(diǎn)睛】遇到導(dǎo)軌類問題首先要畫出側(cè)視圖

18、及其受力分析圖，然后列式求解；在求有 關(guān)熱量問題時(shí)，要從能量守恒的角度求解。7 .如圖所示，兩足夠長平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L,導(dǎo)軌平面與水平面夾角0 =30,°導(dǎo)軌電阻不計(jì).磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=2T的勻強(qiáng)磁場垂直導(dǎo)軌平面向上，長為 L=0.5m的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌電接觸良好，金屬棒 ab的質(zhì)量m=1kg、電阻r=1 Q兩金屬導(dǎo)軌的上端連接右端電路，燈泡電阻R.=4 Q,定值電阻Ri=2 Q,(1)金屬棒下滑的最大速度Vm；(2)金屬棒由靜止開始下滑2s0的過程中整個(gè)電路產(chǎn)生的電熱電阻箱電阻R2=12 Q,重力加速度為g=10m/s2,現(xiàn)閉合開

19、關(guān)，將金屬棒由靜止釋放，下滑距 離為S0=50m時(shí)速度恰達(dá)到最大，試求：Q.【答案】(1) 30m/s (2) 50J【解析】Vm,貝U有：mgsin 0 =F解：(1)由題意知，金屬棒勻速下滑時(shí)速度最大，設(shè)最大速度為 又F安=BIL,即得 mgsin 0 =BILab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=BLvh通過ab的感應(yīng)電流為If it回路的總電阻為 R=r+R +瓦+R聯(lián)解代入數(shù)據(jù)得：Vm=30m/s(2)由能量守恒定律有：mg?2s0sin Q =聯(lián)解代入數(shù)據(jù)得：Q=50J 答：(1)金屬棒下滑的最大速度Vm是30m/s .Q 是 50J.(2)金屬棒由靜止開始下滑2s0的過程中整個(gè)電路產(chǎn)生的電

20、熱【點(diǎn)評(píng)】本題對(duì)綜合應(yīng)用電路知識(shí)、電磁感應(yīng)知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)的能力要求較高，但是常規(guī) 題，要得全分.L=0. 2m ,長為 2d ,8 .如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為d=0. 5m,上半段d導(dǎo)軌光滑，下半段 d導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因素為 二:，導(dǎo)軌平面與水平6面的夾角為0 =30：勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=5T,方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為m=0. 2kg的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在粗糙的下半段一直做勻速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒始 終與導(dǎo)軌垂直，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R=3Q,導(dǎo)體棒的電阻為r=1 Q,其他部分的電阻均不計(jì)，重力加速度取 g=10m/s2,求：(1)導(dǎo)體棒到達(dá)軌道底端

21、時(shí)的速度大??；(2)導(dǎo)體棒進(jìn)入粗糙軌道前，通過電阻 R上的電量q；(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，電阻 R產(chǎn)生的焦耳熱 Q.【答案】(1) 2m/s(2) 0. 125C(3) 0. 2625J【解析】試題分析：(1)導(dǎo)體棒在粗糙軌道上受力平衡：mgsin 0 ="mgcos" 0 +BILE=BLv解得：v=2m/s(4) 進(jìn)入粗糙導(dǎo)軌前：§ =JAri=E氏十尸*解得：q=0. 125C(3)由動(dòng)能定理得：1 工愕加血e 一*刑察85 8+可奈=yWV。=啟/=0雙5考點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律；物體的平衡；動(dòng)能定理【名師點(diǎn)睛】本題實(shí)質(zhì)是力學(xué)的共點(diǎn)力平衡與電磁感應(yīng)的綜合，都

22、要求正確分析受力情況，運(yùn)用平衡條件列方程，關(guān)鍵要正確推導(dǎo)出安培力與速度的關(guān)系式，分析出能量是怎樣 轉(zhuǎn)化的.9.如圖所示，一傾角為 0 =30勺光滑足夠長斜面固定在水平面上，其頂端固定一勁度系數(shù)為k=50N/m的輕質(zhì)彈簧，彈簧的下端系一個(gè)質(zhì)量為m=1kg的小球，用一垂直于斜面的擋板A擋住小球，此時(shí)彈簧沒有發(fā)生形變，若擋板 A以加速度a=4m/s2沿斜面向下勻加速運(yùn)動(dòng)，彈簧與斜面始終保持平行,g 取 10m/s2.求:(1)從開始運(yùn)動(dòng)到小球速度達(dá)最大時(shí)小球所發(fā)生位移的大小;(2)從開始運(yùn)動(dòng)到小球與擋板分離時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間.【答案】(1)從開始運(yùn)動(dòng)到小球速度達(dá)最大時(shí)小球所發(fā)生位移的大小是0.1m；(2)從開始運(yùn)動(dòng)到小球與擋板分離時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間是0.1s【解析】(1)球和擋板分離后做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度為零時(shí)，速度最大，此時(shí)物體所受合力為零.即 kxm=mgsin 9mgsinO 1 x 10 x 0.54尸一r- =m = O.lnt解得：f 卜50.(2)設(shè)球與擋板分離時(shí)位移為s,經(jīng)歷的時(shí)間