高中物理相互作用真题汇编(含答案)

高中物理相互作用真题汇编(含答案)

一、高中物理精讲专题测试相互作用

1．如图所示，倾角为θ＝30°、宽度为d＝1 m、长为L＝4 m的光滑倾斜导轨，导轨

C1D1、C2D2顶端接有定值电阻R0＝15 Ω，倾斜导轨置于垂直导轨平面斜向上的匀强磁场中，磁感应强度为B＝5 T，C1A1、C2A2是长为s＝4.5 m的粗糙水平轨道，A1B1、A2B2是半径为R＝0.5 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放一根质量为m＝2 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μ＝0.1，g＝10 m/s2)．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,安培力

金属棒最大速度时加速度为0，由牛顿第二定律得：

所以最大速度

（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V A，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

2．明理同学平时注意锻炼身体，力量较大，最多能提起m=50kg的物体．一重物放置在倾

角θ=15°的粗糙斜坡上，重物与斜坡间的摩擦因数为试求该同学向上拉动的重物质量M的最大值？

【答案】

【解析】

【详解】

由题意可知，该同学的最大拉力：F=mg

设该同学与斜面方向的夹角是β的时候拉动的物体的最大质量是M，对物体受力分析知：垂直于斜面的方向：F N+Fsinβ=Mgcosθ

沿斜面的方向：Fcosβ=f+Mgsinθ

若恰好拉动物体，则有：f=μF N

联立解得：

令μ=tanα，代入上式可得：

要使该同学向上拉动的物体的质量最大，上式分子取最大值，即：

cos（β﹣α）=1

由μ=tanα=

可得：α=30°

联立以上各式得：M max=

【点睛】

该题中按照常规的步骤对物体进行受力分析即可，题目的难点是如何利用三角函数的关系，化简并得出正确的结论．

3．如图所示，倾角为θ＝45°的粗糙平直导轨与半径为R的光滑圆环轨道相切，切点为B，整个轨道处在竖直平面内．一质量为m的小滑块从导轨上离地面高为h＝3R的D处无初速下滑进入圆环轨道．接着小滑块从圆环最高点C水平飞出，恰好击中导轨上与圆心O 等高的P点，不计空气阻力．

求：（1）滑块运动到圆环最高点C 时的速度的大小 （2）滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小 （3）滑块与斜轨之间的动摩擦因数．

【答案】（1）0v Rg （2）6mg （3）0.18

【解析】

试题分析：对滑块进行运动过程分析，要求滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小，我们要知道滑块运动到圆环最低点时的速度大小，小滑块从圆环最高点C 水平飞出，恰好击中导轨上与圆心O 等高的P 点，运用平抛运动规律结合几何关系求出最低点时速度．在对最低点运用牛顿第二定律求解． 从D 到最低点过程中，再次运用动能定理求解μ．

解：（1）小滑块从C 点飞出来做平抛运动，水平速度为v 0． R=gt 2 R=v 0t 解得：v 0=

（2）小滑块在最低点时速度为V 由机械能守恒定律得 mv 2=mg?2R+mv 02 v=

根据牛顿第二定律：F N ﹣mg=m F N =6mg

根据牛顿第三定律得：F N ′=6mg （3）DB 之间长度L=（2+1）R 从D 到最低点过程中，由动能定理： mgh ﹣μmgcosθL=mv 2 μ==0.18

答：（1）滑块运动到圆环最高点C 时的速度的大小为； （2）滑块运动到圆环最低点时对圆环轨道压力的大小为6mg ； （3）滑块与斜轨之间的动摩擦因数为0.18．

4．水平传送带以v=1.5m/s 速度匀速运动，传送带AB 两端距离为6.75m,将物体轻放在传送带的A 端，它运动到传送带另一端B 所需时间为6s ，求：

（1）物块和传送带间的动摩擦因数？

（2）若想使物体以最短时间到达B端，则传送带的速度大小至少调为多少？（g=10m/s2）

【答案】（1）；（2）

【解析】试题分析：（1）对物块由牛顿第二定律：，则

经过时间的速度为：

首先物块做匀加速然后做匀速则：

由以上各式解得：

（2）物块做加速运动的加速度为：

物体一直做匀加速直线运动到B点的速度：v2=2ax

解得：

考点：牛顿运动定律综合

【名师点睛】物体放上传送带先做匀加速直线运动，结合牛顿第二定律和运动学公式求出匀加速直线运动的时间和位移，当物体的速度达到传送带的速度时，一起做匀速直线运动．根据时间求出匀速运动的位移，从而得出物体的总位移，即传送带AB的长度；若想使物体以最短时间到达B端，物体需一直做匀加速直线运动，则传送带的速度需大于等于物体从A点匀加速到B点的速度。

5．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/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=mg

a1=2s/t2=5m/s２

F= mgsin30+f+ma=mg+ma=60N

（2）设拉力最小作用时间为t．

x1=a1t2

v1=a1t

a2=（ mgsin30+f）/m=g

x2=v12/2a2

x1+x2=15m

t＝2s

考点：牛顿第二定律的综合应用

6．在水平地面上有一质量为2kg的物体，在水平拉力F的作用下由静止开始运动，10s后拉力大小减为零，该物体的运动速度随时间t的变化规律如图所示．（g取10m/s2）

求：（1）前10s内物体的加速度和位移大小

（2）物体与地面之间的动摩擦因数

（3）物体受到的拉力F的大小；

【答案】（1）0．8 m/s2；40米（2）0．2 （3）5．6牛

【解析】试题分析：（1）前10s内物体的加速度

前10s内物体的位移大小

（2）撤去外力后的加速度

根据牛顿定律

解得μ=0．2

（3）有拉力作用时，根据牛顿定律：

解得F=5．6N

考点：牛顿第二定律的应用

【名师点睛】此题是牛顿第二定律的应用问题；关键是知道v-t线的斜率等于加速度，“面积”表示物体的位移；能根据牛顿第二定律求出加速度的表达式．

7．如图，物体在有动物毛皮的斜面上运动。由于毛皮表面的特殊性，引起物体的运动有如下特点：①顺着毛的生长方向运动时毛皮产生的阻力可以忽略；

②逆着毛的生长方向运动时会受到来自毛皮的滑动摩擦力。

（1）物体上滑时，是顺着毛的生长方向运动，求物体向上运动时的加速度

（2）一物体自斜面底端以初速度v0=2m/s冲上足够长的斜面，斜面的倾角θ=30o，过了

t=1．2s物体回到出发点。若认为毛皮产生滑动摩擦力时，动摩擦因数μ为定值，试计算μ的数值。（g=10m/s2）

【答案】（1）5m/s2（2）0．433

【解析】试题分析：（1）由图可以发现，动物的毛是向上的，所以向上运动时可以忽略阻力，根据牛顿定律可知：mgsinθ=ma，解得a=gsinθ=5m/s2

（2）对物体受力分析得，上滑时a=gsinθ=5m/s2，

设上滑最大位移为S，有，

上滑时间：，

下滑时间：t下=t-t上=（1．2-0．4）s=0．8s，

下滑加速度：，

对物体受力分析可知，下滑的加速度，a下=gsin30°-μgcos30°，

所以：．

考点：牛顿第二定律的应用

8．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。

9．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M A =1.6kg ，B 质量M B =4kg ，木块B 静止在水平面上，g 取10m/s 2.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)20N ；(2)12N ；(3)7.2N 【解析】 【分析】 【详解】

(1)对P 点受力分析如图：

由平衡条件得

cos37PO A F M g ?= sin 37C PO F F =?

解得

绳PO 的拉力大小

16

N 20N cos370.8

A PO M g F =

==?

(2)绳PC 拉力的大小

sin 37200.6N 12N PO Fc F =?=?=

(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

cos53120.6N 7.2N C f F =?=?=

10．如图所示，一本质量分布均匀的大字典置于水平桌面上，字典总质量M =1.5kg ，宽L =16cm ，高H =6cm ．一张白纸（质量和厚度均可忽略不计，页面大于字典页面）夹在字典最深处，白纸离桌面的高度h =2cm ．假设字典中同一页纸上的压力分布均匀，白纸上、下表面与字典书页之间的动摩擦因数均为μ1，字典与桌面之间的动摩擦因数为μ2，且各接触面的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，重力加速度g 取10m /s 2．

(1)水平向右拉动白纸，要使字典能被拖动，求μ1与μ2满足的关系； (2)若μ1=0.25，μ2=0.4，求将白纸从字典中水平向右抽出拉力至少做的功W ． 【答案】(1)214

3

μμ< (2) 0.4J 【解析】 【分析】 【详解】

(1) 白纸上字典的质量为23M ，那么，白纸上下表面受到的正压力都为2

3

Mg ，故白纸受到的最大静摩擦力

11124

233

f M

g Mg μμ=?=

桌面对字典的最大静摩擦力

f 2=μ2Mg

所以水平向右拉动白纸，要使字典能被拖动，那么

f 1＞f 2

2143

μμ<；

(2) 若μ1=0.25，μ2=0.4，那么，将白纸从字典中水平向右抽出时字典保持静止；白纸向右

运动过程只有拉力和摩擦力做功，故由动能定理可知：将白纸从字典中水平向右抽出拉力至少做的功W 等于克服摩擦力做的功；

当白纸向右运动x （0＜x ＜0.16m ）时，白纸上下表面受到的正压力都为2

3

L x Mg L -?，故摩擦力

1

1

23

L x f Mg L μ-=? 故由f 和x 呈线性关系可得：克服摩擦力做的功

111

0.4J 236

W Mg L MgL =??==

故将白纸从字典中水平向右抽出拉力至少做的功W 为0.4J.