高考物理相互作用真题汇编(含答案)含解析

高考物理相互作用真题汇编(含答案)含解析

一、高中物理精讲专题测试相互作用

1．轻绳下端悬挂200N的重物，用水平力拉轻绳上的点，使轻绳上部分偏离竖直方向=角保持静止，如图所示。

（1）求水平力的大小；

（2）保持轻绳上部分与竖直方向的夹角=不变，改变力的方向，求力的最小值及与水平方向的夹角。

【答案】（1）（2），与水平方向夹角为

【解析】试题分析：（1）对点受力分析，可得，解得

（2）力有最小值时，解得，与水平方向夹角为

考点：考查了共点力平衡条件

【名师点睛】在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，然后根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力，然后列式求解，如果物体受到三力处于平衡状态，则可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据角度列式求解

2．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通过细绳跨过定滑轮水平寄引C物体。整个系统处于静止状态。已知，，，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）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μ（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=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

（3）对C ，竖直方向平衡，支持力：

由f=μN，知

3．如图所示，一质量为m 的金属球，固定在一轻质细绳下端，能绕悬挂点O 在竖直平面内转动．整个装置能自动随着风的转向而转动，使风总沿水平方向吹向小球．无风时细绳自然下垂，有风时细绳将偏离竖直方向一定角度，求：

（1）当细绳偏离竖直方向的角度为θ，且小球静止时，风力F 及细绳对小球拉力T 的大小．（设重力加速度为g ）

（2）若风向不变，随着风力的增大θ将增大，判断θ能否增大到90°且小球处于静止状态，说明理由．

【答案】（1）cos mg

T θ

=，F=mgtanθ （2）不可能达到90°且小球处于静止状态 【解析】 【分析】 【详解】

（1）对小球受力分析如图所示（正交分解也可以）

应用三角函数关系可得：F=mgtanθ

（2）假设θ=90°，对小球受力分析后发现合力不能为零，小球也就无法处于静止状态，故θ角不可能达到90°且小球处于静止状态．

4．如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN 、PQ 相距为1L =m ，导轨平面与水平面夹角30α=?，导轨电阻不计，磁感应强度为12T B =的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为1L =m 的金属棒ab 垂直于MN 、PQ 放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为12m =kg 、电阻为11R =Ω，两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离和板长均为0.5d =m ，定值电阻为

23R =Ω，现闭合开关S 并将金属棒由静止释放，取10g =m/s 2，求：

（1）金属棒下滑的最大速度为多大？

（2）当金属棒下滑达到稳定状态时，整个电路消耗的电功率υ为多少？

（3）当金属棒稳定下滑时，在水平放置的平行金属板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场

，在下板的右端且非常靠近下板的位置处有一质量为4

110q -=-?kg 、所带电荷

量为

C 的液滴以初速度υ水平向左射入两板间，该液滴可视为质点，要使带

电粒子能从金属板间射出，初速度υ应满足什么条件？ 【答案】（1）10m/s （2）100W （3）v≤0.25m/s 或v≥0.5m/s

【解析】试题分析：（1）当金属棒匀速下滑时速度最大，设最大速度v m ，则有

1sin m g F α=安

F 安=B 1IL

112

m

B Lv I R R =

+

所以()

11222

1sin m m g R R v B L α+=

代入数据解得：v m =10m/s

(2)金属棒匀速下滑时，动能不变，重力势能减小，此过程中重力势能转化为电能，重力做功的功率等于整个电路消耗的电功率P=m 1gsinαv m =100W (或)

（3）金属棒下滑稳定时，两板间电压U=IR 2=15V 因为液滴在两板间有2U

m g q

d

=所以该液滴在两平行金属板间做匀速圆周运动 当液滴恰从上板左端边缘射出时： 21

12m v r d B q

== 所以v 1=0.5m/s 当液滴恰从上板右侧边缘射出时： 22

222m v d r B q

=

= 所以v 2=0.25m/s

初速度v应满足的条件是：v≤0.25m/s或v≥0.5m/s

考点：法拉第电磁感应定律；物体的平衡；带电粒子在匀强磁场中的运动.

视频

5．(14分)如图所示，木板与水平地面间的夹角θ可以随意改变，当θ=30°时，可视为质点的一小木块恰好能沿着木板匀速下滑。若让该小木块从木板的底端以大小恒定的初速率

v0=10m/s的速度沿木板向上运动，随着θ的改变，小物块沿木板滑行的距离x将发生变化，重力加速度g=10m/s2。(结果可用根号表示)

（1）求小物块与木板间的动摩擦因数；

（2）当θ角满足什么条件时，小物块沿木板滑行的距离最小，并求出此最小值。

【答案】（1）（2）θ＝60°；m

【解析】

试题分析：（1）当时，对木块受力分析：

…（2分）

……（2分）

则动摩擦因素：…（2分）

（2）当变化时，木块的加速度a为：

…（2分）

木块的位移S为：…（2分）

则令，则当时s最小，

即…（2分）

S最小值为

考点：考查了牛顿第二定律的应用

点评：做本题的关键是对物体受力分析，找出临界状态，较难

6．如图所示，用内壁光滑的薄壁细管弯成的“S”形轨道固定于竖直平面内，弯曲部分是由两个半径均为R＝0.2 m的半圆平滑对接而成(圆的半径远大于细管内径)。轨道底端A与水平地面相切，顶端与一个长为l＝0.9 m的水平轨道相切B点。一倾角为θ＝37°的倾斜轨道固定于右侧地面上，其顶点D与水平轨道的高度差为h＝0.45 m，并与其他两个轨道处于

同一竖直平面内。一质量为m＝0.1 kg的小物体(可视为质点)在A点被弹射入“S”形轨道内，沿轨道ABC运动，并恰好从D点以平行斜面的速度进入倾斜轨道。小物体与BC段间的动摩擦因数μ＝0.5。(不计空气阻力，g取10 m/s2。sin37°＝0.6, cos37°＝0.8)

（1）小物体从B点运动到D点所用的时间；

（2）小物体运动到B点时对“S”形轨道的作用力大小和方向；

【答案】（1）0.5s（2）11.5N,方向向上

【解析】

试题分析：（1）小物体从C到D做平抛运动有：，

解得：，

物体从B到C做匀减速运动，由牛顿第二定律得

，，

解得：

小物体从B点运动到D点所用的时间：

（2）物体运动到B点受到向下的弹力，由牛顿第二定律得

解得：

由牛顿第三定律有：，故

所以对“S”形轨道的作用力大小为11.5 N，方向向上。

考点：平抛运动、圆周运动、牛顿第二定律。

【名师点睛】（1）小球从C到D做平抛运动，根据下降的高度和速度方向得到平抛的初速度和时间，再对从B到C过程运用牛顿第二定律、速度位移公式和速度时间公式列式联立求解；

（2）先假设小球在B受到的弹力向下，根据重力和弹力的合力提供向心力列式求出弹力，如果是负的，表示与假设的方向相反；

7．如图所示，水平面上有两根相距0.5m的足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，之间有一导体棒ab，导轨和导体棒的电阻忽略不计，在M和P之间接有阻值为R=2Ω的定值电阻。质量为0.2kg的导体棒ab长l＝0.5m，与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.4T。现在在导体棒ab上施加一个水平向右，大小为0.02N的恒力F，使导体棒ab由静止开始运动，求：

⑴当ab 中的电流为多大时，导体棒ab 的速度最大？ ⑵ab 的最大速度是多少？

⑶若导体棒从开始到速度刚达到最大的过程中运动的位移s=10m ，则在此过程中R 上产生的热量是多少？

【答案】（1）0.1A （2）1m/s （3）0.1J 【解析】

试题分析：（1）当金属棒上所受的拉力等于安培力时，加速度为零，速度最大，则F=BIL ，解得：I=0.1A

（2）根据E=BLv m ；E=IR 可解得：s m BL

IR

v m /1.0== （3）由能量守恒关系可得：Q mv FS m +=

2

2

1 解得：Q=0.1J 考点：法拉第电磁感应定律；能量守恒定律.

8．质量为5kg 的物体静止在粗糙水平面上，在0~4s 内施加一水平恒力F ，使物体从静止开始运动，在4~12s 内去掉了该恒力F ，物体因受摩擦力作用而减速至停止，其速度时间图象（

）如图所示．求：

（1）在0~12s 内物体的位移； （2）物体所受的摩擦力大小； （3）此水平恒力F 的大小． 【答案】（1）96m （2）10N （3）30N

【解析】试题分析：（1）根据速度图象与坐标轴围成的面积表示位移得 x ＝×12×16＝96m （2）4s ～12s 内，加速度

根据牛顿第二定律，有f ＝ma 2＝5×2＝10N

（3）0～4s 内，加速度

根据牛顿第二定律，有F?f ＝ma 1 代入数据：F-10=5×4 解得：F=30N

考点：牛顿第二定律的应用；v-t 图线

9．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）物体B 所受地面的支持力为多大？

【答案】（1）2003N ；（2）800N 【解析】 【分析】 【详解】

(1) (2) 滑轮O 处于静止状态，OC 绳子拉力大小等于OA 、OB 两绳子拉力之和，由于OA 和OB 是一根绳子，拉力相等，因此绳子OC 处于AOB ∠ 的角平分线上，又由于绳OC 与竖直方向成30°角，因此

o =60AOB ∠

因此，绳OB 与水平方向夹角

o =30θ

由于A 处于静止状态，绳子OB 的拉力

A 400N T m g ==

因此B 受到的摩擦力

o cos 400cos302003N f T θ==?=

受地面的支持力为N ，则

o sin 30B N T m g +=

解得

N =800N

10．一劲度系数为k=100N/m 的轻弹簧下端固定于倾角为θ=53°的光滑斜面底端，上端连接

物块Q ．一轻绳跨过定滑轮O ，一端与物块Q 连接，另一端与套在光滑竖直杆的物块P 连接，定滑轮到竖直杆的距离为d=0.3m ．初始时在外力作用下，物块P 在A 点静止不动，轻绳与斜面平行，绳子张力大小为50N ．已知物块P 质量为m 1=0.8kg ，物块Q 质量为m 2=5kg ，不计滑轮大小及摩擦，取g=10m/s 2．现将物块P 静止释放，求：

(1)物块P 位于A 时，弹簧的伸长量x 1；

(2)物块P 上升h=0.4m 至与滑轮O 等高的B 点时的速度大小； (3)物块P 上升至B 点过程中，轻绳拉力对其所做的功． 【答案】（1）0.1m （2）3m/s （3）8J 【解析】 【分析】

（1）根据题设条件和平衡条件、胡克定律，列方程求出弹簧的伸长量；

（2）由于本题的特殊性，P 处于A 位置时与P 上升到与滑轮等高位置，弹簧的伸长量与压缩量恰相等，而此时由速度的合成和分解可知物块Q 的速度为零，所以由机械能守恒律可求物块P 的速度；

（3）当Q 上升到与滑轮等高时，由系统的机械能守恒和两个物体速度关系求圆环Q 的速度大小．通过绳子拉力对Q 物体的做功情况，判断物块Q 机械能的变化，从而得出何时机械能最大． 【详解】

（1）物体P 位于A 点，假设弹簧伸长量为1x ，则：21sin T m g kx θ=+，解得：

10.1x m =

（2）经分析，此时OB 垂直竖直杆，OB=0.3m ，此时物块Q 速度为0，下降距离为：

0.5m 0.3m 0.2m x OP OB ?=-=-=，即弹簧压缩20.2m 0.1m 0.1m x =-=，弹性势

能不变．

对物体PQ 及弹簧，从A 到B 根据能量守恒有：

22111sin 2

B m g x m gh m v θ???-=

代入可得：23m/s B v = 对物块P ：21112

T B W m gh m v -= 代入数据得：8J T W =

【点睛】

解决本题的关键会对速度进行分解，以及掌握功能关系，除重力以外其它力做功等于机械能的增量，并能灵活运用；要注意本题的特殊性，当物块P与杆垂直时，此时绳伸缩方向速度为零（即Q的速度为零），这也是本题的关键点．