高中物理相互作用的基本方法技巧及练习题及练习题(含答案)含解析

高中物理相互作用的基本方法技巧及练习题及练习题(含答案)含解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1．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0.18．2．如图所示，一个质量为m=2kg的物块，在F=10N的拉力作用下，从静止开始沿水平面做匀加速直线运动，拉力方向与水平成θ=370，物块与水平面的动摩擦因数μ=0.5，取重力加速度g=10 m/s2，sin370=0.6，cos37°= 0.8．（1）画出物块的受力示意图；（2）此物块所受到的滑动摩擦力为多大；（3）求此物块在2s末的速度．【答案】（1）物块的受力示意图如下（2）7N（2）1m/s【解析】试题分析：（1）物块受到重力、拉力、支持力和滑动摩擦力，物块的受力示意图如下．（2）物块竖直方向受力平衡，则有：Fsin37°+F N=mg解得：F N=mg-Fsin37°此物块所受到的滑动摩擦力为：f=μF N=μ（mg-Fsin37°）代入数据解得：f=7N（3）根据牛顿第二定律，有：Fcos37°-f=ma代入数据解得：a=0．5m/s2所以物块在2s末的速度为：v=at=0．5×2=1m/s考点：牛顿第二定律；力的合成与分解的运用．3．如图所示，质量为在足够长的木板A静止在水平地面上，其上表面水平，木板A与地面间的动摩擦因数为，一个质量为的小物块B（可视为质点）静止于A的左端，小物块B与木板A间的动摩擦因数为。

现给小物块B一个水平向右的初速度，大小为。

求：木板A与小物块B在整个运动过程中位移大小之比（最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力的大小，取）。

【答案】【解析】试题分析：分别以A、B为研究对象，受力分析，木板和物块的加速度大小分别为，由牛顿第二定律得：，，假设经过秒A、B共速，共同速度设为，由匀变速直线运动的规律得：，解得：。

共速过程中，A的位移大小设为，B的位移大小设为，则，，解得：，。

假设共速之后，A、B一起向右匀减速运动，木板和物块间的静摩擦力大小为，木板和物块的加速度大小分别为，由牛顿第二定律得：，解得：，假设成立，。

设共速之后至A、B均静止，A的位移设为，B的位移设为，则。

整个过程中A的位移大小，B的位移大小则。

考点：牛顿第二定律；匀变速直线运动的速度与时间的关系；匀变速直线运动的位移与时间的关系【名师点睛】根据牛顿第二定律分别求出A、B的加速度，结合运动学公式求出速度相同时，A、B的位移大小，然后A、B保持相对静止，一起做匀减速运动，再根据速度位移公式求出一起匀减速运动的位移，从而得出A、B的总位移大小。

4．如图所示，质量为M、倾角为α的斜面体（斜面光滑且足够长）放在粗糙的水平地面上，底部与地面的动摩擦因数为μ，斜面顶端与劲度系数为k、自然长度为l的轻质弹簧相连，弹簧的另一端连接着质量为m的物块．压缩弹簧使其长度为3l/4时将物块由静止开始释放，物块在斜面上做简谐运动且物块在以后的运动中，斜面体始终处于静止状态．重力加速度为g ．（1）求物块处于平衡位置时弹簧的伸长量； （2）求物块的振幅和弹簧的最大伸长量；（3）使斜面始终处于静止状态，动摩擦因数μ应满足什么条件（假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力）？ 【答案】（1）sin mg l k α∆=（2）2sin 4l mg kα+（3）2(4sin )cos 44cos sin kl mg Mg mg kl ααμαα+≥+-【解析】（1）设物块处于平衡位置时弹簧的伸长量为Δl ，则sin 0mg k l α-∆=解得sinmg l kα∆= （2）物块做简谐运动的振幅为sin 44l mg l A l k α=∆+=+ 由简谐运动的对称性可知，弹簧的最大伸长量为: max 2sin 4l mg l A l kα∆=+∆=+ （3）以物块的平衡位置为原点、沿斜面向下为位移正方向建立坐标系，设某时刻物块位移x 为正，斜面受到弹簧沿斜面向下的拉力F 、地面的水平向右的摩擦力f ，如图所示．由于斜面受力平衡，则有在水平方向上有：1cos sin 0F f N αα--= ； 在竖直方向上有：21sin cos 0N F N Mg αα---= 又()F k x l =+∆ ，1cos N mg α=联立可得cos f kx α= ， 2sin N Mg mg kx α=++为使斜面始终处于静止状态，结合牛顿第三定律，应满足2f N μ≤所以 2cos sin fk x N Mg mg kx αμα≥=++因-A ≤x ≤A ，所以当-A 时，上式右端达到最大值，于是有()24sin cos 44cos sin kl mg Mg mg kl ααμαα+≥+-【另解】 对由斜面、物块、弹簧组成的系统受力分析，受重力（M ＋m ）g 、地面的支持力N 和水平方向的静摩擦力f 作用，如图所示．建立图示直角坐标系，根据牛顿第二定律可知： 在水平方向上有：f =M ×0＋ma cos α； 在竖直方向上有：N －（M ＋m ）g =M ×0＋ma sin α 其中，静摩擦力f ≤f m ＝μN ， 又因弹簧振子有kx=-ma 且－A ≤x ≤A ，联立以上各式，解得：()24sin cos44cos sin kl mg Mg mg kl ααμαα+≥+-.点睛：本题关键是先对滑块受力分析，然后根据牛顿第二定律列式分析；最后对斜面体受力分析，确定动摩擦因数的范围.5．如图所示，m A =0.5kg ，m B =0.1kg ，两物体与地面间的动摩擦因数均为0.2，当大小为F=5N 水平拉力作用在物体A 上时，求物体A 的加速度。

（忽略滑轮的质量以及滑轮和绳的，取g=10m/s 2）【答案】4m/s 2【解析】试题分析：对A 由牛顿第二定律得对B 由牛顿第二定律得根据题意有 解以上各式得考点：牛顿第二定律【名师点睛】此题是牛顿第二定律的应用问题；解题的关键是正确选择研究对象并且受力分析，根据牛顿第二定律列得方程，注意两个物体的加速度及拉力的关联关系.6．某同学设计了一个测量物体质量的电子装置，其结构如图甲、乙所示。

E形磁铁的两侧为S极，中心为N极，可认为只有磁极间存在着磁感应强度大小均为B的匀强磁场。

一边长为L横截面为正方形的线圈套于中心磁极，线圈、骨架与托盘连为一体，总质量为m0，托盘下方连接一个轻弹簧，弹簧下端固定在磁极上，支撑起上面的整个装置，线圈、骨架与磁极不接触。

线圈的两个头与外电路连接（图上未标出）。

当被测量的重物放在托盘上时，弹簧继续被压缩，托盘和线圈一起向下运动，之后接通外电路对线圈供电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，此时由对应的供电电流可确定重物的质量。

已知弹簧劲度系数为k，线圈匝数为n，重力加速度为g。

（1）当线圈与外电路断开时a．以不放重物时托盘的位置为位移起点，竖直向下为位移的正方向。

试在图丙中画出，托盘轻轻放上质量为m的重物后，托盘向下运动过程中弹簧弹力F的大小与托盘位移x的关系图象；b．根据上面得到的F-x图象，求从托盘放上质量为m的重物开始到托盘达到最大速度的过程中，弹簧弹力所做的功W；（2）当线圈与外电路接通时a．通过外电路给线圈供电，托盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止。

若线圈能够承受的最大电流为I，求该装置能够测量的最大质量M；b．在线圈能承受的最大电流一定的情况下，要增大质量的测量范围，可以采取哪些措施？（至少答出2种）【答案】（1）a．弹力大小为m0g；图像如图所示；b．（2）a．；b．可以增加线圈的匝数、增大线圈的边长、增大磁感应强度。

【解析】（1）未放重物时，弹簧已经被压缩，弹力大小为m0g。

弹簧弹力F的大小与托盘位移x的关系图象如图所示。

未放重物时kx0 = m0 g当托盘速度达到最大时k ( x0 + x ) = ( m0 + m )g解得图中阴影部分面积即为从托盘放上质量为m的重物开始到托盘达到最大速度的过程中，弹力所做的功的大小，弹力做负功有（2）给线圈供电后，托盘回到原来的位置，线圈、骨架、托盘与重物处于平衡状态有 2nBIL + kx0 = (m0 + M ) g解得（3）可以增加线圈的匝数、增大线圈的边长、增大磁感应强度。

点睛：本题考查电子秤的原理，关键是明确骨架、脱皮、弹簧、线圈和重物整体的受力情况，根据平衡条件列式分析，注意结合图象法求解变力做功。

7．将一轻质橡皮筋（劲度系数k=100N/m）上端固定在天花板上，如下图（甲）所示．（1）在其下端A处用细线悬挂重为10N的木块，静止后如图（乙）所示，则橡皮筋的伸长量x1=？（2）再用一细线拴在图（乙）中的A处，然后用一水平的力F向右拉动，使橡皮筋与竖直方向成37°角，并保持静止，如图（丙）所示．求所加外力F的值和此时橡皮筋的伸长量x2．（已知sin37°=0.6 cos37°=0.8）【答案】（1）橡皮筋的伸长量为0.1m；（2）所加外力F的值为12.5N；此时橡皮筋的伸长量x2为0.125m【解析】试题分析：（1）由胡克定律可求得伸长量；（2）对A点受力分析，由共点力平衡条件可求得力F及橡皮筋受到的力，再由胡克定律可求得伸长量．解：（1）由胡克定律可得：x1=①将数据代入①式解得：x1=0.1m ②（2）对丙图中橡皮筋末端A点进行受力分析，可得：F=Gtan37° ③F′=④将数据代入③④式解得：F=7.5N ⑤F′=12.5N ⑥由胡克定律可得：x2=⑦将数据代入⑦式解得：x2=0.125m答：（1）橡皮筋的伸长量为0.1m；（2）所加外力F的值为12.5N；此时橡皮筋的伸长量x2为0.125m【点评】本题考查共点力的平衡条件及胡克定律，要注意明确研究对象为结点A．8．如图所示，一个质量为m=2kg的均匀球体，放在倾角θ=37°的光滑斜面上，并被斜面上一个竖直的光滑挡板挡住，处于平衡状态．求球体对挡板和斜面的压力．（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2）【答案】15N； 25N【解析】试题分析：球体受到三个力作用：重力G、挡板对球体的支持力F1和斜面对球体的支持力F2．根据平衡条件求出两个支持力，再由牛顿第三定律求解压力．解：球受三个力：G、F1、F2．如图．根据平衡条件得F1=Gtan37°=mgtan37°=15NF2===25N由牛顿第三定律得：球体对挡板的压力大小：F1′=F1=15N，方向水平向左球体对斜面的压力的大小：F 2′=F 2=25N ，方向垂直斜面向下答：球体对挡板为15N ，方向水平向左；斜面的压力为25N ，方向垂直斜面向下．【点评】本题是简单的力平衡问题，关键是分析物体的受力情况，作出力图．9．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。