高中物理相互作用試題(有答案和解析)

高中物理相互作用試題(有答案和解析)一、高中物理精講專題測(cè)試相互作用1．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2m，A、B的質(zhì)量均為m.A、B與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.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)，μ應(yīng)該滿足什么條件？(3)若C受到經(jīng)過(guò)其軸線豎直向下的外力而緩慢下降到地面，求該過(guò)程中摩擦力對(duì)A做的功【答案】(1)FN＝2mg.(2)μ≥.(3)－.【解析】【分析】（1）對(duì)C進(jìn)行受力分析，根據(jù)平衡求解A對(duì)C的支持力；（2）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)μ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(kāi)，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．【詳解】(1)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°＝mg因?yàn)閒≤μF地，所以μ≥(3)C緩慢下降的同時(shí)A、B也緩慢且對(duì)稱地向左右分開(kāi)．A的受力依然為4個(gè)，如圖所圖，但除了重力之外的其他力的大小發(fā)生改變，f也成了滑動(dòng)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，與本題第(2)問(wèn)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＝R所以摩擦力的功W＝－f′x＝－【點(diǎn)睛】本題主要是考查了共點(diǎn)力的平衡問(wèn)題，解答此類問(wèn)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，然后在坐標(biāo)軸上建立平衡方程進(jìn)行解答．2．如圖所示，質(zhì)量為m的物體放在一固定斜面上，當(dāng)斜面傾角為30°時(shí)恰能沿斜面勻速下滑．對(duì)物體施加一大小為F、方向水平向右的恒力，物體可沿斜面勻速向上滑行．設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，當(dāng)斜面傾角增大并超過(guò)某一臨界角θ0時(shí)，不論水平恒力F多大，都不能使物體沿斜面向上滑行，試求：(1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)這一臨界角θ0的大?。敬鸢浮浚?）（2）60°【解析】試題分析：（1）斜面傾角為30°時(shí)，物體恰能勻速下滑，滿足解得（2）設(shè)斜面傾角為α，由勻速直線運(yùn)動(dòng)的條件：，解得：當(dāng)，即時(shí)，F(xiàn)→∞，即“不論水平恒力F多大”，都不能使物體沿斜面向上滑行此時(shí)，臨界角考點(diǎn)：考查了共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用【名師點(diǎn)睛】本題是力平衡問(wèn)題，關(guān)鍵是分析物體的受力情況，根據(jù)平衡條件并結(jié)合正交分解法列方程求解．利用正交分解方法解體的一般步驟：①明確研究對(duì)象；②進(jìn)行受力分析；③建立直角坐標(biāo)系，建立坐標(biāo)系的原則是讓盡可能多的力落在坐標(biāo)軸上，將不在坐標(biāo)軸上的力正交分解；④x方向，y方向分別列平衡方程求解．3．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)μ=0.25，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=2.0m／s勻速直線運(yùn)動(dòng)．（cos37°=0.8，sin37°=0.6，g取10N/kg）（1）求水平力F的大??；（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，到達(dá)斜面底端C時(shí)速度大小為v=1m/s，求木箱從B到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)μ=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）0.4s0.6m（3）（答0.33也得分）【解析】（1）由平衡知識(shí)：對(duì)木箱水平方向，豎直方向：且，解得F=10N（2）由，解得木箱從B到C的位移x=0.6m，（3）木箱沿斜面上滑的加速度對(duì)木箱和斜面的整體，水平方向豎直方向：，其中，解得點(diǎn)睛：本題是力平衡問(wèn)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(wèn)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．4．如圖所示，粗糙水平地面上放置一個(gè)截面為半圓的柱狀物體A，A與墻之間再放一光滑圓球B，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知A、B兩物體的質(zhì)量分別為M和m，光滑圓球B同半圓的柱狀物體半徑均為r，已知A的圓心到墻角距離為2r，重力加速度為g。求：(1)B物體受到墻壁的彈力大??；(2)A與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)滿足什么條件？（設(shè)A與地面間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力）(3)若A物體在水平外力作用下向右緩慢移動(dòng)至B即將落地，則A、B間作用力大小變化的范圍?！敬鸢浮?1)(2)(3)【解析】【詳解】(1)對(duì)B受力分析：由幾何關(guān)系：解得：由平衡條件得：解得B物體受到墻壁的彈力大小為：(2)對(duì)整體分析：可知地面對(duì)A的摩擦力大小為：地面對(duì)A的支持力為：要使A不滑動(dòng)，則：解得：(3)對(duì)B受力分析如圖：由圖可知，開(kāi)始時(shí)AB間的作用力最小，最小值為：當(dāng)B即將落地時(shí)，AB間的作用力最大，由幾何關(guān)系可得，AB間的作用力與豎直方向的夾角有：解得：此時(shí)AB間的作用力為：所以A、B間作用力大小變化的范圍為：。5．為了研究過(guò)山車的原理，某物理小組提出了下列的設(shè)想：取一個(gè)與水平方向夾角為，長(zhǎng)為的傾斜軌道AB，通過(guò)微小圓弧與長(zhǎng)為的水平軌道BC相連，然后在C處設(shè)計(jì)一個(gè)豎直完整的光滑圓軌道，出口為水平軌道D，如圖所示．現(xiàn)將一個(gè)小球從距A點(diǎn)高為的水平臺(tái)面上以一定的初速度水平彈出，到A點(diǎn)時(shí)速度方向恰沿AB方向，并沿傾斜軌道滑下．已知小球與AB和BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為．?。螅海?）小球初速度的大?。唬?）小球滑過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速率；（3）要使小球不離開(kāi)軌道，則豎直圓弧軌道的半徑R應(yīng)該滿足什么條件．【答案】（1）；（2）；（3）．【解析】試題分析：（1）小球離開(kāi)彈簧后做平拋運(yùn)動(dòng)到達(dá)A點(diǎn)，豎直方向：由可知在A點(diǎn)的速度vA恰好沿AB方向，由幾何關(guān)系可知：水平方向分速度即小球的初速度:（2）從A經(jīng)B到C點(diǎn)的過(guò)程，由動(dòng)能定理得：小球滑過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速率:（3）①若小球能通過(guò)圓形軌道的最高點(diǎn)，做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，則其不脫離軌道．小球剛能通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，小球在最高點(diǎn)與軌道沒(méi)有相互作用，重力提供向心力．根據(jù)牛頓第二定律：小球由C運(yùn)動(dòng)到圓形軌道的最高點(diǎn)，機(jī)械能守恒：得：，即軌道半徑不能超過(guò)1．08m．②若小球沒(méi)有到達(dá)圓形軌道的與圓心等高處速度就減小到零，此后又沿軌道滑下，則其也不脫離軌道．此過(guò)程機(jī)械能守恒，小球由C到達(dá)剛與圓心等高處，有：得：，即軌道半徑不能小于2．7m．③若圓形軌道半徑太大，就會(huì)與傾斜軌道相交，故圓形軌道半徑最大時(shí)恰遇傾斜軌道相切．當(dāng)圓軌道與AB相切時(shí)，由幾何關(guān)系得：，即圓軌道的半徑不能超過(guò)1．5m．綜上所述，要使小球不離開(kāi)軌道，R應(yīng)該滿足的條件是：．考點(diǎn)：平拋運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能定理，機(jī)械能守恒定律．【名師點(diǎn)睛】從拋出點(diǎn)到A點(diǎn)做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可解得落到A點(diǎn)時(shí)豎直方向的速度vy，根據(jù)豎直方向速度vy與水平方向速度vx的夾角之間的關(guān)系，可以解得水平速度v0；要求小物塊沿傾斜軌道AB滑動(dòng)經(jīng)C點(diǎn)的速率，可利用動(dòng)能定律列式求解；小球不離開(kāi)軌道，一種情況是到與圓心等高前返回，另一種情況是完成完整的圓周運(yùn)動(dòng)，就要根據(jù)在圓周最高點(diǎn)重力提供向心力求解．6．長(zhǎng)L質(zhì)量為M的長(zhǎng)方形木板靜止在光滑的水平面上，一質(zhì)量為m的物塊，以v0的水平速度從左端滑上木板，最后與木板保持相對(duì)靜止，μ為物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。（1）求物塊在木板上滑行的時(shí)間t。（2）要使物塊不從木板右端滑出，物塊滑上木板左端的速度v′不超過(guò)多少?【答案】（1）；（2）【解析】試題分析：（1）設(shè)物塊與木板共同速度為v，以水平向右為正方向，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有對(duì)物塊應(yīng)用動(dòng)量定理有：，解得。（2）要使物塊恰好不從木板上滑出，須使物塊到木板最右端時(shí)與木板有共同的速度，由功能關(guān)系有解得要使物塊不從木板右端滑出，滑上木板左端速度不超過(guò)考點(diǎn)：牛頓第二定律、動(dòng)量守恒定律【名師點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵是對(duì)兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況分析清楚，然后根據(jù)牛頓第二定律列式求解出各個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的加速度，最后根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列式求解。7．如圖所示，絕緣粗糙水平面處在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)大小E=1．6×10+4N/C。一個(gè)質(zhì)量為m＝0．2kg，帶電量為q＝2．0×10－4C的帶正電小物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），在水平面上以a=11m/s2的加速度向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，小物塊到達(dá)O點(diǎn)時(shí)的速度為vo=4m/s。（g取10m/s2）（1）求小物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；（2）若小物塊到達(dá)O點(diǎn)時(shí)，突然將該電場(chǎng)方向變?yōu)樨Q直向上且大小不變。求1秒后小物塊距O點(diǎn)間距離。【答案】（1）0．5（2）5m【解析】試題分析：（1）F=Eq根據(jù)牛頓第二定律：F－μmg=ma解得:μ=0．5（2）根據(jù)牛頓第二定律：Eq－mg=ma、解得:a、=6m/s2平拋運(yùn)動(dòng)：x=vot=4my=at2=3m=5m考點(diǎn)：牛頓第二定律的綜合應(yīng)用【名師點(diǎn)睛】此題是牛頓第二定律的綜合應(yīng)用習(xí)題；關(guān)鍵是分析物塊的受力情況，搞清物體的運(yùn)動(dòng)情況，掌握類平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法。8．如圖所示，物塊A懸掛在繩PO和PC的結(jié)點(diǎn)上，PO偏離豎直方向37°角，PC水平，且經(jīng)光滑定滑輪與木塊B相連，連接B的繩與水平方向的夾角為53°。已知A質(zhì)量MA=1.6kg，B質(zhì)量MB=4kg，木塊B靜止在水平面上，g取10m/s2.試求：(1)繩PO的拉力大?。?2)繩PC拉力的大?。?3)木塊B與水平面間的摩擦力大小。【答案】(1)；(2)；(3)【解析】【分析】【詳解】(1)對(duì)P點(diǎn)受力分析如圖：由平衡條件得解得繩PO的拉力大小(2)繩PC拉力的大小(3)對(duì)B受力分析如圖：水平方向根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件可得木塊B與水平面間的摩擦力大小9．足夠長(zhǎng)的光滑細(xì)桿豎直固定在地面上，輕彈簧及小球A、B均套在細(xì)桿上，彈簧下端固定在地面上，上端和質(zhì)量為m1=50g的小球A相連，質(zhì)量為m2=30g的小球B放置在小球A上，此時(shí)A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧的壓縮量x0=0.16m，如圖所示。從t=0時(shí)開(kāi)始，對(duì)小球B施加豎直向上的外力，使小球B始終沿桿向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后A、B兩球分離；再經(jīng)過(guò)同樣長(zhǎng)的時(shí)間，B球距其出發(fā)點(diǎn)的距離恰好也為x0。彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi)，重力加速度取g=10m/s2。求：(1)彈簧的勁度系數(shù)k；(2)整個(gè)過(guò)程中小球B加速度a的大小及外力F的最大值?！敬鸢浮?1)5N/m；(2)2m/s2，0.36N【解析】【詳解】(1)根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件和胡克定律得：解得：；(2)設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間t小球A、B分離，此時(shí)彈簧的壓縮量為，對(duì)小球A：小球B：當(dāng)B與A相互作用力為零時(shí)F最大對(duì)小球B：解得：，10．一個(gè)底面粗糙、質(zhì)量為M=3m的劈放在粗糙水平面上，劈的斜面光滑且與水平面成30°角．現(xiàn)用一端固定的輕繩系一質(zhì)量為m的小球，小球放在斜面上，小球靜止時(shí)輕繩與豎直方向的夾角也為30°，如圖所示．（1）當(dāng)劈靜止時(shí)，求繩子的拉力大?。?）當(dāng)劈靜止時(shí)，求地面對(duì)劈的摩擦力大?。?）若地面對(duì)劈的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，為使整個(gè)系統(tǒng)靜止，動(dòng)摩擦因素u最小值多大？【答案】（1）（