高中物理相互作用試題經(jīng)典

高中物理互相作用試題典型一、高中物理精講專項(xiàng)測試互相作用1．質(zhì)量為M的木楔傾角為θ(θ<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，它正好勻速下滑．當(dāng)用與木楔斜面成α角的力F拉木塊，木塊勻速上升，如圖所示(已知木楔在整個過程中始終靜止)．(1)當(dāng)α＝θ時，拉力F有最小值，求此最小值；(2)求在(1)的狀況下木楔對水平面的摩擦力是多少？【答案】（1）（2）【解析】【分析】（1）對物塊進(jìn)行受力分析，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡，運(yùn)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，對整體受力分析，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡，運(yùn)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)動時，有，即(1)木塊在力F的作用下沿斜面對上勻速運(yùn)動，則：聯(lián)立解得：則當(dāng)時，F(xiàn)有最小值，(2)由于木塊及木楔均處在平衡狀態(tài)，整體受到地面的摩擦力等于F的水平分力，即當(dāng)時，【點(diǎn)睛】木塊放在斜面上時正好勻速下滑隱含動摩擦因數(shù)的值正好等于斜面傾角的正切值，當(dāng)有外力作用在物體上時，列平行于斜面方向的平衡方程，求出外力F的體現(xiàn)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α，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θ。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重疊；ef棒垂直放在傾斜導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ（μ較?。?，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。不計全部導(dǎo)軌和ab棒的電阻，ef棒的阻值為R，最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等，無視感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場，重力加速度為g。（1）若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，給ab棒一種垂直于NQ、水平向右的速度v1，在水平導(dǎo)軌上沿運(yùn)動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，并在NQ位置時取走小立柱1和2，且運(yùn)動過程中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)動的最大距離?！敬鸢浮浚?）Qef＝；（2）q＝；（3）Bm＝，方向豎直向上或豎直向下均可，xm＝【解析】解：（1）設(shè)ab棒的初動能為Ek，ef棒和電阻R在此過程產(chǎn)生熱量分別為Q和Q1，有Q+Q1=Ek①且Q=Q1②由題意Ek=③得Q=④（2）設(shè)在題設(shè)的過程中，ab棒滑行的時間為△t，掃過的導(dǎo)軌間的面積為△S，通過△S的磁通量為△Φ，ab棒產(chǎn)生的電動勢為E，ab棒中的電流為I，通過ab棒某截面的電荷量為q，則E=⑤且△Φ=B△S⑥電流I=⑦又有I=⑧由圖所示，△S=d（L﹣dcotθ）⑨聯(lián)立⑤～⑨，解得：q=（10）（3）ab棒滑行距離為x時，ab棒在導(dǎo)軌間的棒長Lx為：Lx=L﹣2xcotθ（11）此時，ab棒產(chǎn)生的電動勢Ex為：E=Bv2Lx（12）流過ef棒的電流Ix為Ix=（13）ef棒所受安培力Fx為Fx=BIxL（14）聯(lián)立（11）～（14），解得：Fx=（15）有（15）式可得，F(xiàn)x在x=0和B為最大值Bm時有最大值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：F1cosα=mgsinα+μ（mgcosα+F1sinα）（16）聯(lián)立（15）（16），得：Bm=（17）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，F(xiàn)x隨x增大而減小，x為最大xm時，F(xiàn)x為最小值，如圖可知F2cosα++μ（mgcosα+F2sinα）=mgsinα（18）聯(lián)立（15）（17）（18），得xm=答：（1）ef棒上產(chǎn)生的熱量為；（2）通過ab棒某橫截面的電量為．（3）此狀態(tài)下最強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是，磁場下ab棒運(yùn)動的最大距離是．【點(diǎn)評】本題是對法拉第電磁感應(yīng)定律的考察，解決本題的核心是分析清晰棒的受力的狀況，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，三棱柱的中間有一種半徑為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與地面的動摩擦因數(shù)為μ.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g.(1)三者均靜止時A對C的支持力為多大？(2)A、B若能保持不動，μ應(yīng)當(dāng)滿足什么條件？(3)若C受到通過其軸線豎直向下的外力而緩慢下降到地面，求該過程中摩擦力對A做的功【答案】(1)FN＝2mg.(2)μ≥.(3)－.【解析】【分析】（1）對C進(jìn)行受力分析，根據(jù)平衡求解A對C的支持力；（2）A保持靜止，則地面對A的最大靜摩擦力要不不大于等于C對A的壓力在水平方向的分力，據(jù)此求得動摩擦因數(shù)μ應(yīng)當(dāng)滿足的條件；（3）C緩慢下落同時A、B也緩慢且對稱地向左右分開，A受力平衡，根據(jù)平衡條件求解滑動摩擦力大小，根據(jù)幾何關(guān)系得到A運(yùn)動的位移，再根據(jù)功的計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由于f≤μF地，因此μ≥(3)C緩慢下降的同時A、B也緩慢且對稱地向左右分開．A的受力仍然為4個，如圖所圖，但除了重力之外的其它力的大小發(fā)生變化，f也成了滑動摩擦力．A受力平衡知F′地＝F′Ncos60°＋mgf′＝F′Nsin60°＝μF′地解得f′＝即規(guī)定－μ>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，A向左移動的水平距離為x＝R因此摩擦力的功W＝－f′x＝－【點(diǎn)睛】本題重要是考察了共點(diǎn)力的平衡問題，解答這類問題的普通環(huán)節(jié)是：擬定研究對象、進(jìn)行受力分析、運(yùn)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．4．一架質(zhì)量m的飛機(jī)在水平跑道上運(yùn)動時會受到機(jī)身重力、豎直向上的機(jī)翼升力、發(fā)動機(jī)推力、空氣阻力、地面支持力和跑道的阻力的作用。其中機(jī)翼升力與空氣阻力均與飛機(jī)運(yùn)動的速度平方成正比，即，跑道的阻力與飛機(jī)對地面的壓力成正比，比例系數(shù)為（均為已知量），重力加速度為g。(1)飛機(jī)在滑行道上以速度勻速滑向起飛等待區(qū)時，發(fā)動機(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)動直至飛離地面的過程視為勻加速直線運(yùn)動，發(fā)動機(jī)的推力保持恒定，請寫出的關(guān)系體現(xiàn)式；(3)飛機(jī)剛飛離地面的速度多大？【答案】(1)；(2)；(3)【解析】【分析】（1）分析粒子飛機(jī)所受的5個力，勻速運(yùn)動時滿足，列式求解推力；（2）根據(jù)牛頓第二定律列式求解k0與k1、k2的關(guān)系體現(xiàn)式；（3）飛機(jī)剛飛離地面時對地面的壓力為零.【詳解】（1）當(dāng)物體做勻速直線運(yùn)動時，所受合力為零，此時有空氣阻力飛機(jī)升力飛機(jī)對地面壓力為N，地面對飛機(jī)的阻力為：由飛機(jī)勻速運(yùn)動得：由以上公式得（2）飛機(jī)勻加速運(yùn)動時，加速度為a，某時刻飛機(jī)的速度為v，則由牛頓第二定律：解得：（3）飛機(jī)離開地面時：解得：5．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．（cos37°=0.8，sin37°=0.6，g取10N/kg）（1）求水平力F的大小；（2）當(dāng)木箱運(yùn)動到B點(diǎn)時，撤去力F，木箱在水平面做勻減速直線運(yùn)動，加速度大小為2.5m/s，達(dá)成斜面底端C時速度大小為v=1m/s，求木箱從B到C的位移x和時間t；（3）木箱達(dá)成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)最少多大．、【答案】（1）10N（2）0.4s0.6m（3）（答0.33也得分）【解析】（1）由平衡知識：對木箱水平方向，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：本題是力平衡問題，核心是靈活選擇研究對象進(jìn)行受力分析，根據(jù)平衡條件列式求解．求解平衡問題核心在于對物體對的的受力分析，不能多力，也不能少力，對于三力平衡，如果是特殊角度，普通采用力的合成、分解法，對于非特殊角，可采用相似三角形法求解，對于多力平衡，普通采用正交分解法．6．用質(zhì)量為、總電阻為R的導(dǎo)線做成邊長為的正方形線框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，如圖所示，線框與導(dǎo)軌之間是光滑的，在導(dǎo)軌的下端有一寬度為（即）、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場，磁場的邊界、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，求：（1）線框通過磁場時的速度；（2）線框MN邊運(yùn)動到的過程中通過線框?qū)Ь€橫截面的電荷量；（3）通過磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的熱量Q。【答案】（1）（2）（3）【解析】試題分析：（1）感應(yīng)電動勢:，感應(yīng)電流:，安培力：線框在磁場區(qū)域做勻速運(yùn)動時，其受力如圖所示解得勻速運(yùn)動的速度:（2）解法一：由得，，，因此解法二：平均電動勢，，，因此。（3）解法一：通過磁場過程中線框沿斜面勻速運(yùn)動了的距離，由能量守恒定律得：，。解法二：考點(diǎn)：導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢【名師點(diǎn)睛】碰到導(dǎo)軌類問題首先要畫出側(cè)視圖及其受力分析圖，然后列式求解；在求有關(guān)熱量問題時，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θ=30°，導(dǎo)軌電阻不計．磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=2T的勻強(qiáng)磁場垂直導(dǎo)軌平面對上，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=1Ω．兩金屬導(dǎo)軌的上端連接右端電路，燈泡電阻RL=4Ω，定值電阻R1=2Ω，電阻箱電阻R2=12Ω，重力加速度為g=10m/s2，現(xiàn)閉合開關(guān)，將金屬棒由靜止釋放，下滑距離為s0=50m時速度恰達(dá)成最大，試求：（1）金屬棒下滑的最大速度vm；（2）金屬棒由靜止開始下滑2s0的過程中整個電路產(chǎn)生的電熱Q．【答案】（1）30m/s（2）50J【解析】解：（1）由題意知，金屬棒勻速下滑時速度最大，設(shè)最大速度為vm，則有：mgsinθ=F安又F安=BIL，即得mgsinθ=BIL…①ab棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E=BLvm…②通過ab的感應(yīng)電流為I=…③回路的總電阻為R=r+R1+…④聯(lián)解代入數(shù)據(jù)得：vm=30m/s…⑤（2）由能量守恒定律有：mg?2s0sinθ=Q+…⑥聯(lián)解代入數(shù)據(jù)得：Q=50J…⑦答：（1）金屬棒下滑的最大速度vm是30m/s．（2）金屬棒由靜止開始下滑2s0的過程中整個電路產(chǎn)生的電熱Q是50J．【點(diǎn)評】本題對綜合應(yīng)用電路知識、電磁感應(yīng)知識和數(shù)學(xué)知識的能力規(guī)定較高，但是常規(guī)題，要得全分．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L=0．2m，長為2d，d=0．5m，上半段d導(dǎo)軌光滑，下半段d導(dǎo)軌的動摩擦因素為，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ=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，在粗糙的下半段始終做勻速運(yùn)動，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R=3Ω，導(dǎo)體棒的電阻為r=1Ω，其它部分的電阻均不計，重力加速度取g=10m/s2，求：（1）導(dǎo)體棒達(dá)成軌道底端時的速度大?。唬?）導(dǎo)體棒進(jìn)入粗糙軌道前，通過電阻R上的電量q；（3）整個運(yùn)動過程中，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：mgsinθ="μmgcos"θ+BILE=BLv解得：v=2m/s（2）進(jìn)入粗糙導(dǎo)軌前：解得：q=0．125C（3）由動能定理得：考點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律；物體的平衡；動能定理【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，都規(guī)定對的分析受力狀況，運(yùn)用平衡條件列方程，核心要對的推導(dǎo)出安培力與速度的關(guān)系式，分析出能量是如何轉(zhuǎn)化的．9．如圖所示，一傾角為θ=30°的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，彈簧的下端系一種質(zhì)量為m=1kg的小球，用一垂直于斜面的擋板A擋住小球，此時彈簧沒有發(fā)生形變，若擋板A以加速度a=4m/s2沿斜面對下勻加速運(yùn)動，彈簧與斜面始終保持平行，g取10m/s2．求：（1）從開始運(yùn)動到小球速度達(dá)最大時小球所發(fā)生位移的大小；（2）從開始運(yùn)動到小球與擋板分離時所經(jīng)歷的時間．【答案】（1）從開始運(yùn)動到小球速度達(dá)最大時小球所發(fā)生位移的大小是0.1m；（2）從開始運(yùn)動到小球與擋板分離時所經(jīng)歷的時間是0.1s【解析】（1）球和擋板分離后做加速度減小的加速運(yùn)動，當(dāng)加速度為零時，速度最大，此時物體所受合力為零．即kxm=mgsinθ，解得：．（2）設(shè)球與擋板分離時位移為s，經(jīng)歷的