高考物理高考物理相互作用常见题型及答题技巧及练习题(含答案)

高考物理高考物理相互作用常见题型及答题技巧及练习题(含答案)
一、高中物理精讲专题测试相互作用
1．如图所示，斜面倾角为θ=37°，一质量为m=7kg的木块恰能沿斜面匀速下滑，
（sin37°=0.6,cos37°=0.8，g=10m/s2）
（1）物体受到的摩擦力大小
（2）物体和斜面间的动摩擦因数？
（3）若用一水平恒力F作用于木块上，使之沿斜面向上做匀速运动，此恒力F的大小．
【答案】（1）42N（2）0.75（3）240N
【解析】
【分析】
【详解】
(1)不受推力时匀速下滑，物体受重力，支持力，摩擦力，
沿运动方向有：
mg sinθ-f=0
所以：
f=mg sinθ=7×10×sin37°=42N
(2)又：
f=μmg cosθ
解得：
μ=tanθ=0.75
(3)受推力后仍匀速运动则：
沿斜面方向有：
F cosθ-mg sinθ-μF N=0
垂直斜面方向有：
F N-mg cosθ-F sinθ=0
解得：
F=240N
【点睛】
本题主要是解决摩擦因数，依据题目的提示，其在不受推力时能匀速运动，由此就可以得
到摩擦因数μ=tanθ．
2．如图所示，竖直轻弹簧B的下端固定于水平面上，上端与A连接，开始时A静止。

A 的质量为m＝2kg，弹簧B的劲度系数为k1＝200N/m。

用细绳跨过定滑轮将物体A与另一根劲度系数为k2的轻弹簧C连接，当弹簧C处在水平位置且未发生形变时，其右端点位于a位置，此时A上端轻绳恰好竖直伸直。

将弹簧C的右端点沿水平方向缓慢拉到b位置
时，弹簧B对物体A的拉力大小恰好等于A的重力。

已知ab＝60cm，求：
（1）当弹簧C处在水平位置且未发生形变时，弹簧B的形变量的大小；
（2）该过程中物体A上升的高度及轻弹簧C的劲度系数k2。

【答案】（1）10cm；（2）100N/m。

【解析】
【详解】
（1）弹簧C处于水平位置且没有发生形变时，A处于静止，弹簧B处于压缩状态；
根据胡克定律有：k1x1＝mg
代入数据解得：x1＝10cm
（2）当ab＝60cm时，弹簧B处于伸长状态，根据胡克定律有：
k1x2＝mg
代入数据求得：x2＝10cm
故A上升高度为：h＝x1+x2＝20cm
由几何关系可得弹簧C的伸长量为：x3＝ab﹣x1﹣x2＝40cm
根据平衡条件与胡克定律有：
mg+k1x2＝k2x3
解得k2＝100N/m
3．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
4．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．
5．如图所示，一倾角为θ=30°的光滑足够长斜面固定在水平面上，其顶端固定一劲度系数为k=50N/m的轻质弹簧，弹簧的下端系一个质量为m=1kg的小球，用一垂直于斜面的挡板A挡住小球，此时弹簧没有发生形变，若挡板A以加速度a=4m/s2沿斜面向下匀加速运动，弹簧与斜面始终保持平行，g取10m/s2．求：
（1）从开始运动到小球速度达最大时小球所发生位移的大小；
（2）从开始运动到小球与挡板分离时所经历的时间．
【答案】（1）从开始运动到小球速度达最大时小球所发生位移的大小是0.1m；
（2）从开始运动到小球与挡板分离时所经历的时间是0.1s
【解析】
（1）球和挡板分离后做加速度减小的加速运动，当加速度为零时，速度最大，此时物体所受合力为零．即 kx m=mgsinθ，
解得：．
（2）设球与挡板分离时位移为s，经历的时间为t，
从开始运动到分离的过程中，m受竖直向下的重力，垂直斜面向上的支持力F N，沿斜面向上的挡板支持力F1和弹簧弹力F．
根据牛顿第二定律有：mgsinθ-F-F1=ma，
F=kx．
随着x的增大，F增大，F1减小，保持a不变，
当m与挡板分离时，F1减小到零，则有：
mgsinθ-kx=ma，
又 x= at2
联立解得：mgsinθ-k•at2=ma，
所以经历的时间为：．
点睛：本题分析清楚物体运动过程，抓住物体与挡板分离时的条件：小球与挡板间的弹力为零是解题的前提与关键，应用牛顿第二定律与运动学公式可以解题。

6．如图所示，物体，物体，A与B．B与地面的动摩擦因数相同，物体B用细绳系住，现在用水平力F拉物体A，求这个水平力F至少要多大才能
将A匀速拉出？
【答案】
【解析】试题分析：物体B对A压力，AB间的滑动摩擦力
，地面对A的支持力，因此A受地面的摩擦力：，以A物体为研究对象，其受力情况如图所示：
由平衡条件得：。

考点：共点力作用下物体平衡
【名师点睛】本题考查应用平衡条件处理问题的能力，要注意A对地面的压力并不等于A 的重力，而等于A.B的总重力。

7．如图所示，固定在水平地面上的斜面倾角为30°，物块A与斜面间的动摩擦因数为
3
，轻绳一端通过两个滑轮与物块A相连，另一端固定于天花板上，不计轻绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量。

已知物块A的质量为m，连接物块A的轻绳与斜面平行，挂上物块B 后，滑轮两边轻绳的夹角为90°，物块A、B都保持静止，重力加速度为g，假定最大静摩
擦力等于滑动摩擦力，已知：sin30°= 1
2
，cos30°=
3
，sin45°=
2
，cos45°=
2。

(1)若挂上物块B后，物块A恰好不受摩擦力作用，求轻绳的拉力F拉的大小；
(2)若物块B的质量为
2
3
m，求物块A受到的摩擦力的大小和方向；
(3)为保持物块A处于静止状态，求物块B的质量范围。

【答案】(1)12拉=F mg ；(2)16f mg =，沿斜面向上；(3)27288
B m m m ≤≤。

【解析】 【详解】
(1)由滑轮相连轻绳的拉力处处相等，对物块A 受力分析，A 恰好不受摩擦力作用有： 沿斜面方向：
sin 300F mg -︒=拉，
解得：
1
sin 302
F mg mg =︒=拉；
(2)对物块B 受力分析如图：
竖直方向：
2cos 450B T m g ︒-=，
已知2
=
3
B m m ，解得： 1
3
T mg =，
在对物块A 进行受力分析如图：
因为1
sin 303
T mg mg =
<︒，A 有向下运动的趋势，故A 受到的静摩擦力f 沿斜面向上。

沿斜面方向：
sin300T f mg +-︒=，
解得A 受到的静摩擦力大小为
1
6
f m
g =；
(3)设物块A 刚好要沿斜面向上滑动时，物块B 的质量最大为M 1，此时对物块A 、B 进行受力分析如图：
沿斜面向上：
sin300T mg f -︒-=，
垂直斜面方向：
cos300N mg -︒=，
且f N μ=，联立解得
1337sin 30cos302
8
T mg mg mg mg mg μ=︒+︒=
+⨯= 此时B 竖直方向：
12cos 450T M g ︒-=，
代入数据解得
17222cos 4572828
mg T M m g g ⨯⨯
︒==
=； 设物块A 刚好要沿斜面向下滑动时，物块B 的质量最小为M 2，此时对物块A 、B 进行受力分析如图：
sin300T f mg +-︒=
垂直斜面方向：
cos300N mg -︒=，
且f N μ=，联立解得
1331
sin 30cos3028
T mg mg mg mg μ=︒-︒=
=， 此时B 竖直方向：
12cos 450T M g ︒-=，
代入数据解得
1
12
2
2cos45
2
82
mg
T
M m
g g
⨯⨯
︒
===，
所以为保持物块A处于静止状态，求物块B的质量范围为：
272
B
m m m
≤≤。

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°=15N
F2===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：F2′=F2=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．足够长的光滑细杆竖直固定在地面上，轻弹簧及小球A、B均套在细杆上，弹簧下端固定在地面上，上端和质量为m1=50g的小球A相连，质量为m2=30g的小球B放置在小球A 上，此时A、B均处于静止状态，弹簧的压缩量x0=0.16m，如图所示。

从t=0时开始，对
小球B 施加竖直向上的外力，使小球B 始终沿杆向上做匀加速直线运动。

经过一段时间后A 、B 两球分离；再经过同样长的时间，B 球距其出发点的距离恰好也为x 0。

弹簧的形变始终在弹性限度内，重力加速度取g=10m/s 2。

求：
(1)弹簧的劲度系数k ；
(2)整个过程中小球B 加速度a 的大小及外力F 的最大值。

【答案】(1)5N/m ；(2)2m/s 2，0.36N 【解析】 【详解】
(1)根据共点力平衡条件和胡克定律得：()120m m g kx += 解得：5/k N m =；
(2)设经过时间t 小球A 、B 分离，此时弹簧的压缩量为0x ， 对小球A ：
11kx m g m a -=
2012
x x at -=
小球B ：
()20122
x a t =
当B 与A 相互作用力为零时F 最大 对小球B ：
22F m g m a -=
解得：22/a m s = ，0.36F N =
10．如图甲所示，质量为m=lkg 的物体置于倾角为θ=370
固定斜面上（斜面足够长），对物体施以平行于斜面向上的拉力F ，t 1=1s 时撤去拉力，物体运动的部分v-t 图像如图乙，
试求：
（1）物体与斜面间的滑动摩擦因数； （2）第ls 内拉力F 的平均功率； （3）物体返回原处的时间．
【答案】（1）0．5（2）300W （3）330s + 【解析】
试题分析：（1）设力F 作用时物体的加速度为a 1，对物体进行受力分析，由牛顿第二定律可知F-mgsinθ-μmgcosθ=ma 1
撤去力去，由牛顿第二定律有mgsinθ+μmgcosθ=ma 2 根据图象可知：a 1＝20m/s 2
，a 2＝10m/s 2
代入解得F=30N μ=0．5
（2）第ls 内拉力F 的平均功率120130300222
a t v P F F W W ⨯===⨯= （3）滑时的位移m x x x 3021=+= 下滑时3cos sin ma mg mg =-θμθ
s t at x 302
132
3=⇒=
故s t 303+=
考点：牛顿第二定律的应用；功率。