高考物理相互作用真题汇编(含答案)及解析

高考物理相互作用真题汇编(含答案)及解析一、高中物理精讲专题测试相互作用1．如图所示,质量的木块A套在水平杆上,并用轻绳将木块与质量的小球B相连.今用跟水平方向成角的力,拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中M、m相对位置保持不变,取.求:(1)运动过程中轻绳与水平方向夹角;(2)木块与水平杆间的动摩擦因数为.(3)当为多大时,使球和木块一起向右匀速运动的拉力最小?【答案】（1）30°（2）μ=（3）α=arctan．【解析】【详解】（1）对小球B进行受力分析，设细绳对N的拉力为T由平衡条件可得：Fcos30°=TcosθFsin30°+Tsinθ=mg代入数据解得：T=10，tanθ=，即：θ=30°（2）对M进行受力分析，由平衡条件有F N=Tsinθ+Mgf=Tcosθf=μF N解得：μ＝（3）对M、N整体进行受力分析，由平衡条件有：F N+Fsinα=（M+m）gf=Fcosα=μF N联立得：Fcosα=μ（M+m）g-μFsinα解得：F＝令：sinβ＝，cosβ=，即：tanβ=则：所以：当α+β=90°时F有最小值．所以：tanα=μ=时F的值最小．即：α=arctan【点睛】本题为平衡条件的应用问题，选择好合适的研究对象受力分析后应用平衡条件求解即可，难点在于研究对象的选择和应用数学方法讨论拉力F的最小值，难度不小，需要细细品味．2．如图所示，A、B都是重物，A被绕过小滑轮P的细线悬挂，B放在粗糙的水平桌面上，滑轮P被一根斜短线系于天花板上的O点，O′是三根细线的结点，细线bO′水平拉着物体B，cO′沿竖直方向拉着弹簧．弹簧、细线、小滑轮的重力不计，细线与滑轮之间的摩擦力可忽略，整个装置处于静止状态．若重物A的质量为2kg，弹簧的伸长量为5cm，∠cO′a=120°，重力加速度g取10m/s2，求：（1）桌面对物体B的摩擦力为多少？（2）弹簧的劲度系数为多少？（3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力F的大小和方向？【答案】（1）103N（2）200N/m（3）203N，方向在O′a与竖直方向夹角的角平分线上.【解析】【分析】（1）对结点O′受力分析，根据共点力平衡求出弹簧的弹力和bO′绳的拉力，通过B平衡求出桌面对B的摩擦力大小．（2）根据胡克定律求弹簧的劲度系数．（3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力F与滑轮两侧绳子拉力的合力等大反向．【详解】（1）重物A的质量为2kg，则O′a绳上的拉力为 F O′a=G A=20N对结点O′受力分析，如图所示，根据平行四边形定则得：水平绳上的力为：F ob=F O′a sin60°=103N物体B静止，由平衡条件可得，桌面对物体B的摩擦力 f=F ob=103N（2）弹簧的拉力大小为 F弹=F O′a cos60°=10N．根据胡克定律得 F弹=kx得 k=Fx弹=100.05=200N/m（3）悬挂小滑轮的斜线中的拉力F与滑轮两侧绳子拉力的合力等大反向，则悬挂小滑轮的斜线中的拉力F的大小为：F=2F O′a cos30°=2×20×32N=203N方向在O′a与竖直方向夹角的角平分线上3．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．4．（18分）如图所示，金属导轨MNC和PQD，MN与PQ平行且间距为L，所在平面与水平面夹角为α，N、Q连线与MN垂直，M、P间接有阻值为R的电阻；光滑直导轨NC和QD在同一水平面内，与NQ的夹角都为锐角θ。

均匀金属棒ab和ef质量均为m，长均为L，ab棒初始位置在水平导轨上与NQ重合；ef棒垂直放在倾斜导轨上，与导轨间的动摩擦因数为μ（μ较小），由导轨上的小立柱1和2阻挡而静止。

空间有方向竖直的匀强磁场（图中未画出）。

两金属棒与导轨保持良好接触。

不计所有导轨和ab棒的电阻，ef 棒的阻值为R，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，忽略感应电流产生的磁场，重力加速度为g。

（1）若磁感应强度大小为B，给ab棒一个垂直于NQ、水平向右的速度v1，在水平导轨上沿运动方向滑行一段距离后停止，ef棒始终静止，求此过程ef棒上产生的热量；（2）在（1）问过程中，ab棒滑行距离为d，求通过ab棒某横截面的电荷量；（3）若ab棒以垂直于NQ的速度v2在水平导轨上向右匀速运动，并在NQ位置时取走小立柱1和2，且运动过程中ef棒始终静止。

求此状态下最强磁场的磁感应强度及此磁场下ab棒运动的最大距离。

【答案】（1）Q ef＝；（2）q＝；（3）B m＝，方向竖直向上或竖直向下均可，x m＝【解析】解：（1）设ab棒的初动能为E k，ef棒和电阻R在此过程产生热量分别为Q和Q1，有Q+Q1=E k①且Q=Q1 ②由题意 E k=③得 Q=④（2）设在题设的过程中，ab棒滑行的时间为△t，扫过的导轨间的面积为△S，通过△S的磁通量为△Φ，ab棒产生的电动势为E，ab棒中的电流为I，通过ab棒某截面的电荷量为q，则E=⑤且△Φ=B△S ⑥电流 I=⑦又有 I=⑧由图所示，△S=d（L﹣dcotθ）⑨联立⑤～⑨，解得：q=（10）（3）ab棒滑行距离为x时，ab棒在导轨间的棒长L x为：L x=L﹣2xcotθ （11）此时，ab棒产生的电动势E x为：E=Bv2L x （12）流过ef棒的电流I x为 I x=（13）ef棒所受安培力F x为 F x=BI x L （14）联立（11）～（14），解得：F x=（15）有（15）式可得，F x在x=0和B为最大值B m时有最大值F1．由题意知，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为最大值的受力分析如图所示，图中f m为最大静摩擦力，有：F1cosα=mgsinα+μ（mgcosα+F1sinα）（16）联立（15）（16），得：B m=（17）B m就是题目所求最强磁场的磁感应强度大小，该磁场方向可竖直向上，也可竖直向下．有（15）式可知，B为B m时，F x随x增大而减小，x为最大x m时，F x为最小值，如图可知F2cosα++μ（mgcosα+F2sinα）=mgsinα （18）联立（15）（17）（18），得x m=答：（1）ef棒上产生的热量为；（2）通过ab棒某横截面的电量为．（3）此状态下最强磁场的磁感应强度是，磁场下ab棒运动的最大距离是．【点评】本题是对法拉第电磁感应定律的考查，解决本题的关键是分析清楚棒的受力的情况，找出磁感应强度的关系式是本题的重点．5．随着摩天大楼高度的增加,钢索电梯的制造难度越来越大。

利用直流电机模式获得电磁驱动力的磁动力电梯研发成功。

磁动力电梯的轿厢上安装了永久磁铁,电梯的井壁上铺设了电线圈。

这些线圈采取了分段式相继通电，生成一个移动的磁场,从而带动电梯上升或者下降。

工作原理可简化为如下情景。

如图所示，竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道，轨道间有垂直轨道平面、方向相反的匀强磁场，磁感应强度均为；电梯轿厢固定在如图所示的一个匝金属框内（电梯轿厢在图中未画出），并且与之绝缘，金属框的边长为，两磁场的竖直宽度与金属框边的长度相同且均为，金属框整个回路的总电阻为；电梯所受阻力大小恒为；电梯空载时的总质量为。

已知重力加速度为。

（1）两磁场以速度竖直向上做匀速运动，电梯在图示位置由静止启动的瞬间，金属线框内感应电流的大小和方向；（2）两磁场以速度竖直向上做匀速运动，来启动处于静止状态的电梯，运载乘客的总质量应满足什么条件；（3）两磁场以速度竖直向上做匀速运动，启动处于静止状态下空载的电梯，最后电梯以某一速度做匀速运动，求在电梯匀速运动的过程中，外界在单位时间内提供的总能量。

【答案】（1）；方向为逆时针方向。

（2）（3）【解析】（1）根据法拉第电磁感应定律①由闭合电路欧姆定律②由①②式得③根据楞次定律可知，电流的方向为逆时针方向。

（2）设电梯运载乘客的总质量为，根据平衡条件④根据安培力公式⑤由③④⑤式得⑥电梯运载乘客的总质量应满足（3）设电梯匀速运动的速度为，在电梯匀速运动的过程中，外界在单位时间内提供的总能量为⑦在电梯匀速运动过程中，根据法拉第电磁感应定律⑧由闭合电路欧姆定律⑨由平衡条件得⑩根据安培力公式 (11)由⑦⑧⑨⑩(11)式得点睛：本题是理论联系实际的问题，与磁悬浮列车模型类似，关键要注意磁场运动，线框相对于磁场向下运动，而且上下两边都切割磁感线，产生两个电动势，两个边都受安培力．6．如图所示，置于水平面上的木箱的质量为m=3.8kg，它与水平面间的动摩擦因数μ=0.25，在与水平方向成37°角的拉力F的恒力作用下从A点向B点做速度V1=2.0m／s匀速直线运动．（cos37°=0.8，sin37°=0.6，g取10N/kg）（1）求水平力F的大小；（2）当木箱运动到B点时，撤去力F，木箱在水平面做匀减速直线运动，加速度大小为2.5m/s 2，到达斜面底端C 时速度大小为v 2=1m/s ，求木箱从B 到C 的位移x 和时间t ； （3）木箱到达斜面底端后冲上斜面，斜面质量M=5.32kg ，斜面的倾角为37°．木箱与斜面的动摩擦因数μ=0.25，要使斜面在地面上保持静止．求斜面与地面的摩擦因数至少多大．、【答案】（1）10N （2）0.4s 0.6m （3）13（答0.33也得分） 【解析】（1）由平衡知识：对木箱水平方向cos F f θ=，竖直方向：sin N F F mg θ+= 且N f F μ=， 解得F=10N（2）由22212v v ax -=，解得木箱从B 到C 的位移x=0.6m ，21120.12.5v v t s s a --===- （3）木箱沿斜面上滑的加速度21sin 37cos378/mg mg a m s mμ︒+︒==对木箱和斜面的整体，水平方向11cos37f ma =︒竖直方向：()1sin37N M m g F ma +-=︒，其中11N f F μ=，解得113μ=点睛：本题是力平衡问题，关键是灵活选择研究对象进行受力分析，根据平衡条件列式求解．求解平衡问题关键在于对物体正确的受力分析，不能多力，也不能少力，对于三力平衡，如果是特殊角度，一般采用力的合成、分解法，对于非特殊角，可采用相似三角形法求解，对于多力平衡，一般采用正交分解法．7．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）sinmglkα∆=（2）2sin4l mgkα+（3）2(4sin)cos44cos sinkl mgMg mg klααμαα+≥+-【解析】（1）设物块处于平衡位置时弹簧的伸长量为Δl，则sin0mg k lα-∆=解得sinmglkα∆=（2）物块做简谐运动的振幅为sin44l mg lA lkα=∆+=+由简谐运动的对称性可知，弹簧的最大伸长量为:max2sin4l mgl A lkα∆=+∆=+（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 sin0F f Nαα--=；在竖直方向上有：21sin cos0N F N Mgαα---=又()F k x l=+∆，1cosN mgα=联立可得cosf kxα=，2sinN Mg mg kxα=++为使斜面始终处于静止状态，结合牛顿第三定律，应满足2f Nμ≤所以2cossinf k xN Mg mg kxαμα≥=++因-A≤x≤A，所以当-A时，上式右端达到最大值，于是有()24sin cos44cos sinkl mgMg mg klααμαα+≥+-【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 cos 44cos 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.8．在建筑装修中，工人用质量为4.0 kg 的磨石对水平地面和斜壁进行打磨，已知磨石与水平地面、斜壁之间的动摩擦因数μ相同，g 取10 m/s 2．（1）当磨石受到水平方向的推力F 1=20N 打磨水平地面时，恰好做匀速直线运动，求动摩擦因数μ；（2）若用磨石对θ=370的斜壁进行打磨（如图所示），当对磨石施加竖直向上的推力F 2=60N 时，求磨石从静止开始沿斜壁向上运动0.8 m 所需的时间（斜壁足够长,sin370=0.6，cos370=0.8）．【答案】（1）（2）0．8s’【解析】（1）磨石在水平地面上恰好做匀速直线运动1F mg μ=，解得0.5μ=（2）磨石与斜壁间的正压力()2sin N F F mg θ=- 根据牛顿第二定律有2)cos N F mg F ma θμ--=（ 解得22.5m /s a =根据匀变速直线运动规律212x at =解得20.8sxta==9．如图所示，让摆球从图中的C位置由静止开始摆下，摆到最低点D处，摆线刚好被拉断，小球在粗糙的水平面上由D点向右做匀减速运动，达到A孔进入半径R=0.3m的竖直放置的光滑圆弧轨道，当摆球进入圆轨道立即关闭A孔。