高中物理相互作用试题(有答案和解析)

高中物理相互作用试题(有答案和解析)

一、高中物理精讲专题测试相互作用

1．如图所示，两个正三棱柱A、B紧靠着静止于水平地面上，三棱柱的中间有一个半径为R的光滑圆柱C，C的质量为2m，A、B的质量均为m.A、B与地面的动摩擦因数为μ.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g.

(1)三者均静止时A对C的支持力为多大？

(2)A、B若能保持不动，μ应该满足什么条件？

(3)若C受到经过其轴线竖直向下的外力而缓慢下降到地面，求该过程中摩擦力对A做的功

【答案】(1) F N＝2mg. (2)μ≥3

. (3)－

3μ

-

.

【解析】

【分析】

（1）对C进行受力分析，根据平衡求解A对C的支持力；

（2）A保持静止，则地面对A的最大静摩擦力要大于等于C对A的压力在水平方向的分力，据此求得动摩擦因数μ应该满足的条件；

（3）C缓慢下落同时A、B也缓慢且对称地向左右分开，A受力平衡，根据平衡条件求解滑动摩擦力大小，根据几何关系得到A运动的位移，再根据功的计算公式求解摩擦力做的功．

【详解】

(1) C受力平衡，2F N cos60°＝2mg

解得F N＝2mg

(2) 如图所示，A受力平衡F地＝F N cos60°＋mg＝2mg

f＝F N sin60°＝3mg

因为f≤μF地，所以μ≥

3

(3) C缓慢下降的同时A、B也缓慢且对称地向左右分开．A的受力依然为4个，如图所图，但除了重力之外的其他力的大小发生改变，f也成了滑动摩擦力．

A受力平衡知F′地＝F′N cos60°＋mg

f′＝F′N sin60°＝μF′地

解得f′＝

33mg

μμ

- 即要求3－μ>0，与本题第(2)问不矛盾．

由几何关系知：当C 下落地地面时，A 向左移动的水平距离为x ＝

3R 所以摩擦力的功W ＝－f′x ＝－3μ

- 【点睛】

本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答．

2．如图所示，质量为m 的物体放在一固定斜面上，当斜面倾角为30°时恰能沿斜面匀速下滑．对物体施加一大小为F 、方向水平向右的恒力，物体可沿斜面匀速向上滑行．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当斜面倾角增大并超过某一临界角θ0时，不论水平恒力F 多大，都不能使物体沿斜面向上滑行，试求：

(1)物体与斜面间的动摩擦因数； (2)这一临界角θ0的大小． 【答案】（13

2）60° 【解析】

试题分析：（1）斜面倾角为30°时，物体恰能匀速下滑，满足sin 30cos30mg mg μ︒=︒ 解得3μ=

（2）设斜面倾角为α，由匀速直线运动的条件：cos sin f F mg F αα=+

cos sin N F mg F αα=+，f N F F μ=

解得：sin cos cos sin mg mg F αμα

αμα

+=

-

当cos sin 0αμα-=，即cot αμ=时，F→∞，

即“不论水平恒力F 多大”，都不能使物体沿斜面向上滑行此时，临界角060θα==︒ 考点：考查了共点力平衡条件的应用

【名师点睛】本题是力平衡问题，关键是分析物体的受力情况，根据平衡条件并结合正交分解法列方程求解．利用正交分解方法解体的一般步骤：①明确研究对象；②进行受力分析；③建立直角坐标系，建立坐标系的原则是让尽可能多的力落在坐标轴上，将不在坐

标轴上的力正交分解；

④x 方向，y 方向分别列平衡方程求解．

3．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V 1=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）1

3

（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22

212v v ax -=，解得木箱从B 到C 的位移x=0.6m ，

2112

0.12.5

v v t s s a --=

==- （3）木箱沿斜面上滑的加速度21sin 37cos378/mg mg a m s m

μ︒+︒

=

=

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113

μ=

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．

4．如图所示，粗糙水平地面上放置一个截面为半圆的柱状物体A ，A 与墙之间再放一光滑