高中物理相互作用专题训练答案及解析

高中物理相互作用专题训练答案及解析

一、高中物理精讲专题测试相互作用

1．如图所示，倾角为θ＝30°、宽度为d＝1 m、长为L＝4 m的光滑倾斜导轨，导轨

C1D1、C2D2顶端接有定值电阻R0＝15 Ω，倾斜导轨置于垂直导轨平面斜向上的匀强磁场中，磁感应强度为B＝5 T，C1A1、C2A2是长为s＝4.5 m的粗糙水平轨道，A1B1、A2B2是半径为R＝0.5 m处于竖直平面内的1/4光滑圆环(其中B1、B2为弹性挡板)，整个轨道对称．在导轨顶端垂直于导轨放一根质量为m＝2 kg、电阻不计的金属棒MN，当开关S闭合时，金属棒从倾斜轨道顶端静止释放，已知金属棒到达倾斜轨道底端前已达到最大速度，当金属棒刚滑到倾斜导轨底端时断开开关S，(不考虑金属棒MN经过C1、C2处和棒与

B1、B2处弹性挡板碰撞时的机械能损失，整个运动过程中金属棒始终保持水平，水平导轨与金属棒MN之间的动摩擦因数为μ＝0.1，g＝10 m/s2)．求：

(1)开关闭合时金属棒滑到倾斜轨道底端时的速度大小；

(2)金属棒MN在倾斜导轨上运动的过程中，电阻R0上产生的热量Q；

(3)已知金属棒会多次经过圆环最低点A1A2，求金属棒经过圆环最低点A1A2时对轨道压力的最小值．

【答案】（1）6m/s；（2）4J；（3）56N

【解析】

试题分析：（1）开关闭时，金属棒下滑时切割磁感线运动，产生感应电动势，产生感应电流，受到沿斜面向上的安培力，做加速度逐渐减小的加速运动，当加速度为0时，速度最大．根据牛顿第二定律和安培力与速度的关系式结合，求解即可．

（2）下滑过程中，重力势能减小，动能增加，内能增加，根据能量守恒求出整个电路产生的热量，从而求出电阻上产生的热量．

（3）由能量守恒定律求出金属棒第三次经过A1A2时速度，对金属棒进行受力分析，由牛顿定律求解．

（1）金属棒最大速度时,电动势,电流,安培力

金属棒最大速度时加速度为0，由牛顿第二定律得：

所以最大速度

（2）金属棒MN在倾斜导轨上运动的过程中，由能量守恒定律得：

代入数据，得

（3）金属棒第三次经过A1A2时速度为V A，由动能定理得：

金属棒第三次经过A1A2时，由牛顿第二定律得

由牛顿第三定律得，金属棒对轨道的压力大小

2．如图所示，质量为在足够长的木板A静止在水平地面上，其上表面水平，木板A与地面间的动摩擦因数为，一个质量为的小物块B（可视为质点）静止于A的左端，小物块B与木板A间的动摩擦因数为。现给小物块B一个水平向右的初速度，大小为。求：木板A与小物块B在整个运动过程中位移大小之比（最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力的大小，取）。

【答案】

【解析】试题分析：分别以A、B为研究对象，受力分析，木板和物块的加速度大小分别为，

由牛顿第二定律得：，，

假设经过秒A、B共速，共同速度设为，由匀变速直线运动的规律得：

，

解得：。

共速过程中，A的位移大小设为，B的位移大小设为，则，

，

解得：，。

假设共速之后，A、B一起向右匀减速运动，木板和物块间的静摩擦力大小为，木板和物块的加速度大小分别为，由牛顿第二定律得：，

解得：，假设成立，。

设共速之后至A、B均静止，A的位移设为，B的位移设为，则

。

整个过程中A的位移大小，B的位移大小

则。

考点：牛顿第二定律；匀变速直线运动的速度与时间的关系；匀变速直线运动的位移与时间的关系

【名师点睛】根据牛顿第二定律分别求出A、B的加速度，结合运动学公式求出速度相同时，A、B的位移大小，然后A、B保持相对静止，一起做匀减速运动，再根据速度位移公式求出一起匀减速运动的位移，从而得出A、B的总位移大小。

3．如图所示，轻绳绕过定滑轮，一端连接物块A ，另一端连接在滑环C 上，物块A 的下端用弹簧与放在地面上的物块B 连接，A 、B 两物块的质量均为m ，滑环C 的质量为M ，开始时绳连接滑环C 部分处于水平，绳刚好拉直且无弹力，滑轮到杆的距离为L ，控制滑块C ，使其沿杆缓慢下滑，当C 下滑L 时，释放滑环C ，结果滑环C 刚好处于静止，此时B 刚好要离开地面，不计一切摩擦，重力加速度为g ．

（1）求弹簧的劲度系数；

（2）若由静止释放滑环C ，求当物块B 刚好要离开地面时，滑环C 的速度大小． 【答案】（1）3mg k L =（255

42

gL 【解析】

试题分析：（1）设开始时弹簧的压缩量为x ，则kx=mg 设B 物块刚好要离开地面，弹簧的伸长量为x′，则 kx′=mg 因此mg x x k

'==

由几何关系得22162293

x L L L L =+

= 求得3

L

x = 得3mg

k L

=

（2）弹簧的劲度系数为k ，开始时弹簧的压缩量为13

mg L

x k == 当B 刚好要离开地面时，弹簧的伸长量23

mg L

x k == 因此A 上升的距离为1223L h x x =+= C 下滑的距离224()3

H L h L L =

+-=

根据机械能守恒2222

11(22MgH mgh m Mv H L -=

++

又2mgcos370=Mg

联立求得

(2)55

10

487542

M m gL

v gL

m M

-

==

+

考点：胡克定律；机械能守恒定律

【名师点睛】对于含有弹簧的问题，是高考的热点，要学会分析弹簧的状态，弹簧有三种状态：原长、伸长和压缩，含有弹簧的问题中求解距离时，都要根据几何知识研究所求距离与弹簧形变量的关系．

4．如图所示，m A=0.5kg，m B=0.1kg，两物体与地面间的动摩擦因数均为0.2，当大小为

F=5N水平拉力作用在物体A上时，求物体A的加速度。（忽略滑轮的质量以及滑轮和绳的，取g=10m/s2）

【答案】4m/s2

【解析】试题分析：对A由牛顿第二定律得

对B由牛顿第二定律得

根据题意有

解以上各式得

考点：牛顿第二定律

【名师点睛】此题是牛顿第二定律的应用问题；解题的关键是正确选择研究对象并且受力分析，根据牛顿第二定律列得方程，注意两个物体的加速度及拉力的关联关系.

5．如图所示，在一倾角为30°固定斜面上放一个质量为2kg的小物块，一轻绳跨过两个轻滑轮一端固定在墙壁上，一端连接在物块上，且物块上端轻绳与斜面平行，动滑轮下方悬挂质量为3kg的重物，整个装置处于静止状态。已知跨过动滑轮的轻绳夹角为60°，物块与

斜面的动摩擦因数为3

，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2。

求：

（1）斜面上物块所受的静摩擦力大小；

（2）若要使斜面上的物块滑动，动滑轮下悬挂重物的质量应该满足什么条件？

【答案】（1）310)N（2）

223kg

m'>【解析】