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时间:2020-12-20
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1、高中物理相互作用模拟试题及解析一、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°=T
2、cosθFsin30°+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FN=Tsinθ+Mgf=Tcosθf=μFN解得:μ=(3)对M、N整体进行受力分析,由平衡条件有:FN+Fsinα=(M+m)gf=Fcosα=NμF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
3、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.(18分)如图所示,金属导轨水平面夹角为α,N、Q连线与MNMNC和垂直,PQD,MN与PQ平行且间距为L,所在平面与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
4、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,给沿运动方向滑行一段距离后停止,ab棒一个垂直于NQ、水平向右的速度v1,在水平导轨上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
5、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)Qef=;(2)q=;(3)Bm=,方向竖直向上或竖直向下均可,xm=【解析】解:(1)设ab棒的初动能为Ek,ef棒和电阻R在此过程产生热量分别为Q和Q1,有Q+Q1=Ek①且Q=Q1②由题意Ek=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△S⑥电流I=⑦又有I=⑧由图所示,△S=d(
6、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Lx为:Lx=L﹣2xcotθ(11)此时,ab棒产生的电动势Ex为:E=Bv2Lx(12)流过ef棒的电流Ixx(13)为I=ef棒所受安培力F为F=BIL(14)xxx联立(11)~(14),解得:Fx=(15)有(15)式可得,Fx在x=0和B为最大值m时有最大值1.BF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fm为最大静摩擦力,有:Fcosα=mgsinα(
7、+mgcosμα+Fsinα)(16)11联立(15)(16),得:Bm=(17)Bm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Bm时,Fx随x增大而减小,x为最大xm时,Fx为最小值,如图可知F2cosα++(μmgcosα+F2sinα)=mgsinα(18)联立(15)(17)(18),得xm=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
8、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.3.如图所示,质量均为M的A、B两滑块放在粗糙水平面上,滑块与粗糙水平面间的动摩擦因数为,,杆与水平面间的两轻杆等长,且杆长为L,杆与滑块、杆与杆间均用光滑铰链连接夹角为,在两
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