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正文內(nèi)容

高中物理常見的物理模型及分析(編輯修改稿)

2025-05-01 02:37 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 誤、B正確.小球做簡諧運(yùn)動的過程中彈簧彈力和電場力都做功,機(jī)械能不守恒,動能、彈性勢能、電勢能的總和保持不變,選項(xiàng)D正確.[答案] BD8.如圖所示,將質(zhì)量為m的滑塊放在傾角為θ的固定斜面上.滑塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)為μ.若滑塊與斜面之間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力大小相等,重力加速度為g,則[2009年高考北京理綜卷](  )A.將滑塊由靜止釋放,如果μ>tan θ,滑塊將下滑B.給滑塊沿斜面向下的初速度,如果μ<tan θ,滑塊將減速下滑C.用平行于斜面向上的力拉滑塊向上勻速滑動,如果μ=tan θ,則拉力大小應(yīng)是2mgsin θD.用平行于斜面向下的力拉滑塊向下勻速滑動,如果μ=tan θ,則拉力大小應(yīng)是mgsin θ【解析】對于靜止置于斜面上的滑塊,可沿斜面下滑的條件為mgsin θ>μmgcos θ;同理,當(dāng)mgsin θ<μmgcos θ時(shí),具有初速度下滑的滑塊將做減速運(yùn)動,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;當(dāng)μ=tan θ 時(shí),滑塊與斜面之間的動摩擦力f=mgsin θ,由平衡條件知,使滑塊勻速上滑的拉力F=2mgsin θ,選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤.[答案] C9.國產(chǎn)“水刀”——超高壓數(shù)控萬能水切割機(jī),以其神奇的切割性能在北京國際展覽中心舉行的第五屆國際機(jī)床展覽會上引起轟動,它能切割40 mm厚的鋼板、50 mm厚的大理石等材料.將普通的水加壓, mm的噴嘴中以800 m/s~1000 m/s的速度射出,這種水射流就是“水刀”.我們知道,任何材料承受的壓強(qiáng)都有一定限度,下表列出了一些材料所能承受的壓強(qiáng)的限度.A.橡膠5107 PaB.花崗石108 Pa~108 PaC.鑄鐵108 PaD.工具鋼108 Pa設(shè)想一“水刀”的水射流橫截面積為S,垂直入射的速度 v=800 m/s,水射流與材料接觸后,速度為零,且不附著在材料上,水的密度ρ=1103 kg/m3,則此水刀不能切割上述材料中的(  )【解析】以射到材料上的水量Δm為研究對象,以其運(yùn)動方向?yàn)檎较?,由動量定理得:-pSΔt=-ρSvΔtv得:p=ρv2=108 Pa由表中數(shù)據(jù)可知:此“水刀”不能切割材料C和D.[答案] CD10.如圖甲所示,質(zhì)量為2m的長木板靜止地放在光滑的水平面上,另一質(zhì)量為m的小鉛塊(可視為質(zhì)點(diǎn))以水平速度v0滑上木板的左端,恰能滑至木板的右端且與木板保持相對靜止,鉛塊在運(yùn)動過程中所受到的摩擦力始終不變.若將木板分成長度與質(zhì)量均相等(即m1=m2=m)的兩段2后,將它們緊挨著放在同一水平面上,讓小鉛塊以相同的初速度v0由木板1的左端開始運(yùn)動,如圖乙所示,則下列說法正確的是(  )A.小鉛塊滑到木板2的右端前就與之保持相對靜止B.小鉛塊滑到木板2的右端后與之保持相對靜止C.甲、乙兩圖所示的過程中產(chǎn)生的熱量相等D.圖甲所示的過程產(chǎn)生的熱量大于圖乙所示的過程產(chǎn)生的熱量【解析】長木板分兩段前,鉛塊和木板的最終速度為:vt==v0且有Q=fL=mv02-3m()2=mv02長木板分兩段后,可定量計(jì)算出木板2和鉛塊的最終速度,從而可比較摩擦生熱和相對滑動的距離;也可用圖象法定性分析(如圖丙所示)比較得到小鉛塊到達(dá)右端之前已與木板2保持相對靜止,故圖甲所示的過程產(chǎn)生的熱量大于圖乙所示的過程產(chǎn)生的熱量.丙[答案] AD二、非選擇題(共60分)11.(5分)圖示為伏安法測電阻的部分電路,電路其他部分不變,當(dāng)開關(guān)S接a點(diǎn)時(shí),電壓表的示數(shù)U1=11 V,電流表的示數(shù)I1= A;當(dāng)開關(guān)S接b點(diǎn)時(shí),U2=12 V,I2= A.那么,為了提高測量的準(zhǔn)確性,開關(guān)S應(yīng)接______點(diǎn)(填“a”或“b”),Rx的測量值為________Ω.[答案] b (2分) 80 (3分)12.(10分)如圖所示,光滑水平軌道與光滑圓弧軌道相切,輕彈簧的一端固定在水平軌道的左端,OP是可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動的輕桿,且擺到某處就能停在該處;另有一小鋼球.現(xiàn)在利用這些器材測定彈簧被壓縮時(shí)的彈性勢能.(1)還需要的器材是________、________.(2)以上測量實(shí)際上是把對彈性勢能的測量轉(zhuǎn)化為對________能的測量,需要直接測量________和________.(3)為了研究彈簧的彈性勢能與勁度系數(shù)和形變量間的關(guān)系,除以上器材外,還準(zhǔn)備了幾個(gè)輕彈簧,所有彈簧的勁度系數(shù)均不相同.試設(shè)計(jì)記錄數(shù)據(jù)的表格.[答案] (1)天平 刻度尺 (每空1分)(2)重力勢 質(zhì)量 上升高度 (每空1分)(3)設(shè)計(jì)表格如下 (5分)小球的質(zhì)量m=________kg,彈簧A壓縮量x(m)上升高度h(m)E=mgh(J)壓縮量x=________cm,小球的質(zhì)量m=________kg彈簧ABC勁度系數(shù)k(N/m)上升高度h(m)E=mgh(J)13.(10分)如圖所示,一勁度系數(shù)k=800 N/m的輕彈簧的兩端各焊接著兩個(gè)質(zhì)量均為m=12 kg的物體A、B,A、B和輕彈簧靜止豎立在水平地面上.現(xiàn)加一豎直向上的力F在上面的物體A上,使物體A開始向上做勻加速運(yùn)動, s物體B剛要離開地面,設(shè)整個(gè)過程中彈簧都處于彈性限度內(nèi),取g=10 m/s2.求:(1)此過程中所加外力F的最大值和最小值.(2)此過程中外力F所做的功.【解析】(1)A原來靜止時(shí)有:kx1=mg (1分)當(dāng)物體A剛開始做勻加速運(yùn)動時(shí),拉力F最小,設(shè)為F1.對物體A有:F1+kx1-mg=ma (1分)當(dāng)物體B剛要離開地面時(shí),拉力F最大,設(shè)為F2.對物體A有:F2-kx2-mg=ma (1分)對物體B有:kx2=mg (1分)對物體A有:x1+x2=at2 (1分)解得:a= m/s2聯(lián)立解得:F1=45 N (1分),F(xiàn)2=285 N. (1分)(2) s內(nèi),初末狀態(tài)的彈性勢能相等 (1分)由功能關(guān)系得:WF=mg(x1+x2)+m(at)2= J. (2分)[答案] (1)285 N 45 N (2) J14.(12分)如圖甲所示,傾角為θ、足夠長的兩光滑金屬導(dǎo)軌位于同一傾斜的平面內(nèi),導(dǎo)軌間距為l,與電阻RR2及電容器相連,電阻RR2的阻值均為R,電容器的電容為C,空間存在方向垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一個(gè)質(zhì)量為m、阻值也為R、長度為l的導(dǎo)體棒MN垂直于導(dǎo)軌放置,將其由靜止釋放,下滑距離s時(shí)導(dǎo)體棒達(dá)到最大速度,這一過程中整個(gè)回路產(chǎn)生的焦耳熱為Q,則:甲(1)導(dǎo)體棒穩(wěn)定下滑的最大速度為多少?(2)導(dǎo)體棒從釋放開始到穩(wěn)定下滑的過程中流過R1的電荷量為多少?【解析】(1)當(dāng)達(dá)到最大速度時(shí),導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動,電容器中沒有電流,設(shè)導(dǎo)體棒穩(wěn)定下滑的最大速度為v,有:E=Blv (1分)I= (1分)所以F安=BIl= (2分)導(dǎo)體棒的受力情況如圖乙所示,根據(jù)受力平衡條件有:乙F安=mgsin θ (1分)解得:v=. (2分)(2)棒加速運(yùn)動時(shí)電容器上的電壓增大,電容器充電;當(dāng)棒達(dá)到最大速度后,電容器上的電荷量最大并保持不變,所以流過R1的電荷量就是電容器所帶的電荷量,則:U=IR2=R=== (3分)QR1=CU=. (2分)[答案] (1) (2)15.(13分)如圖甲所示,一質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子,在D處沿圖示方向以一定的速度射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,此磁場方向垂直紙面向里.結(jié)果離子正好從距A點(diǎn)為d的小孔C沿垂直于電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場,此電場方向與AC平行且向上,最后離子打在G處,而G處到A點(diǎn)的距離為2d(直線DAG與電場方向垂直).不計(jì)離子重力,離子運(yùn)動軌跡在紙面內(nèi).求:甲(1)正離子從D處運(yùn)動到G處所需時(shí)間.(2)正離子到達(dá)G處時(shí)的動能.【解析】(1)正離子的運(yùn)動軌跡如圖乙所示,在磁場中做圓周運(yùn)動的時(shí)間為:乙t1=T= (1分)圓周運(yùn)動半徑r滿足:r+rcos 60176。=d (1分)解得:r=d (1分)設(shè)離子在磁場中運(yùn)動的速度為v0,則有:r= (1分)解得:v0= (1分)離子從C運(yùn)動到G所需的時(shí)間t2== (2分)離子從D→C→G的總時(shí)間為:t=t1+t2=. (2分)(2)設(shè)電場強(qiáng)度為E,對離子在電場中的運(yùn)動過程,有:qE=ma,d=at22 (1分)由動能定理得:Eqd=EkG-mv02 (1分)解得:EkG=. (2分)[答案] (1) (2)16.(15分)如圖甲所示,質(zhì)量m1= kg 的物塊A隨足夠長的水平傳送帶一起勻速運(yùn)動,傳送帶的速度大小v帶= m/s,方向如圖所示;在A的右側(cè)L= m 處將質(zhì)量m2= kg的物塊B無初速度放上傳送帶.已知在A、 m/s,之后當(dāng)其中某一物塊相對傳送帶的速度為零時(shí), m/s2的加速度制動,最后停止運(yùn)動.傳送帶的運(yùn)動情況不受物塊A、B的影響,且A、B碰撞的時(shí)間極短.設(shè)兩物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)均為μ=.求:甲(1)物塊B剛開始滑動時(shí)的加速度.(2)碰撞后兩物塊的速度.(3)兩物塊間的最大距離. 【解析】(1)物塊B剛開始滑動時(shí),加速度為:a==μg=1 m/s2,方向向右. (2分)(2)設(shè)經(jīng)t1時(shí)間,A、B兩物塊相碰,有:at+L=v帶t1解得:t1=1 s,t1′=5 s(由上述分析可知,t1′不合題意,舍去)碰前B的速度v2=at1=1 m/s (2分)由題意可知:碰后B的速度v2′=2 m/s或v2″=4 m/s由動量守恒定律得:m1v帶+m2v2=m1v1′+m2v2′m1v帶+m2v2=m1v1″+m2v2″解得:碰后A的速度v1′= m/s或v1″=- m/s檢驗(yàn):由于m1v+m2v<m1v1′2+m2v2″2故v1″=- m/s、v2″=4 m/s這組數(shù)據(jù)舍去所以碰后A的速度v1′= m/s,方向向右;B的速度v2′=2 m/s,方向向右. (3分)(3)因碰后兩物塊均做加速度運(yùn)動,加速度都為a=1 m/s2,所以B的速度先達(dá)到與傳送帶相同速度,設(shè)B達(dá)到與傳送帶速度相同的時(shí)間為t2.乙有:v帶=v2′+at2,t2=1 s此時(shí)A的速度v3=v1′+at2= m/s<v帶故從t2之后A繼續(xù)加速運(yùn)動,B和傳送帶開始減速運(yùn)動,直到A和傳送達(dá)到某個(gè)共同速度v4后,A所受的摩擦力換向,才開始減速運(yùn)動.設(shè)A繼續(xù)加速度的時(shí)間為t3,則:v4=v3+at3=v帶-a帶t3,t3= sA的速度v4=v3+at3= m/s (2分)此時(shí)B的速度v5=v帶-at3= m/s,之后A、B均做減速運(yùn)動,因?yàn)樵谡麄€(gè)過程中B的速度始終大于A的速度,所以當(dāng)A、B都靜止時(shí)兩物塊間的距離最大. (1分)B碰后運(yùn)動的總位移s2=+=7 m或s2=t2+=7 m (2分)A碰后運(yùn)動的總位移s1=+≈6 m (2分)兩物塊間的最大距離sm=s2-s1=1 m. (1分)[答案] (1)1 m/s2,方向向左(2) m/s,方向向右;B的速度為2 m/s,方向向右(3)1 m高三物理計(jì)算題訓(xùn)練(一) 1(20分)如圖12所示,PR是一塊長為L=4 m的絕緣平板固定在水平地面上,整個(gè)空間有一個(gè)平行于PR的勻強(qiáng)電場E,在板的右半部分有一個(gè)垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場B,一個(gè)質(zhì)量為m=0.1 kg,帶電量為q=0.5 C的物體,從板的P端由靜止開始在電場力和摩擦力的作用下向右做勻加速運(yùn)動,進(jìn)入磁場后恰能做勻速運(yùn)動。當(dāng)物體碰到板R端的擋板后被彈回,若在碰撞瞬間撤去電場,物體返回時(shí)在磁場中仍做勻速運(yùn)動,離開磁場后做勻減速運(yùn)動停在C點(diǎn),PC=L/4,物體與平板間的動摩擦因數(shù)為μ=0.4,取g=10m/s2 ,求:(1)判斷物體帶電性質(zhì),正電荷還是負(fù)電荷?(2)物體與擋板碰撞前后的速度v1和v2(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小圖12(4)電場強(qiáng)度E的大小和方向 2(10分)如圖2—14所示,光滑水平桌面上有長L=2m的木板C,質(zhì)量mc=5kg,在其正中央并排放著兩個(gè)小滑塊A和B,mA=1kg,mB=4kg,開始時(shí)三物都靜止.在A、B間有少量塑膠炸藥,爆炸后A以速度6m/s水平向左運(yùn)動,A、B中任一塊與擋板碰撞后,都粘在一起,不計(jì)摩擦和碰撞時(shí)間,求: (1)當(dāng)兩滑塊A、B都與擋板碰撞后,C的速度是多大? (2)到A、B都與擋板碰撞為止,C的位移為多少?高三物理總復(fù)習(xí)3(10分)為了測量小木板和斜面間的摩擦因數(shù),某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示實(shí)驗(yàn),在小木板上固定一個(gè)輕彈簧,彈簧下端吊一個(gè)光滑小球,彈簧長度方向與斜面平行,現(xiàn)將木板連同彈簧、小球放在斜面上,用手固定木板時(shí),彈簧示數(shù)為F,放手后,木板沿斜面下滑,穩(wěn)定后彈簧示數(shù)為F,測得斜面斜角為θ,則木板與斜面間動摩擦因數(shù)為多少?(斜面體固定在地面上)4有一傾角為θ的斜面,其底端固定一擋板M,另有三個(gè)木塊A、B和C,它們的質(zhì)量分別為m=m=m,m=3 m,并通過輕彈簧與擋板M相連,木塊A靜止在P處,P、與木塊A相碰后立刻一起向下運(yùn)動,但不粘連,它們到達(dá)一個(gè)最低點(diǎn)后又向上運(yùn)動,木塊C從Q點(diǎn)開始以初速度向下運(yùn)動,經(jīng)歷同樣過程,最后木塊C停在斜面上的R點(diǎn),求P、R間的距離L′的大小。5如圖,足夠長的水平傳送帶始終以大小為v=3m/s的速度向左運(yùn)動,傳送帶上有一質(zhì)量為M=2kg的小木盒A,A與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.3,開始時(shí),A與傳送帶之間保持相對靜止。先后相隔△t=3s有兩個(gè)光滑的質(zhì)量為m=1kg的小球B自傳送帶的左端出發(fā),以v0=15m/s的速度在傳送帶上向右運(yùn)動。第1個(gè)球與木盒相
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