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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
 

【文章內容簡介】 誤、B正確.小球做簡諧運動的過程中彈簧彈力和電場力都做功,機械能不守恒,動能、彈性勢能、電勢能的總和保持不變,選項D正確.[答案] BD8.如圖所示,將質量為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mgsin θ<μmgcos θ時,具有初速度下滑的滑塊將做減速運動,選項A、B錯誤;當μ=tan θ 時,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C正確、D錯誤.[答案] C9.國產“水刀”——超高壓數(shù)控萬能水切割機,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都有一定限度,下表列出了一些材料所能承受的壓強的限度.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,以其運動方向為正方向,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,質量為2m的長木板靜止地放在光滑的水平面上,另一質量為m的小鉛塊(可視為質點)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生的熱量相等D.圖甲所示的過程產生的熱量大于圖乙所示的過程產生的熱量【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右端之前已與木板2保持相對靜止,故圖甲所示的過程產生的熱量大于圖乙所示的過程產生的熱量.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,當開關S接a點時,電壓表的示數(shù)U1=11 V,電流表的示數(shù)I1= A;當開關S接b點時,U2=12 V,I2= A.那么,為了提高測量的準確性,開關S應接______點(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點轉動的輕桿,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的彈性勢能.(1)還需要的器材是________、________.(2)以上測量實際上是把對彈性勢能的測量轉化為對________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)和形變量間的關系,除以上器材外,還準備了幾個輕彈簧,所有彈簧的勁度系數(shù)均不相同.試設計記錄數(shù)據(jù)的表格.[答案] (1)天平 刻度尺 (每空1分)(2)重力勢 質量 上升高度 (每空1分)(3)設計表格如下 (5分)小球的質量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質量均為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動, s物體B剛要離開地面,設整個過程中彈簧都處于彈性限度內,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原來靜止時有:kx1=mg (1分)當物體A剛開始做勻加速運動時,拉力F最小,設為F1.對物體A有:F1+kx1-mg=ma (1分)當物體B剛要離開地面時,拉力F最大,設為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,初末狀態(tài)的彈性勢能相等 (1分)由功能關系得: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軌位于同一傾斜的平面內,導軌間距為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磁場,磁感應強度為B.一個質量為m、阻值也為R、長度為l的導體棒MN垂直于導軌放置,將其由靜止釋放,下滑距離s時導體棒達到最大速度,這一過程中整個回路產生的焦耳熱為Q,則:甲(1)導體棒穩(wěn)定下滑的最大速度為多少?(2)導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)當達到最大速度時,導體棒勻速運動,電容器中沒有電流,設導體棒穩(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)棒加速運動時電容器上的電壓增大,電容器充電;當棒達到最大速度后,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強度為B的勻強磁場中,此磁場方向垂直紙面向里.結果離子正好從距A點為d的小孔C沿垂直于電場方向進入勻強電場,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點的距離為2d(直線DAG與電場方向垂直).不計離子重力,離子運動軌跡在紙面內.求:甲(1)正離子從D處運動到G處所需時間.(2)正離子到達G處時的動能.【解析】(1)正離子的運動軌跡如圖乙所示,在磁場中做圓周運動的時間為:乙t1=T= (1分)圓周運動半徑r滿足:r+rcos 60176。=d (1分)解得:r=d (1分)設離子在磁場中運動的速度為v0,則有:r= (1分)解得:v0= (1分)離子從C運動到G所需的時間t2== (2分)離子從D→C→G的總時間為:t=t1+t2=. (2分)(2)設電場強度為E,對離子在電場中的運動過程,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,質量m1= kg 的物塊A隨足夠長的水平傳送帶一起勻速運動,傳送帶的速度大小v帶= m/s,方向如圖所示;在A的右側L= m 處將質量m2= kg的物塊B無初速度放上傳送帶.已知在A、 m/s,之后當其中某一物塊相對傳送帶的速度為零時, m/s2的加速度制動,最后停止運動.傳送帶的運動情況不受物塊A、B的影響,且A、B碰撞的時間極短.設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,加速度為:a==μg=1 m/s2,方向向右. (2分)(2)設經t1時間,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: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動,加速度都為a=1 m/s2,所以B的速度先達到與傳送帶相同速度,設B達到與傳送帶速度相同的時間為t2.乙有:v帶=v2′+at2,t2=1 s此時A的速度v3=v1′+at2= m/s<v帶故從t2之后A繼續(xù)加速運動,B和傳送帶開始減速運動,直到A和傳送達到某個共同速度v4后,A所受的摩擦力換向,才開始減速運動.設A繼續(xù)加速度的時間為t3,則:v4=v3+at3=v帶-a帶t3,t3= sA的速度v4=v3+at3= m/s (2分)此時B的速度v5=v帶-at3= m/s,之后A、B均做減速運動,因為在整個過程中B的速度始終大于A的速度,所以當A、B都靜止時兩物塊間的距離最大. (1分)B碰后運動的總位移s2=+=7 m或s2=t2+=7 m (2分)A碰后運動的總位移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高三物理計算題訓練(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,整個空間有一個平行于PR的勻強電場E,在板的右半部分有一個垂直于紙面向外的勻強磁場B,一個質量為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動,進入磁場后恰能做勻速運動。當物體碰到板R端的擋板后被彈回,若在碰撞瞬間撤去電場,物體返回時在磁場中仍做勻速運動,離開磁場后做勻減速運動停在C點,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,正電荷還是負電荷?(2)物體與擋板碰撞前后的速度v1和v2(3)磁感應強度B的大小圖12(4)電場強度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,質量mc=5kg,在其正中央并排放著兩個小滑塊A和B,mA=1kg,mB=4kg,開始時三物都靜止.在A、B間有少量塑膠炸藥,爆炸后A以速度6m/s水平向左運動,A、B中任一塊與擋板碰撞后,都粘在一起,不計摩擦和碰撞時間,求: (1)當兩滑塊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?高三物理總復習3(10分)為了測量小木板和斜面間的摩擦因數(shù),某同學設計如圖所示實驗,在小木板上固定一個輕彈簧,彈簧下端吊一個光滑小球,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,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,另有三個木塊A、B和C,它們的質量分別為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動,但不粘連,它們到達一個最低點后又向上運動,木塊C從Q點開始以初速度向下運動,經歷同樣過程,最后木塊C停在斜面上的R點,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的速度向左運動,傳送帶上有一質量為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,A與傳送帶之間保持相對靜止。先后相隔△t=3s有兩個光滑的質量為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動。第1個球與木盒相
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