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高考理綜物理解答題專項(xiàng)集中訓(xùn)練50題含答案

學(xué)校:姓名:班級(jí):考號(hào):

一、解答題

1.如圖所示(俯視圖),在絕緣的水平桌面上有三個(gè)相鄰的矩形區(qū)域I、II、HI,區(qū)域

I、II的寬度均為d=0.64m,區(qū)域HI的寬度足夠大,M、M/、例2均為分界線.區(qū)域I無(wú)

磁場(chǎng);區(qū)域II有大小為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向豎直向上;區(qū)域in有大小為夕=學(xué)的勻強(qiáng)

磁場(chǎng),方向豎直向下.在絕緣的桌面上固定放置兩根與分界線垂直的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)

軌間距L=0.1m,左端接一電阻R=0.6C.—質(zhì)量為m=1kg,長(zhǎng)度為L(zhǎng)=O.lm,電阻為

r=0.2Q的導(dǎo)體棒4c在水平向右的恒力產(chǎn)作用下從分界線M處由靜止開始沿導(dǎo)軌方向

向右運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體棒AC與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)4=0.1.已知導(dǎo)體棒AC以速度如勻速通過(guò)

區(qū)域II,勻速通過(guò)區(qū)域II的時(shí)間〃=0.4s.若導(dǎo)軌電阻不計(jì),棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸

良好.重力加速度g=10m/s2.求:

(1)區(qū)域H的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;

(2)導(dǎo)體棒AC由靜止開始到速度為2%過(guò)程中,導(dǎo)體棒AC產(chǎn)生的電熱.已知在區(qū)域

【II的運(yùn)動(dòng)時(shí)間/?=0.96s

【答案】(1)10T;(2)0.16J

【解析】

【詳解】

d064//

(1)導(dǎo)體棒AC以速度M勻速通過(guò)區(qū)域H,則有:v0=-=--m/=1.6%

tx0.4,0八

以導(dǎo)體棒為研究對(duì)象,在區(qū)域I根據(jù)動(dòng)能定理可得:

Fd-/.nngd=/6說(shuō)-0

解得拉力為:尸=3N

在區(qū)域II根據(jù)平衡條件可得:F=BlL^ung

廿..BLv..

其中

R+r

所以有:F=^+jumg

R+r

解得:?-IOT;

(2)區(qū)域in的磁感應(yīng)強(qiáng)度為:*=?=4T

2=(給1…2J

在n區(qū)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,導(dǎo)體棒4。產(chǎn)生的電熱為:

設(shè)在ni區(qū)域運(yùn)動(dòng)的距離為心根據(jù)動(dòng)量定理可得:

(F-^mg)t2-B7dt2=m(2v0-v0)

R2ct2B,2匕x

其中B7dt2=

R+rR+r

則有:(〃-Ring)/2-BL*=

-R+r

解得:x=1.6m

根據(jù)動(dòng)能定理可得:(尸-〃,陽(yáng))工-%=gm(2%)2-卜而解得:WA=-0.64J=Q

R

則有:0=7^。=<⑹

得:QAC=0.32-0.16=0.161.

2.如圖(甲)所示,足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、尸。固定在同一水平面上,兩導(dǎo)

軌間距L=0.30m。導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),其間連接有定值電阻R=0.40C。導(dǎo)軌上靜置

一質(zhì)fi:〃?=0.10kg、電阻r=0.20Q的金屬桿ab,整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度8=0.50T的

勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向豎直向下。用一外力F沿水平方向拉金屬桿而,使它由靜止開

始運(yùn)動(dòng))金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好并保持與導(dǎo)軌垂直),電流傳感器)不計(jì)傳感器的電阻)

可隨時(shí)測(cè)出通過(guò)R的電流并輸入計(jì)算機(jī),獲得電流/隨時(shí)間,變化的關(guān)系如圖(乙)所

示。求金屬桿開始運(yùn)動(dòng)2.0s時(shí):

⑴金屬桿仍受到安培力的大小和方向;

(2)金屬桿的速率;

(3)對(duì)圖象分析表明,金屬桿在外力作用下做的是勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小

?=0.40m/s2,計(jì)算2.0s時(shí)外力做功的功率。

(甲)(乙)

【答案】(1)3.OX1O-2N和方向水平向左;(2)0.80m/s;(3)5.6x10、

試卷第2頁(yè),共62頁(yè)

【解析】

【分析】

【詳解】

(1)由圖乙可知2.0s時(shí)通過(guò)金屬桿"的電流為0.2A,此時(shí)金屬桿受到的安培力

E^=BIL

解得

^=3.OxlO2N

方向水平向左

(2)設(shè)金屬桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E,根據(jù)閉合電路歐姆定律

1=-^—

R+r

解得

E=0.12V

設(shè)金屬桿在2.0s時(shí)的速率為則

E=BL\\

解得

片=0.80m/s

(3)根據(jù)牛頓第二定律

F-F安=ma

解得在2.0s時(shí)拉力

F-7.0X10-2N

設(shè)2.0s時(shí)外力尸做功的功率為P,則

P=Fv,

解得

P=5.6x10、

3.如圖所示,BCO是光滑絕緣的半圓形軌道,位于豎直平面內(nèi),直徑8。豎直軌道半

徑為R,下端與水平絕緣軌道在B點(diǎn)平滑連接,質(zhì)量為機(jī)的不帶電的滑塊b靜止在8

點(diǎn)整個(gè)軌道處在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)大小為£質(zhì)量為加、帶正電的小滑塊。置

于水平軌道上,電荷量為4=嬰,滑塊。與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)〃=0.5,重力

2E

加速度為g.現(xiàn)將滑塊。從水平軌道上距離8點(diǎn)12R的4點(diǎn)由靜止釋放,運(yùn)動(dòng)到8點(diǎn)與

滑塊力碰撞,碰撞時(shí)間極短且電量不變,碰后兩滑塊粘在一起運(yùn)動(dòng),。、?;瑝K均視為質(zhì)

點(diǎn).求:

(1)滑塊4、b碰撞后的速度大小.

(2)滑塊在圓形軌道上最大速度的大小,以及在最大速度位置處滑塊對(duì)軌道作用力的

大小.

(3)滑塊第一次落地點(diǎn)到8點(diǎn)的距離.

【答案】(1)滑塊力碰撞后的速度大小分別為人麗和北

(2)滑塊在圓形軌道上最大速度的大小為舊瓦,以及在最大速度位置處滑塊對(duì)軌道

作用力的大小為等o

(3)滑塊第一次落地點(diǎn)到3點(diǎn)的距離為(2近-|)R。

【解析】

【分析】

【詳解】

(1)。從4到B的過(guò)程用動(dòng)能定理得

12R-ptngx12R=g

解得

H=276^

對(duì)。與人碰撞用動(dòng)量守恒定律得

m\\=2mv2

解得

匕=7^

試卷第4頁(yè),共62頁(yè)

(2)當(dāng)滑塊重力與電場(chǎng)力合力方向和圓軌道徑向一致時(shí),滑塊速度最大,如圖

0=arctan---=arctan—=37

2mg4

對(duì)滑塊從碰后到最大速度的過(guò)程用動(dòng)能定理有

E~~~Rsin37-(1—cos37)=;2相片一;x2mv1

解得滑塊最大速度

滑塊在P點(diǎn)用牛頓第二定律得

2mg2mv1

'cos370-R

解得滑塊受到軌道支持力

吊=苧

由牛頓第三定律.此時(shí)滑塊對(duì)軌道作用力

(3)心〃整體從〃到。的過(guò)程中.由動(dòng)能定理有

-2mg2R=g2mv\-g2tnv\

解得

v4=yf2gR

在。點(diǎn),對(duì)滑塊受力分析得

FN+2mg=

R

解得

尸N=2mg

所以滑塊能通過(guò)力點(diǎn)接著水平飛出,在豎直方向

2/?=;/

解得

水平方問(wèn)受電場(chǎng)力加速度不變則

,=卜血-包氏

22mI2)

4.如圖所示,ABC等邊三棱鏡,P、Q分別為A8邊、AC邊的中點(diǎn),BC面鍍有一層銀,

構(gòu)成一個(gè)反射面,一單色光以垂直于BC面的方向從P點(diǎn)射入,經(jīng)折射、反射,剛好照

射在4C邊的中點(diǎn)Q,求

②使入射光線繞尸點(diǎn)在紙面內(nèi)沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)光線再次照射到。點(diǎn)時(shí),入射光線轉(zhuǎn)

過(guò)的角度.

【答案】①6;②120。.

【解析】

【詳解】

①畫出光路圖,根據(jù)對(duì)稱性及光路可逆結(jié)合幾何關(guān)系可知,光在AB面的入射角i=60。,

折射角r=30。,根據(jù)折射定律有〃=電義=6

sinr

②當(dāng)光線再次照射到。點(diǎn)時(shí),光路如圖乙所示,由幾何關(guān)系可知,折射角。=30。,根

據(jù)折射定律有當(dāng)=6解得:a=60。,因此入射光轉(zhuǎn)過(guò)的角度為i+a=120。

sin。

AA

甲乙

5.如圖所示,粗細(xì)均勻的U型玻璃管在豎直平面內(nèi)放置其中AB段水平,左右兩管均

試卷第6頁(yè),共62頁(yè)

豎直.右側(cè)玻璃管內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體,氣柱長(zhǎng)度L=10cm,左側(cè)玻璃管開口且

足夠長(zhǎng).室溫為27c時(shí),左右兩管內(nèi)水銀柱的高度均為h=10cm.求:右管內(nèi)封閉氣

體為多少攝氏度時(shí),兩側(cè)管內(nèi)水銀柱高度差為5cm(已知大氣壓強(qiáng)po=75cmHg).

Ldji0cm

10cm

山一

【答案】若左管水銀面比右管低5cm,氣體溫度為77攝氏度;若右管水銀面比左管低

5cm,氣體溫度為-33攝氏度.

【解析】

【詳解】

以封閉氣體為研究對(duì)象;初態(tài)壓強(qiáng)尸o=75cmHg,體積%=LS,溫度7b=(273+27)K

=300K

若左管水銀面比右管低5cm,其末態(tài)壓強(qiáng)為:P/=(po-h)cmHg=70cmHg

末態(tài)體積為:Vi=(L+2.5)5=12.55

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得:蹩=孕

1\

代入數(shù)據(jù)解得:T/=350K=77℃

若右管水銀面比左管低5cm,其末態(tài)壓強(qiáng)為:P2=Cpo+h)cmHg=80cmHg

末態(tài)體積為:V2=(L-2.5)S=7.5S

蛆二生

T.T2

代入數(shù)據(jù)解得:乃=240K=-33℃

6.北京2022年冬奧運(yùn)會(huì)和冬殘奧運(yùn)開閉幕式計(jì)劃在北京市區(qū)舉行,國(guó)家游泳中心“水

立方”又將迎來(lái)新的使命,在這里將進(jìn)行冰壺的比賽項(xiàng)目.在冰壺比賽中我們經(jīng)常可以

聽到這些詞:“先手”、"后手”、"進(jìn)營(yíng)”、“打定”等.其中“打定”就是將對(duì)方的冰壺?fù)舸?/p>

出大本營(yíng),自己的冰壺停在打擊位置,從而留在大本營(yíng).此過(guò)程中兩個(gè)冰壺的碰撞可以

看作是對(duì)心彈性碰撞,兩個(gè)冰壺質(zhì)量完全相同,且運(yùn)算時(shí)可當(dāng)質(zhì)點(diǎn)處理.下圖為冰壺場(chǎng)

地示意圖,大圓半徑為R,欄線到圓心的距離為L(zhǎng),已知冰壺甲靜止于圓心O處.

欄線大本營(yíng)/

(1)請(qǐng)用物理學(xué)知識(shí)解釋“打定”中,自己的冰壺在打擊后停在擊打位置不動(dòng)的現(xiàn)象;

(2)已知冰壺和冰面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為內(nèi)欲通過(guò)“打定”的技巧將甲冰壺打出大本營(yíng),

求乙冰壺從A點(diǎn)投出時(shí)速度應(yīng)滿足的條件.

【答案】(1)兩冰壺發(fā)生彈性碰撞,碰撞后互換速度,出現(xiàn)“打定”中,自己的冰壺在

打擊后停在擊打位置不動(dòng)的現(xiàn)象;(2)乙冰壺從A點(diǎn)投出時(shí)速度應(yīng)滿足的條件是:vo

>j2〃g(L+R)?

【解析】

【詳解】

設(shè)兩個(gè)冰壺的質(zhì)量均為機(jī),碰撞前乙的速度為了,碰撞后乙和甲的速度分別為口、口2,

(1)兩冰壺發(fā)生對(duì)心彈性碰撞,碰撞過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒,設(shè)碰撞前乙的

速度方向?yàn)檎较?,由?dòng)量守恒定律得:mv=mvi+niv2f

由機(jī)械能守恒定律得:3加聲=;m匕2+;加(,

解得:v/=0,V2=V,由此可知,有自己的冰壺停在打擊位置不動(dòng)的現(xiàn)象;

(2)設(shè)以冰壺投出的速度為加甲冰壺剛好被打出大本營(yíng),

乙冰壺從投出到碰撞前瞬間過(guò)程,由動(dòng)能定理得:-〃/〃皿=3"病一:/〃詔,

兩冰壺發(fā)生對(duì)心彈性碰撞,則碰撞后也=〃若甲冰壺恰好滑到大本營(yíng)的右側(cè)邊緣,對(duì)

甲冰壺,由動(dòng)能定理得:一〃〃儂?=。-3加片,

解得:%=j2//g(L+R)

要將冰壺甲打出大本營(yíng),乙冰壺從A點(diǎn)投出的速度應(yīng)滿足:V0>7WTKR);

7.如圖所示,的一個(gè)用折射率為〃=2叵的透明材料做成的正方體,具底面A8CD為

3

邊長(zhǎng)等于2R的正方形,在該正方形48co的中心處放置一點(diǎn)光源S,已知真空中光速

為c,不考慮光線在界面上多次反射,求:

(1)光自光源S出發(fā)到從正方體的四個(gè)側(cè)面(不包括頂面ASCD)射出所能經(jīng)歷的

試卷第8頁(yè),共62頁(yè)

最長(zhǎng)時(shí)間.

(2)光能從正方體四個(gè)側(cè)面上射出部分的總面積.

【答案】(1)光自光源S出發(fā)到從正方體的四個(gè)側(cè)面(不包括頂面A'B'C'D')射

出所能經(jīng)歷的最長(zhǎng)時(shí)間為李:

3c

(2)光能從正方體四個(gè)側(cè)面上射出部分的總面積為=(6n-4V2-12a)R2.

【解析】

【詳解】

(1)光從光源S發(fā)出到從四個(gè)劃面射出經(jīng)歷的最長(zhǎng)時(shí)間為恰好在側(cè)面發(fā)生全反射的情

形,

設(shè)此時(shí)入射角為"則有:sin9=l//KD

把〃=亞代入①解得:sin0=立,即:6=60。②

32

則經(jīng)歷最K時(shí)間的光在透明材料內(nèi)經(jīng)過(guò)的路徑K度:L=2R,

設(shè)經(jīng)歷最長(zhǎng)時(shí)間的光在介質(zhì)中的傳播時(shí)間為f,則:L=vt,

其中:v=c/n

(2)考慮光到達(dá)任意一個(gè)側(cè)面并恰好發(fā)生全反射的情況,分析可知,在此側(cè)面上射出

光線部分的區(qū)域?yàn)榘雮€(gè)圓面(其圓心為光源S點(diǎn)在此側(cè)面上的投影點(diǎn),,半徑為6R)

與側(cè)面的公共部分,即圖中的陰影部分,可算得各相關(guān)邊長(zhǎng)如圖所示,由幾何知識(shí),可

表達(dá)一個(gè)面上的出射面積為:5=;乃(6/?)2-;x(幣x2,

四個(gè)側(cè)面總的出射面積為:S總=4S,解得:Sg=(6兀-4夜-12a)R2,其中:tana=

8.平面直角坐標(biāo)系的第一象限和第四象限內(nèi)均存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)

強(qiáng)度大小分別為2B和B(B的大小未知),第二象限和第三象限內(nèi)存在沿?y方向的勻

強(qiáng)電場(chǎng),x軸上有一點(diǎn)P,其坐標(biāo)為(L,0).現(xiàn)使一個(gè)電量大小為q、質(zhì)量為m的帶

正電粒子從坐標(biāo)(-2a,a)處以沿+x方向的初速度vo出發(fā),該粒子恰好能經(jīng)原點(diǎn)進(jìn)入

y軸右側(cè)并在隨后經(jīng)過(guò)了點(diǎn)P,不計(jì)粒子的重力.

(1)求粒子經(jīng)過(guò)原點(diǎn)時(shí)的速度;

(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的所有可能取值

(3)求粒子從出發(fā)直至到達(dá)P點(diǎn)經(jīng)歷時(shí)間的所有可能取值.

【答案】(1)粒子經(jīng)過(guò)原點(diǎn)時(shí)的速度大小為夜vo,方向:與x軸正方向夾45°斜向下;

(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的所有可能取值:8=理乎n=l、2、3

qL

(3)粒子從出發(fā)直至到達(dá)P點(diǎn)經(jīng)歷時(shí)間的所有可能取值:

2a,7itn,,,、37un2a7Tfn

t=—+k---+(左-1)----k=l、2、3……或/=+n------4-n-------n=1、2、3....

%2qB4qB%2qB4qB

【解析】

【詳解】

(1)粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),水平方向:2〃=啾,

豎直方向:a=—t,

2

解得:vv=vo,tanO=—=1,6=45°,

%

2

粒子穿過(guò)。點(diǎn)時(shí)的速度:v=7^+v=V2v0;

(2)粒子在第四象限內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得:

v2

qvB=in—>

r

粒子能過(guò)P點(diǎn),由幾何知識(shí)得:L=?rcos45°〃=1、2、3....,

nmv

解得:Ba〃=1、2、3

qL

(3)設(shè)粒子在第二象限運(yùn)動(dòng)時(shí)間為。,貝IJ:網(wǎng)

%

試卷第10頁(yè),共62頁(yè)

粒子在第四、第一象限內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的周期:7;=—,T=—,

qB2qB

粒子在下方磁場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡為1/4圓弧,在上方磁場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡為3/4圓弧,

若粒子經(jīng)下方磁場(chǎng)直接到達(dá)尸點(diǎn),則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間:

4

若粒子經(jīng)過(guò)下方磁場(chǎng)與上方磁場(chǎng)到達(dá)尸點(diǎn),粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間:冷=:1丁/+;3乃,

44

若粒子兩次經(jīng)過(guò)下方磁場(chǎng)一次經(jīng)過(guò)上方磁場(chǎng)到達(dá)尸點(diǎn):,2=2X;|刀+3=乃,

44

13

若粒子兩次經(jīng)過(guò)下方磁場(chǎng)、兩次經(jīng)過(guò)上方磁場(chǎng)到達(dá)P點(diǎn):,2=2XT7H2X=T2,

44

,Tim,、37rm

則—麗+(1)9k=\.2、3

7rm3乃〃?

或弓=〃-----+n------n=1、2、3

2qB4qB

粒子從出發(fā)到尸點(diǎn)經(jīng)過(guò)的時(shí)間:f=〃+f2,

2a.mn,<、37tm

解得:"針域z礪k=12、3...

9.如圖所示,橫截面積S=100cm2的容器內(nèi),有一個(gè)用彈簧和底面相連的活塞,活塞

的氣密性良好,當(dāng)容器內(nèi)氣體的溫度Ti=300K時(shí),容器內(nèi)外的壓強(qiáng)均為po=l.Oxl()5pa,

活塞和底面相距Li=10cm,彈簧勁度系數(shù)k=1000N/m;在活塞上放物體甲,活塞最終

下降d=2cm后保持靜止,容器內(nèi)氣體的溫度仍為Ti=300K.活塞質(zhì)量及活塞與容器壁

間的摩擦均不計(jì),取g=10m/s2.

①求物體甲的質(zhì)量mi;

②在活塞上再放上物體乙,若把容器內(nèi)氣體加熱到T2=330K,系統(tǒng)平衡后,活塞保持

放上物體甲平衡后的位置不變,求物體乙的質(zhì)量m2.

【答案】27kg;12.5kg

【解析】

【詳解】

①活塞上放上物體甲后,系統(tǒng)穩(wěn)定后氣體的壓強(qiáng)為:

m.g-kd

P=一

容器內(nèi)的氣體做等溫變化,則有:

poLiS=p(L/-d)S

解得:,川=27kg;

②設(shè)活塞上再放上物體乙時(shí),系統(tǒng)穩(wěn)定后氣體的壓強(qiáng)為“,容器內(nèi)的氣體做等容變化,

則有:白卷

/112

由平衡條件,則有:加2g=(p'-〃)S

解得:機(jī)2=12.5kg

10.如圖所示,足夠長(zhǎng)的平直軌道AO和OB底端平滑對(duì)接,將它們固定在同一豎直平

面內(nèi),兩軌道與水平地面間的夾角分別為a(固定不變)和£(可取不同的值),且a>

現(xiàn)將可視為質(zhì)點(diǎn)的一小滑塊從左側(cè)軌道的尸點(diǎn)由靜止釋放,若小滑塊經(jīng)過(guò)兩軌道的

底端連接處的速率沒(méi)有變化.已知AO軌道光滑,空氣阻力可以忽略不計(jì).

(1)論證:滑塊在AO軌道下滑時(shí)的加速度與滑塊的質(zhì)量無(wú)關(guān);

(2)運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律,論證:若OB光滑,取不同的尸角,滑塊在OB

上能到達(dá)的最高點(diǎn)總與P等高;

(3)運(yùn)用動(dòng)能定理和機(jī)械能的相關(guān)定義,論證:若OB光滑,保持£角不變,滑塊在

OB上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能守恒.

【答案】(1)論證過(guò)程如解析過(guò)程;(2)論證過(guò)程如解析過(guò)程所示;(3)論證過(guò)程如解

試卷第12頁(yè),共62頁(yè)

析過(guò)程.

【解析】

【詳解】

(1)滑塊的受力圖(如下面左四),沿斜面和垂直斜面建坐標(biāo)軸(如下面右圖),

根據(jù)牛頓第二定律可得:mgsina=maAt

解得〃A=gsina,可知與質(zhì)量無(wú)關(guān);

(2)設(shè)P點(diǎn)的高度為H,滑塊到O點(diǎn)時(shí)的速度大小為則根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律

有:vo=2aAspo=2gsina-

sina

類似(1)受力分析,運(yùn)用牛頓第二定律,可得滑塊在0B上滑時(shí)的加速度大小為:aB

=gsin或

設(shè)上升的最大高度為h,則由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知:

O-VQ=-2aBsB=_2gsin/.-^―=-2gh

sinp

解得*=2g/?

所以有〃=H,這一結(jié)論與力無(wú)關(guān),故滑塊在OB上能到達(dá)的最高點(diǎn)總與P等高;

(3)設(shè)滑塊到。點(diǎn)時(shí)的速度大小為3,從。到OB上的某點(diǎn)K的過(guò)程中,上升的高度

為hx,根據(jù)動(dòng)能定理:

—mv2--tnvi=-mghsin0?=-nigh

22sin/?

即—mv2+mgh<=;mv1

也即&+紇,=,成

上式左邊即為滑塊在任意點(diǎn)K所具有的機(jī)械能,右邊為在。點(diǎn)的動(dòng)能.

11.如圖所示,一勁度系數(shù)為人的輕彈簧的上端固定,下端與小球相連接,小球的質(zhì)量

為相,小球靜止于。點(diǎn).現(xiàn)將G球拉到0點(diǎn)下方距離為A的位置,由靜止釋放,此后

運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終未超過(guò)彈簧的彈性限度.規(guī)定平衡位置處為重力勢(shì)能和彈簧彈性勢(shì)能的

零點(diǎn).以平衡位置。為坐標(biāo)原點(diǎn)建立如圖所示的豎直向下的一維坐標(biāo)系Ox.忽略空氣

阻力的影響.

(1)從運(yùn)動(dòng)與相互作用觀點(diǎn)出發(fā),解決以下問(wèn)題:

a.求小球處于平衡狀態(tài)時(shí)彈簧相對(duì)原長(zhǎng)的伸長(zhǎng)量s;

b.證明小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng);

(2)從教科書中我們明白了由-T圖象求直線運(yùn)動(dòng)位移的思想和方法;從機(jī)械能的學(xué)

習(xí),我們理解了重力做功的特點(diǎn)并進(jìn)而引入重力勢(shì)能,由此可以得到重力做功與重力勢(shì)

能變化量之間的關(guān)系.圖象法和比較法是研究物理問(wèn)題的重要方法,請(qǐng)你借鑒此方法,

從功與能量的觀點(diǎn)出發(fā),解決以下問(wèn)題:

a.小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小球相對(duì)平衡位置的位移為x時(shí),證明系統(tǒng)具有的重力勢(shì)能后“和

彈性勢(shì)能E腳的總和Ep的表達(dá)式為4=3履:

b.求小球在振動(dòng)過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)到平衡位置O點(diǎn)下方距離為1時(shí)的動(dòng)能以.并根據(jù)小球

運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度u與相對(duì)平衡位置的位移x的關(guān)系式,畫出小球運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中速度隨

振動(dòng)位移變化的y-x圖象.

2

【答案】(1)a.s=等;b.見解析.(2)a.見解析.b.Ek=1kA:

o

【解析】

【詳解】

(1)a.對(duì)小球,由平衡條件wg=抬.

b.設(shè)小球偏離平衡位置x時(shí)的回復(fù)力為尸例-AQ+x)=一心,故小球做簡(jiǎn)諧運(yùn)

動(dòng).

(2)a.重力勢(shì)能與G=-/wgx

以平衡位置處彈性勢(shì)能為0,從平衡位置(彈簧伸長(zhǎng)量為$)到坐標(biāo)為x處(彈簧伸長(zhǎng)

量為根據(jù)彈簧彈力特點(diǎn)做出F-%圖線如圖,彈簧彈力做功為

試卷第14頁(yè),共62頁(yè)

設(shè)x坐標(biāo)處的彈性勢(shì)能為E泮,由彈力做功與彈性勢(shì)能變化量的關(guān)系可知%=-正泮,

即%=_(Ep彈-0)

22

得E評(píng)=-Wi(f=—kx+ksx=—kx+mgx

重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的總和4二后四+耳蹄=g奴2.

b.小球在運(yùn)動(dòng)到平衡位置0點(diǎn)下方距離為々時(shí)的勢(shì)能5二

小球在振幅處的動(dòng)能為零,依據(jù)能量守恒定律有g(shù)乂2

可得,£,=1M2

O

由能量守恒定律與,+&=紇2+/而,即g區(qū)2+3川口2=(公2,也即區(qū)2+“/=乂2,

故u-x圖是橢圓.

12.如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中傾斜放置電阻不計(jì)的兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌,金屬導(dǎo)軌與

水平面成6=37。角,平行導(dǎo)軌間距L=1.0m.勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向下,磁感

應(yīng)強(qiáng)度B=LOT.兩根金屬桿ab和cd可以在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦地滑動(dòng).兩金屬桿的質(zhì)量均

為加=0.20kg,ab桿的電阻為陽(yáng)=L()C,cd桿的電阻為心=2.0Q.若用與導(dǎo)軌平行的

拉力尸作用在金屬桿ab上,使ab桿勻速上滑并使cd桿在導(dǎo)軌上保持靜止,整個(gè)過(guò)程

中兩金屬桿均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好.取重力加速度g=10m/s2,sin37o=0.6,cos37。

=0.8.求:

(1)ab桿上滑的速度u的大?。?/p>

(2)ab桿兩端的電勢(shì)差〃出

(3)0.5s的時(shí)間內(nèi)通過(guò)cd桿的電量4.

【答案】(1)ab桿上滑的速度丫的大小為3.6m/s;(2)ab桿兩端的電勢(shì)差U心為2.4V;

(3)0.5s的時(shí)間內(nèi)通過(guò)cd桿的電量為0.60C.

【解析】

【詳解】

(1)以cd桿為研究對(duì)象,根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件可得:BIL=mgsMl°

解得:/=zr!£sin3r=0.2xl0x0.6A=12A

BL1x1

根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得:

ab桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=I(R1+R2)=L2x3V=3.6V

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得:E=BLv

解得:v=3.6m/s

(2)ab桿兩端的電勢(shì)差是路端電壓,根據(jù)歐姆定律可得:{/=//?,=1.2x2V=2.4V

根據(jù)右手定則可知。點(diǎn)電勢(shì)比力點(diǎn)的高,故有:Uab=2.4V

(3)由于桿勻速運(yùn)動(dòng),所以通過(guò)桿的電流強(qiáng)度為一個(gè)定值,根據(jù)電荷量的計(jì)算公式可

得:

g=〃=1.2xO.5C=O.6OC

13.如圖所示,質(zhì)量為〃?=1kg的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))放置在光滑的水平面上,與一根

處于自然長(zhǎng)度的彈簧接觸但不相連,彈簧另一端固定在豎直墻面上.水平面右側(cè)與一傾

角8=37。、長(zhǎng)s=Im的斜面在A處平滑連接,在斜面頂端B處通過(guò)長(zhǎng)度可忽略的圓弧

軌道與光滑水平軌道8c相連,半徑R=0.8m的豎直放置的光滑圓弧軌道8與軌道

區(qū)C相切于C點(diǎn).現(xiàn)用外力作用于物塊將彈簧壓縮一段距離,然后撤去外力,物塊由靜

止釋放后恰好運(yùn)動(dòng)到。點(diǎn).已知物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為〃=05g=10m/s2,sin

試卷第16頁(yè),共62頁(yè)

37°=0.6,cos370=0.8,求:

(1)糅放物塊瞬間,彈簧的彈性勢(shì)能礴;

(2)物塊由。點(diǎn)返回到。點(diǎn)時(shí)對(duì)圓弧軌道壓力尸N的大?。?/p>

(3)物塊第一次從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間/.

【答案】(DI8J;(2)30N;(3)0.2s

【解析】

【分析】

【詳解】

(1)根據(jù)能量守恒定律得

Ep=mg(s?sin6+??)+fjmgcos0-s

解得

緯二⑻

(2)由機(jī)械能守恒定律得

?12

rngR=-

在c點(diǎn)由牛頓第二定律得

v2

r-mg=in—

聯(lián)立解得

F=30N

由牛頓第三定律知物塊對(duì)圓弧軌道的壓力大小為

/=F=30N

(3)由功能關(guān)系得

由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得

聯(lián)立解得

z=0.2s

14.如圖所示,O為半徑為R的半圓柱形玻璃磚橫截面的圓心,玻璃破的折射率為&.從

A點(diǎn)射出的一細(xì)光束經(jīng)B點(diǎn)射入玻璃磚,最后垂直于直徑PQ射出波璃磚.已知O、A

兩點(diǎn)連線與直徑PQ垂直,入射點(diǎn)B到OA連線的距離為與,光速為c,sin15。=逅£但,

求:

⑴該細(xì)光束在玻璃磚中的傳播時(shí)間;

(ii)A、。兩點(diǎn)間的距離.

【答案】(i)[=遜(ii)xA0=(\+>/3)R

2c

【解析】

【詳解】

(i)由折射定律得〃=£

v

細(xì)光束在玻璃磚中的傳播距離為S=」配_(

又S=VZ

聯(lián)立解得"迎

2c

(ii)作BC_LQ4,如圖所示

R

設(shè)4B0C=/3,入射角為。,對(duì)ABOC,由兒何關(guān)系得疝]〃=五=,,解得尸=30。

PR2

試卷第18頁(yè),共62頁(yè)

由折射定律得〃=麗

解得a=45。,則NBAO=151NABO=135。

R

由正弦定理得

sin15°sin135°

解得A、。兩點(diǎn)間的距離x人0=(1+A/^冰

15.如圖所示,P、。為固定在水平面內(nèi)的兩根行長(zhǎng)直導(dǎo)軌,間距啟2m,整個(gè)導(dǎo)軌所在

不平處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=1T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.一根質(zhì)量機(jī)=lkg、電阻

R=2C的導(dǎo)體棒垂直放在導(dǎo)軌上,導(dǎo)體棒靖與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為〃=0.4.質(zhì)量

m=0.2kg的正方形金屬框"cd的邊長(zhǎng)L=1m,每邊電阻均為x4C,用輕繩懸掛在豎直平

面內(nèi),其中a邊水平,金屬框a、b兩點(diǎn)通過(guò)細(xì)導(dǎo)線與導(dǎo)軌相連,金屬框的上半部分處

在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小8=1T、方向垂直于框面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,下上部分處在大小也為

B=1T、方向垂直于框面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,不計(jì)其余電阻和導(dǎo)線對(duì)。、。點(diǎn)的作用力.現(xiàn)

給導(dǎo)體棒d一水平向左的初速度必,此時(shí)懸掛金屬框的輕繩的拉力大小為7=1N,經(jīng)時(shí)

間戶1s導(dǎo)體棒的"停止運(yùn)動(dòng),取g=10m/s2,求:

(1)導(dǎo)體棒獲得的初速度血的大小;

(2)r=ls內(nèi)導(dǎo)體棒向左運(yùn)動(dòng)的距離

(3)r=ls內(nèi)導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的焦耳熱Q.

【答案】(1)%=5m/s(2)5=1.25m(3)Q=3J

【解析】

【詳解】

(1)導(dǎo)體棒?!霁@得初速度瞬間,設(shè)油邊中電流為cd邊中電流為八,由平衡條件

T+BI\L=Mg+BIaL

ad、de、必三邊電阻串聯(lián)后再與向邊電阻并聯(lián)

則由乙:乙=3:1

設(shè)總電流為/,由閉合電路歐姆定律得

加%=/(/?+1)

電流為/=4+4

聯(lián)立解得%=5m/s

(2)在時(shí)間,內(nèi),對(duì)導(dǎo)體棒4,應(yīng)用動(dòng)量定理有

-(〃ng+Bld)t=O-mva

由法拉第電磁感應(yīng)定律得

E=B-

t

由閉合電路歐姆定律得

E="+力

聯(lián)立解得s=1.25m

(3)由能量守恒定律得

I

2

2-加%=pmgs+Q.

導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的焦耳熱為

Q=-V。總

R+-r

4

聯(lián)立解得。=3J

16.如圖所示,在豎直面內(nèi)半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),其磁

感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,在圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)水平直徑上有一點(diǎn)P,P到圓心0的距離為二,

2

在P點(diǎn)處有一個(gè)發(fā)射正離子的裝置,能連續(xù)不斷地向豎直平面內(nèi)的各方向均勻地發(fā)射出

速率不同的正離子.已知離子的質(zhì)量均為m,電荷量均為q,不計(jì)離子重力及離子間相

互作用力,求:

試卷第20頁(yè),共62頁(yè)

求離子的速率取值范圍;

(2)若離子速率大?。?等,則離子可以經(jīng)過(guò)的磁場(chǎng)的區(qū)域的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高

2m

度差是多少.

【答案】(1)學(xué)(2)M"2+J3R

4m4

【解析】

【詳解】

(1)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有:Bqv=m—

r

R

如圖所示,若所有離子均不能射出圓形磁場(chǎng)區(qū)域,則/

4

如JqR

4m

(2)當(dāng)離子速率大小%=等時(shí):由(1)式可知此時(shí)離子圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑,=4

2m2

離子經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的運(yùn)幻軌跡如圖,

由幾何關(guān)系知:月+(£|-=/?2得九二半農(nóng)

由幾何關(guān)系知:"+5sin6(r=二芭/?

?224

故最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高度差力=%+為=+:+&R

17.單色細(xì)光束射到折射率〃=拉的透明球面,光束在過(guò)球心的平面內(nèi),入射角/=45°,

研究經(jīng)折射進(jìn)入球內(nèi)后,又經(jīng)內(nèi)表面反射一次,再經(jīng)球面折射后射出的光線,如圖所示

(圖上已畫出入射光和出射光),

①在圖上大致畫出光線在球內(nèi)的路徑和方向;

②求入射光與出射光之間的夾角。。

;②30。

【解析】

【詳解】

①光線從入射到出射的光路如圖所示

入射光線月8經(jīng)玻璃折射后,折射光線為8C,又經(jīng)球內(nèi)壁反射后,反射光線為CD,再

經(jīng)折射后,折射出的光線為。瓦OB、。。為球的半徑,即為法線。

②由折射定律”^得

sinzsin4501

n22

解得

試卷第22頁(yè),共62頁(yè)

下30°

由幾何關(guān)系及對(duì)稱性,有

■^?=r—(z—r)=2r—/

把『30。,i=45。代入得

a=30°

18.某工地上工人的打樁過(guò)程可簡(jiǎn)化為以下模型:鐵錘先被舉高至距離樁面正上方某一

高處,然后由靜止釋放,讓它自由下落,然后與樁碰撞后將木樁打入地里.假設(shè)鐵錘質(zhì)

量為也=40kg,木樁質(zhì)量為機(jī)2=20kg,釋放時(shí)距樁面高度力=1.8米,與樁面碰撞后沒(méi)有

反彈而是一起向下運(yùn)動(dòng)直至靜止,若木樁一次撞擊后向下運(yùn)動(dòng)了L=5cm,^=10m/s2.不

計(jì)空氣阻力,求:

(1)鐵錘從釋放至碰撞所用的時(shí)間及鐵錘碰前的速度;

(2)若木樁向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中地面對(duì)樁的阻力恒定,則該阻力大小為多少?

【答案】(1)0.6s,6m/s;(2)10200N

【解析】

【分析】

【詳解】

(1)鐵錘先做自由落體運(yùn)動(dòng)有

,12

h=Qg「

v2=2gh

故鐵錘從釋放至碰撞所用的時(shí)間

/=0.6s

鐵錘碰前的速度

v=6m/s

(2)此后鐵錘與木樁發(fā)生完全非彈性碰撞,由動(dòng)量守恒有

收=(小+秋)曝

最后鐵錘與木樁一起向下運(yùn)動(dòng)至靜止,由動(dòng)能定理得

(町+嗎)gL_=0_;(町+嗎)唯

代入數(shù)據(jù)得

品=10200N

19.如圖,豎直墻面粗糙,其上有質(zhì)量分別為%=1kg、〃加=0.5kg的兩個(gè)小滑塊A和

B,A在B的正上方,A、B相距/?=2.25m,A始終受一大小尸尸1。N、方向垂直于墻

面的水平力作用,B始終受一方向豎直向上的恒力后作用.同時(shí)由靜止釋放A和B,

經(jīng)時(shí)間/=0.5s,A、B恰相遇.已知A、B與墻面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為4=0.2,重力加速

度大小g=10m/s2.求:

⑴滑塊A的加速度大小或;

⑵相遇前瞬間,恒力B的功率P.

【答案】(1)8m/s2;(2)5OW

【解析】

【分析】

【詳解】

(1)A、B受力如圖所示

試卷第24頁(yè),共62頁(yè)

A、B分別向下、向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng),對(duì)A

水平方向

豎直方向

fnF

Ag-(=%%

聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)解得

2

“A=8m/s

(2)對(duì)A由位移公式得

對(duì)B由位移公式得

1

由位移關(guān)系得

XB=h-XA

由速度公式得B的速度

對(duì)B由牛頓第二定律得

F2-mn8=fnHaR

恒力尸2的功率

P=FFB

聯(lián)立解得

P=50W

20.如圖,粗細(xì)均勻的導(dǎo)熱細(xì)坂璃管豎直放置,A、G端均開口,段和OEF段有水

銀柱.其中,BC.所段長(zhǎng)度均為25cm,C。段長(zhǎng)度30cm.?!甓伍L(zhǎng)度5cm、/G段長(zhǎng)

度20cm,CO部分封閉有一定質(zhì)量的理想氣體,外界大氣壓強(qiáng)po=75cmHg.初始狀態(tài)

下,封閉G端,在A端加上活塞并緩慢下壓,使OE/段水銀柱的。端向右移動(dòng)至E點(diǎn).求:

⑴末態(tài)FG段氣體的壓強(qiáng);

(ii)下壓過(guò)程中,段水銀柱的C端向右移動(dòng)的距離.

【答案】(1)lOOcmHg;(2)11cm

【解析】

【詳解】

(i)封閉G端后,末狀態(tài)各點(diǎn)位置如圖所示:

A

BG

D

CE

對(duì)尺;段氣體分析:

初態(tài),氣體長(zhǎng)度4=20cm,壓強(qiáng)四=Po=75cmHg

末態(tài),氣體長(zhǎng)度4'=4-5cm=15cm,壓強(qiáng)為〃由玻意耳定律:,MS=pJ/JS

代入數(shù)據(jù)得:P,'=lOOcmHg

(ii)對(duì)CD段氣體分析:

初態(tài),氣體長(zhǎng)度4=30cm,壓強(qiáng)〃2=〃。+〃肥=lOOcmHg

試卷第26頁(yè),共62頁(yè)

末態(tài),氣體長(zhǎng)度為T,壓強(qiáng)P2'=P」+〃FE=125cmHg

由玻意耳定律:P2l2S=P2'l2'S

代入數(shù)據(jù)得:4'=24cm

CD段氣體D端右移距離:以=5cm

CD段氣體長(zhǎng)度變化:A/2=/2-V

則CD段氣體D端向右移動(dòng)距離:A/=A/I+A/2

代入數(shù)據(jù)得:A/=llcm

21.空間中存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為一帶電量為+外質(zhì)

量為小的粒子,在P點(diǎn)以某一初速開始運(yùn)動(dòng),初速方向在圖中紙面內(nèi)如圖中P點(diǎn)箭頭

所示.該粒子運(yùn)動(dòng)到圖中。點(diǎn)時(shí)速度方向與P點(diǎn)時(shí)速度方向垂直,如圖中。點(diǎn)箭頭所

示.已知P、。間的距離為L(zhǎng).若保持粒子在尸點(diǎn)時(shí)的速度不變,而將勻強(qiáng)磁場(chǎng)換成勻

強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)方向與紙面平行且與粒子在P點(diǎn)時(shí)速度方向垂直,在此電場(chǎng)作用下粒子也

由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到。點(diǎn).不計(jì)重力.

P0

y

Q°--

求:(1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小.

(2)兩種情況中粒子由尸運(yùn)動(dòng)到。點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間之比.

【答案】E=E隨;^=7

【解析】

【詳解】

(1)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),以%表示粒子在P點(diǎn)的初速度,R表示圓周的半

徑,則有夕%8=加系

由于粒子在。點(diǎn)的速度垂直它在p點(diǎn)時(shí)的速度,可知粒子由P點(diǎn)到。點(diǎn)的軌跡為:圓

周,故有氏=專

以E表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,4表示粒子在電場(chǎng)中加速度的大小,加表示粒子在電場(chǎng)中由

〃點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到。點(diǎn)經(jīng)過(guò)的時(shí)間,則有4七=加。

水平方向上:R=

豎直方向上:R=%7

由以上各式,得七=夜小且%=多

mqB

(2)因粒子在磁場(chǎng)中由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到。點(diǎn)的軌跡為,圓周,即%=;7二g2所以?二g

22.在如圖所示的傾角為。的光滑斜面上,存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁

場(chǎng),區(qū)域I的磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,區(qū)域II的磁場(chǎng)方向垂直斜面向下,磁場(chǎng)的寬度均為L(zhǎng),

一個(gè)質(zhì)量為小、電阻為R、邊長(zhǎng)也為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框,由靜止開始沿斜面下滑,〃時(shí)時(shí)

邊剛越過(guò)G"進(jìn)入磁場(chǎng)I區(qū),此時(shí)線框恰好以速度刃做勻速直線運(yùn)動(dòng)迨時(shí)昉邊下滑到JP

與MN的中間位置,此時(shí)線框又恰好以速度i,2做勻速直線運(yùn)動(dòng).重力加速度為g

求:(1)線框兩次勻速直線運(yùn)匆的速度3,V2

(2)從〃到匕有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能

【答案】V*?二噌署/+

【解析】

【詳解】

(1)當(dāng)外邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),治邊所受安培力與下滑分力平衡,即有:那gsine=£^X解

_ngRsinO

得:『FfT

當(dāng)時(shí)邊下滑到"與MN的中間位置時(shí),線框又是勻速運(yùn)動(dòng),則而、〃兩條邊所受的安培

力與線框下滑分力相平衡,即有wgsin6=2?&。至解得:丹=嚼器

(2)根據(jù)能量守恒減小機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能即

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