精品解析:江苏省常州市第一中学2024-2025学年高三上学期10月月考物理试题
2024-10-14
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2份
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-阶段检测 |
| 学年 | 2024-2025 |
| 地区(省份) | 江苏省 |
| 地区(市) | 常州市 |
| 地区(区县) | 天宁区 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 4.35 MB |
| 发布时间 | 2024-10-14 |
| 更新时间 | 2026-03-26 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2024-10-14 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/47953186.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
常州市第一中学2024-2025学年第一学期高三物理阶段调研
2024.10
一、单项选择题(本大题共11小题,每小题4分,共44分,每小题只有一个选项符合题意)
1. 下列关于运动的描述正确的是( )
A. 加速度变小运动一定是减速运动
B. 圆周运动的合力一定指向圆心
C. 曲线运动的加速度不可能恒定
D. 直线运动的平均速度可以不等于初末速度和的一半,但一定等于位移与时间的比值
2. 某匀加速直线运动依次经过A、B、C三点,、,历时依次为和,则点的速度和加速度的数值分别为( )
A. 0、 B. 0、 C. 、 D. 、0
3. 在人造地球卫星卫星中有一种地球静止卫星,广泛应用于全球通信中,下列说法不正确的是( )
A. 不可能经过常州正上空
B. 三颗此卫星恰当分布,其信号可以覆盖全球
C. 此卫星距离地面的高度是唯一的,大约
D. 赤道平面内比地球静止卫星高的圆轨道卫星,相对地面一定向西转动
4. 通过观测对做圆周运动的双星系统:其运动的周期为T、两星之距为L,已知引力常量为G,能够求解出( )
A. 两星球的自身半径 B. 两星球的轨道半径
C. 两星球的各自质量 D. 两星球的总质量
5. 某汽车质量为,在平直的路面上由静止以恒功率启动到最大速度,运动过程中总阻力(和)为常数,下列说法正确的是( )
A. 在加速过程中平均速度等于 B. 加速时间等于
C. 加速位移超过 D. 关闭发动机后平均速度等于
6. 光滑的水平面上有一质量为的静止木块,质量为的子弹以一定的速度射入其中没有射出,从射入到达共同速度为止( )
A. 摩擦力对子弹做功的数值超过木块获得动能的3倍
B. 摩擦发热量在数值上等于木块获得的动能
C. 摩擦力对两物体做功的代数和等于0
D. 因为存在相互间的摩擦力,所以系统机械能不守恒、动量也不守恒
7. 如图所示,是半径为的圆内接正五边形,在其顶点、、、处各固定电荷量为的点电荷,在处固定电荷量为的点电荷,放置在圆心处的电荷量为的点电荷受到的静电力的大小和方向为( )
A. ,方向从指向
B. ,方向从指向
C. ,方向从指向
D. ,方向从指向
8. 愤怒的小鸟是风靡全球的2D画面游戏,是通过调节发射小鸟的速度大小与角度达到轰击肥猪堡垒的目的。现简化为如图所示的模型:假设小鸟从离草地高度为处用弹弓弹射,初速度斜向上且与水平方向成角,肥猪的堡垒到拋射点水平距离为L,忽略空气阻力,重力加速度为(将小鸟和肥猪堡垒均视为质点)。则( )
A. 当一定时,角越大,小鸟空中运动时间越短
B. 小鸟从开始到上升到最高点的过程中增加的势能为
C. 当角一定时,越小,其水平射程越长
D. 若,则要想击中目标,初速度应满足
9. 如图所示,顶角恒为的型槽的底部用铰链连接在地面上,内部放一光滑的圆柱体,从OM水平的位置逆时针缓慢旋转到ON水平的过程中( )
A. 柱体对OM压力逐渐变小
B. 柱体对ON压力逐渐变大
C. ON竖直时,柱体对OM的压力最大
D. OM转过时,柱体对OM的压力等于重力
10. 水平地面上有一质量为半球型碗,内表面光滑,质量的小球从边缘由静止滚到底端的过程,碗一直保持静止,(取重力加速度为g)在此过程中( )
A. 底座受到地面的最大摩擦力为
B. 底座对地面的最大压力为
C. 底座与地面的动摩擦因数最小为
D. 如果把碗放在光滑水平面上,小球不能到达碗的另一侧边缘
11. 如图所示,一个劈形物体A质量,各面均光滑,放在固定的斜面上倾斜角为A的上表面水平,在A的上表面上放一光滑的小球,其质量也为,A由静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动过程中( )
A. 轨迹为抛物线 B. 轨迹沿斜面向下
C. 受到的支持力为 D. 受到的支持力为
二、解答题(解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。总共5小题共56分)
12. 小娟同学用如图装置进行验证牛顿第二定律或机械能守恒定律的实验,气垫导轨已经调节水平,细线与导轨平行。
(1)滑块和遮光条的质量为M,钩码质量为m,在本实验中______(需要或不需要)天平测量该两个物体质量的大小。用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图d=______mm
(2)如果验证牛顿第二定律:接通电源释放钩码,滑块通过两个光电门时遮光条的遮光时间分别为和,测量出两光电门之间距离为L,则加速度为a=______(用题中的字母表示)为了验证牛顿第二定律,把上述a与进行对比时______(需要或不需要)保证滑块质量远远大于钩码的质量
(3)如果验证机械能守恒,就是看等式__________________是否成立。
(4)气垫导轨的气流充足,多次实验总是发现减小的重力势能总大于系统动能的增量,可能的原因有( )
A 没有保证 B. 滑轮质量不可忽略
C. 滑轮转动中转轴摩擦 D. 导轨其实不水平,且左低右高
13. 高为h=1.25m的圆形餐桌上有一可转动的玻璃小圆桌,两者共轴,半径分别为r=1.2m和R=1.5m,某次就餐,有一包香烟放在玻璃桌边缘,某儿童不懂就餐礼仪,快速转动玻璃桌,导致香烟刚好从玻璃桌边缘抛出落在大餐桌上,已知香烟盒与玻璃的动摩擦因数为,与大餐桌的动摩擦因数,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,忽略玻璃桌面与大餐桌的高度差,香烟盒可以看成为质点,已知重力加速度,不计空气阻力。求
(1)香烟盒刚好抛出玻璃桌面时的速度;
(2)香烟盒落地点距桌转轴的水平距离s。
14. 在光滑地面上有一横截面为直角三角形的斜面体紧靠竖直墙壁,质量,倾斜角为,质量为的方块放在斜面上,相互间的摩擦忽略不计,为了使方块静止在斜面上,对方块施加恒定的力,已知重力加速度。求
(1)力的最小值和此时斜面体对墙的压力;
(2)撤去力,方块匀加速下滑时斜面体对地面的压力。
15. 质量M=1kg的木板静止在水平地面上,长为L=2.25m,在板的右端有一可视为质量的小方块,其质量m=1kg,与木板之间的动摩擦因数为,现用水平恒力F作用在木板上,使之由静止开始运动,木板与水平地面之间的动摩擦因数,已知重力加速度。求:
(1)如果F=5N,则小方块受到的摩擦力多大?
(2)如果F=9N,为了使m不脱离M,求
①力作用的最长时间;
②在①作用的最长时间下,m停止点离板右端有多远?
16. 如图甲,轻质T型架的水平和竖直杆上各套一质量为的小球A和B,相互间用轻细线连接,细线与竖直方向成,A球用轻质弹簧连接固定在右端,劲度系数,小球与杆之间不计摩擦,整个装置可以绕竖直杆转动。已知重力加速度,。求:
(1)整个装置静止时弹簧的形变量
(2)如果缓慢加速转动,当弹簧的弹力等于初始值时,求外力给系统做的功。
(3)如图乙,撤去弹簧,用手托住B球使之位于顶点同时细线正好伸直,由静止释放B球,求B球速度最大时A球的加速度。
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常州市第一中学2024-2025学年第一学期高三物理阶段调研
2024.10
一、单项选择题(本大题共11小题,每小题4分,共44分,每小题只有一个选项符合题意)
1. 下列关于运动描述正确的是( )
A. 加速度变小的运动一定是减速运动
B. 圆周运动的合力一定指向圆心
C. 曲线运动的加速度不可能恒定
D. 直线运动的平均速度可以不等于初末速度和的一半,但一定等于位移与时间的比值
【答案】D
【解析】
【详解】A.若加速度和速度方向始终相同时,物体做加速直线运动,加速度变小只是速度增加变慢,故A错误;
B.物体只有做匀速圆周运动时,所受的合力提供向心力,合力一定指向圆心,故B错误;
C.曲线运动加速度可能恒定,如平抛运动,故C错误;
D.如果做非匀变速直线运动的平均速度可以不等于初末速度和的一半,但所有直线运动的平均速度一定等于位移与时间的比值,故D正确。
故选D。
2. 某匀加速直线运动依次经过A、B、C三点,、,历时依次为和,则点的速度和加速度的数值分别为( )
A. 0、 B. 0、 C. 、 D. 、0
【答案】C
【解析】
【详解】AB中间时刻的速度
BC中间时刻的速度
则加速度
点的速度
故选C。
3. 在人造地球卫星卫星中有一种地球静止卫星,广泛应用于全球通信中,下列说法不正确的是( )
A. 不可能经过常州正上空
B. 三颗此卫星恰当分布,其信号可以覆盖全球
C. 此卫星距离地面的高度是唯一的,大约
D. 赤道平面内比地球静止卫星高的圆轨道卫星,相对地面一定向西转动
【答案】B
【解析】
【详解】A.地球静止卫星即地球静止卫星,其轨道只能在赤道上空,故不可能经过常州上空,故A正确;
B.当三颗这样的卫星两两之间与地心连线的夹角为120°时恰能实现赤道全球通信,但信号不能覆盖两极,其信号不能覆盖全球,故B错误;
C.地球静止卫星即地球静止卫星,其运动的周期为T=24h,地球半径R≈ 6378km,地球质量M≈ 5.9736×1024 kg,引力常量G≈ 6.67× 10-11 m3kg-1s-2,,根据万有引力提供向心力得
解得
则此卫星离地面高度为
代入数据可得
故C正确;
D.根据万有引力提供向心力
解得
可知赤道平面内比地球静止卫星高的圆轨道卫星,其轨道半径更大,则其线速度比地球静止卫星小,故赤道平面内比地球静止卫星高的圆轨道卫星相对地面一定向西转动,故D正确。
本题选错误的,故选B。
4. 通过观测对做圆周运动的双星系统:其运动的周期为T、两星之距为L,已知引力常量为G,能够求解出( )
A. 两星球的自身半径 B. 两星球的轨道半径
C. 两星球的各自质量 D. 两星球的总质量
【答案】D
【解析】
【详解】双星系统运行过程,两颗星球的运动周期相等、角速度相同,由两颗星球间的万有引力作为向心力,设两颗星球的轨道半径分别为r1,r2,由向心力公式可得
整理可得
,
又
故两颗星球的总质量可表示为
可以求出两颗星球的总质量,由题意无法求出两星球的轨道半径和星球半径,故两星球各自的质量无法求出。
故选D。
5. 某汽车质量为,在平直的路面上由静止以恒功率启动到最大速度,运动过程中总阻力(和)为常数,下列说法正确的是( )
A. 在加速过程中平均速度等于 B. 加速时间等于
C. 加速位移超过 D. 关闭发动机后平均速度等于
【答案】C
【解析】
【详解】A.由于启动过程中发动机的输出功率恒为P不变,根据
可得,随着汽车速度v增大,则汽车的牵引了F逐渐减小,且同时阻力f增大,根据牛顿第二定律有
可知汽车的加速度逐渐减小,所以汽车做非匀变速直线运动,所以不满足匀变速直线运动的速度关系,即
故A错误;
B.从汽车开始运动到汽车达到最大速度,根据动能定理有
解得
所以,加速时间大于,故B错误;
C.加速的位移为
故C正确;
D.关闭发动机后,根据牛顿第二定律
随着汽车速度v减小,则阻力f减小,可知汽车的加速度逐渐减小,所以汽车做非匀变速直线运动,所以不满足匀变速直线运动的速度关系,即
故D错误。
故选C。
6. 光滑的水平面上有一质量为的静止木块,质量为的子弹以一定的速度射入其中没有射出,从射入到达共同速度为止( )
A. 摩擦力对子弹做功的数值超过木块获得动能的3倍
B. 摩擦发热量在数值上等于木块获得的动能
C. 摩擦力对两物体做功的代数和等于0
D. 因为存在相互间的摩擦力,所以系统机械能不守恒、动量也不守恒
【答案】A
【解析】
【详解】A.设子弹的初速为v0,则由动量守恒
则摩擦力对子弹做功
木块获得动能的
因可知
即
选项A正确;
B.摩擦放热
Q=fd(d为木块厚度)
木块获得的动能
(x为木块的位移)
两者不相等,选项B错误;
C.摩擦力子弹做功
W1=-f(x+d)
摩擦力对物块做功
W2=fx
则摩擦力对两物体做功的代数和等于-fd,选项C错误;
D.因为存在相互间摩擦力,所以系统机械能不守恒,但是系统受合外力为零,则动量守恒,选项D错误。
故选A。
7. 如图所示,是半径为的圆内接正五边形,在其顶点、、、处各固定电荷量为的点电荷,在处固定电荷量为的点电荷,放置在圆心处的电荷量为的点电荷受到的静电力的大小和方向为( )
A. ,方向从指向
B. ,方向从指向
C. ,方向从指向
D. ,方向从指向
【答案】A
【解析】
【详解】假设在、、、、处均是电荷量为的点电荷,由对称性可知此时圆心处的电场强度为零,可知、、、处各固定电荷量为的点电荷在圆心处的电场强度方向由指向,大小为
在处固定电荷量为的点电荷在圆心处的电场强度方向由指向,大小为
则圆心处的合电场强度方向由指向,大小为
可知放置在圆心处的电荷量为的点电荷受到的静电力方向方向从指向,大小为
A正确,BCD错误;
故选A。
8. 愤怒的小鸟是风靡全球的2D画面游戏,是通过调节发射小鸟的速度大小与角度达到轰击肥猪堡垒的目的。现简化为如图所示的模型:假设小鸟从离草地高度为处用弹弓弹射,初速度斜向上且与水平方向成角,肥猪的堡垒到拋射点水平距离为L,忽略空气阻力,重力加速度为(将小鸟和肥猪堡垒均视为质点)。则( )
A. 当一定时,角越大,小鸟在空中运动时间越短
B. 小鸟从开始到上升到最高点的过程中增加的势能为
C. 当角一定时,越小,其水平射程越长
D. 若,则要想击中目标,初速度应满足
【答案】B
【解析】
【详解】A.当一定时,角越大,竖直速度越大,则小鸟在空中运动时间越长,选项A错误;
B.小鸟从开始到上升到最高点的过程中增加的势能为
选项B正确;
C.当角一定时,越小,竖直速度越小,则在空中的时间越小,根据
可知其水平射程越短,选项C错误;
D.若,则
可知要想击中目标,初速度应满足
选项D错误。
故选B。
9. 如图所示,顶角恒为的型槽的底部用铰链连接在地面上,内部放一光滑的圆柱体,从OM水平的位置逆时针缓慢旋转到ON水平的过程中( )
A. 柱体对OM压力逐渐变小
B. 柱体对ON压力逐渐变大
C. ON竖直时,柱体对OM的压力最大
D. OM转过时,柱体对OM的压力等于重力
【答案】C
【解析】
【详解】AB.设OM板转动的角度为,对圆柱体受力分析如图,由正弦定理可得
从逐渐增大到(先锐角后钝角)故其正弦值先增大后减小,所以先增大后减小,先增大后减小,AB均错误;
C.根据上述分析可知,当时,ON竖直恰好竖直,此时
柱体对OM的压力最大,C正确;
D.把代入上式可知
D错误。
故选C。
10. 水平地面上有一质量为半球型碗,内表面光滑,质量的小球从边缘由静止滚到底端的过程,碗一直保持静止,(取重力加速度为g)在此过程中( )
A. 底座受到地面的最大摩擦力为
B. 底座对地面的最大压力为
C. 底座与地面的动摩擦因数最小为
D. 如果把碗放在光滑的水平面上,小球不能到达碗的另一侧边缘
【答案】C
【解析】
【详解】AC.设小球到达的位置与球心连线与竖直方向夹角为θ时底座受到地面的摩擦力最大,则由机械能守恒
由牛顿第二定律
对碗受力分析可知地面对碗的摩擦力
联立解得
可知当θ=45°时底座受到地面的最大摩擦力为
底座与地面的静摩擦力应满足
即
即动摩擦因数要大于等于的最大值,因
可知
选项A错误C正确;
B.当小球到达碗底部时碗对地面的压力最大,则由机械能守恒
由牛顿第二定律
底座对地面的最大压力
联立解得
N=6mg
选项B错误;
D.如果把碗放在光滑的水平面上,则小球和碗的系统水平方向动量守恒,当小球到达另一侧最高点时根据
可知碗和小球的速度均为零,由能量关系可知,小球能到达碗的另一侧边缘,选项D错误。
故选C。
11. 如图所示,一个劈形物体A质量,各面均光滑,放在固定的斜面上倾斜角为A的上表面水平,在A的上表面上放一光滑的小球,其质量也为,A由静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动过程中( )
A. 轨迹为抛物线 B. 轨迹沿斜面向下
C. 受到的支持力为 D. 受到的支持力为
【答案】D
【解析】
【详解】AB.由于小球与劈形物体的接触面光滑,在A下滑过程中,小球水平方向不受外力作用,该方向上运动状态不会改变。在劈形物体A下滑过程中,原来处于静止状态的小球B在水平方向上没有运动,故运动轨迹为竖直向下的直线,故AB错误;
CD.对B进行分析,根据牛顿第二定律有
对A进行分析,根据牛顿第二定律有
根据牛顿第三定律有
A、B在竖直方向上的加速度相等,则有
解得
故C错误,D正确。
故选D。
二、解答题(解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。总共5小题共56分)
12. 小娟同学用如图装置进行验证牛顿第二定律或机械能守恒定律的实验,气垫导轨已经调节水平,细线与导轨平行。
(1)滑块和遮光条的质量为M,钩码质量为m,在本实验中______(需要或不需要)天平测量该两个物体质量的大小。用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图d=______mm
(2)如果验证牛顿第二定律:接通电源释放钩码,滑块通过两个光电门时遮光条的遮光时间分别为和,测量出两光电门之间距离为L,则加速度为a=______(用题中的字母表示)为了验证牛顿第二定律,把上述a与进行对比时______(需要或不需要)保证滑块质量远远大于钩码的质量
(3)如果验证机械能守恒,就是看等式__________________是否成立。
(4)气垫导轨的气流充足,多次实验总是发现减小的重力势能总大于系统动能的增量,可能的原因有( )
A. 没有保证 B. 滑轮质量不可忽略
C. 滑轮转动中转轴摩擦 D. 导轨其实不水平,且左低右高
【答案】(1) ①. 需要 ②. 10.50
(2) ①. ②. 不需要
(3)
(4)C
【解析】
【小问1详解】
[1][2]在本实验中需要天平测量该两个物体质量的大小。遮光条的宽度
d=
【小问2详解】
[1][2]滑块通过两个光电门的速度分别为
又
联立得
为了验证牛顿第二定律,由于为实际加速度大小,把上述a与进行对比时,不需要保证滑块质量远远大于钩码的质量。
【小问3详解】
如果机械能守恒,有
即
【小问4详解】
AB.是否以及滑轮质量对实验结果没有影响,故AB错误;
C.滑轮转动中转轴摩擦,会消耗能量,导致重力势能大于系统动能的增量,故C正确;
D.导轨其实不水平,且左低右高,会导致重力势能小于系统动能的增量,故D错误。
故选C。
13. 高为h=1.25m的圆形餐桌上有一可转动的玻璃小圆桌,两者共轴,半径分别为r=1.2m和R=1.5m,某次就餐,有一包香烟放在玻璃桌边缘,某儿童不懂就餐礼仪,快速转动玻璃桌,导致香烟刚好从玻璃桌边缘抛出落在大餐桌上,已知香烟盒与玻璃的动摩擦因数为,与大餐桌的动摩擦因数,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,忽略玻璃桌面与大餐桌的高度差,香烟盒可以看成为质点,已知重力加速度,不计空气阻力。求
(1)香烟盒刚好抛出玻璃桌面时的速度;
(2)香烟盒落地点距桌转轴的水平距离s。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
香烟盒刚好抛出玻璃桌面时,静摩擦力达到最大,则有
解得
【小问2详解】
香烟盒在大餐桌上做匀减速直线运动,如图所示
根据牛顿第二定律可得
根据运动学公式可得
根据几何关系可得
联立解得香烟盒从大餐桌滑落时的速度大小为
香烟盒在空中做平抛运动,竖直方向有
解得
水平射程为
根据几何关系可知香烟盒落地点距桌转轴的水平距离为
14. 在光滑的地面上有一横截面为直角三角形的斜面体紧靠竖直墙壁,质量,倾斜角为,质量为的方块放在斜面上,相互间的摩擦忽略不计,为了使方块静止在斜面上,对方块施加恒定的力,已知重力加速度。求
(1)力的最小值和此时斜面体对墙的压力;
(2)撤去力,方块匀加速下滑时斜面体对地面的压力。
【答案】(1),
(2)
【解析】
【小问1详解】
[1]要使方块静止在斜面上,其最小力应与重力的下滑分力平衡,则有
[2]把物体及斜面看成一个整体受力分析,如图所示
根据共点力物体的平衡条件可知
根据牛顿第三定律可知,斜面对墙体的压力大小为
【小问2详解】
撤去外力时,物块沿斜面的加速度
将此加速度沿水平方向和竖直方向进行分解,可得物块在竖直方向上的加速度为
把斜面和方块整体分析,由牛顿第二定律可得
联立解得
15. 质量M=1kg的木板静止在水平地面上,长为L=2.25m,在板的右端有一可视为质量的小方块,其质量m=1kg,与木板之间的动摩擦因数为,现用水平恒力F作用在木板上,使之由静止开始运动,木板与水平地面之间的动摩擦因数,已知重力加速度。求:
(1)如果F=5N,则小方块受到的摩擦力多大?
(2)如果F=9N,为了使m不脱离M,求
①力作用的最长时间;
②在①作用的最长时间下,m停止点离板右端有多远?
【答案】(1)
(2)1s,1.5m
【解析】
【小问1详解】
由于地面对木板的最大静摩擦力
假设木板和小方块具有共同的加速度,整体受力分析可知
解得
单独对小方块受力分析,结合牛顿第二定律可知
由于小方块与木板间的最大静摩擦力为
所以木板与方块均处于相对静止状态,假设成立,小方块受到的摩擦力
【小问2详解】
①当F=9N时,设方块的加速度为,木板的加速度为,则有,
解得,
设力作用的最长时间为,由题意可得
撤去外力后,小方块的速度为
木板的速度为
此后木板减速,根据牛顿第二定律,有
解得
小方块加速,且加速度为a1,共速时间为t1,则有
该过程中,木板运动的位移为
小方块运动的位移为
小方块相对木板向后运动的位移为
又有
联立解得,
②共速后速度为
对木板,有
解得木板的加速度为
共速后木板和小方块均做减速运动,直到停止,
所以小方块最终停止点离板右端
16. 如图甲,轻质T型架的水平和竖直杆上各套一质量为的小球A和B,相互间用轻细线连接,细线与竖直方向成,A球用轻质弹簧连接固定在右端,劲度系数,小球与杆之间不计摩擦,整个装置可以绕竖直杆转动。已知重力加速度,。求:
(1)整个装置静止时弹簧形变量
(2)如果缓慢加速转动,当弹簧的弹力等于初始值时,求外力给系统做的功。
(3)如图乙,撤去弹簧,用手托住B球使之位于顶点同时细线正好伸直,由静止释放B球,求B球速度最大时A球的加速度。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
整个装置静止时,设绳子上的拉力为,对B球进行分析,根据平衡条件有
解得
对球进行分析,根据平衡条件有
解得
【小问2详解】
如果缓慢加速转动,当弹簧的弹力等于初始值时,弹簧处于压缩状态,压缩量等于初状态的伸长量,则有
则此时A距离转轴的距离
B球距离水平杆的距离
设此时绳子与竖直方向的夹角为,绳子拉力为,则对B进行分析有
对A进行分析有
根据几何关系有
,
解得A球的动能
B球重力势能增加量
则外力对系统做的功
【小问3详解】
B球速度最大时为,此时A球速度,绳子与水平杆的夹角为,由机械能守恒定律得
其中
解得
求导可得,当
即有
时,B球速度最大,加速度为零,设此时绳子的拉力为,对B球竖直方向
又由于
对A球,由牛顿第二定律得
解得
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