精品解析:重庆市第八中学校2024-2025学年高三下学期3月月考物理试卷
2025-03-28
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2份
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25页
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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 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 重庆市 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 5.52 MB |
| 发布时间 | 2025-03-28 |
| 更新时间 | 2025-08-18 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2025-03-28 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/51302360.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:
重庆八中2025届高三3月月考
物理试卷
一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1. 下面的四种现象中,有一项涉及的液体性质与其它三项不同,该项是( )
A. 水黾在水面上“飘着”而不沉入水中
B. 验血时指尖刺出的小血珠沿着采血细管往上升
C. 南宋张世南发现真的桐油可以在篾圈上形成油膜,而掺假的桐油不行
D. 王亚平在“天宫课堂”中,展示了悬浮在太空舱里的水滴呈现为球状
2. 在某电场中以点为坐标原点建立坐标轴,轴上各点的电势随坐标的变化关系如图所示,、为轴上两点。一带正电粒子从由静止释放,仅在电场力作用下沿轴运动,则粒子( )
A. 过点时电势能最大
B. 过点时动能最大
C. 过点时加速度最大
D. 过点时速度方向一定沿轴正向
3. 如图所示,甲、乙两个小组分乘两只小船渡一条宽度为的河,各处水流速度均向右且等大恒定,船在静水中的速率均为,渡河时船头朝向与河岸夹角均为,其中甲船恰好抵达正对岸的A点,则( )
A. 甲船渡河时间比乙船短
B. 乙船渡河时间为
C. 两船都抵达对岸时,间距增大了
D. 如果河水流速增大,甲船调整航向一定还能到达A点
4. 如图甲所示,将医用电磁流量计接入输液管测量药液的流量(药液中含有大量正负离子)。流量计简化结构如图乙所示,药液以速度水平向右通过流量计,流量大小恒定。匀强磁场的磁感应强度大小一定,垂直纸面向内。为流量计内壁上两点,则( )
A. 点电势高于点
B. 电势差与无关
C. 若流量计内径变小,则电势差变大
D. 若流量计内径变小,则变小
5. 如图甲所示,理想变压器原线圈连接定值电阻,副线圈连接最大阻值足够大的滑动变阻器,变压器原副线圈匝数比为,M、N端输入电压有效值不变的正弦式交流电。将滑动变阻器的滑片从端缓慢向下滑动,记录理想电压表V的示数与理想电流表A的示数,描绘出如图乙所示的图像。则( )
A. 定值电阻的阻值为甲
B. MN间交变电压的最大值为
C. 滑动变阻器滑片缓慢向端滑动,电压表示数减小
D. 滑动变阻器接入阻值为时,滑动变阻器消耗的功率最大
6. 如图所示,可视为质点的相同小球A、B分别用长为、的细绳悬挂在同一竖直线的两点,点为两悬挂点在地面的投影。现使A、B两球在离地高度均为的水平面内做圆周运动,其半径分别为。则( )
A. 两球的周期相等
B. 两根细绳的拉力大小相等
C. 若同时剪断两根细绳,球先落地
D. 若同时剪断两根细绳,两球的落地点到点的距离相等
二、多项选择题:本题共3小题,每小题5分,共15分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。
7. 如图所示,不可伸长的轻绳一端固定在点,一端连接可视为质点的小球,初始时轻绳竖直。现用外力缓慢拉动小球,保持始终与轻绳垂直,使轻绳缓慢转过,拉动小球过程中( )
A. 逐渐增大
B. 先增大后减小
C. 轻绳拉力先增大后减小
D 轻绳拉力逐渐减小
8. 在高能物理研究中,常用环状磁场来约束带电粒子活动范围,其简化模型如图所示:内、外圆半径分别为的环形区域有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为。到圆心的距离为()的点有一粒子源,可向纸面内发射速度大小不同的质量为、电荷量为的粒子,点发出的各种速度的粒子向各个方向均匀分布。不计重力和粒子间的相互作用。则( )
A. 若,速度小于的粒子都被约束在环的外圆以内
B. 若,速度为的粒子中,有一半被约束在环的外圆以内
C. 若,速度大于粒子都会从环的外圆出去
D. 若,速度小于的粒子都被约束在环的外圆以内
三、非选择题;本题共5小题,共57分。
9. 如图甲所示,光在介质1和介质2间折射时有。如图乙所示是一种折射率测量仪的简化结构,半圆形玻砖的直径边水平且固定。操作步骤如下:
①将待测宝石放在玻砖的圆心处,宝石与玻砖的接触面紧密贴合,中间空气不计;
②左下方的圆弧形光源发出同一种光,光均沿半径方向对着玻砖圆心射入,玻砖的左边四分之一圆为亮区;
③在玻砖的右边四分之一圆内会出现亮区及暗区,使得右下方的角度尺上出现明暗分区,读出明暗分界线所在位置的角度值,即可得到待测宝石的折射率。
回答下列问题:
(1)图甲中,大于,则相对于介质2,介质1是___________(选填“光疏介质”或“光密介质”);
(2)图乙中,待测宝石的折射率___________(选填“大于”或“小于”)玻砖的折射率;
(3)图乙中,已知玻砖的折射率为1.74,测得玻砖右边四分之一圆中明暗分界线与法线的夹角为,查得,则该待测宝石的折射率为___________(结果保留3位有效数字)。
10. 一段长为的圆柱形电阻丝,电阻约为。为了测量其电阻率,提供如下器材:
①待测电阻丝;
②电流表(量程,内阻);
③电流表(量程,内阻约为);
④滑动变阻器(最大阻值,额定电流2A);
⑤学生直流电源(电动势,内阻很小);
⑥定值电阻;
⑦开关导线若干。
完成以下实验步骤:
(1)用螺旋测微器测该电阻丝的直径,如题图所示,则其直径________mm;
(2)滑动变阻器应采用_________(选填“分压”或“限流”)连接方式来调节电路;
(3)下列测量电路___________最合理;
A. B.
C. D.
(4)测得电流表和的示数分别为、,则该电阻丝的电阻率可表示为________(用题中相关物理量的符号表示)。
11. 超声波在医疗及生产领域应用很广泛,将超声波传播简化为如题图甲所示,超声波从介质1进入介质2中继续传播,为传播方向上的三个点。如图乙所示为时刻A质点右侧介质1中的部分波形图,此时点已经振动,图丙所示为该时刻起点的振动图像。已知两质点间的距离,波在介质2中的传播速度为。求:
(1)该波在介质1中传播速度的大小;
(2)到时该质点走过的路程。
12. 如图甲所示为某货物自动传送装置实物图。该装置的底座为三棱柱,光滑的其上表面与底面夹角为,光滑挡板固定在底座上且与其上表面垂直,装置放在水平地面时,横截面如图乙所示。边在水平地面上,将边抬高使底面与水平面的夹角为,简化图如图丙所示。平铺在底座上表面的传送带以速度匀速运动,每隔在点由静止释放一个可视为质点的货物,在距点的A处自动卸货,货物的质量均为,其底部与传送带的动摩擦因数均为。取重力加速度,,,,,不计空气阻力。求(结果可保留分式):
(1)传送带对货物的摩擦力大小;
(2)货物在传送带上运动的时间;
(3)为传送货物传送带电机多消耗的电功率。
13. 如图所示,固定在水平面上的光滑金属导轨和在点用绝缘材料连接(连接点大小不计),通过单刀双掷开关与智能电源、定值电阻形成电路。导轨与平行,间距为;为等腰三角形,顶角。虚线、间距为且均与导轨垂直,虚线与导轨围成的矩形和内有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小均为。甲、乙为导体棒,甲静止在虚线处,乙静止在虚线右侧附近,虚线到单刀双掷开关、虚线到的距离均足够长,且虚线到的导轨表面覆盖了光滑绝缘涂层。已知甲的质量为,乙的质量为甲的倍,甲棒接入电路的阻值和定值电阻的阻值均为,其余电阻不计。初始时开关接1,智能电源使甲中的电流始终为;当甲滑过时立即将开关改接2并保持不变,甲乙发生弹性碰撞后,甲可以向左滑过(此时乙还未到达)。甲、乙都始终与导轨接触良好且平行于虚线。(,)
(1)求开关接1的持续时间,以及甲向左滑过磁场的过程中通过定值电阻的电荷量;
(2)求满足题意的的大小范围;
(3)分析判断(2)中的范围能否确保乙向右滑过点。
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重庆八中2025届高三3月月考
物理试卷
一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1. 下面的四种现象中,有一项涉及的液体性质与其它三项不同,该项是( )
A. 水黾在水面上“飘着”而不沉入水中
B. 验血时指尖刺出的小血珠沿着采血细管往上升
C. 南宋张世南发现真的桐油可以在篾圈上形成油膜,而掺假的桐油不行
D. 王亚平在“天宫课堂”中,展示了悬浮在太空舱里的水滴呈现为球状
【答案】B
【解析】
【详解】A.水黾在水面上“飘着”而不沉入水中,是因为水的表面张力使得水面形成一层“弹性膜”,支撑水黾;
B.验血时指尖刺出的小血珠沿着毛细管上升,这是毛细现象,其本质是液体的表面张力在细管中产生的附加压强导致的;
C.桐油可以在篾圈上形成油膜,而掺假的桐油不行,这与桐油的表面张力有关,表面张力可以使桐油形成油膜;
D.王亚平在“天宫课堂”中,展示了悬浮在太空舱里的水滴呈现为球状,是因为在太空中处于失重状态,液体的表面张力使水滴表面收缩到最小面积的趋势,而体积一定时,球形的表面积最小,所以呈现球状,也是由于表面张力。
故ACD选项均表现为表面张力,B选项为毛细现象,与其他三选项不同。
故选B。
2. 在某电场中以点为坐标原点建立坐标轴,轴上各点的电势随坐标的变化关系如图所示,、为轴上两点。一带正电粒子从由静止释放,仅在电场力作用下沿轴运动,则粒子( )
A. 过点时电势能最大
B. 过点时动能最大
C. 过点时加速度最大
D. 过点时速度方向一定沿轴正向
【答案】B
【解析】
【详解】A.由可知,b点电势最低,正电荷电势能最小,A错误;
B.正电荷只在电场力作用下运动电势能和动能之和保持不变,故粒子过点时势能最小,动能最大,B正确;
C.图像切线斜率表示电场强度,b点斜率为0,场强为0,加速度为0,C错误;
D.场强由高电势指向低电势,因此ab之间场强向右,b点以后场强向左,粒子先向右加速,过后向右减速,减速为零反向加速向左运动还会经过b点,因此速度方向不一定沿轴正向,D错误。
故选B。
3. 如图所示,甲、乙两个小组分乘两只小船渡一条宽度为的河,各处水流速度均向右且等大恒定,船在静水中的速率均为,渡河时船头朝向与河岸夹角均为,其中甲船恰好抵达正对岸的A点,则( )
A. 甲船渡河时间比乙船短
B. 乙船渡河时间为
C. 两船都抵达对岸时,间距增大了
D. 如果河水流速增大,甲船调整航向一定还能到达A点
【答案】C
【解析】
【详解】A.渡河时船头朝向与河岸夹角均为,则船沿船头所指方向分运动的分位移相等,由于船在静水中的速率均为,根据分运动的等时性可知,甲船渡河时间等于乙船渡河时间,故A错误;
B.结合上述可知
故B错误;
C.甲船恰好抵达正对岸的A点,乙船沿河岸的分速度
对甲船进行分析有
两船都抵达对岸时,间距增大值为
解得
故C正确;
D.如果河水流速增大,当水流速度大于或等于船在静水中的速率时,根据平行四边形定则可知,此时甲船的合速度方向不可能垂直于河岸,即此时即使调整甲船航向,甲船也一定不能到达A点,故D错误。
故选C。
4. 如图甲所示,将医用电磁流量计接入输液管测量药液的流量(药液中含有大量正负离子)。流量计简化结构如图乙所示,药液以速度水平向右通过流量计,流量大小恒定。匀强磁场的磁感应强度大小一定,垂直纸面向内。为流量计内壁上两点,则( )
A. 点电势高于点
B. 电势差与无关
C. 若流量计内径变小,则电势差变大
D. 若流量计内径变小,则变小
【答案】C
【解析】
【详解】A.正负粒子均向右通过流量计,由左手定则判断正离子受到向上的洛伦兹力,负离子受到向下的洛伦兹力,故N点的电势应小于M点,故A错误;
B.根据题意,由平衡条件有
又有
联立解得
可知,电势差与有关,故B错误;
CD.根据流量公式
可知,由于流量大小恒定,若流量计内径变小,变大,由
可知,电势差变大,故C正确,D错误。
故选C。
5. 如图甲所示,理想变压器原线圈连接定值电阻,副线圈连接最大阻值足够大滑动变阻器,变压器原副线圈匝数比为,M、N端输入电压有效值不变的正弦式交流电。将滑动变阻器的滑片从端缓慢向下滑动,记录理想电压表V的示数与理想电流表A的示数,描绘出如图乙所示的图像。则( )
A. 定值电阻阻值为甲
B. MN间交变电压的最大值为
C. 滑动变阻器滑片缓慢向端滑动,电压表示数减小
D. 滑动变阻器接入阻值为时,滑动变阻器消耗的功率最大
【答案】D
【解析】
【详解】A.设交变电压的有效值为,则根据闭合电路欧姆定律有
故
结合题图乙可知,
A错误;
B.MN间交变电压的最大值为,B错误;
C.将理想变压器与滑动变阻器整体等效为一个电阻,有
则
滑动变阻器滑片缓慢向端滑动,R增大,等效电阻阻值增大,故电流表示数减小
由闭合电路欧姆定律,可知电压表示数增大,C错误;
D.滑动变阻器消耗的功率
故当时,滑动变阻器消耗的功率最大,即
解得,D正确。
故选D。
6. 如图所示,可视为质点的相同小球A、B分别用长为、的细绳悬挂在同一竖直线的两点,点为两悬挂点在地面的投影。现使A、B两球在离地高度均为的水平面内做圆周运动,其半径分别为。则( )
A. 两球的周期相等
B. 两根细绳的拉力大小相等
C. 若同时剪断两根细绳,球先落地
D. 若同时剪断两根细绳,两球的落地点到点的距离相等
【答案】D
【解析】
【详解】B.令悬挂A、B球的细绳与竖直方向的夹角分别为、,则有,
解得,
对A、B球分别进行分析,均受到重力与细绳拉力,均由重力与拉力的合力提供向心力,则有,
解得,故B错误;
A.对A、B球分别进行分析,均受到重力与细绳的拉力,均由重力与拉力的合力提供向心力,则有,
解得,故A错误;
C.两球离地高度为,同时剪断两根细绳,小球做平抛运动,则有
解得,故两球同时落地,故C错误;
D.对A、B球分别进行分析,均受到重力与细绳的拉力,均由重力与拉力的合力提供向心力,则有,
平抛运动过程有,
落地点到O点的距离,
解得
故D正确。
故选D。
二、多项选择题:本题共3小题,每小题5分,共15分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。
7. 如图所示,不可伸长的轻绳一端固定在点,一端连接可视为质点的小球,初始时轻绳竖直。现用外力缓慢拉动小球,保持始终与轻绳垂直,使轻绳缓慢转过,拉动小球过程中( )
A. 逐渐增大
B. 先增大后减小
C 轻绳拉力先增大后减小
D 轻绳拉力逐渐减小
【答案】AD
【解析】
【详解】对小球做受力分析可知小球受重力G、绳子的拉力T和外力F,三力平衡,作图如下
设轻绳与竖直方向夹角为,则有,
则当用外力缓慢拉动小球,保持始终与轻绳垂直,使轻绳缓慢转过过程中,轻绳拉力T减小,外力F增大。
故选AD。
8. 在高能物理研究中,常用环状磁场来约束带电粒子的活动范围,其简化模型如图所示:内、外圆半径分别为的环形区域有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为。到圆心的距离为()的点有一粒子源,可向纸面内发射速度大小不同的质量为、电荷量为的粒子,点发出的各种速度的粒子向各个方向均匀分布。不计重力和粒子间的相互作用。则( )
A. 若,速度小于的粒子都被约束在环的外圆以内
B. 若,速度为的粒子中,有一半被约束在环的外圆以内
C. 若,速度大于的粒子都会从环的外圆出去
D. 若,速度小于的粒子都被约束在环的外圆以内
【答案】ABD
【解析】
【详解】A.若,如图粒子从O点沿OM方向射出时刚好与外圆相切时
设此时粒子的运动半径为,结合几何关系有
解得
根据
解得
故速度小于的粒子都被约束在环的外圆以内,故A正确;
B.若,此时粒子源位于内圆边上,根据前面分析可知此时速度为的粒子沿半径方向射出时刚好与外圆相切,刚好不能射出磁场;根据旋转圆法可知此时粒子速度方向向OM下方偏转时(速度方向还在圆环磁场中),粒子越不能射出外圆;粒子速度方向向OM上方偏转时(速度方向还在圆环磁场中),粒子就会射出外圆,根据对称性当粒子在内圆边上的其它位置同样满足该规律,故有一半被约束在环的外圆以内,故B正确;
CD.若,如图所示,当粒子速度垂直OA方向向上射入磁场时,粒子在磁场中的运动轨迹刚好与磁场外边界相切时,运动轨迹半径最小,速度为最小值,设此时粒子运动半径为r
由几何知识OC2+CO′2=OO′2,
可知
解得
由
解得
故可知速度小于的粒子都被约束在环的外圆以内;根据前面B选项分析可知当速度为的粒子沿着图中OA方向射出时刚好不能射出磁场,该条件下速度越小,轨迹半径越小,越不可能射出磁场,故至少存在一种情况:当速度大于小于时从P点沿着OA方向时不会从环的外圆出去,所以若,速度大于的粒子不会都从环的外圆出去,故C错误,D正确。
故选ABD。
三、非选择题;本题共5小题,共57分。
9. 如图甲所示,光在介质1和介质2间折射时有。如图乙所示是一种折射率测量仪的简化结构,半圆形玻砖的直径边水平且固定。操作步骤如下:
①将待测宝石放在玻砖的圆心处,宝石与玻砖的接触面紧密贴合,中间空气不计;
②左下方的圆弧形光源发出同一种光,光均沿半径方向对着玻砖圆心射入,玻砖的左边四分之一圆为亮区;
③在玻砖的右边四分之一圆内会出现亮区及暗区,使得右下方的角度尺上出现明暗分区,读出明暗分界线所在位置的角度值,即可得到待测宝石的折射率。
回答下列问题:
(1)图甲中,大于,则相对于介质2,介质1是___________(选填“光疏介质”或“光密介质”);
(2)图乙中,待测宝石的折射率___________(选填“大于”或“小于”)玻砖的折射率;
(3)图乙中,已知玻砖的折射率为1.74,测得玻砖右边四分之一圆中明暗分界线与法线的夹角为,查得,则该待测宝石的折射率为___________(结果保留3位有效数字)。
【答案】(1)光疏介质
(2)小于 (3)1.60
【解析】
【小问1详解】
根据折射定律
当时,可得
折射率较小的介质为光疏介质,所以相对于介质2,介质1是光疏介质。
【小问2详解】
从弧形光源发出的光沿半径方向射向玻璃砖圆心,在玻璃砖右边四分之一圆内出现亮区和暗区,说明发生了全反射。光从光密介质射向光疏介质时才会发生全反射,这里光是从玻璃砖射向宝石,所以待测宝石的折射率小于玻璃砖的折射率。
【小问3详解】
恰好发生全反射时,折射角为,题意知玻砖右边四分之一圆中明暗分界线处即为入射光恰好产生全反射的位置,则有
其中
联立解得待测宝石的折射率
10. 一段长为的圆柱形电阻丝,电阻约为。为了测量其电阻率,提供如下器材:
①待测电阻丝;
②电流表(量程,内阻);
③电流表(量程,内阻约为);
④滑动变阻器(最大阻值,额定电流2A);
⑤学生直流电源(电动势,内阻很小);
⑥定值电阻;
⑦开关导线若干。
完成以下实验步骤:
(1)用螺旋测微器测该电阻丝的直径,如题图所示,则其直径________mm;
(2)滑动变阻器应采用_________(选填“分压”或“限流”)的连接方式来调节电路;
(3)下列测量电路___________最合理;
A. B.
C. D.
(4)测得电流表和的示数分别为、,则该电阻丝的电阻率可表示为________(用题中相关物理量的符号表示)。
【答案】(1)1.696(1.695~1.699均给分)
(2)分压 (3)C
(4)
【解析】
【小问1详解】
根据螺旋测微器读数规则,图中读数为
【小问2详解】
为了调节方便和更多的获得测量数据,应采用滑动变阻器的分压式接法。
【小问3详解】
学生直流电源电动势,而圆柱形电阻丝电阻约为,流经其电流最大值
由于实验中没有提供电压表,若把内阻已知的电流表与定值电阻串联改装成的电压表,根据改装原理,改装后的电压
改装后量程较小,故需要把内阻已知的电流表与定值电阻并联改装成大量程的电流表,改装后的量程为
满足要求,所以可以利用双安法原理来测电阻。
故选C。
【小问4详解】
根据(3)问中的所选电路图,有
结合电阻定律
整理可得
11. 超声波在医疗及生产领域的应用很广泛,将超声波传播简化为如题图甲所示,超声波从介质1进入介质2中继续传播,为传播方向上的三个点。如图乙所示为时刻A质点右侧介质1中的部分波形图,此时点已经振动,图丙所示为该时刻起点的振动图像。已知两质点间的距离,波在介质2中的传播速度为。求:
(1)该波在介质1中传播速度的大小;
(2)到时该质点走过的路程。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
超声波在介质2中传播时
在两种介质中传播时周期不变,则在介质1中传播时
【小问2详解】
超声波从B传到C的时间为
两者相差半个波长,所以质点振动方程为
时,
所以经过的路程为
12. 如图甲所示为某货物自动传送装置实物图。该装置的底座为三棱柱,光滑的其上表面与底面夹角为,光滑挡板固定在底座上且与其上表面垂直,装置放在水平地面时,横截面如图乙所示。边在水平地面上,将边抬高使底面与水平面的夹角为,简化图如图丙所示。平铺在底座上表面的传送带以速度匀速运动,每隔在点由静止释放一个可视为质点的货物,在距点的A处自动卸货,货物的质量均为,其底部与传送带的动摩擦因数均为。取重力加速度,,,,,不计空气阻力。求(结果可保留分式):
(1)传送带对货物的摩擦力大小;
(2)货物在传送带上运动的时间;
(3)为传送货物传送带电机多消耗的电功率。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
将重力沿垂直棱线AD和沿着AD分解为和,如图甲所示
画出垂直AD面上的受力如图乙所示
由平衡条件有
又有
联立解得
【小问2详解】
根据题意,沿AD方向,由牛顿第二定律有
解得
由静止到与传送带等速可得,
由于,故等速后货物与传送带相对静止,则有
货物在传送带上运动的时间
【小问3详解】
两者相对滑动时产生的热量为
根据上述分析可知,为传送货物传送带电机单位时间多消耗电能为
则为传送货物传送带电机多消耗的电功率
13. 如图所示,固定在水平面上的光滑金属导轨和在点用绝缘材料连接(连接点大小不计),通过单刀双掷开关与智能电源、定值电阻形成电路。导轨与平行,间距为;为等腰三角形,顶角。虚线、间距为且均与导轨垂直,虚线与导轨围成的矩形和内有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小均为。甲、乙为导体棒,甲静止在虚线处,乙静止在虚线右侧附近,虚线到单刀双掷开关、虚线到的距离均足够长,且虚线到的导轨表面覆盖了光滑绝缘涂层。已知甲的质量为,乙的质量为甲的倍,甲棒接入电路的阻值和定值电阻的阻值均为,其余电阻不计。初始时开关接1,智能电源使甲中的电流始终为;当甲滑过时立即将开关改接2并保持不变,甲乙发生弹性碰撞后,甲可以向左滑过(此时乙还未到达)。甲、乙都始终与导轨接触良好且平行于虚线。(,)
(1)求开关接1的持续时间,以及甲向左滑过磁场的过程中通过定值电阻的电荷量;
(2)求满足题意的的大小范围;
(3)分析判断(2)中的范围能否确保乙向右滑过点。
【答案】(1),
(2)
(3)能
【解析】
【小问1详解】
由题知棒甲做匀加速直线运动,由牛顿第二定律可得
由运动学公式有
解得
甲向左滑过磁场的过程中,乙还未到达,且虚线到的导轨表面覆盖了光滑绝缘涂层,则甲作电源与定值电阻串联,易知总电阻
故通过定值电阻的电荷量等于通过回路的总电荷量为
【小问2详解】
由(1)可知,棒甲在碰前的速度为
以向右为正,两棒发生弹性碰撞,由动量守恒定律和能量守恒定律有,
解得,
为使棒甲碰后向左滑动,显然应有
即
碰后甲向左穿过磁场,假定其可以滑过虚线a,令其滑到虚线a时的速度大小为,由动量定理有
解得
为满足题意应有
解得
综上所述。
【小问3详解】
乙在右侧磁场中运动时,甲已经离开左侧磁场,故此时乙作电源,甲与定值电阻并联,有
对乙应用动量定理,在极短时间内,有
令
可利用微元法思想作如下推导
则对全过程有
其中,是乙到达点时的速度,
解得
若乙能滑过点,显然应有
解得
显然(2)中的范围是上述结果的子集,即(2)中所求k的范围能确保棒乙滑过点。
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