精品解析:辽宁省丹东市五校协作体2024-2025学年高三上学期12月联考物理试题
2025-06-17
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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) | 辽宁省 |
| 地区(市) | 丹东市 |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 2.87 MB |
| 发布时间 | 2025-06-17 |
| 更新时间 | 2025-06-18 |
| 作者 | 学科网试题平台 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2025-06-17 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/52622158.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
丹东市五校协作体联考物理科试卷
一、选择题
1. 物块A静置于固定的斜面B上,关于A、B的受力情况,下列说法正确的是( )
A. A共受到两个力的作用 B. A对B的压力等于A受到的重力
C. A对B的摩擦力方向沿斜面向上 D. A对B的作用力的合力方向竖直向下
2. 下列运动图像中表示物体做匀加速直线运动的是( )
A B. C. D.
3. 如图,将甲、乙两个小球分别从图示位置以初速度水平抛出,同时落到P点。不计空气阻力,下列判断正确的是( )
A. 乙在空中运动时间长 B. 乙一定先抛出
C. 它们的初速度关系是 D. 它们落地速度大小不可能相等
4. 我国将发射首个大型巡天空间望远镜(CSST),该望远镜在轨运行时可看成圆周运动,将和天宫空间站共轨独立飞行,已知轨道离地球表面高度为地球半径的。望远镜和空间站在轨运行时,不考虑地球自转的影响,也不考虑望远镜与空间站间的相互作用,只考虑地球对他们的万有引力。下列说法正确的是( )
A. 空间站的线速度与望远镜的线速度完全相同
B. 若望远镜在前,空间站加速可追上望远镜与之相遇
C. 望远镜的加速度为地球表面重力加速度的倍
D. 望远镜的线速度为地球第一宇宙速度的倍
5. 荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动,图为秋千运动到最高点时的示意图,设儿童在荡秋千时的姿势不变且忽略阻力及秋千绳的质量,则该儿童( )
A. 运动到最高点时所受的合力为零 B. 运动到最低点时处于失重状态
C. 运动到最低点过程中重力的功率先大后小 D. 运动到最低点过程中机械能逐渐增加
6. 某静电场中的一条电场线与x轴重合,其电势的变化规律如图所示,在处由静止释放一电子,电子仅受电场力作用。则在区间内( )
A. 该静电场非匀强电场,O点电场强度最小
B. 电子将沿x轴正方向运动,电势能逐渐减小
C. 电子将沿x轴负方向运动,加速度逐渐减小
D. 电子沿x轴正方向最远运动到处
7. 如图所示,在倾角为α的光滑固定斜面上,垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒,导体棒中通有大小为I、方向垂直于纸面向里的恒定电流,欲使导体棒静止在斜面上,可以施加方向垂直于导体棒的匀强磁场(重力加速度为g)。以下关于磁感应强度大小和方向的描述正确的是( )
A. 若磁感应强度大小,则方向一定垂直于斜面向上
B. 若磁感应强度大小为,则方向一定为竖直向上
C. 若磁感应强度大小为,则方向一定为水平向左
D. 磁感应强度大小不可能大于
8. 人体体液中含有钠离子、钾离子等金属离子呈现低电阻,而体内脂肪呈现高电阻。图甲为某型号脂肪测量仪,可以根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例,模拟电路如图乙所示,电压表、电流表均可看作理想表。测量时,闭合开关S,测试者两手分别握两手柄A、B,现有体型相近的两人相比,脂肪含量高者握着手柄时( )
A. 电压表示数较大 B. 电流表示数较大
C. 电源输出的功率较大 D. 电压表与电流表的比值较大
9. 如图所示,一根劲度系数为k0的绝缘轻质弹簧,弹簧一端与水平地面相连接,另一端与A球连接,A、B、C三个带正电小球的质量均为m,A、B两个小球的电荷量均为q,当系统处于静止状态时,三小球等间距排列。已知静电力常量为k,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A. C球的电荷量为
B. B球受到的库仑力大小为2mg
C. 弹簧压缩量为
D. 小球B、C间的距离为
10. 如图所示,水平固定一光滑长杆,杆上O点正下方处C点固定一光滑定滑轮,质量的滑块a套在细杆上。长的轻质细绳绕过定滑轮,一端系在滑块a上,另一端悬挂质量的小球b。用外力将滑块a拉至O点左侧A点,AC与竖直方向夹角,整个系统保持静止状态。某时刻,撤去外力,滑块a向右运动,B点处于AO之间且BC与竖直方向夹角。(重力加速度)下列说法正确的是( )
A. 滑块a滑至B点时,滑块a与小球b的速度比值为
B. 滑块a滑至O点时,绳子拉力大于5N
C. 滑块a滑至O点右侧后,滑块a的最小速度为0.4m/s
D. 滑块a滑至O点右侧后,b球离长杆的最小的距离为0.7m
二、实验题
11. 小明乘坐高铁外出学习,在高铁沿水平轨道启动阶段,他发现水平桌面上的水杯中,水面稳定保持如图所示的形状,小明想借此测量高铁启动的加速度。(图中水杯的截面与高铁的行驶方向平行)
(1)此时高铁行驶方向为_______(填“从右向左”或“从左向右”)。
(2)已知水杯的直径为,若要测量高铁此时的加速度,还需获得的物理量是________。
A.水杯的质量 B.水面左右两端的高度差
C.高铁行驶的时间 D.当地的重力加速度大小
(3)写出高铁启动时加速度的表达式__________[用(2)中的物理量表示]。
12. 某同学欲将一个刻度盘上有30格刻度、最左侧为零刻度、但无具体量值的灵敏电流计G改装成一个量程为0.6A的电流表。已知该电流计的满偏电流约为几十毫安,内阻约为几十欧。
(1)该同学首先利用如图甲所示的电路测量该电流计的满偏电流和内阻。调节滑动变阻器,读出两次电压表的示数U、电阻箱的示数R和电流计G指针转过的格数N如下表所示:
电压表示数U
电阻箱示数R
电流计指针转过的格数N
由此可得出该电流计的满偏电流为______A,内阻______。
(2)该同学要将其改装成量程为0.6A的电流表,需并联一个阻值为______的定值电阻。
(3)该同学在实验室找到标称值为上述的定值电阻,将其与电流计G并联在一起,并在刻度盘上相应的位置标出对应的电流值后,将其接入图乙所示的电路中进行校准,其中A为改装表,为同量程标准电流表。该同学在校准时发现,当标准表的示数为0.40A时,改装表的示数为0.42A,说明定值电阻的标称值______(选填“偏大”或“偏小”)
三、计算题
13. “辽宁号”航空母舰是我国第一艘服役的航空母舰。某次测试时,质量的舰载机从静止的航空母舰的水平甲板上起飞,采用弹射装置使舰载机获得的初速度,发动机提供恒定的推力使舰载机在航空母舰跑道上做匀加速直线运动,经运动了126m后离舰升空。已知舰载机在水平甲板上运动时受到的阻力恒为舰载机所受重力的,取重力加速度大小为。
(1)求发动机提供的恒定推力的大小?
(2)若某次舰载机着舰时的速度大小为,舰载机需在阻拦索和阻力的共同作用下在126m内减速到0,舰载机受到阻拦索的作用力可视为恒力,求阻拦索对舰载机的最小作用力的大小?
14. 如图所示,质量为的木板静止在水平地面上,质量为的小物块(可视为质点)静止于木板的最右端,木板与地面间的动摩擦因数,木板与小物块间的动摩擦因数,现给木板水平向右的初速度,小物块在往后的运动中恰好没有从木板上掉下来,,空气阻力不计。求:
(1)木板与木块速度相等前后加速度的大小分别是多少?
(2)木板长度L是多少?
(3)整个运动过程中物块与长木板间因摩擦产生的热量Q?
15. 如图甲所示,质量为m、电荷量为q带负电的粒子从静止开始经加速电压加速后,在水平方向沿垂直进入偏转电场。已知形成偏转电场的水平放置的平行板电容器的极板长为L,两极板间距也为L,为两极板的中线,P是足够大的荧光屏,屏上A点与极板M在同一水平线上,且屏与极板右边缘的距离也为L。(不计重力,不考虑电场的边缘效应)求:
(1)带电粒子进入偏转电场时的速度v的大小为多少?
(2)若偏转电场两板间加恒定电压(φm>φv),则带电粒子经过偏转电场后打中屏上的位置与的距离为多大?
(3)若偏转电场两板间的电压按如图乙所示做周期性变化,该带电粒子经加速电场后,刚好在时刻进入偏转电场,并能水平击中屏上的中点,则该偏转电场的周期T及两板间的电压分别应该满足什么条件?
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丹东市五校协作体联考物理科试卷
一、选择题
1. 物块A静置于固定的斜面B上,关于A、B的受力情况,下列说法正确的是( )
A. A共受到两个力的作用 B. A对B的压力等于A受到的重力
C. A对B的摩擦力方向沿斜面向上 D. A对B的作用力的合力方向竖直向下
【答案】D
【解析】
【详解】A.以A为对象,根据受力平衡可知,A受到重力、B的支持力和摩擦力三个力的作用,故A错误;
B.A对B的压力在数值上等于A受到的重力垂直斜面方向的分力,故B错误;
C.以A为对象,根据受力平衡可知,B对A的摩擦力方向沿斜面向上,则A对B的摩擦力方向沿斜面向下,故C错误;
D.以A为对象,根据受力平衡可知,B对A的作用力的合力与A的重力平衡,方向竖直向上;则A对B的作用力的合力方向竖直向下,故D正确。
故选D。
2. 下列运动图像中表示物体做匀加速直线运动的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】A.根据图像的斜率表示速度,可知A中图像表示物体处于静止状态,故A错误;
B.根据图像的斜率表示加速度,可知B中图像表示物体做匀加速直线运动,故B正确;
C.由C中图像可知,物体的加速度逐渐增大,不是做匀加速直线运动,故C错误;
D.根据,可知D图像中的平均速度在任意时间内都保持不变,则物体做匀速直线运动,故D错误。
故选B。
3. 如图,将甲、乙两个小球分别从图示位置以初速度水平抛出,同时落到P点。不计空气阻力,下列判断正确的是( )
A. 乙在空中运动时间长 B. 乙一定先抛出
C. 它们的初速度关系是 D. 它们落地速度大小不可能相等
【答案】C
【解析】
【详解】AB.由图可知,甲球的抛出点竖直高度h更高,则根据
可知,甲球运动的时间更长,为使得两球同时落到P点,则需将甲球先抛出,故AB错误;
C.由图可知,乙球的水平位移更大,而乙球运动时间更短,根据
可知,乙球的初速度更大,即它们的初速度关系是,故C正确;
D.由以上分析知,甲球运动的时间更长,甲球落地时竖直分速度更大,乙球的初速度更大,乙球落地时水平分速度更大,根据平行四边形定则可知,落地时甲乙速度大小可能相等,故D错误。
故选C。
4. 我国将发射首个大型巡天空间望远镜(CSST),该望远镜在轨运行时可看成圆周运动,将和天宫空间站共轨独立飞行,已知轨道离地球表面高度为地球半径的。望远镜和空间站在轨运行时,不考虑地球自转的影响,也不考虑望远镜与空间站间的相互作用,只考虑地球对他们的万有引力。下列说法正确的是( )
A. 空间站的线速度与望远镜的线速度完全相同
B. 若望远镜在前,空间站加速可追上望远镜与之相遇
C. 望远镜的加速度为地球表面重力加速度的倍
D. 望远镜的线速度为地球第一宇宙速度的倍
【答案】D
【解析】
【详解】A.由于空间站与望远镜共轨独立飞行,轨道半径相等,根据
解得
可知空间站的线速度与望远镜的线速度大小相等,但方向不同,故A错误;
B.空间站与望远镜共轨独立飞行,空间站加速后,万有引力不足以提供所需的向心力,空间站将做离心运动到达更高的轨道,所以空间站加速后不可以追上望远镜与之相遇,故B错误;
C.对望远镜所在轨道有
其中
在地球表面有
联立可得望远镜的加速度为地球表面重力加速度之比为
故C错误;
D.结合上述解得望远镜线速度大小为
第一宇宙速度等于近地卫星的环绕速度,则有
联立可得望远镜的线速度为地球第一宇宙速度之比为
故D正确。
故选D。
5. 荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动,图为秋千运动到最高点时的示意图,设儿童在荡秋千时的姿势不变且忽略阻力及秋千绳的质量,则该儿童( )
A. 运动到最高点时所受的合力为零 B. 运动到最低点时处于失重状态
C. 运动到最低点过程中重力的功率先大后小 D. 运动到最低点过程中机械能逐渐增加
【答案】C
【解析】
【详解】A.运动到最高点时,儿童沿切线方向的合力不为零,所以所受的合力不为零,故A错误;
B.运动到最低点时,具有向上加速度,儿童处于超重状态,故B错误;
C.儿童在最高点时速度为0,所以此时重力的功率为0;儿童运动到最低点时,由于速度方向与重力垂直,所以此时重力的功率为0;在其它位置,儿童的重力功率不为0,所以儿童运动到最低点过程中重力的功率先大后小,故C正确;
D.儿童从最高点运动到最低点的过程中,只有重力做功,机械能守恒,故D错误。
故选C。
6. 某静电场中的一条电场线与x轴重合,其电势的变化规律如图所示,在处由静止释放一电子,电子仅受电场力作用。则在区间内( )
A. 该静电场是非匀强电场,O点电场强度最小
B. 电子将沿x轴正方向运动,电势能逐渐减小
C. 电子将沿x轴负方向运动,加速度逐渐减小
D. 电子沿x轴正方向最远运动到处
【答案】B
【解析】
【详解】A.图像的斜率表示电场强度,故该电场为非匀强电场,O处斜率最大,故O处场强最大,故A错误;
BCD.沿电场线方向电势逐渐降低,故场强方向沿x轴负方向,电子带负电,故其受力沿x轴正方向,故电子沿x轴正方向一直加速运动,电场力做正功,电势能减小,加速度先增大后减小,故B正确,CD错误。
故选B。
7. 如图所示,在倾角为α的光滑固定斜面上,垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒,导体棒中通有大小为I、方向垂直于纸面向里的恒定电流,欲使导体棒静止在斜面上,可以施加方向垂直于导体棒的匀强磁场(重力加速度为g)。以下关于磁感应强度大小和方向的描述正确的是( )
A. 若磁感应强度大小为,则方向一定垂直于斜面向上
B. 若磁感应强度大小为,则方向一定为竖直向上
C. 若磁感应强度大小为,则方向一定为水平向左
D. 磁感应强度大小不可能大于
【答案】A
【解析】
【详解】A.根据共点力平衡可知,安培力的方向沿斜面向上时,安培力最小,此时的磁感应强度最小,根据左手定则可知磁场的方向垂直斜面向上,由
BIL=mgsinα
解得
故A正确;
BCD.根据平行四边形定则可知;当时有唯一解;当时有两个解;当时有唯一解;故BCD错误。
故选A。
8. 人体体液中含有钠离子、钾离子等金属离子呈现低电阻,而体内脂肪呈现高电阻。图甲为某型号脂肪测量仪,可以根据人体电阻的大小来判断脂肪所占比例,模拟电路如图乙所示,电压表、电流表均可看作理想表。测量时,闭合开关S,测试者两手分别握两手柄A、B,现有体型相近的两人相比,脂肪含量高者握着手柄时( )
A. 电压表示数较大 B. 电流表示数较大
C. 电源输出的功率较大 D. 电压表与电流表的比值较大
【答案】AD
【解析】
【详解】AB.体型相近的两人相比,脂肪含量高者电阻较大,图乙是串联电路,则脂肪含量高者握着手柄时,电路总电阻铰大,根据闭合电路欧姆定律可知,电路电流较小,路端电压较大;则电流表示数较小,由于通过定值电阻的电流较小,两端电压较小,所以电压表示数较大,故A正确,B错误;
C.电源输出功率与外电阻和电源内阻的关系有关,外电阻与电源的内阻越接近,电源输出功率越大,本题中未给出外电阻与电源内阻的关系,故无法判断对应的电源输出功率大小关系,故C错误;
D.根据欧姆定律可得电压表与电流表的比值为
由于脂肪含量高者的电阻较大,所以电压表与电流表的比值较大,故D正确。
故选AD。
9. 如图所示,一根劲度系数为k0的绝缘轻质弹簧,弹簧一端与水平地面相连接,另一端与A球连接,A、B、C三个带正电小球的质量均为m,A、B两个小球的电荷量均为q,当系统处于静止状态时,三小球等间距排列。已知静电力常量为k,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A. C球的电荷量为
B. B球受到的库仑力大小为2mg
C. 弹簧压缩量为
D. 小球B、C间的距离为
【答案】ACD
【解析】
【详解】AD.对C分析,受重力、A、B对C的库仑力,设小球间距为L,根据平衡条件,对C有
对B有
联立解得
AD正确;
B.以B为研究对象,可以认为B受重力和库仑力,B球静止不动,所以B球受到的库仑力大小为,B错误;
C.对A、B、C用整体法,A、B、C受力平衡,即A球受到的弹力等于三个球的总重力,即弹簧压缩量
C正确。
故选ACD。
10. 如图所示,水平固定一光滑长杆,杆上O点正下方处C点固定一光滑定滑轮,质量的滑块a套在细杆上。长的轻质细绳绕过定滑轮,一端系在滑块a上,另一端悬挂质量的小球b。用外力将滑块a拉至O点左侧A点,AC与竖直方向夹角,整个系统保持静止状态。某时刻,撤去外力,滑块a向右运动,B点处于AO之间且BC与竖直方向夹角。(重力加速度)下列说法正确的是( )
A. 滑块a滑至B点时,滑块a与小球b的速度比值为
B. 滑块a滑至O点时,绳子拉力大于5N
C. 滑块a滑至O点右侧后,滑块a的最小速度为0.4m/s
D. 滑块a滑至O点右侧后,b球离长杆的最小的距离为0.7m
【答案】BC
【解析】
【详解】A.滑块a滑至B点时,滑块a沿绳方向的分速度与小球b的速度相等,即
求得
故A错误;
B.滑块a滑至O点时,其竖直方向速度为零,所以小球b速度为零,但具有向上的加速度,因此绳子拉力大于小球b的重力,即绳子拉力大于,故B正确;
C.滑块a由A点滑至O点的过程中,二者组成的系统机械能守恒,有
求得
滑块a滑至O点右侧后,滑块a减速运动,小球b水平方向加速运动,因滑块a的质量大于小球b的质量,所以滑块a的速度方向不变,绳子再次恢复竖直时,滑块a的速度最小,设其为,该过程相当于一个弹性碰撞过程,根据系统水平方向动量守恒和初末状态动能相等有
联立解得
故C正确;
D.滑块a滑至O点右侧后,当二者水平方向速度相等时,b球离杆的距离最小,设其为,滑块a由O点向右滑至小球b离杆距离最小的过程,对于两球组成的系统,根据系统水平方向动量守恒和机械能守恒有
联立解得
故D错误。
故选BC。
二、实验题
11. 小明乘坐高铁外出学习,在高铁沿水平轨道启动阶段,他发现水平桌面上的水杯中,水面稳定保持如图所示的形状,小明想借此测量高铁启动的加速度。(图中水杯的截面与高铁的行驶方向平行)
(1)此时高铁的行驶方向为_______(填“从右向左”或“从左向右”)。
(2)已知水杯的直径为,若要测量高铁此时的加速度,还需获得的物理量是________。
A.水杯质量 B.水面左右两端的高度差
C.高铁行驶的时间 D.当地的重力加速度大小
(3)写出高铁启动时加速度的表达式__________[用(2)中的物理量表示]。
【答案】 ①. 从左向右 ②. BD##DB ③.
【解析】
【详解】(1)[1]高铁启动时处于加速状态,由图可知,因为惯性杯子中的水向左倾斜,此时高铁的行驶方向为从左向右;
(2)[2]水面稳定保持如图的状态,对杯子中的水受力分析可知杯子对水的合力垂直于液面,如图
由几何关系得
整理得
已知水杯的直径为,若要测量高铁此时的加速度,还需获得的物理量是水面左右两端的高度差和当地的重力加速度大小,故选BD。
(3)[3]根据(2)中的物理量及推导得到高铁启动时加速度的表达式为。
12. 某同学欲将一个刻度盘上有30格刻度、最左侧为零刻度、但无具体量值的灵敏电流计G改装成一个量程为0.6A的电流表。已知该电流计的满偏电流约为几十毫安,内阻约为几十欧。
(1)该同学首先利用如图甲所示的电路测量该电流计的满偏电流和内阻。调节滑动变阻器,读出两次电压表的示数U、电阻箱的示数R和电流计G指针转过的格数N如下表所示:
电压表示数U
电阻箱示数R
电流计指针转过的格数N
由此可得出该电流计的满偏电流为______A,内阻______。
(2)该同学要将其改装成量程为0.6A的电流表,需并联一个阻值为______的定值电阻。
(3)该同学在实验室找到标称值为上述的定值电阻,将其与电流计G并联在一起,并在刻度盘上相应的位置标出对应的电流值后,将其接入图乙所示的电路中进行校准,其中A为改装表,为同量程标准电流表。该同学在校准时发现,当标准表的示数为0.40A时,改装表的示数为0.42A,说明定值电阻的标称值______(选填“偏大”或“偏小”)
【答案】(1) ①. 0.15 ②. 30
(2)10 (3)偏小
【解析】
【小问1详解】
[1][2]设电流计刻度盘上每格表示的电流大小为,则有
联立并代入数据可解得
,
其满偏电流
【小问2详解】
同学要将其改装成量程为0.6A的电流表,则有
可得
小问3详解】
当标准表的示数为0.4A时,改装表的示数为0.42A,根据改装后电流表的量程是表头量程的4倍,可知此时流过表头的电流为
则此时其与电流计G并联在一起的定值电阻实际值为
说明定值电阻的标称值偏小。
三、计算题
13. “辽宁号”航空母舰是我国第一艘服役的航空母舰。某次测试时,质量的舰载机从静止的航空母舰的水平甲板上起飞,采用弹射装置使舰载机获得的初速度,发动机提供恒定的推力使舰载机在航空母舰跑道上做匀加速直线运动,经运动了126m后离舰升空。已知舰载机在水平甲板上运动时受到的阻力恒为舰载机所受重力的,取重力加速度大小为。
(1)求发动机提供的恒定推力的大小?
(2)若某次舰载机着舰时的速度大小为,舰载机需在阻拦索和阻力的共同作用下在126m内减速到0,舰载机受到阻拦索的作用力可视为恒力,求阻拦索对舰载机的最小作用力的大小?
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
根据位移时间关系
代入数据解得
根据牛顿第二定律可得
解得
【小问2详解】
根据速度位移关系
解得
根据牛顿第二定律可得
解得
14. 如图所示,质量为的木板静止在水平地面上,质量为的小物块(可视为质点)静止于木板的最右端,木板与地面间的动摩擦因数,木板与小物块间的动摩擦因数,现给木板水平向右的初速度,小物块在往后的运动中恰好没有从木板上掉下来,,空气阻力不计。求:
(1)木板与木块速度相等前后加速度的大小分别是多少?
(2)木板长度L是多少?
(3)整个运动过程中物块与长木板间因摩擦产生的热量Q?
【答案】(1),
(2)1.25m (3)2.75J
【解析】
【详解】(1)根据牛顿第二定律,共速前,对木板有
解得
(方向水平向左)
由于,共速后木板与物块不能一起减速,由牛顿第二定律,对木板有
解得
(方向水平向左)
(2)设物块加速度大小为,由牛顿第二定律,对物块
解得
(方向水平向右)
设两者共速用时为t,则有
联立解得
,
根据题意可知,当两者共速时,物块恰在木板最左端,则有
联立解得
(3)共速后到木板停止过程中木板的位移
共速后到物块停止过程中物块的位移
则全过程中物块与长木板间因摩擦而产生的热量
15. 如图甲所示,质量为m、电荷量为q带负电的粒子从静止开始经加速电压加速后,在水平方向沿垂直进入偏转电场。已知形成偏转电场的水平放置的平行板电容器的极板长为L,两极板间距也为L,为两极板的中线,P是足够大的荧光屏,屏上A点与极板M在同一水平线上,且屏与极板右边缘的距离也为L。(不计重力,不考虑电场的边缘效应)求:
(1)带电粒子进入偏转电场时的速度v的大小为多少?
(2)若偏转电场两板间加恒定电压(φm>φv),则带电粒子经过偏转电场后打中屏上的位置与的距离为多大?
(3)若偏转电场两板间的电压按如图乙所示做周期性变化,该带电粒子经加速电场后,刚好在时刻进入偏转电场,并能水平击中屏上的中点,则该偏转电场的周期T及两板间的电压分别应该满足什么条件?
【答案】(1);(2);(3)(n=0,1,2,3⋯),(n=0,1,2,3⋯)
【解析】
【详解】(1)粒子经加速电场加速,则有
解得
(2)由题意知,板M电势高,电场的方向向下,粒子在偏转电场中向上偏转。粒子经偏转电场偏转后做匀速直线运动,设粒子离开偏转电场时的偏转角为,则有
又
联立解得
又由几何关系知
解得
则带电粒子经过偏转电场后打中屏上的位置在上方,与的距离为。
(3)要使粒子在水平方向击中中点,则粒子在偏转电场中运动的时间为半周期的奇数倍,因为粒子从加速电场水平射出,则粒子在偏转电场中的运动时间满足
(n=0,1,2,3⋯)
则有
(n=0,1,2,3⋯)
在竖直方向位移应满足
(n=0,1,2,3⋯)
解得
(n=0,1,2,3⋯)
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