精品解析:云南省昆明市2024-2025学年高二下学期期中四校联合考试物理试卷
2025-07-04
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内容正文:
2024~2025学年下学期期中四校联合考试
高二年级物理试卷
(本试卷共3个大题15个小题;考试用时75分钟,满分100分)
考生注意:
1.答卷前,考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时,选出每小题答案后,用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其它答案标号。回答非选择题时,将答案写在答题卡上,写在本试卷上无效。
3.考试结束后,将答题卡交回。
一、选择题:本题共10小题,共46分。在每小题给出的四个选项中,第1~7题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8~10题有多项符合题目要求,每小题6分,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
1. 下列四幅图中,闭合导线框均在足够大的匀强磁场中运动,其中能产生感应电流的是( )
A. 甲图中线框绕与磁感线垂直的轴线转动
B. 乙图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中上下运动
C. 丙图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中左右运动
D. 丁图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中斜向下运动
2. 质量为的小钢球距地面一定高度,由静止下落到松软的泥地上,在泥地中运动一段时间停止。已知落地前瞬间钢球的速度大小为,重力加速度大小为,则在时间内,小钢球受到泥地对它的平均作用力的大小为( )
A. B.
C. D.
3. 某同学学习了电磁感应相关知识后,做了探究性实验:将闭合线圈按图示方式放在电子秤上,手握条形磁铁静止在线圈的正上方,此时电子秤的示数为。则当磁铁远离线圈时( )
A. 线圈中产生的电流沿顺时针方向(俯视)
B. 线圈有扩张的趋势
C. 电子秤的示数等于
D. 电子秤的示数大于
4. 如图所示,一个发电系统的输出电压恒为250V,输电线上的输送功率。通过理想变压器向远处输电,所用输电线的总电阻,升压变压器原、副线圈匝数比为,下列说法正确的是( )
A. 升压变压器副线圈两端的电压为
B. 输电线损失的电压为160V
C. 降压变压器的输入电压为
D. 用户得到的功率为
5. 如图所示,水平面上固定一倾角为的光滑斜面,斜面质量为,斜面上放置一根长质量为的直导线,空间中有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为,当给直导线通以垂直纸面向外,大小为的电流时,通电直导线恰好保持静止,下列说法正确的是(重力加速度为)( )
A. 通电直导线受到的安培力方向沿斜面向上
B. 斜面对水平面的压力小于
C. 通电直导线受到的安培力大小为
D. 通电直导线的电流
6. 如图,在平面直角坐标系的第一象限内,存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为。质量为、电荷量为的带电粒子,在纸面内从轴上的点射入磁场,入射速度方向与轴正方向的夹角为时,粒子垂直轴离开磁场,不计粒子的重力。则( )
A. 粒子一定带负电
B. 粒子入射速率为
C. 粒子在磁场中运动的时间为
D. 粒子离开磁场的位置到点的距离为
7. 如图所示,木块置于光滑的水平面上,质量为的子弹以初速度水平向右射向木块,穿出木块时子弹的速度为,木块的速度为。设木块的长度为,子弹穿过木块的过程中木块对子弹的阻力始终保持不变,下列说法正确的是( )
A. 木块的质量为
B. 子弹穿过木块的过程中,系统损失的动能为
C. 子弹穿过木块的过程中,木块对子弹的阻力大小为
D. 子弹在木块中运动的时间为
8. 如图甲所示,“弹簧公仔”玩具由头部、轻弹簧及底座组成,用力向下缓慢按压头部,释放后头部的运动可视为简谐运动。以向上为正方向,在头部通过平衡位置时开始计时,头部相对平衡位置的位移随时间的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是( )
A. 简谐运动的振幅为0.06m
B. 简谐运动的周期为0.8s
C. 时头部向正方向运动
D. 和时,头部的加速度相同
9. 如图甲所示,单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动,从某时刻开始计时,产生的感应电动势随时间的变化图像如图乙所示,若外接电阻,线圈电阻,则下列说法中正确的是( )
A. 0.03s末穿过线圈的磁通量最大
B. 该交流电电流方向每秒改变50次
C. 电阻在1分钟内产生的热量为
D. 从时刻转过60°的过程中,通过线圈某截面的电荷量为
10. 如图所示,固定在同一绝缘水平面上的两根平行光滑金属导轨,两导轨间的距离为1.5m,左端接有两个定值电阻R1=9Ω,R2=4.5Ω。一质量为1kg的金属棒ab跨接在导轨上,其阻值r=3Ω。空间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为2T。ab棒在水平外力F的作用下沿着导轨运动的速度—时间图像如图乙所示。导轨的电阻忽略不计,且运动过程中金属棒始终与导轨垂直。下列说法正确的是( )
A. 0~3s内通过R1的电荷量为0.5C
B. 0~3s内外力F的冲量大小为4.5N•s
C. 3~6s内ab棒克服安培力做的功为18J
D. 3~6s内R2上产生的焦耳热为12J
二、实验题:本题共2小题,共16分。
11. 在用单摆测量重力加速度的实验中,实验装置如图1所示。
(1)用直尺测量摆线的长度为,用游标卡尺测量摆球的直径如图2所示,则摆球的直径_____。
(2)在实验过程中,当小球向左经过平衡位置时启动秒表,与此同时从1开始计数,每当摆球向左经过平衡位置就记一次数,1,2,3…,当数到时按下秒表,秒表显示的为,则单摆的周期_____。
(3)当地重力加速度的测量值_____(用、、、表示)。
12. 利用图1所示的仪器研究动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)图2中的点是小球抛出点在地面上的垂直投影点。实验时,先让入射球多次从斜轨上S位置由静止释放,找到其平均落地点的位置,测量平抛射程,然后把被碰小球静置于轨道的水平部分右端,再将入射小球从斜轨上S位置由静止释放,与小球相撞,并多次重复。实验中必须测量的物理量有______。
A. 用天平测量两个小球的质量、
B. 测量小球开始释放高度
C. 测量抛出点距地面的高度
D. 测量平抛射程、
(2)下列说法中符合本实验要求的是______。
A. 安装轨道时,轨道末端必须水平
B. 轨道必须光滑
C. 在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放
D. 实验过程中,白纸可以移动
(3)某次实验中得出的落点情况如图2所示,实验中分别找到碰前和、相碰后平均落地点的位置,测量平抛水平射程、、。
①则验证动量守恒的表达式可表示为______(用以上测量的量表示)。
②若碰撞过程中,动量和机械能均守恒,不计空气阻力,则下列表达式中正确的是______。
A.
B.
C.
D.
(4)碰撞的恢复系数的定义为,其中和分别是、碰撞前的速度,、分别是、碰撞后的速度。经测定,小球落地点的平均位置到点的距离如图2所示。利用相关数据可以计算出,本次碰撞的恢复系数______。
三、解答题:本题共3小题,共38分。
13. 如图甲所示,单匝正方形线框的电阻,边长,匀强磁场垂直于线框平面,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。求:
(1)内线框中产生的感应电流的大小I;
(2)时边所受安培力的大小;
(3)内线框中产生的焦耳热。
14. 如图,在平面直角坐标系的第一、四象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向外的匀强磁场,第二象限内存在沿x轴正方向的匀强电场。一带电量为q(),质量为m的粒子从x轴上的A点沿y轴正方向以初速度进入第二象限,经电场偏转后从y轴上的M点进入第一象限,然后从x轴上的N点进入第四象限,不计粒子重力。求:
(1)匀强电场的场强大小E;
(2)匀强磁场的磁感应强度大小B。
15. 有一款趣味游戏装置,由水平直轨道ABC和半径为R的竖直光滑半圆形轨道CDE组成,直轨道AB段光滑,BC段粗糙,O点为半圆形轨道的圆心。在O点左侧同一水平线上相距2R处固定一个小网兜P,将自然长度小于AB段长度的轻弹簧左端固定在竖直挡板上,右端放一小球1(与弹簧不栓接),小球2静置于B处。游戏者将球1向左压缩弹簧到某一位置后(弹簧处在弹性限度内)由静止释放,与球2发生弹性正碰,碰撞后,球1立即锁定。若球2能从半圆形轨道最高点E水平飞出,并落入网兜P,视为挑战成功。已知球1的质量为m,球2的质量为,球2在BC段所受的摩擦力大小,g为重力加速度,两小球均视为质点。若游戏挑战成功,求:
(1)球2通过E点时的速度大小;
(2)球2经过圆轨道最低点C时对轨道的压力大小;
(3)球1静止释放时弹簧弹性势能的大小。
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2024~2025学年下学期期中四校联合考试
高二年级物理试卷
(本试卷共3个大题15个小题;考试用时75分钟,满分100分)
考生注意:
1.答卷前,考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时,选出每小题答案后,用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其它答案标号。回答非选择题时,将答案写在答题卡上,写在本试卷上无效。
3.考试结束后,将答题卡交回。
一、选择题:本题共10小题,共46分。在每小题给出的四个选项中,第1~7题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8~10题有多项符合题目要求,每小题6分,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
1. 下列四幅图中,闭合导线框均在足够大的匀强磁场中运动,其中能产生感应电流的是( )
A. 甲图中线框绕与磁感线垂直的轴线转动
B. 乙图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中上下运动
C. 丙图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中左右运动
D. 丁图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中斜向下运动
【答案】A
【解析】
【详解】A.甲图中线框绕与磁感线垂直的轴线转动,穿过导线框的磁通量发生变化,导线框能产生感应电流,故A正确;
B.乙图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中上下运动,穿过导线框的磁通量保持不变,导线框不能产生感应电流,故B错误;
C.丙图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中左右运动,穿过导线框的磁通量保持不变,导线框不能产生感应电流,故C错误;
D.丁图中保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中斜向下运动,穿过导线框的磁通量保持不变,导线框不能产生感应电流,故D错误。
故选A。
2. 质量为的小钢球距地面一定高度,由静止下落到松软的泥地上,在泥地中运动一段时间停止。已知落地前瞬间钢球的速度大小为,重力加速度大小为,则在时间内,小钢球受到泥地对它的平均作用力的大小为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据动量定理有
解得
故选C。
3. 某同学学习了电磁感应相关知识后,做了探究性实验:将闭合线圈按图示方式放在电子秤上,手握条形磁铁静止在线圈的正上方,此时电子秤的示数为。则当磁铁远离线圈时( )
A. 线圈中产生的电流沿顺时针方向(俯视)
B. 线圈有扩张的趋势
C. 电子秤的示数等于
D. 电子秤的示数大于
【答案】B
【解析】
【详解】A.将磁铁远离线圈时,穿过线圈的磁通量向上减少,根据楞次定律和安培定则可判断,线圈中产生的电流沿逆时针方向(俯视),故A错误;
B.穿过线圈的磁通量减少,根据楞次定律的推论“增缩减扩”可知,线圈有扩张的趋势,故B正确;
CD.磁铁远离线圈,根据楞次定律的推论“来拒去留”可知,线圈与磁铁相互吸引,导致电子秤的示数小于,故CD错误。
故选B。
4. 如图所示,一个发电系统的输出电压恒为250V,输电线上的输送功率。通过理想变压器向远处输电,所用输电线的总电阻,升压变压器原、副线圈匝数比为,下列说法正确的是( )
A. 升压变压器副线圈两端的电压为
B. 输电线损失的电压为160V
C. 降压变压器的输入电压为
D. 用户得到的功率为
【答案】B
【解析】
【详解】A.根据理想变压器原副线圈电压与匝数关系
可知升压变压器副线圈输出电压为U2=5000V,故A错误;
B.升压变压器副线圈电流为
输电线损失的电压为,故B正确;
C.降压变压器的输入电压,故C错误;
D.输电线损失的功率为
用户得到的功率为,故D错误。
故选B。
5. 如图所示,水平面上固定一倾角为的光滑斜面,斜面质量为,斜面上放置一根长质量为的直导线,空间中有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为,当给直导线通以垂直纸面向外,大小为的电流时,通电直导线恰好保持静止,下列说法正确的是(重力加速度为)( )
A. 通电直导线受到的安培力方向沿斜面向上
B. 斜面对水平面的压力小于
C. 通电直导线受到的安培力大小为
D. 通电直导线的电流
【答案】D
【解析】
【详解】A.由左手定则可知,通电直导线受到的安培力方向水平向右,选项A错误;
B.对整体分析可知,竖直方向受重力和地面的支持力,可知斜面对水平面的压力等于,选项B错误;
C.通电直导线受到的安培力大小为
选项C错误;
D.由平衡可知
可得通电直导线的电流
选项D正确。
故选D。
6. 如图,在平面直角坐标系的第一象限内,存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为。质量为、电荷量为的带电粒子,在纸面内从轴上的点射入磁场,入射速度方向与轴正方向的夹角为时,粒子垂直轴离开磁场,不计粒子的重力。则( )
A. 粒子一定带负电
B. 粒子入射速率为
C. 粒子在磁场中运动的时间为
D. 粒子离开磁场的位置到点的距离为
【答案】D
【解析】
【详解】A.根据题意可知粒子垂直轴离开磁场,根据左手定则可知粒子带正电,故A错误;
BC.当时,粒子垂直x轴离开磁场,运动轨迹如图所示
粒子运动的半径为
洛伦兹力提供向心力
解得粒子入射速率
粒子运动的周期
粒子运动的圆心角为30º,故运动时间
故BC错误;
D.粒子离开磁场的位置到O点的距离
故D正确。
故选D。
7. 如图所示,木块置于光滑的水平面上,质量为的子弹以初速度水平向右射向木块,穿出木块时子弹的速度为,木块的速度为。设木块的长度为,子弹穿过木块的过程中木块对子弹的阻力始终保持不变,下列说法正确的是( )
A. 木块的质量为
B. 子弹穿过木块的过程中,系统损失的动能为
C. 子弹穿过木块的过程中,木块对子弹的阻力大小为
D. 子弹在木块中运动的时间为
【答案】C
【解析】
【详解】A.子弹穿过物块,满足动量守恒,则有
解得木块的质量为,故A错误;
B.子弹穿过木块的过程中,根据能量守恒可得系统损失的动能为,故B错误;
C.系统损失的动能转化成了摩擦生热,即
解得,故C正确;
D.对于木块,由动量定理可得
解得,故D错误。
故选C。
8. 如图甲所示,“弹簧公仔”玩具由头部、轻弹簧及底座组成,用力向下缓慢按压头部,释放后头部的运动可视为简谐运动。以向上为正方向,在头部通过平衡位置时开始计时,头部相对平衡位置的位移随时间的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是( )
A. 简谐运动的振幅为0.06m
B. 简谐运动的周期为0.8s
C. 时头部向正方向运动
D. 和时,头部的加速度相同
【答案】BC
【解析】
【详解】A.通过题图乙可知,简谐运动的振幅为,故A错误;
B.通过图像,可知简谐运动的周期为,故B正确;
C.由图像知时头部向正方向运动,故C正确;
D.由图像知和时,头部的加速度大小相等,但方向相反,故D错误。
故选BC。
9. 如图甲所示,单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动,从某时刻开始计时,产生的感应电动势随时间的变化图像如图乙所示,若外接电阻,线圈电阻,则下列说法中正确的是( )
A. 0.03s末穿过线圈的磁通量最大
B. 该交流电电流方向每秒改变50次
C. 电阻在1分钟内产生的热量为
D. 从时刻转过60°的过程中,通过线圈某截面的电荷量为
【答案】BD
【解析】
【详解】A.由图乙知,0.03s末线圈产生的感应电动势最大,则0.03s末线圈平面与磁场平行,线圈的磁通量为0,故A错误;
B.交流电周期为0.04s,电流每个周期方向改变两次,所以该交流电电流方向每秒改变50次,故B正确;
C.由图乙知,线圈产生感应电动势的最大值
则线圈的最大电流
电阻在1分钟内产生的热量为
故C错误;
D.从时刻转过60°的过程中,通过线圈某截面的电荷量为
结合C选项中的感应电动势的最大值表达式可知
故D正确。
故选BD。
10. 如图所示,固定在同一绝缘水平面上的两根平行光滑金属导轨,两导轨间的距离为1.5m,左端接有两个定值电阻R1=9Ω,R2=4.5Ω。一质量为1kg的金属棒ab跨接在导轨上,其阻值r=3Ω。空间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为2T。ab棒在水平外力F的作用下沿着导轨运动的速度—时间图像如图乙所示。导轨的电阻忽略不计,且运动过程中金属棒始终与导轨垂直。下列说法正确的是( )
A. 0~3s内通过R1的电荷量为0.5C
B. 0~3s内外力F的冲量大小为4.5N•s
C. 3~6s内ab棒克服安培力做的功为18J
D. 3~6s内R2上产生的焦耳热为12J
【答案】AC
【解析】
【详解】A.并联部分电阻,内通过ab棒的电荷量
又
解得通过ab棒的电荷量为
根据并联分流的特点可知,通过的电荷量为,故A正确;
B.内,根据动量定理
又
解得外力的冲量大小为
故B错误;
CD.内ab棒电流为
通过的电流
故两端电压为
产生的焦耳热为
通过的电流
产生的焦耳热为
ab棒产生的焦耳热
故C正确,D错误。
故选AC。
二、实验题:本题共2小题,共16分。
11. 在用单摆测量重力加速度的实验中,实验装置如图1所示。
(1)用直尺测量摆线的长度为,用游标卡尺测量摆球的直径如图2所示,则摆球的直径_____。
(2)在实验过程中,当小球向左经过平衡位置时启动秒表,与此同时从1开始计数,每当摆球向左经过平衡位置就记一次数,1,2,3…,当数到时按下秒表,秒表显示的为,则单摆的周期_____。
(3)当地重力加速度的测量值_____(用、、、表示)。
【答案】(1)1.64
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
摆球的直径
【小问2详解】
每当摆球向左经过平衡位置就记一次数,从1数到,单摆经历个周期,经历的时间为,则单摆的周期
【小问3详解】
单摆的摆长为
根据单摆周期公式
联立解得当地重力加速度的测量值
12. 利用图1所示的仪器研究动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)图2中的点是小球抛出点在地面上的垂直投影点。实验时,先让入射球多次从斜轨上S位置由静止释放,找到其平均落地点的位置,测量平抛射程,然后把被碰小球静置于轨道的水平部分右端,再将入射小球从斜轨上S位置由静止释放,与小球相撞,并多次重复。实验中必须测量的物理量有______。
A. 用天平测量两个小球的质量、
B. 测量小球开始释放高度
C. 测量抛出点距地面的高度
D. 测量平抛射程、
(2)下列说法中符合本实验要求的是______。
A. 安装轨道时,轨道末端必须水平
B. 轨道必须光滑
C. 在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放
D. 实验过程中,白纸可以移动
(3)某次实验中得出的落点情况如图2所示,实验中分别找到碰前和、相碰后平均落地点的位置,测量平抛水平射程、、。
①则验证动量守恒的表达式可表示为______(用以上测量的量表示)。
②若碰撞过程中,动量和机械能均守恒,不计空气阻力,则下列表达式中正确的是______。
A.
B.
C.
D.
(4)碰撞的恢复系数的定义为,其中和分别是、碰撞前的速度,、分别是、碰撞后的速度。经测定,小球落地点的平均位置到点的距离如图2所示。利用相关数据可以计算出,本次碰撞的恢复系数______。
【答案】(1)AD (2)AC
(3) ①. ②. BC
(4)
【解析】
【小问1详解】
小球飞出轨道末端做平抛运动,则有,,,
根据动量守恒定律有
解得
可知,实验中必须测量的物理量有用天平测量两个小球的质量、与测量平抛射程、。
故选AD。
【小问2详解】
A.为了确保小球飞出做平抛运动,安装轨道时,轨道末端必须水平,故A正确;
B.由于入射小球每次均从轨道同一位置静止释放,入射小球克服阻力做功相同,入射小球飞出轨道的速度大小相同,即实验中轨道是否光滑对实验没有影响,故B错误;
C.为了确保入射小球每次飞出轨道末端速度大小相同,在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放,故C正确;
D.由于小球落地点利用复写纸复制在白纸上,可知,实验过程中,白纸不能够移动,故D错误。
故选AC。
【小问3详解】
[1]结合上述可知,验证动量守恒的表达式可表示为
[2]若碰撞过程中,动量和机械能均守恒,则有,
解得
故选BC。
【小问4详解】
由于和分别是、碰撞前的速度,、分别是、碰撞后的速度,结合上述有
结合上述解得
三、解答题:本题共3小题,共38分。
13. 如图甲所示,单匝正方形线框的电阻,边长,匀强磁场垂直于线框平面,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。求:
(1)内线框中产生的感应电流的大小I;
(2)时边所受安培力的大小;
(3)内线框中产生的焦耳热。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
由法拉第电磁感应定律
解得电动势
由欧姆定律,解得感应电流
【小问2详解】
由图乙得时,由安培力,代入数值得
【小问3详解】
根据焦耳定律,可得内线框中产生的焦耳热为
14. 如图,在平面直角坐标系的第一、四象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向外的匀强磁场,第二象限内存在沿x轴正方向的匀强电场。一带电量为q(),质量为m的粒子从x轴上的A点沿y轴正方向以初速度进入第二象限,经电场偏转后从y轴上的M点进入第一象限,然后从x轴上的N点进入第四象限,不计粒子重力。求:
(1)匀强电场的场强大小E;
(2)匀强磁场的磁感应强度大小B。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【详解】(1)粒子从A到M的过程,x方向匀加速 ,
y方向匀速
联立解得
(2)由题意,画出粒子运动轨迹如图。
粒子在电场中运动时,由动能定理得
求得粒子进入磁场时的速度
方向与y轴正方向成,
设粒子在磁场中做匀速圆周的半径为,根据几何关系有
得
在磁场中洛伦兹力提供向心力
解得
15. 有一款趣味游戏装置,由水平直轨道ABC和半径为R的竖直光滑半圆形轨道CDE组成,直轨道AB段光滑,BC段粗糙,O点为半圆形轨道的圆心。在O点左侧同一水平线上相距2R处固定一个小网兜P,将自然长度小于AB段长度的轻弹簧左端固定在竖直挡板上,右端放一小球1(与弹簧不栓接),小球2静置于B处。游戏者将球1向左压缩弹簧到某一位置后(弹簧处在弹性限度内)由静止释放,与球2发生弹性正碰,碰撞后,球1立即锁定。若球2能从半圆形轨道最高点E水平飞出,并落入网兜P,视为挑战成功。已知球1的质量为m,球2的质量为,球2在BC段所受的摩擦力大小,g为重力加速度,两小球均视为质点。若游戏挑战成功,求:
(1)球2通过E点时的速度大小;
(2)球2经过圆轨道最低点C时对轨道的压力大小;
(3)球1静止释放时弹簧弹性势能的大小。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
球2从半圆轨道上E点飞出后做平抛运动,在竖直方向,有
在水平方向,有
联立解得
【小问2详解】
球2从C点运动到E点过程中,机械能守恒,取水平面为零势能面,有
联立解得
圆周运动最低点C处,轨道对球2的支持力和球2重力的合力提供向心力,根据牛顿第二定律有
球2对轨道的压力和轨道对球2的支持力是作用力与反作用力,根据牛顿第三定律有
联立得球2对轨道的压力为
【小问3详解】
球2从B到C,根据动能定理有
解得
球1和球2的碰撞为弹性碰撞,设碰前球1的速度为,碰后球1、球2的速度分别为,,
取向右为正方向,系统动量守恒有
系统能量守恒有
联立解得
弹簧将球1弹出过程中,弹性势能转化为小球动能,有
联立解得
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