精品解析:重庆市西南大学附属中学校2024-2025学年高一下学期期中考试物理试题
2025-07-14
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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 | 高一 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-期中 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 重庆市 |
| 地区(市) | 重庆市 |
| 地区(区县) | 北碚区 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 6.15 MB |
| 发布时间 | 2025-07-14 |
| 更新时间 | 2025-10-31 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2025-07-14 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/53053729.html |
| 价格 | 5.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
西南大学附中2024—2025学年度下期期中考试
高一物理试题
(满分:100分,考试时间:75分钟)
注意事项:
1、答卷前考生务必把自己的姓名,准考证号填写在答题卡上。
2、回答选择题时用2B铅笔将答题卡上对应题目的答案标号涂黑;回答非选择题时,用0.5毫米黑色墨迹签字笔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(试题卷自己保管好,以备评讲)。
一、单项选择题:本大题共7个小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1. 西南大学附中男子实心球的校记录15.90米是由曹韵东同学于2021年4月1日创立,他的“冠军一掷”的运动简化图如图所示。掷出去的实心球做曲线运动,忽略空气阻力作用,下列关于实心球的运动及曲线运动的说法正确的是( )
A. 出手后实心球的加速度是恒定的 B. 实心球升到最高点时速度为零
C. 实心球在相同时间内速度变化量不相同 D. 曲线运动不可能是匀变速运动
2. “功是能量转换的量度”,以下关于功与能量的关系描述正确的是( )
A. 克服摩擦力做功的多少等于产生的热量
B. 一对相互作用力做功之和一定为零
C. 只有重力和弹力做功,物体的动能守恒
D. 一物体加速下降时,机械能可能减小
3. 我国新能源汽车蓬勃发展,涌现出一大批优秀车企。小米su7ultra额定功率达1330kW,当它以额定功率在平直公路上匀速行驶时速度接近360km/h,则此时阻力的大小约为( )
A 13.3N B. C. D.
4. 如图所示,一物体在某液体中运动时只受到重力G和恒定的浮力F的作用,且。如果物体从M点以水平初速度开始运动,最后从N点浮出水面,MN间的竖直高度为h,物体尺寸远小于h,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A. 物体从M运动到N的时间为
B. M与N之间的水平距离为
C. 从N点出水后物体做竖直上抛运动
D. 减小水平初速度v₀,物体在液体中运动时间将变长
5. 2025年4月12日,北京遭遇近十年来罕见大风天气,局部地区达到14级大风,人能抵御大风等级与体重的关系如图,小付查阅资料:本次局部风速达40m/s,空气密度约为,一名质量60kg的中学生直立正对风时挡风面积约为,请估算风对人的作用力约为多少(风吹到人后速度减为零)( )
A 848N B. 944N C. 1344N D. 1648N
6. 如图,固定在地面的斜面上开有凹槽AOB,槽内紧挨放置六个半径均为r的相同小球,各球编号如图。斜面与水平轨道OA平滑连接(忽略连接处弧形轨道尺寸),OA长度为6r。将六个小球由静止同时释放,小球离开A点后均做平抛运动,不计一切摩擦。则在各小球运动过程中,下列正确的是( )
A. 每个小球机械能都守恒
B. 六个小球离开轨道时的速度大小各不相同
C. 六个小球在凹槽上运动过程中会分离
D. 各小球平抛的水平位移
7. 如图甲所示,一根细线一端系一小球(可视为质点),另一端固定在一光滑圆锥顶端,细线与斜面平行。当小球在水平面内做匀速圆周运动角速度为ω时,细线拉力大小为T,T与的变化关系图像如图乙所示。已知圆锥面母线与竖直方向夹角为θ,重力加速度为g,则当细线拉力时,小球角速度的大小为( )
A B. C. D.
二、多项选择题:本题共3个小题,每小题5分,共15分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得5分,选对但不全得3分,有选错得0分。
8. 如图所示,质量相同的橡胶锤和铁锤,以相同的速度敲击物体后静止,则( )
A. 铁锤动量变化量大 B. 橡胶锤的动量变化率小
C. 橡胶锤受到冲量小 D. 两锤受到的冲量相等
9. 木卫二绕木星做匀速圆周运动,某同学收集到一些数据进行估算,下列运算公式正确的是( )
物理量
木星
木卫二
质量
天体半径
轨道半径
自转周期
引力常量
A. 木卫二做匀速圆周运动的周期为
B. 忽略自转,木星和木卫二表面的重力加速度之比为
C. 木星和木卫二的第一宇宙速度之比为
D. 通过以上数据,可以算出太阳与木星的质量之比
10. 如图甲所示,一轻弹簧的下端固定在水平桌面上,上端放有质量为m物块P,弹簧形变量为x0,系统处于静止状态。现用一竖直向上的力F作用在P上,使其向上做匀加速直线运动。用x表示P离开初始位置的位移,拉力F和x之间关系如图乙所示,重力加速度为g。从拉力F作用在物块上开始到弹簧恢复原长的过程中,下列说法正确的是( )
A. 物块和弹簧组成的系统机械能的变化量为(2F0+mg)x0
B. 物块P的动能变化量大小为F0x0
C. 弹簧的弹性势能变化量大小为
D. 物块P的重力势能变化量大小为2mgx0
三、实验题:本大题共2个小题,共15分。
11. 用如图所示的装置验证机械能守恒,轻绳跨过同一水平高度的两定滑轮连接着两质量同为m的物体A和B,在A的上面套一个比它大一点的环形物块C,在A的正下方有一略大于A的固定狭缝,A能通过狭缝,而C与狭缝台面碰撞后立即停下。狭缝的水平台面离地面高度为h,开始时A距离狭缝水平台面的高度为H,放手后,A、B、C从静止开始运动,忽略一切阻力。
(1)测得A通过狭缝后到落地用时为t,则A通过狭缝时的速度为________(用题中物理量的符号表示);
(2)测得C的质量为Δm,当地重力加速度为g,若A、B、C一起运动的过程系统的机械能守恒,则需满足的等式为________(用题中物理量的符号表示);
(3)某同学发现,在第(2)问的表达式中系统动能的增加量总是大于系统重力势能的减少量,则可能的原因是( )。
A. A、B、C运动时受空气阻力
B. 轻绳与两定滑轮间有摩擦力
C. 没有考虑物体A的厚度
12. 小西同学利用以下实验器材测量北碚当地的重力加速度。一光滑桌面倾斜放置,其与水平面间的夹角为θ,在桌面上固定一悬挂点O,轻绳通过拉力传感器拴接在O点,另一端连接一个质量为m大小可忽略的物块。
①现给物块足够大的初速度,使其在桌面内做圆周运动,分别记录物块在最低点时绳子的拉力和最高点时绳子的拉力,改变不同的初速度,记录多组和;
②建立坐标系,以拉力为纵轴、拉力为横轴,得到了一条线性图像,测得图线斜率为k,纵轴截距为b
(1)根据以上测量数据,请问图像斜率________,重力加速度的表达式为________(用m、b、θ表示);
(2)实际物块运动过程中还受桌面的滑动摩擦力,物块与桌面间的滑动摩擦因数为μ,物块到圆心的距离为L,则某次从最低点到最高点的过程中因摩擦产生的热量为________。(用μ、b、θ、L表示)
四、计算题:本大题共3小题,共42分。请写出必要的文字说明和必需的物理演算过程,只写出最终结果的不得分。
13. 在本月初的西南大学附中第21届缤纷体育节中,3分钟“跳长绳”比赛是最体现班级团结协作的项目,比赛中,某同学在某次跳绳离开地面时速度沿竖直方向且重心上升的最大高度约为0.2m,他在空中时身体姿态几乎不变。已知,他的质量为50kg,落地时他的脚掌与地面接触的时间约为0.2s,而后快速跑出(竖直方向速度几乎为0),全程不计空气阻力,重力加速度。求:
(1)选手每次离开地面时的速度大小约为多少;
(2)本次脚掌与地面接触过程中人对地面的平均压力约为多少。
14. 宇航员站在质量分布均匀的某球状星球表面,将一小球以初速度v0向斜面水平抛出,斜面倾角,经t时间小球恰好垂直撞在斜面上。已知该星球的半径为R,万有引力常量为G,球的体积公式为(r为球体半径),忽略该星球的自转。求:
(1)该星球表面的重力加速度g0;
(2)该星球的第一宇宙速度v;
(3)该星球的平均密度ρ。
15. 如图1所示,长度为的轻绳一端固定在点,另一端连接质量为的物块甲,另一足够长的轻绳一端与物块甲相连后跨过与点等高的光滑定滑轮,另一端连接质量为的物块乙,滑轮与点相距。将甲从图中位置(轻绳水平)静止释放,当甲转过的圆心角为时,轻绳刚好同时断裂,甲恰好在点下方距点的点平滑进入玩具轨道,已知玩具轨道段水平,与甲之间的滑动摩擦因数均为段长度可调,段长度,光滑竖直圆轨道段半径,在最低点处稍微错开,斜面段由特殊材料制成,水平距离,高度可调,甲与段间动摩擦因数随其水平距离的关系如图2,与平滑连接。忽略其他阻力,物块甲可视为质点,重力加速度取。求:
(1)物块甲摆动到点时的速度(已知此时物块甲与物块乙的速度之比为);
(2)若要保证物块甲能到达竖直圆轨道且第一次在竖直圆轨道上运动时不脱离轨道,求长度的调节范围;
(3)调节长度为,若物块甲能停在斜面上,求斜面高度的范围。
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西南大学附中2024—2025学年度下期期中考试
高一物理试题
(满分:100分,考试时间:75分钟)
注意事项:
1、答卷前考生务必把自己的姓名,准考证号填写在答题卡上。
2、回答选择题时用2B铅笔将答题卡上对应题目的答案标号涂黑;回答非选择题时,用0.5毫米黑色墨迹签字笔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(试题卷自己保管好,以备评讲)。
一、单项选择题:本大题共7个小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1. 西南大学附中男子实心球的校记录15.90米是由曹韵东同学于2021年4月1日创立,他的“冠军一掷”的运动简化图如图所示。掷出去的实心球做曲线运动,忽略空气阻力作用,下列关于实心球的运动及曲线运动的说法正确的是( )
A. 出手后实心球的加速度是恒定的 B. 实心球升到最高点时速度为零
C. 实心球在相同时间内速度变化量不相同 D. 曲线运动不可能是匀变速运动
【答案】A
【解析】
【详解】A.忽略空气阻力,实心球出手后只受重力,由牛顿第二定律得加速度为重力加速度,加速度不变,故A正确;
B.实心球升到最高点时竖直方向速度为零,但水平方向速度不为零,故最高点时速度不为零,故B错误;
C.实心球出手后只受重力,实心球的加速度恒定,在相同时间内速度变化量相同,故C错误;
D.加速度不变的曲线运动是匀变速运动,例如平抛运动,故D错误。
故选A。
2. “功是能量转换的量度”,以下关于功与能量的关系描述正确的是( )
A. 克服摩擦力做功的多少等于产生的热量
B. 一对相互作用力做功之和一定为零
C. 只有重力和弹力做功,物体的动能守恒
D. 一物体加速下降时,机械能可能减小
【答案】D
【解析】
【详解】A.摩擦力做功与热量的关系需区分静摩擦和滑动摩擦。滑动摩擦产生的热量为摩擦力乘以相对位移,而克服摩擦力做功为摩擦力乘以物体位移。若物体与接触面存在相对滑动(如传送带上的滑动),相对位移与物体位移不同,热量可能大于克服摩擦力所做的功,故A错误;
B.相互作用力作用在不同物体上,两物体的位移可能不同。例如,两人互推后反向运动,两力做功之和可能不为零。因此,相互作用力做功之和不一定为零,故B错误;
C.动能守恒的条件是合外力做功为零。若重力和弹力做功(如自由下落),动能会增加,故C错误;
D.若物体受空气阻力加速下降,阻力做负功,机械能(动能+重力势能)转化为热能,机械能减少。例如,雨滴下落时阻力不可忽略,故D正确。
故选D。
3. 我国新能源汽车蓬勃发展,涌现出一大批优秀车企。小米su7ultra额定功率达1330kW,当它以额定功率在平直公路上匀速行驶时速度接近360km/h,则此时阻力的大小约为( )
A. 13.3N B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】当汽车以额定功率匀速行驶时,牵引力等于阻力,即 。
根据功率公式 ,可得阻力:
代入数据可知
故选C。
4. 如图所示,一物体在某液体中运动时只受到重力G和恒定的浮力F的作用,且。如果物体从M点以水平初速度开始运动,最后从N点浮出水面,MN间的竖直高度为h,物体尺寸远小于h,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
A. 物体从M运动到N的时间为
B. M与N之间的水平距离为
C. 从N点出水后物体做竖直上抛运动
D. 减小水平初速度v₀,物体在液体中运动时间将变长
【答案】B
【解析】
【详解】A.受力分析可知,方向竖直向上,与初速度方向垂直,故该物体做类平抛运动。
由牛顿第二定律可知,方向竖直向上。由得
,故A错误;
B.水平距离,故B正确;
C.从N点出水后物体做斜上抛运动,故C错误;
D.做类平抛运动的物体的运动时间,与初速度无关,故D错误。
故选B。
5. 2025年4月12日,北京遭遇近十年来罕见大风天气,局部地区达到14级大风,人能抵御大风等级与体重的关系如图,小付查阅资料:本次局部风速达40m/s,空气密度约为,一名质量60kg的中学生直立正对风时挡风面积约为,请估算风对人的作用力约为多少(风吹到人后速度减为零)( )
A. 848N B. 944N C. 1344N D. 1648N
【答案】C
【解析】
【详解】设时间内射到人身上的空气质量为,人身上的挡风面积为S,则有
根据动量定理有
解得
代入数据得
故选B。
6. 如图,固定在地面的斜面上开有凹槽AOB,槽内紧挨放置六个半径均为r的相同小球,各球编号如图。斜面与水平轨道OA平滑连接(忽略连接处弧形轨道尺寸),OA长度为6r。将六个小球由静止同时释放,小球离开A点后均做平抛运动,不计一切摩擦。则在各小球运动过程中,下列正确的是( )
A. 每个小球机械能都守恒
B. 六个小球离开轨道时的速度大小各不相同
C. 六个小球凹槽上运动过程中会分离
D. 各小球平抛的水平位移
【答案】D
【解析】
【详解】A.6个小球都在斜面上运动时,只有重力做功,整个系统的机械能守恒.当有部分小球在水平轨道上运动时,斜面上的小球仍在加速,此时斜面上的小球机械能不守恒,故A错误;
BD.由于6、5、4三个球在水平面运动时,在斜面上的小球仍在加速,所以离开A点时,球6的速度最小,而最后三个球在水平面上运动时不再加速,3、2、1的速度相等;离开凹槽后,根据平抛运动规律有,
则各小球平抛水平位移,故B错误,D正确;
C.斜面上运动时,小球加速度相等,不会分离,部分小球到达水平面后,小球间挤压,也不会分离,故C错误。
故选D。
7. 如图甲所示,一根细线一端系一小球(可视为质点),另一端固定在一光滑圆锥顶端,细线与斜面平行。当小球在水平面内做匀速圆周运动的角速度为ω时,细线拉力大小为T,T与的变化关系图像如图乙所示。已知圆锥面母线与竖直方向夹角为θ,重力加速度为g,则当细线拉力时,小球角速度的大小为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】根据题意,当角速度为0时,小球受重力、支持力和绳的拉力,且有
当角速度等于时,小球恰好只受重力和绳的拉力,则
当角速度等于时,小球只受重力和绳的拉力,且绳与竖直方向的夹角变大,则
联立可得
故选B。
二、多项选择题:本题共3个小题,每小题5分,共15分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得5分,选对但不全得3分,有选错得0分。
8. 如图所示,质量相同的橡胶锤和铁锤,以相同的速度敲击物体后静止,则( )
A. 铁锤动量变化量大 B. 橡胶锤的动量变化率小
C. 橡胶锤受到的冲量小 D. 两锤受到的冲量相等
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】根据题意可知,橡胶锤和铁锤质量相等,速度相等,敲击物体后均静止,则两个锤的动量变化量相等,由动量定理可知,两锤受到的冲量相等;但橡胶锤和物体的作用时间较长,橡胶锤的动量变化率小。
故选BD。
点睛】
9. 木卫二绕木星做匀速圆周运动,某同学收集到一些数据进行估算,下列运算公式正确的是( )
物理量
木星
木卫二
质量
天体半径
轨道半径
自转周期
引力常量
A. 木卫二做匀速圆周运动的周期为
B. 忽略自转,木星和木卫二表面的重力加速度之比为
C. 木星和木卫二的第一宇宙速度之比为
D. 通过以上数据,可以算出太阳与木星的质量之比
【答案】BC
【解析】
【详解】A.根据牛顿第二定律
解得,故A错误;
B.忽略自转在天体表面
解得
则木星和木卫二表面的重力加速度之比为,故B正确;
C.根据万有引力提供向心力
解得
则木星和木卫二的第一宇宙速度之比为,故C正确;
D.根据
解得
由于木星绕太阳公转的周期未知,所以太阳的质量无法求出,故D错误。
故选BC。
10. 如图甲所示,一轻弹簧的下端固定在水平桌面上,上端放有质量为m物块P,弹簧形变量为x0,系统处于静止状态。现用一竖直向上的力F作用在P上,使其向上做匀加速直线运动。用x表示P离开初始位置的位移,拉力F和x之间关系如图乙所示,重力加速度为g。从拉力F作用在物块上开始到弹簧恢复原长的过程中,下列说法正确的是( )
A. 物块和弹簧组成的系统机械能的变化量为(2F0+mg)x0
B. 物块P的动能变化量大小为F0x0
C. 弹簧的弹性势能变化量大小为
D. 物块P重力势能变化量大小为2mgx0
【答案】BC
【解析】
【详解】A.物块和弹簧组成的系统机械能的变化量等于拉力的功
根据牛顿第二定律得 ,
解得 ,A错误;
B.物块P的动能变化量大小等于合外力的功
解得,B正确;
C.弹簧的弹性势能变化量大小等于弹簧弹力的功,C正确;
D.物块P的重力势能变化量大小等于克服重力的功,D错误。
故选BC。
三、实验题:本大题共2个小题,共15分。
11. 用如图所示的装置验证机械能守恒,轻绳跨过同一水平高度的两定滑轮连接着两质量同为m的物体A和B,在A的上面套一个比它大一点的环形物块C,在A的正下方有一略大于A的固定狭缝,A能通过狭缝,而C与狭缝台面碰撞后立即停下。狭缝的水平台面离地面高度为h,开始时A距离狭缝水平台面的高度为H,放手后,A、B、C从静止开始运动,忽略一切阻力。
(1)测得A通过狭缝后到落地用时为t,则A通过狭缝时的速度为________(用题中物理量的符号表示);
(2)测得C的质量为Δm,当地重力加速度为g,若A、B、C一起运动的过程系统的机械能守恒,则需满足的等式为________(用题中物理量的符号表示);
(3)某同学发现,在第(2)问的表达式中系统动能的增加量总是大于系统重力势能的减少量,则可能的原因是( )。
A. A、B、C运动时受空气阻力
B. 轻绳与两定滑轮间有摩擦力
C. 没有考虑物体A的厚度
【答案】(1)
(2)
(3)C
【解析】
【小问1详解】
C与狭缝台面碰撞后立即停下,AB重力相等,则A通过狭缝后做匀速运动,通过狭缝时的速度为
【小问2详解】
根据机械能守恒定律得
解得
【小问3详解】
A.A、B、C运动时受空气阻力,减少的重力势能只有一部分转化为动能,重力势能减少量大于动能增加量,A错误;
B.轻绳与两定滑轮间有摩擦力,减少的重力势能只有一部分转化为动能,重力势能减少量大于动能增加量,B错误;
C.因为物体A有厚度,C与狭缝台面碰撞时,A和C的重心在狭缝下方,H应该是初始位置到C与狭缝台面碰撞时 A和C重心的高度差,不是到台面的高度差,H的测量值偏小,导致,C正确。
故选C。
12. 小西同学利用以下实验器材测量北碚当地的重力加速度。一光滑桌面倾斜放置,其与水平面间的夹角为θ,在桌面上固定一悬挂点O,轻绳通过拉力传感器拴接在O点,另一端连接一个质量为m大小可忽略的物块。
①现给物块足够大的初速度,使其在桌面内做圆周运动,分别记录物块在最低点时绳子的拉力和最高点时绳子的拉力,改变不同的初速度,记录多组和;
②建立坐标系,以拉力为纵轴、拉力为横轴,得到了一条线性图像,测得图线斜率为k,纵轴截距为b
(1)根据以上测量数据,请问图像斜率________,重力加速度的表达式为________(用m、b、θ表示);
(2)实际物块运动过程中还受桌面的滑动摩擦力,物块与桌面间的滑动摩擦因数为μ,物块到圆心的距离为L,则某次从最低点到最高点的过程中因摩擦产生的热量为________。(用μ、b、θ、L表示)
【答案】(1) ①. 1 ②.
(2)
【解析】
【小问1详解】
[1][2]小球在最低点时,有
在最高点时,有
从最低点到最高点,根据动能定理有
联立可得
可知图像的纵轴截距为,斜率k=1
解得重力加速度为
【小问2详解】
若考虑滑动摩擦力,则从最低点到最高点,根据动能定理有
其中
整理可得
又
由以上联立得
【点睛】
四、计算题:本大题共3小题,共42分。请写出必要的文字说明和必需的物理演算过程,只写出最终结果的不得分。
13. 在本月初的西南大学附中第21届缤纷体育节中,3分钟“跳长绳”比赛是最体现班级团结协作的项目,比赛中,某同学在某次跳绳离开地面时速度沿竖直方向且重心上升的最大高度约为0.2m,他在空中时身体姿态几乎不变。已知,他的质量为50kg,落地时他的脚掌与地面接触的时间约为0.2s,而后快速跑出(竖直方向速度几乎为0),全程不计空气阻力,重力加速度。求:
(1)选手每次离开地面时的速度大小约为多少;
(2)本次脚掌与地面接触过程中人对地面的平均压力约为多少。
【答案】(1)
(2),方向竖直向下
【解析】
【小问1详解】
上升过程由运动学公式
解得选手每次离开地面时的速度大小约为
【小问2详解】
由对称性可知人落地瞬间的速度
对人,从接触地面到速度减为零,规定向上为正方向,由动量定理
解得
由牛顿第三定律,本次脚掌与地面接触过程中人对地面的平均压力约为
方向竖直向下。
14. 宇航员站在质量分布均匀的某球状星球表面,将一小球以初速度v0向斜面水平抛出,斜面倾角,经t时间小球恰好垂直撞在斜面上。已知该星球的半径为R,万有引力常量为G,球的体积公式为(r为球体半径),忽略该星球的自转。求:
(1)该星球表面的重力加速度g0;
(2)该星球的第一宇宙速度v;
(3)该星球的平均密度ρ。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
由几何关系
其中
联立解得该星球表面的重力加速度
【小问2详解】
根据牛顿第二定律得
其中
解得该星球的第一宇宙速度
【小问3详解】
在该星球表面有
该星球的体积为
由密度公式
联立解得该星球的平均密度
15. 如图1所示,长度为的轻绳一端固定在点,另一端连接质量为的物块甲,另一足够长的轻绳一端与物块甲相连后跨过与点等高的光滑定滑轮,另一端连接质量为的物块乙,滑轮与点相距。将甲从图中位置(轻绳水平)静止释放,当甲转过的圆心角为时,轻绳刚好同时断裂,甲恰好在点下方距点的点平滑进入玩具轨道,已知玩具轨道段水平,与甲之间的滑动摩擦因数均为段长度可调,段长度,光滑竖直圆轨道段半径,在最低点处稍微错开,斜面段由特殊材料制成,水平距离,高度可调,甲与段间动摩擦因数随其水平距离的关系如图2,与平滑连接。忽略其他阻力,物块甲可视为质点,重力加速度取。求:
(1)物块甲摆动到点时的速度(已知此时物块甲与物块乙的速度之比为);
(2)若要保证物块甲能到达竖直圆轨道且第一次在竖直圆轨道上运动时不脱离轨道,求长度的调节范围;
(3)调节长度为,若物块甲能停在斜面上,求斜面高度范围。
【答案】(1)
(2)或
(3)
【解析】
【小问1详解】
对两物块组成的系统,由机械能守恒定律
解得
【小问2详解】
①若甲恰能达到B点,由动能定理有
解得
②若甲恰能运动到圆心等高处,由动能定理有
解得
③若甲恰能通过圆轨道最高点,在最高点有牛顿第二定律有
由动能定理有
解得
综上或
【小问3详解】
因为,故能通过圆轨道,从A→C,由动能定理有
解得
从C冲上斜面,对任意一小段位移,摩擦力在内做的功
将每一段内摩擦力做功求和=
①若当时,甲恰好不会冲出斜面,在D点速度减为0,由机械能守恒有
解得
检验:此时,故甲能在D点停住。
②如图,若当时,甲在斜面上某处速度减为0,且恰能停在该处
由机械能守恒有
其中,
所以
又因为此位置
其中,
联立解得,
所以
综上可知当时,物块甲能停在斜面上。
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