精品解析:河北省石家庄市辛集市2024-2025学年高一下学期7月期末物理试题
2025-08-12
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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-期末 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 河北省 |
| 地区(市) | 石家庄市 |
| 地区(区县) | 辛集市 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 5.23 MB |
| 发布时间 | 2025-08-12 |
| 更新时间 | 2025-08-13 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2025-08-12 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/53447431.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:
辛集市2024-2025学年度第二学期期末教学质量监测
高一物理试卷
注意事项:
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟,另附加卷面分5分。
2.答卷前,考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
3.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。
4.考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回。
一、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,只有一项是符合题目要求的。
1. 如图所示为某中国运动员在短道速滑比赛中勇夺金牌的精彩瞬间。假定此时他正沿圆弧形弯道匀速滑行,则他( )
A. 所受的合力为零,做匀速圆周运动
B. 所受的合力大小恒定,加速度大小也恒定
C. 所受合力恒定,加速度也恒定,做匀变速运动
D. 所受的合力变化,加速度也变化,但速度不变
2. 如图所示,水平面上B、C、D三点分别固定着等量正点电荷,且,如果加一个与ABCD平面平行的匀强电场,使得A点的电场强度为零,则匀强电场的方向为( )
A. 沿AB方向 B. 沿AC方向 C. 沿AD方向 D. 沿CA方向
3. 自行车的大齿轮、小齿轮、后轮的半径分别为、、,它们的边缘上有三个点A、B、C。自行车前进时,下列说法正确的是( )
A. A、B两点线速度大小之比为
B. A、B两点向心加速度大小之比为
C. B、C两点角速度之比
D. 、两点线速度之比为
4. 2024年3月20日,长征八号火箭成功发射,将鹊桥二号直接送入预定地月转移轨道。如图所示,鹊桥二号进入近月点为P、远月点为A的捕获轨道,开始绕月球飞行,经过多轨道控制,鹊桥二号最终进入近月点为P、远月点为B且周期为24小时的环月轨道。关于鹊桥二号的说法正确的是捕获轨道( )
A. 在捕获轨道运行的周期小于24小时
B. 在捕获轨道P点的速度大于其在A点的速度
C. 在捕获轨道P点的加速度大于在环月轨道P点的加速度
D. 在捕获轨道上经过P点时,需要点火加速,才可能进入环月轨道
5. 如图甲所示,A、B两物体的质量之比,它们以初速度和在水平面上做匀减速直线运动,直到停止,其图像如图乙所示。关于此过程,下列说法正确的是( )
A. 时刻,A、B两物体的动能相同
B. A、B两物体所受摩擦力的大小相等
C. 整个过程中,A、B两物体所受的摩擦力做功之比为
D. 整个过程中,A、B两物体与地面摩擦产生的热量之比为
6. 如图,有、(质量之比为,电荷量之比为)两种带正电粒子分别在电压为的加速电场中的O点由静止开始加速,然后射入电压为的平行金属板间的偏转电场中,入射方向与极板平行,在重力大小不计,两带电粒子均能射出平行板电场区域的条件下( )
A. 两种粒子在离开加速电场时速度之比为
B. 两种粒子在离开加速电场时速度之比为
C. 两种粒子在偏转电场中的竖直位移之比为
D. 两种粒子在偏转电场中的竖直位移之比为
7. 如图甲,轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,质量为m小球,从弹簧上方处静止下落。若以小球开始下落的位置为坐标原点,建立竖直向下坐标轴,小球下落至最低点过程中的图像如图乙(图中,,,g均为已知量),不计空气阻力,g为重力加速度。下列说法正确的是( )
A. 到x1段,小球做加速度逐渐越小的减速运动
B. 弹簧受到的最大弹力为
C. 该过程中小球与弹簧组成系统的势能变化的最大值为
D. 小球向下运动过程中最大速度为
二、选择题:本题共3个小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,每题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
8. 如图所示,一个轻质弹簧下端固定在足够长的光滑斜面的最底端,弹簧上端放上物块A,A与弹簧不拴接。对A施加沿斜面向下的力使弹簧处于压缩状态,撤去外力释放物块A,A沿斜面向上运动到最大位移过程中,以下说法正确的是( )
A. 物块A的动能先增大后减小
B. 物块A的机械能保持不变
C. 弹簧的弹性势能与物块A的动能之和一直减小
D. 物块A从释放到离开弹簧过程中加速度一直减小
9. 随着人类对太空探索,发现了多星系统,其中双星系统是最简单的多星系统,如图所示,两星体a、b位于同一直线上,且均以相同的角速度环绕连线上的O点做匀速圆周运动,已知星体a的质量为m,,,引力常量为G。下列说法正确的是( )
A. 星体b的质量为
B. 星体的线速度大小之比为
C. 两星体的线速度大小之和为
D. 两星体的角速度大小为
10. 如图所示,空间中存在一匀强电场,平行实线为该电场的等势面,其方向与水平方向间的夹角为与等势面垂直,一质量为、电荷量为的带负电小球,从点水平向右抛出,经过时间小球最终落在点,小球在两点速度大小相同,且,重力加速度为,则下列说法中正确的是( )
A. 电场方向沿A指向B
B. 电场强度大小为
C. 小球从A落到C点过程中重力做功
D. 此过程增加的电势能
三、非选择题:共54分。
11. 如图1所示是观察电容器的充、放电现象实验装置的电路图。电源输出电压恒为8V,S是单刀双掷开关,G为灵敏电流计,C为平行板电容器。
(1)当开关S接________时(选填“1”或“2”),平行板电容器充电。当电容器放电时,流经G表的电流方向与充电时________(选填“相同”或“相反”)。
(2)将G表换成电流传感器(可显示电流I的大小),电容器充电完毕后,让电容器再放电,其放电电流I随时间t变化的图像如图2所示,已知图线与横轴所围的面积约为41个小方格,则电容器释放的电荷量Q约为________C。
12. 某同学利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”,实验装置如图1所示。重力加速度大小为。
(1)主要的实验步骤如下:
①开动气泵,调节气垫导轨,将滑块无初速度轻放在导轨上,滑块能___________,可认为导轨水平。
②测出遮光片的宽度。
③用天平称出托盘和砝码总质量、滑块(含遮光片)的质量。
④将滑块移至图1所示位置,测出遮光片到光电门的距离。
⑤将滑块由静止释放,读出遮光片通过光电门的遮光时间,滑块通过光电门时的速度___________,系统动能增加了___________(用题中物理量符号表示)。
⑥改变,重复实验,作出图像如图2所示,若机械能守恒定律成立,则图像的斜率___________(用题中物理量符号表示)。
(2)在操作正确的情况下,多次实验发现动能的增加量总是略小于重力势能的减少量,其可能的原因是___________(写出一种情况即可)
13. 2024年6月4日,嫦娥六号采样之后,月背呈现一个“中”字。若未来我国航天员登陆月球,并在月球上进行平抛实验,将一块石块(视为质点)从距月面高度为h处以大小为v0的速度水平抛出,测得石块的抛出点到落到月面上的点间的水平距离为x,已知月球的半径为r,引力常量为G。
(1)求月球的质量M;
(2)若宇宙飞船在月球表面附近做匀速圆周运动,求此时飞船运行的周期T。
14. 如图所示,“蜗牛”状轨道OAB竖直固定在水平地面上,与地面在B处平滑连接。其中“蜗牛”状轨道由内壁光滑的半圆轨道OA和AB平滑连接而成,半圆轨道OA的半径R1=0.6 m,半圆轨道AB的半径 R2=1.2 m,水平地面BC长为xBC=11 m,C处是一个开口较大的深坑,一质量m=0.1 kg的小球从O点沿切线方向以某一初速度进入轨道OA后,沿OAB轨道运动至水平地面,已知小球与水平地面间的动摩擦因数μ=0.4,g取10 m/s2。
(1)为使小球不脱离OAB轨道,小球在O点的初速度至少为多大?
(2)若小球在O点的初速度v=6 m/s,求小球在B点对半圆轨道的压力大小;
(3)若使小球能落入深坑C,则小球在O点的初速度至少为多大?
15. 如图所示,光滑水平面和竖直面内的光滑圆弧导轨在B点平滑连接,导轨半径为R。质量为m的带正电小球将轻质弹簧压缩至A点后由静止释放,脱离弹簧后经过B点时的速度大小为,之后沿轨道运动。以O为坐标原点建立直角坐标系,在区域有方向与x轴夹角为的匀强电场,进入电场后小球受到的电场力大小为。小球在运动过程中电荷量保持不变,重力加速度为g。求:
(1)弹簧压缩至A点时的弹性势能;
(2)小球经过O点时的速度大小;
(3)小球过O点后运动的轨迹方程。
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辛集市2024-2025学年度第二学期期末教学质量监测
高一物理试卷
注意事项:
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟,另附加卷面分5分。
2.答卷前,考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
3.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。
4.考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回。
一、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,只有一项是符合题目要求的。
1. 如图所示为某中国运动员在短道速滑比赛中勇夺金牌的精彩瞬间。假定此时他正沿圆弧形弯道匀速滑行,则他( )
A. 所受合力为零,做匀速圆周运动
B. 所受的合力大小恒定,加速度大小也恒定
C. 所受的合力恒定,加速度也恒定,做匀变速运动
D. 所受的合力变化,加速度也变化,但速度不变
【答案】B
【解析】
【详解】AD.运动员沿圆弧形弯道匀速率滑行,可看做匀速圆周运动。首先,匀速圆周运动虽然速度大小不变,但速度方向时刻改变,所以匀速圆周运动必然是变速运动,且所受的合力不为零,故AD错误;
BC.向心力大小恒定,方向不断变化但始终指向圆心,根据牛顿第二定律,加速度大小也恒定,方向不断变化但始终指向圆心。所以所受合力不恒定,加速度也不恒定,不是匀变速运动,故B正确,C错误。
故选B。
2. 如图所示,水平面上B、C、D三点分别固定着等量正点电荷,且,如果加一个与ABCD平面平行的匀强电场,使得A点的电场强度为零,则匀强电场的方向为( )
A. 沿AB方向 B. 沿AC方向 C. 沿AD方向 D. 沿CA方向
【答案】B
【解析】
【详解】B、D两处的点电荷在A点产生的合电场强度为零,C处的点电荷在A点产生的电场强度方向沿CA方向,要使A点的电场强度为零,则匀强电场的方向沿AC方向,B正确。
故选B。
3. 自行车的大齿轮、小齿轮、后轮的半径分别为、、,它们的边缘上有三个点A、B、C。自行车前进时,下列说法正确的是( )
A. A、B两点线速度大小之比为
B. A、B两点向心加速度大小之比为
C. B、C两点角速度之比为
D. 、两点线速度之比为
【答案】C
【解析】
【详解】A.由题意可知,、为链条传动,线速度大小相等
即
故A错误;
B.根据可知
故B错误;
C.由题意可知,、为同轴转动,角速度大小相等
即
故C正确;
D.根据可知
故D错误。
故选C。
4. 2024年3月20日,长征八号火箭成功发射,将鹊桥二号直接送入预定地月转移轨道。如图所示,鹊桥二号进入近月点为P、远月点为A的捕获轨道,开始绕月球飞行,经过多轨道控制,鹊桥二号最终进入近月点为P、远月点为B且周期为24小时的环月轨道。关于鹊桥二号的说法正确的是捕获轨道( )
A. 在捕获轨道运行的周期小于24小时
B. 在捕获轨道P点的速度大于其在A点的速度
C. 在捕获轨道P点的加速度大于在环月轨道P点的加速度
D. 在捕获轨道上经过P点时,需要点火加速,才可能进入环月轨道
【答案】B
【解析】
【详解】A.由开普勒第三定律可知,鹊桥二号在捕获轨道上运行周期大于在环月轨道上运行的周期,即大于24小时,故A错误;
B.根据开普勒第二定律可知,鹊桥二号在捕获轨道P点的速度大于A点速度,故B正确;
C.根据万有引力提供向心力
解得
则在捕获轨道P点的加速度等于在环月轨道P点的加速度,故C错误;
D.在P点要变轨到环月轨道,做近心运动,必须降低速度,经过P点时,需要点火减速,故D错误。
故选B。
5. 如图甲所示,A、B两物体的质量之比,它们以初速度和在水平面上做匀减速直线运动,直到停止,其图像如图乙所示。关于此过程,下列说法正确的是( )
A. 时刻,A、B两物体动能相同
B. A、B两物体所受摩擦力的大小相等
C. 整个过程中,A、B两物体所受的摩擦力做功之比为
D. 整个过程中,A、B两物体与地面摩擦产生的热量之比为
【答案】C
【解析】
【详解】A.时刻,由动能
可得
故A错误:
B.A、B两物体均做匀减速直线运动。由图像可知二者的加速度相同,则由
可得
故B错误;
CD.由能量守恒可知,整个过程中动能因为摩擦力做功完全用来产生热量,则A、B两物体克服摩擦力做功之比为,摩擦产生的热量之比也为,故C正确,D错误。
故选C。
6. 如图,有、(质量之比为,电荷量之比为)两种带正电粒子分别在电压为的加速电场中的O点由静止开始加速,然后射入电压为的平行金属板间的偏转电场中,入射方向与极板平行,在重力大小不计,两带电粒子均能射出平行板电场区域的条件下( )
A. 两种粒子在离开加速电场时速度之比为
B. 两种粒子在离开加速电场时速度之比为
C. 两种粒子在偏转电场中的竖直位移之比为
D. 两种粒子在偏转电场中的竖直位移之比为
【答案】C
【解析】
【详解】AB.粒子在加速电场中,根据动能定理可得
可得
则两种粒子在离开加速电场时速度之比
故AB错误;
CD.粒子在偏转电场中做类平抛运动,设板长为,板间为,则有,,
联立可得粒子在偏转电场中的竖直位移为
可知粒子在偏转电场中的竖直位移与粒子的电荷量和质量均无关,则两种粒子在偏转电场中的竖直位移之比为,故C正确,D错误。
故选C。
7. 如图甲,轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,质量为m的小球,从弹簧上方处静止下落。若以小球开始下落的位置为坐标原点,建立竖直向下坐标轴,小球下落至最低点过程中的图像如图乙(图中,,,g均为已知量),不计空气阻力,g为重力加速度。下列说法正确的是( )
A. 到x1段,小球做加速度逐渐越小的减速运动
B. 弹簧受到的最大弹力为
C. 该过程中小球与弹簧组成系统的势能变化的最大值为
D. 小球向下运动过程中最大速度为
【答案】D
【解析】
【详解】A.钢锯条图甲可知,小球与弹簧刚刚接触,压缩量较小时,重力大于弹簧的弹力,即到x1段,小球做加速度逐渐越小的加速运动,A错误;
B.根据图乙可知,在x1位置,加速度为0,则有
随后进一步向下压缩弹簧,最大压缩量为x2,此时速度减为0,则此时弹力最大为
解得
B错误;
C.该过程中小球与弹簧组成系统的机械能守恒,即只有动能、势能(包含重力势能与弹性势能)的转化,在加速度为0时,小球速度最大,动能最大,即小球运动至x1位置时,重力势能减小了,减小的重力势能转化为弹性势能与动能,可知小球与弹簧组成系统的势能变化的最大值小于,C错误;
D.根据上述,小球运动至x1位置时,加速度为0时,小球速度最大,根据图乙可知,将纵坐标乘以小球质量m,纵坐标表示合力,则图像的面积表示合力做功,则有
解得
D正确。
故选D。
二、选择题:本题共3个小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,每题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
8. 如图所示,一个轻质弹簧下端固定在足够长的光滑斜面的最底端,弹簧上端放上物块A,A与弹簧不拴接。对A施加沿斜面向下的力使弹簧处于压缩状态,撤去外力释放物块A,A沿斜面向上运动到最大位移过程中,以下说法正确的是( )
A. 物块A的动能先增大后减小
B. 物块A的机械能保持不变
C. 弹簧的弹性势能与物块A的动能之和一直减小
D. 物块A从释放到离开弹簧过程中加速度一直减小
【答案】AC
【解析】
【详解】A.物块A的速度从零增大到最大再减速到零,故动能先增大后减小,故A正确;
B.弹簧对物块做正功,故物块A的机械能增加,故B错误;
C.弹簧与物块组成的系统机械能守恒,物块A的重力势能一直增加,弹簧的弹性势能与物块A的动能之和一直减小,故C正确;
D.设斜面倾角为,物块A从释放到离开弹簧过程中,弹簧形变量一直减小,先开始加速度向上,一直到平衡位置,根据牛顿第二定律
知加速度减小,之后,加速度向下,根据牛顿第二定律
知加速度增加,故D错误。
故选AC。
9. 随着人类对太空的探索,发现了多星系统,其中双星系统是最简单的多星系统,如图所示,两星体a、b位于同一直线上,且均以相同的角速度环绕连线上的O点做匀速圆周运动,已知星体a的质量为m,,,引力常量为G。下列说法正确的是( )
A. 星体b的质量为
B. 星体的线速度大小之比为
C. 两星体的线速度大小之和为
D. 两星体的角速度大小为
【答案】BD
【解析】
【详解】B.设星体a、b的半径分别为、,由题意可知,
解得,
由于两星体的角速度相同,根据公式
可知,星体a、b的线速度之比为,故B正确;
AD.又由双星模型可知
则有
解得,
故A错误,D正确;
C.结合上述可知,星体a的线速度大小为
星体b的线速度大小为
两星体的线速度之和为
故C错误。
故选BD。
10. 如图所示,空间中存在一匀强电场,平行实线为该电场的等势面,其方向与水平方向间的夹角为与等势面垂直,一质量为、电荷量为的带负电小球,从点水平向右抛出,经过时间小球最终落在点,小球在两点速度大小相同,且,重力加速度为,则下列说法中正确的是( )
A. 电场方向沿A指向B
B. 电场强度大小为
C 小球从A落到C点过程中重力做功
D. 此过程增加的电势能
【答案】AC
【解析】
【详解】A.由于在A、C两点速度大小相同,从A到C的过程中,重力做正功,因此电场力做负功,所以电场线的方向由A指向B,故A正确;
B.根据动能定理,从A到C的过程中
解得电场强度
故B错误;
C.小球在竖直方向上做匀加速运动,根据牛顿第二定律
解得
因此下落的高度
此过程重力做的功
故C正确;
D.根据动能定理,克服电场力做的功即重力做功为
因此电势能的增量为
故D错误。
故选AC。
三、非选择题:共54分。
11. 如图1所示是观察电容器的充、放电现象实验装置的电路图。电源输出电压恒为8V,S是单刀双掷开关,G为灵敏电流计,C为平行板电容器。
(1)当开关S接________时(选填“1”或“2”),平行板电容器充电。当电容器放电时,流经G表的电流方向与充电时________(选填“相同”或“相反”)。
(2)将G表换成电流传感器(可显示电流I的大小),电容器充电完毕后,让电容器再放电,其放电电流I随时间t变化的图像如图2所示,已知图线与横轴所围的面积约为41个小方格,则电容器释放的电荷量Q约为________C。
【答案】(1) ①. 1 ②. 相反
(2)3.28×10-3
【解析】
【小问1详解】
[1]电容器与电源相连时充电,所以当开关S接1时平行板电容器充电,由于极板上无电荷,刚开始在充电开始时电路中的电流比较大。[2]电容器充电时电源正极接电容器上极板,放电时正电荷从上极板流出,所以电容器放电时,流经G表的电流方向与充电时相反。
【小问2详解】
根据
可知,放电电流随时间变化曲线与横轴所围区域的面积即为通过的电荷量,所以电容器释放的电荷量Q为
12. 某同学利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”,实验装置如图1所示。重力加速度大小为。
(1)主要的实验步骤如下:
①开动气泵,调节气垫导轨,将滑块无初速度轻放在导轨上,滑块能___________,可认为导轨水平。
②测出遮光片的宽度。
③用天平称出托盘和砝码的总质量、滑块(含遮光片)的质量。
④将滑块移至图1所示位置,测出遮光片到光电门的距离。
⑤将滑块由静止释放,读出遮光片通过光电门的遮光时间,滑块通过光电门时的速度___________,系统动能增加了___________(用题中物理量符号表示)。
⑥改变,重复实验,作出图像如图2所示,若机械能守恒定律成立,则图像的斜率___________(用题中物理量符号表示)。
(2)在操作正确的情况下,多次实验发现动能的增加量总是略小于重力势能的减少量,其可能的原因是___________(写出一种情况即可)
【答案】(1) ①. 静止 ②. ③. ④.
(2)滑块运动中受空气阻力的作用
【解析】
【小问1详解】
①[1]开动气泵,调节气垫导轨,将滑块无初速度轻放在导轨上,滑块能静止,可认为导轨水平。
⑤[2]滑块通过光电门时的速度
[3]系统动能增加了
⑥[4]改变,重复实验,若机械能守恒则满足
即
作出图像,若机械能守恒定律成立,则图像的斜率
【小问2详解】
在操作正确的情况下,多次实验发现动能的增加量总是略小于重力势能的减少量,其可能的原因是滑块运动中受空气阻力的作用。
13. 2024年6月4日,嫦娥六号采样之后,月背呈现一个“中”字。若未来我国航天员登陆月球,并在月球上进行平抛实验,将一块石块(视为质点)从距月面高度为h处以大小为v0的速度水平抛出,测得石块的抛出点到落到月面上的点间的水平距离为x,已知月球的半径为r,引力常量为G。
(1)求月球的质量M;
(2)若宇宙飞船在月球表面附近做匀速圆周运动,求此时飞船运行的周期T。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)根据平抛运动得
解得
根据黄金代换
解得
(2)根据牛顿第二定律得
解得
14. 如图所示,“蜗牛”状轨道OAB竖直固定在水平地面上,与地面在B处平滑连接。其中“蜗牛”状轨道由内壁光滑的半圆轨道OA和AB平滑连接而成,半圆轨道OA的半径R1=0.6 m,半圆轨道AB的半径 R2=1.2 m,水平地面BC长为xBC=11 m,C处是一个开口较大的深坑,一质量m=0.1 kg的小球从O点沿切线方向以某一初速度进入轨道OA后,沿OAB轨道运动至水平地面,已知小球与水平地面间的动摩擦因数μ=0.4,g取10 m/s2。
(1)为使小球不脱离OAB轨道,小球在O点的初速度至少为多大?
(2)若小球在O点的初速度v=6 m/s,求小球在B点对半圆轨道的压力大小;
(3)若使小球能落入深坑C,则小球在O点的初速度至少为多大?
【答案】(1)6 m/s (2)6 N (3)8 m/s
【解析】
【详解】(1)小球通过最高点A的临界条件是
解得小球过A点的最小速度
vA=2 m/s
设O点为零势能点,小球由O到A过程由机械能守恒定律得
解得
v0=6 m/s。
(2)设B点为零势能点,小球由O到B过程机械能守恒,则
解得
vB=2 m/s
在B点由牛顿第二定律得
FN-mg=m
解得
FN=6 N
由牛顿第三定律得轨道受到的压力
FN′=FN=6 N。
(3)设小球恰能落入深坑C,即vC=0时初速度最小,小球由O到C过程由动能定理得
mgR2-μmgxBC=0-mv′2
解得
v′=8 m/s>v0=6 m/s
则假设成立,小球在O点的速度至少为8 m/s。
15. 如图所示,光滑水平面和竖直面内的光滑圆弧导轨在B点平滑连接,导轨半径为R。质量为m的带正电小球将轻质弹簧压缩至A点后由静止释放,脱离弹簧后经过B点时的速度大小为,之后沿轨道运动。以O为坐标原点建立直角坐标系,在区域有方向与x轴夹角为的匀强电场,进入电场后小球受到的电场力大小为。小球在运动过程中电荷量保持不变,重力加速度为g。求:
(1)弹簧压缩至A点时的弹性势能;
(2)小球经过O点时的速度大小;
(3)小球过O点后运动的轨迹方程。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)小球从A到B,根据能量守恒定律得
(2)小球从B到O,根据动能定理有
解得
(3)小球运动至O点时速度竖直向上,受电场力和重力作用,将电场力分解到x轴和y轴,则x轴方向有
竖直方向有
解得
,
说明小球从O点开始以后的运动为x轴方向做初速度为零的匀加速直线运动,y轴方向做匀速直线运动,即做类平抛运动,则有
,
联立解得小球过O点后运动的轨迹方程
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