精品解析:黑龙江省牡丹江市第二高级中学2024-2025学年高一下学期期末物理试卷
2025-08-13
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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) | 黑龙江省 |
| 地区(市) | 牡丹江市 |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 5.44 MB |
| 发布时间 | 2025-08-13 |
| 更新时间 | 2025-09-11 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2025-08-13 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/53459562.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:
牡丹江二中2024—2025学年度第二学期期末试题
物理
考生注意
1、本试卷分第I卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分,考试时间75分钟。
2、考生作答时,请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑;非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效,在试题卷、草稿纸上作答无效。
第I卷(选择题 共46分)
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. 如图所示,质量的小球从离桌面高处的A点由静止下落到地面上的B点。桌面离地面高,空气阻力不计,重力加速度g取,关于小球下落过程说法正确的( )
A. 若选桌面为参考平面小球经B位置时的重力势能为8J
B. 小球从A点下落至桌面的过程,重力做正功,重力势能增加12J
C. 小球从A点下落至B点的过程,重力势能的减少量与参考平面的选取无关
D. 小球从A点下落至B点的过程,重力做功的多少与参考平面的选取有关
2. 如图所示,质量为m的小球用长为L的细线悬于O点,细线与竖直方向的夹角为,使小球在水平面内以P为圆心做匀速圆周运动,重力加速度为g。下列说法正确的是( )。
A. 向心力的大小等于
B. 向心力是细线对小球的拉力和小球所受重力的合力
C. 向心力的大小等于细线对小球的拉力
D. 小球受到重力、细线的拉力和向心力三个力作用
3. 从空中以40m/s的初速度平抛一重为10N的物体,物体在空中运动3s落地,不计空气阻力,取g=10m/s2,落地前瞬间重力的功率为( )
A. 300W B. 400W C. 500W D. 600W
4. 海王星的质量是地球的17倍,它的半径是地球的4倍,地球表面的重力加速度为g,地球的第一宇宙速度为v,则( )
A. 海王星表面的重力加速度为 B. 海王星表面的重力加速度为
C. 海王星的第一宇宙速度为 D. 海王星的第一宇宙速度为
5. 如图所示,A、B、C是三个相同金属球(可视为质点),分别位于边长为l的正三角形的三个顶点,其中A球带电量为Q,B球和C球均不带电。现将B球先后与A、C接触后放回原处,则A球所受静电力为( )
A. B. C. D.
6. 如图所示,在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道,半径OA水平、OB竖直,一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落,小球沿轨道到达最高点B时对轨道压力为,已知,重力加速度为g,则小球从P到B的运动过程中( )
A. 重力做功2mgR
B. 合力做功
C. 克服摩擦力做功
D. 机械能减少2mgR
7. 如图所示,平面内直线AB和MN垂直相交于О点,A、B关于О点对称。M、N关于О点对称,C是AO的中点,D是OB的中点,则下列说法正确的是( )
A. 若将电荷量为+Q的点电荷放置在О点,则C、M、D、N四点的电场强度相同
B. 若将电荷量为+Q和-Q的点电荷分别放置在A点和B点,则C、D两点电场强度方向相反
C. 若在C点和D点分别放置等量同种点电荷,一电子从О点沿直线运动到N点的过程中所受静电力的大小是一直减小的
D. 若C点和D点分别放置等量正点电荷,一电子从M点由静止释放,电子将在M、N间做往返运动
8. 如图所示,a为地球赤道上的物体,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星,c为地球静止卫星。下列关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中,正确的是( )
A. 角速度的大小关系为ωb > ωc = ωa
B. 向心加速度的大小关系为aa > ab > ac
C. 线速度的大小关系为vb > vc > va
D. 周期关系为Ta = Tc > Tb
9. 如图所示,质量为M木块静止在光滑的水平面上,一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入木块并留在木块中,木块获得的速度为v1,子弹受到的平均阻力为f,射入深度为d,此过程中木块位移为s,下列说法正确的是( )
A. 子弹损失的动能等于fd
B. 子弹损失的动能等于
C. 子弹损失动能为
D. 子弹、木块组成的系统损失的动能等于fd
10. 如图所示,质量为M,半径为的R光滑半圆槽静止在光滑的水平地面上。一质量为m小球恰好能从右边缘沿槽的切线方向释放滑入槽内,小球沿槽内壁运动直至槽左边缘。关于小球和半圆槽的运动(重力加速度为g),下列说法正确的是( )
A. 小球和半圆槽组成系统,动量守恒,机械能守恒
B. 小球和半圆槽组成的系统,动量不守恒,机械能守恒
C. 小球滑到半圆槽最底端时的速度等于
D. 小球沿半圆槽右边缘滑到半圆槽左边缘的过程中,半圆槽向右的位移为
第Ⅱ卷(非选择题 共54分)
二、非选择题(本大题包含5小题,共54分。)
11. 某同学利用图甲所示装置验证机械能守恒定律
(1)以下四种测量方案中,合理的是______
A. 直接测量下落高度h和下落时间t,通过算出瞬时速度v
B. 直接测量下落高度h,通过算出瞬时速度v
C. 根据纸带上某点的瞬时速度v,再由算出高度h
D. 直接测量下落高度h,根据纸带上某点的相邻两点间的平均速度,得该点的瞬时速度v
(2)实验中得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O(速度为0)的距离分别为hA、hB、hC,已知重物质量为m,当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。从打下O点到打下B点的过程中,重物的重力势能减少量为______,动能增加量为______。(用第(2)问中的物理量符号表示)
(3)实验发现重物重力势能的减少量通常略大于动能的增加量,关于这个误差下列说法正确的是______
A. 属于偶然误差
B. 可以通过多次测量取平均值的方法来减小
C. 属于系统误差
D 可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小
12. 用如图所示的装置验证动量守恒定律。气垫导轨上安装光电门 1、2,滑块 1、2上固定着相同的竖直遮光条,与光电门连接的电子计时器可以记录遮光条通过光电门的时间。
(1)接通气垫导轨待气源稳定后,轻推滑块1,测得遮光条先后通过光电门1、2的时间分别为Δt、Δt',若Δt ___________Δt',则说明气垫导轨已经调到水平。(选填“>”“=”或“<”)
(2)将滑块1静放在光电门1的右侧,滑块2静放在光电门1、2之间,向左轻推滑块1,光电门1记录了1次遮光条通过的时间为Δt1,光电门2记录了2次遮光条先后通过的时间分别为△t2和Δt3。为验证动量守恒定律,还需要测量的物理量是___________。(填选项前的序号)
A. 遮光条的宽度d
B. 两光电门间的距离L0
C. 滑块1、2的宽度L1和L2
D. 滑块(含遮光条)1、2的质量m1和m2
(3)在滑块 1、2碰撞过程中,如果关系式___________成立,则验证了动量守恒定律。(用第(2)问中测得的物理量符号表示)
四、解答题(共3小题,共40分)
13. 如图所示,用绝缘细线将质量为8×10-3kg的带电小球悬挂在O点下,当空间加方向水平向右、大小为1×104N/C的匀强电场,小球再次静止时细线与竖直方向夹角为37°,此时小球距地面的高度为80cm。不计空气阻力,sin37°=0.6,g取10m/s2。求:
(1)小球的带电性质及电量;
(2)细线的拉力大小;
(3)如果剪断细线,则小球经过多长时间着地。
14. 如图所示是一个蹦床,一名质量为30kg的学生从离水平网面0.20m的高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面1.25m的高处。已知该学生从下落到返回最高点的整个过程所用时间为1.2s,不计空气阻力,重力加速度。求:
(1)该同学刚接触网时和离开网时的动量;
(2)网对该同学的平均作用力大小;
(3)网对该同学做功为多少。
15. 某固定装置如图所示:AB段是半径R=0.2m的光滑圆弧,BC段为粗糙水平面并在B点与圆弧平滑连接。一质量m=0.2kg的1号物块锁定在水平固定的弹簧枪内(不计物块与枪间的摩擦),物块尺寸略小于枪的内径。另一质量M=1kg的2号物块静止于B点,两物块形状尺寸完全相同。现解除锁定,1号物块从C点被水平弹出后,在B点与2号物块发生弹性碰撞,碰撞时间不计。2号物块第一次被碰后恰好能滑到圆弧顶端A点,两物块均可视为质点且与BC段间的动摩擦因数均为μ=0.2,重力加速度g取,弹簧始终在弹性限度内,不计空气阻力。求:
(1)两物块在B点发生第一次碰撞后瞬时,1号物块的速度;
(2)若两物块恰好不能发生第二次碰撞,求1号物块被锁定时弹簧枪的弹性势能。
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牡丹江二中2024—2025学年度第二学期期末试题
物理
考生注意
1、本试卷分第I卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分,考试时间75分钟。
2、考生作答时,请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑;非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效,在试题卷、草稿纸上作答无效。
第I卷(选择题 共46分)
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. 如图所示,质量的小球从离桌面高处的A点由静止下落到地面上的B点。桌面离地面高,空气阻力不计,重力加速度g取,关于小球下落过程说法正确的( )
A. 若选桌面为参考平面小球经B位置时的重力势能为8J
B. 小球从A点下落至桌面的过程,重力做正功,重力势能增加12J
C. 小球从A点下落至B点的过程,重力势能的减少量与参考平面的选取无关
D. 小球从A点下落至B点的过程,重力做功的多少与参考平面的选取有关
【答案】C
【解析】
【详解】A.若选桌面为参考平面小球经B位置时的重力势能为
故A错误;
B.小球从A点下落至桌面的过程,重力做正功,重力势能减小,故B错误;
CD.小球从A点下落至B点的过程,重力做功的多少与参考平面的选取无关,重力势能的减少量等于重力做功,与参考平面的选取无关,故C正确,D错误。
故选C。
2. 如图所示,质量为m的小球用长为L的细线悬于O点,细线与竖直方向的夹角为,使小球在水平面内以P为圆心做匀速圆周运动,重力加速度为g。下列说法正确的是( )。
A. 向心力的大小等于
B. 向心力是细线对小球的拉力和小球所受重力的合力
C. 向心力的大小等于细线对小球的拉力
D. 小球受到重力、细线的拉力和向心力三个力作用
【答案】B
【解析】
【详解】对小球进行受力分析,小球到重力和细线的拉力作用,细线对小球的拉力和小球所受重力的合力提供所需的向心力;竖直方向有
水平方向有
联立可得
故选B。
3. 从空中以40m/s的初速度平抛一重为10N的物体,物体在空中运动3s落地,不计空气阻力,取g=10m/s2,落地前瞬间重力的功率为( )
A. 300W B. 400W C. 500W D. 600W
【答案】A
【解析】
【详解】物体落地瞬间
所以
BCD错误,A正确。
故选A。
4. 海王星的质量是地球的17倍,它的半径是地球的4倍,地球表面的重力加速度为g,地球的第一宇宙速度为v,则( )
A. 海王星表面的重力加速度为 B. 海王星表面的重力加速度为
C. 海王星第一宇宙速度为 D. 海王星的第一宇宙速度为
【答案】B
【解析】
【详解】AB.设地球的质量为M地,半径为R地,海王星的质量为M海,半径为R海,则有
可得
故
A错误,B正确;
CD.设海王星的第一宇宙速度为v海,则有
可得
即
CD错误。
故选B。
5. 如图所示,A、B、C是三个相同金属球(可视为质点),分别位于边长为l的正三角形的三个顶点,其中A球带电量为Q,B球和C球均不带电。现将B球先后与A、C接触后放回原处,则A球所受静电力为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】将B球先后与A、C接触后,A、B、C分别带电量为,放回原处后A球所受静电力为
故选D。
6. 如图所示,在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道,半径OA水平、OB竖直,一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落,小球沿轨道到达最高点B时对轨道压力为,已知,重力加速度为g,则小球从P到B的运动过程中( )
A. 重力做功2mgR
B. 合力做功
C. 克服摩擦力做功
D. 机械能减少2mgR
【答案】B
【解析】
【详解】A.从P到B,重力做功为
故A项错误;
B.小球能通过B点,在B点速度v满足
解得
从P到B过程,由动能定理有
解得
故B项正确;
D.设B点所在平面为零势能面,在P点时,机械能为
在B点时机械能为
所以机械能减少了。
故D项错误;
C.由能量守恒可知,摩擦力做功等于机械能的较少量,即摩擦力做功为,故C项错误。
故选B。
7. 如图所示,平面内直线AB和MN垂直相交于О点,A、B关于О点对称。M、N关于О点对称,C是AO的中点,D是OB的中点,则下列说法正确的是( )
A. 若将电荷量为+Q的点电荷放置在О点,则C、M、D、N四点的电场强度相同
B. 若将电荷量为+Q和-Q的点电荷分别放置在A点和B点,则C、D两点电场强度方向相反
C. 若在C点和D点分别放置等量同种点电荷,一电子从О点沿直线运动到N点的过程中所受静电力的大小是一直减小的
D. 若在C点和D点分别放置等量正点电荷,一电子从M点由静止释放,电子将在M、N间做往返运动
【答案】D
【解析】
【详解】A.若将电荷量为+Q的点电荷放置在O点则C、M、D、N四点的电场强度方向不同,A错误;
B.若将电荷量为+Q和-Q的点电荷分别放置在A点和B点,由等量异种点电荷电场中电场线分布的对称性可知,C、D两点的电场强度大小相等,方向均由A指向B,B错误;
C.若在C点和D点分别放置等量同种的点电荷,则O点的电场强度是零,从O点沿CD的中垂线经过N点到无限远处,电场强度大小从零先增大,再减小到零,则电子从O点沿直线运动到N点的过程中,所受静电力的大小可能是一直增大的,也可能是先增大后减小的,C错误;
D.若在C点和D点分别放置等量正点电荷,则CD连线的中垂线上,关于O点对称的两点电场强度等大反向,所以电子在MO间与ON间受力具有对称性,都指向O点所以将一电子从M点由静止释放,电子将在M、N间做往返运动,D正确。
故选D。
8. 如图所示,a为地球赤道上的物体,b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星,c为地球静止卫星。下列关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中,正确的是( )
A. 角速度的大小关系为ωb > ωc = ωa
B. 向心加速度的大小关系为aa > ab > ac
C. 线速度的大小关系为vb > vc > va
D. 周期关系为Ta = Tc > Tb
【答案】ACD
【解析】
【分析】
【详解】A.对b、c,根据万有引力提供向心力有
= ma = mrω2
解得
T = 2π,ω = ,v = ,a =
因为c的轨道半径大于b,则ab > ac,vb > vc,ωb > ωc,Tc > Tb,对a、c,角速度相等,即ωa = ωc,根据T = 知,Ta = Tc,根据v = rω知,c的半径大,则vc > va,根据a = rω2知,c的半径大,则ac > aa,所以角速度的大小关系为ωb > ωc = ωa,A正确;
B.向心加速度的大小关系为ab > ac > aa,B错误;
C.线速度大小关系为vb > vc > va,C正确;
D.周期的关系为Ta = Tc > Tb,D正确。
故选ACD。
9. 如图所示,质量为M木块静止在光滑的水平面上,一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入木块并留在木块中,木块获得的速度为v1,子弹受到的平均阻力为f,射入深度为d,此过程中木块位移为s,下列说法正确的是( )
A. 子弹损失的动能等于fd
B. 子弹损失的动能等于
C. 子弹损失的动能为
D. 子弹、木块组成的系统损失的动能等于fd
【答案】BD
【解析】
详解】ABC.对子弹应用动能定理可得
①
故子弹损失的动能为
AC错误,B正确;
D.对木板应用动能定理可得
②
联立①②可得
故子弹、木块组成的系统损失的动能等于fd,D正确。
故选BD。
10. 如图所示,质量为M,半径为的R光滑半圆槽静止在光滑的水平地面上。一质量为m小球恰好能从右边缘沿槽的切线方向释放滑入槽内,小球沿槽内壁运动直至槽左边缘。关于小球和半圆槽的运动(重力加速度为g),下列说法正确的是( )
A. 小球和半圆槽组成的系统,动量守恒,机械能守恒
B. 小球和半圆槽组成的系统,动量不守恒,机械能守恒
C. 小球滑到半圆槽最底端时的速度等于
D. 小球沿半圆槽右边缘滑到半圆槽左边缘过程中,半圆槽向右的位移为
【答案】BD
【解析】
【详解】AB.小球落入槽中后,小球和槽组成的系统水平方向动量守恒,机械能守恒,故A错误,B正确;
C.当小球运动到最低点时,有
解得
故C错误;
D.小球沿半圆槽右边缘滑到半圆槽左边缘的过程中,有
解得
故D正确。
故选BD。
第Ⅱ卷(非选择题 共54分)
二、非选择题(本大题包含5小题,共54分。)
11. 某同学利用图甲所示装置验证机械能守恒定律。
(1)以下四种测量方案中,合理的是______
A. 直接测量下落高度h和下落时间t,通过算出瞬时速度v
B. 直接测量下落高度h,通过算出瞬时速度v
C. 根据纸带上某点的瞬时速度v,再由算出高度h
D. 直接测量下落高度h,根据纸带上某点的相邻两点间的平均速度,得该点的瞬时速度v
(2)实验中得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O(速度为0)的距离分别为hA、hB、hC,已知重物质量为m,当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。从打下O点到打下B点的过程中,重物的重力势能减少量为______,动能增加量为______。(用第(2)问中的物理量符号表示)
(3)实验发现重物重力势能的减少量通常略大于动能的增加量,关于这个误差下列说法正确的是______
A. 属于偶然误差
B. 可以通过多次测量取平均值的方法来减小
C. 属于系统误差
D. 可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小
【答案】(1)D (2) ①. ②. (3)CD
【解析】
【小问1详解】
物体下落的高度h用刻度尺测出,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v;而不能用或计算出瞬时速度v,因为这样就默认了机械能守恒,失去了验证的意义了。
故选D。
【小问2详解】
[1]从打下点到打下点的过程中,重物的重力势能减少量为
[2]打下点时重物的速度为
则从打下点到打下点的过程中,重物的动能增加量为
【小问3详解】
实验发现重物重力势能的减少量通常略大于动能的增加量,是因为重物下落过程有一定的空气阻力和摩擦阻力,使得由于一部分重力势能的减少量转化为内能;这个误差属于系统误差,不能通过多次测量取平均值的方法来减小,可以通过减小空气阻力和摩擦阻力来减小。
故选CD。
12. 用如图所示的装置验证动量守恒定律。气垫导轨上安装光电门 1、2,滑块 1、2上固定着相同的竖直遮光条,与光电门连接的电子计时器可以记录遮光条通过光电门的时间。
(1)接通气垫导轨待气源稳定后,轻推滑块1,测得遮光条先后通过光电门1、2的时间分别为Δt、Δt',若Δt ___________Δt',则说明气垫导轨已经调到水平。(选填“>”“=”或“<”)
(2)将滑块1静放在光电门1的右侧,滑块2静放在光电门1、2之间,向左轻推滑块1,光电门1记录了1次遮光条通过的时间为Δt1,光电门2记录了2次遮光条先后通过的时间分别为△t2和Δt3。为验证动量守恒定律,还需要测量的物理量是___________。(填选项前的序号)
A. 遮光条宽度d
B. 两光电门间的距离L0
C. 滑块1、2的宽度L1和L2
D. 滑块(含遮光条)1、2的质量m1和m2
(3)在滑块 1、2碰撞过程中,如果关系式___________成立,则验证了动量守恒定律。(用第(2)问中测得的物理量符号表示)
【答案】(1)= (2)D
(3)
【解析】
【小问1详解】
若气垫导轨水平,则滑块在气垫导轨上做匀速直线运动,则遮光条先后通过光电门1、2的时间分别为Δt、Δt'是相等的。
【小问2详解】
根据动量守恒定律
若设遮光条的宽度为d,则
代入式子可得
即还需要测量的物理量为滑块(含遮光条)1、2的质量m1和m2,而遮光条的宽度可以约掉,与两光电门间的距离L0和块1、2的宽度L1和L2无关,故选D。
【小问3详解】
据前分析可以得出要验证动量守恒,则需验证。
四、解答题(共3小题,共40分)
13. 如图所示,用绝缘细线将质量为8×10-3kg的带电小球悬挂在O点下,当空间加方向水平向右、大小为1×104N/C的匀强电场,小球再次静止时细线与竖直方向夹角为37°,此时小球距地面的高度为80cm。不计空气阻力,sin37°=0.6,g取10m/s2。求:
(1)小球的带电性质及电量;
(2)细线的拉力大小;
(3)如果剪断细线,则小球经过多长时间着地。
【答案】(1)带正电,
(2)
(3)t=0.4s
【解析】
【小问1详解】
对小球进行受力分析,小球受到竖直向下的重力、沿绳子方向的拉力,则电场力向右才可能维持平衡,因此小球带正电。根据平衡条件可知,代入数据解得
【小问2详解】
设绳子的拉力大小为,根据平衡条件可知,代入数据解得
【小问3详解】
剪断细线,小球在竖直方向上做自由落体运动,则有,代入数据解得t=0.4s
14. 如图所示是一个蹦床,一名质量为30kg的学生从离水平网面0.20m的高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面1.25m的高处。已知该学生从下落到返回最高点的整个过程所用时间为1.2s,不计空气阻力,重力加速度。求:
(1)该同学刚接触网时和离开网时的动量;
(2)网对该同学的平均作用力大小;
(3)网对该同学做功为多少。
【答案】(1)60kg·m/s,方向竖直向下;150kg·m/s,方向竖直向上
(2)720N (3)315J
【解析】
【小问1详解】
该同学接触网前瞬间的速度为
解得
该同学接触网时的动量大小
方向竖直向下。
该同学离开网瞬间的速度为
解得v2=5m/s
该同学离开网时的动量大小
方向竖直向上
【小问2详解】
该同学下落时间为
该同学上升时间为
该同学接触网的时间
设网对该同学的平均作用力大小为F,由动量定理,有
解得F=720N
【小问3详解】
网对该同学做功,根据动能定理得
解得W=315J
15. 某固定装置如图所示:AB段是半径R=0.2m的光滑圆弧,BC段为粗糙水平面并在B点与圆弧平滑连接。一质量m=0.2kg的1号物块锁定在水平固定的弹簧枪内(不计物块与枪间的摩擦),物块尺寸略小于枪的内径。另一质量M=1kg的2号物块静止于B点,两物块形状尺寸完全相同。现解除锁定,1号物块从C点被水平弹出后,在B点与2号物块发生弹性碰撞,碰撞时间不计。2号物块第一次被碰后恰好能滑到圆弧顶端A点,两物块均可视为质点且与BC段间的动摩擦因数均为μ=0.2,重力加速度g取,弹簧始终在弹性限度内,不计空气阻力。求:
(1)两物块在B点发生第一次碰撞后瞬时,1号物块的速度;
(2)若两物块恰好不能发生第二次碰撞,求1号物块被锁定时弹簧枪的弹性势能。
【答案】(1),方向水平向右
(2)
【解析】
【小问1详解】
设两物块第一次碰撞前瞬时,1号物块的速度为,碰撞后瞬时,1、2号物块的速度分别为、,碰撞后对2号物块,根据机械能守恒有
解得
以水平向左为正方向,碰撞过程中,由动量守恒和能量守恒可得,
联立解得,方向水平向左;,方向水平向右
【小问2详解】
由于两物块恰好不发生第二次碰撞,可知两物块最后都停止在同一位置。设BC段长度为L,从第一次碰撞后到最终静止,1号物块在BC段上运动的路程为,2号物块在BC段上运动的路程为,对1号物块,根据能量守恒有
对2号物块,根据能量守恒有
又
联立解得L=2.5m
第一次碰撞前,1号物块从C点运动到B点过程中根据能量守恒有
解得1号物块锁定时弹簧枪的弹性势能
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