精品解析：宁夏银川市第二中学2024-2025学年高一下学期期末考试物理试题

银川二中2024-2025学年第二学期高一年级期末考试 物理试题 注意事项： 1、本试卷共15小题，满分100分。考试时间为75分钟。 2、答案写在答题卡上的指定位置。考试结束后，交回答题卡。 一、单项选择题（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. 塔吊（图1）吊起货物的过程中，水平横臂保持静止，钢索将重物竖直向上由静止匀加速提起的同时，重物水平向右匀速运动。图2横轴表示时间，纵轴可以表示（　　） A. 重物的位移 B. 重物的竖直位移 C. 重物的竖直速度 D. 重物的加速度 2. 一位游客正在体验蹦极，绑上蹦极专用的橡皮绳后从跳台纵身而下。游客从跳台下落直到最低点过程中（　　） A 弹性势能减小 B. 重力势能减小 C. 机械能保持不变 D. 绳一绷紧动能就开始减小 3. 如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动。座舱的质量为m，运动半径为R，角速度大小为ω，重力加速度为g，则座舱（　　） A. 运动周期为 B. 加速度的大小为 C. 受摩天轮作用力大小始终为mg D. 所受合力的大小始终为 4. 北京时间2024年4月26日，神舟十八号载人飞船升空6.5h后采用自主快速交会对接模式，与离地高度约390km的中国空间站天和核心舱完成对接，形成三船三舱组合体，下列说法中正确的是（　　） A. 为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 B. 为实现对接，应先让飞船和天和核心舱处于同一轨道上，然后点火加速 C. 若对接前飞船在较低轨道上做匀速圆周运动，对接后飞船机械能和运行周期都变大 D. 若对接前飞船在较低轨道上做匀速圆周运动，对接后飞船速度和运行周期都变大 5. “广湛”高铁将茂名到广州的通行时间缩短至2小时。假设动车启动后沿平直轨道行驶，发动机功率恒定，行车过程中受到的阻力恒为f、已知动车质量为m，最高行驶速度为，下列说法正确的是（　　） A. 动车启动过程中所受合外力不变 B. 动车发动机功率为 C. 从启动到最大速度过程中，动车平均速度为 D. 从启动到最大速度过程中，动车牵引力做功为 6. 如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，。电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为；若将N点处的点电荷移到P点，则O点的场强大小变为，与之比为（　　） A B. C. D. 7. 如图所示，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速度v匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对静止这一过程，下列说法正确的是（　　） A. 物体在传送带上划痕长 B. 物块与传送带间的热量为 C. 电动机多做的功为 D. 电动机增加的功率为2μmgv 二、多项选择题（本大题共3小题，每小题6分，共18分，在每小题给出的四个选项中，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. 如图所示为某区域的电场线分布，下列说法正确的是（　　） A. 这个电场可能是正点电荷形成的 B. D处的电场强度为零，因为那里没有电场线 C. 点电荷q在A点所受的静电力比在B点所受静电力小 D. 电荷从B点运动到C点，电势降低，电势能可能增大 9. 如图，在点电荷的电场中，放着一块原本不带电的矩形金属薄板，MN为其对称轴，O点为几何中心，点电荷与a、O、b之间的距离分别为d、2d、3d。一段时间后，薄板上的感应电荷在图中O处产生的电场强度的大小和方向分别为（　　） A. B. 0 C. 水平向左 D. 水平向右 10. 如图所示，质量为3.5kg的物体B，其下端连接一固定在水平地面上的轻质弹簧，弹簧的劲度系数。一轻绳一端与物体B连接，另一端绕过两个光滑的轻质小定滑轮、后与套在光滑直杆顶端，质量为1.6kg的小球A连接。已知直杆固定，杆长，且与水平面的夹角，初始时使小球A静止不动，与A相连的绳子保持水平，此时绳子的张力。已知，图中直线与杆垂直。现将小球A由静止释放直至运动到D的过程中，（重力加速度，，，轻绳不可伸长，滑轮、视为质点），则（　　） A. 小球A与物体B组成的系统机械能守恒 B. 小球A经过C点时，绳对A的瞬时功率等于绳对B的瞬时功率 C. 物体B运动到最低点时，弹簧弹性势能的变化量为0 D. 小球A运动到D点时的速度为3m/s 三、非选择题（本题共5小题，共54分） 11. 利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。 （1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是（　　） A. 交流电源 B. 刻度尺 C. 天平（含砝码） （2）图乙中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器频率为50Hz，打下O点（图中未标出）时，重物开始下落，a、b、c是打点计时器连续打下的3个点。刻度尺的0刻线与O点对齐，a、b、c三个点所对刻度如图乙所示。打点计时器在打出b点时重物下落的速度为vb=______m/s（计算结果保留3位有效数字）； （3）若打点计时器在打出b点时的速度表示为vb，重物下落的高度表示为hb，当地的重力加速度为g，若在误差允许范围内表达式______（用题中所给的物理量表示）成立，则机械能守恒。 （4）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是（　　） A. 利用公式v=gt计算重物速度 B. 利用公式计算重物速度 C. 存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D. 没有采用多次实验取平均值的方法 12. 18世纪，库仑设计扭秤装置探究电荷间相互作用规律。其装置核心是一根弹性金属丝悬挂绝缘横杆，杆的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与A所受的重力平衡。另有一个与A相同的带电小球C插于玻璃罩内合适位置。 （1）实验时，通过旋转顶部旋钮M改变带电小球间距r，利用金属丝扭转角度α衡量电荷间作用力F大小。实验数据记录如下： 实验序号 两小球间距r（单位：m） 金属丝扭转角度α（单位：°） 1 2 36 2 4 9 3 6 4 已知在该装置中，金属丝扭转角度与两小球间库仑力成正比。根据上述数据，推导库仑力F与两小球间距r的关系为______。 （2）若保持间距不变，仅将其中小球C电荷量减变为原来一半，预计金属丝扭转角度将______（填“增大”或“减小”）； （3）这一实验中用到了下列哪些方法（　　） A 微小量放大法 B. 控制变量法 C. 极限法 D. 逐差法 （4）整个装置放置在密闭玻璃罩内，除了防止外界气流扰动外，还有什么作用：____________。 13. 如图所示，人体的细胞膜由磷脂双分子层组成，双分子层之间存在电压（医学上称为膜电位），使得只有带特定电荷的粒子才能通过细胞膜进入细胞内。初速度为的正一价钠离子仅在电场力的作用下，从细胞膜外A点刚好运动到细胞膜内B点。将膜内的电场看作匀强电场，取A点为零势能面，正一价钠离子质量为m，电子电荷量为e，细胞膜的厚度为d。求： （1）膜内匀强电场的电场强度E； （2）钠离子在B点的电势能； （3）B点的电势。 14. 如图所示竖直放置的两块足够长的平行金属板，左板带正电，右板带负电，板间电场强度为E。在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡。请问： （1）小球所带电性及其电荷量？ （2）若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？ 15. 如图为某科技兴趣小组制作的重力投石机示意图。支架固定在水平地面上，轻杆AB可绕水平轴上的O点在竖直面内自由转动。A端小凹槽内装有一质量为m的石子，B端固定一配重。现将杆转至水平方向由静止释放，杆在配重作用下转到竖直位置时石子被水平抛出，击中前方竖直靶上的P点，P与O点恰好在同一水平线上。已知OA=2L，OB=L，OP=4L，重力加速度大小为g，不计一切摩擦及空气阻力。求： （1）石子被水平抛出时的速度大小v1； （2）杆由水平转到竖直的过程中凹槽对石子做的功W，以及配重的质量M； （3）石子抛出前瞬间，杆对水平轴的作用力大小。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 银川二中2024-2025学年第二学期高一年级期末考试 物理试题 注意事项： 1、本试卷共15小题，满分100分。考试时间为75分钟。 2、答案写在答题卡上的指定位置。考试结束后，交回答题卡。 一、单项选择题（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. 塔吊（图1）吊起货物的过程中，水平横臂保持静止，钢索将重物竖直向上由静止匀加速提起的同时，重物水平向右匀速运动。图2横轴表示时间，纵轴可以表示（　　） A. 重物的位移 B. 重物的竖直位移 C. 重物的竖直速度 D. 重物的加速度 【答案】C 【解析】 【详解】重物水平方向做匀速直线运动，则有 竖直方向做初速度为0的匀加速直线运动，则有， 则重物的位移 可知重物的位移与时间图像不是直线，重物的竖直位移与时间图像不是直线，重物的竖直速度与时间图像是过原点的倾斜直线，重物的加速度与时间图像是一条与横轴平行的直线；所以横轴表示时间，纵轴可以表示重物的竖直速度。 故选C。 2. 一位游客正在体验蹦极，绑上蹦极专用的橡皮绳后从跳台纵身而下。游客从跳台下落直到最低点过程中（　　） A. 弹性势能减小 B. 重力势能减小 C. 机械能保持不变 D. 绳一绷紧动能就开始减小 【答案】B 【解析】 【详解】游客从跳台下落，开始阶段橡皮绳未拉直，只受重力作用做匀加速运动，下落到一定高度时橡皮绳开始绷紧，游客受重力和向上的弹力作用，弹力从零逐渐增大，游客所受合力先向下减小后向上增大，速度先增大后减小，到最低点时速度减小到零，弹力达到最大值。 A．橡皮绳绷紧后弹性势能一直增大，A错误； B．游客高度一直降低，重力一直做正功，重力势能一直减小，B正确； C．下落阶段橡皮绳对游客做负功，游客机械能减少，转化为弹性势能，C错误； D．绳刚绷紧开始一段时间内，弹力小于重力，合力向下做正功，游客动能在增加；当弹力大于重力后，合力向上对游客做负功，游客动能逐渐减小，D错误。 故选B。 3. 如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动。座舱的质量为m，运动半径为R，角速度大小为ω，重力加速度为g，则座舱（　　） A. 运动周期为 B. 加速度大小为 C. 受摩天轮作用力的大小始终为mg D. 所受合力的大小始终为 【答案】D 【解析】 【详解】A．座舱运动周期为，故A错误； B．座舱的加速度的大小为，故B错误； CD．座舱做匀速圆周运动，由向心力公式可得所受合力的大小始终为 座舱所受合力提供向心力，即重力与摩天轮对座舱的作用力的合力提供向心力，因此座舱受摩天轮作用力的大小不是mg，故C错误，D正确。 故选D。 4. 北京时间2024年4月26日，神舟十八号载人飞船升空6.5h后采用自主快速交会对接模式，与离地高度约390km的中国空间站天和核心舱完成对接，形成三船三舱组合体，下列说法中正确的是（　　） A. 为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 B. 为实现对接，应先让飞船和天和核心舱处于同一轨道上，然后点火加速 C. 若对接前飞船在较低轨道上做匀速圆周运动，对接后飞船机械能和运行周期都变大 D. 若对接前飞船较低轨道上做匀速圆周运动，对接后飞船速度和运行周期都变大 【答案】C 【解析】 【详解】A．第一宇宙速度是近地轨道的最大环绕速度，轨道半径越大，速度越小。空间站和飞船的轨道半径均大于地球半径，因此运行速度均小于第一宇宙速度，而非介于第一和第二宇宙速度之间。故A错误。 B．若飞船与核心舱处于同一轨道时点火加速，飞船会进入更高轨道，无法直接对接。正确方法是飞船先进入较低轨道，通过加速抬升轨道至核心舱所在轨道。故B错误。 C．对接后飞船轨道变高，机械能（）因轨道半径增大而增大（更接近零，即机械能更大）。根据 可知周期，则随增大周期增大。故C正确。 D．轨道半径增大后，根据 速度 则速度会减小，而周期增大。故D错误。 故选C。 5. “广湛”高铁将茂名到广州的通行时间缩短至2小时。假设动车启动后沿平直轨道行驶，发动机功率恒定，行车过程中受到的阻力恒为f、已知动车质量为m，最高行驶速度为，下列说法正确的是（　　） A. 动车启动过程中所受合外力不变 B. 动车发动机功率为 C. 从启动到最大速度过程中，动车平均速度为 D. 从启动到最大速度过程中，动车牵引力做功为 【答案】B 【解析】 【详解】A．发动机功率恒定，根据 速度变大，牵引力变小，合外力 合外力变小，故A错误； B．速度最大时，动车加速度为零，受力平衡，此时 故B正确； C．从启动到最大速度过程中，动车做加速度变小的加速运动，动车平均速度大于，故C错误； D．从启动到最大速度过程中，根据动能定理 动车牵引力做功为大于，故D错误。 故选B。 6. 如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，。电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为；若将N点处的点电荷移到P点，则O点的场强大小变为，与之比为（　　） A. B. C D. 【答案】B 【解析】 【详解】设半圆弧的半径为，两点的点电荷的电荷量分别为和，两点的点电荷在点所产生的场强均为 则点的合场强 当点处的点电荷移到点时，点场强如图所示，合场强大小为 则与之比为 故选B。 7. 如图所示，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速度v匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对静止这一过程，下列说法正确的是（　　） A. 物体在传送带上的划痕长 B. 物块与传送带间的热量为 C. 电动机多做的功为 D. 电动机增加的功率为2μmgv 【答案】B 【解析】 【详解】AB．根据牛顿第二定律，物块加速运动的加速度为 物体加速到速度为v所需的时间为 在这段时间内物块的位移为 传送带的位移为 则物体与传送带间的相对位移为 可知物体在传送带上的划痕长；物块与传送带间的热量为 故A错误，B正确； C．根据功能关系可知，电动机多做的功等于物体的动能增加量与产生的热量之和，则有 故C错误； D．电动机增加的功率等于传送带克服摩擦力做功的功率，大小为 故D错误。 故选B。 二、多项选择题（本大题共3小题，每小题6分，共18分，在每小题给出的四个选项中，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. 如图所示为某区域的电场线分布，下列说法正确的是（　　） A. 这个电场可能是正点电荷形成的 B. D处的电场强度为零，因为那里没有电场线 C. 点电荷q在A点所受的静电力比在B点所受静电力小 D. 电荷从B点运动到C点，电势降低，电势能可能增大 【答案】CD 【解析】 【详解】A．正点电荷的电场线是从正点电荷出发的直线，故A错误； B．电场线是为了更形象地描述电场而人为画出的，没有电场线的地方，电场强度不一定为零，故B错误； C．由图知B点处电场线比A点处电场线密集，故B点场强比A点大，所以点电荷q在A处所受的静电力小于在B处所受的静电力，故C正确； D．沿电场线方向电势降低，故电荷从B点运动到C点，电势降低，根据 若电荷带负电，可知电势能增大，故D正确。 故选CD。 9. 如图，在点电荷的电场中，放着一块原本不带电的矩形金属薄板，MN为其对称轴，O点为几何中心，点电荷与a、O、b之间的距离分别为d、2d、3d。一段时间后，薄板上的感应电荷在图中O处产生的电场强度的大小和方向分别为（　　） A. B. 0 C. 水平向左 D. 水平向右 【答案】AC 【解析】 【详解】金属薄板静电平衡后内部场强处处为零，薄板上的感应电荷在图中O处产生的电场强度与点电荷在O点产生的电场强度等大反向，大小为 方向水平向左。 故选 AC。 10. 如图所示，质量为3.5kg的物体B，其下端连接一固定在水平地面上的轻质弹簧，弹簧的劲度系数。一轻绳一端与物体B连接，另一端绕过两个光滑的轻质小定滑轮、后与套在光滑直杆顶端，质量为1.6kg的小球A连接。已知直杆固定，杆长，且与水平面的夹角，初始时使小球A静止不动，与A相连的绳子保持水平，此时绳子的张力。已知，图中直线与杆垂直。现将小球A由静止释放直至运动到D的过程中，（重力加速度，，，轻绳不可伸长，滑轮、视为质点），则（　　） A. 小球A与物体B组成的系统机械能守恒 B. 小球A经过C点时，绳对A的瞬时功率等于绳对B的瞬时功率 C. 物体B运动到最低点时，弹簧弹性势能的变化量为0 D. 小球A运动到D点时的速度为3m/s 【答案】BC 【解析】 【详解】A．小球在运动过程中，弹簧弹力做功，弹簧弹性势能发生变化，可知，小球A、物体B与弹簧构成的系统机械能守恒，但小球A与物体B组成的系统机械能不守恒，故A错误； B．小球A经过C点时，绳与小球A的速度方向垂直，绳的弹力方向与A的速度方向垂直，根据牵连速度分解规律可知，物体B的速度为0，根据P=Tvcosα 可知，小球A经过C点时，绳对A的瞬时功率等于绳对B的瞬时功率，均等于0，故B正确； C．初始时使小球A静止不动，与A相连的绳子保持水平，此时绳子的张力，对B进行分析有 解得弹簧的拉伸量 根据几何关系可知，当小球A经过C点时，物体B运动到最低点，此时有B下降的高度 由于 表明此时弹簧处于压缩状态，且压缩量与开始的拉伸量相等，则弹性势能相等，即弹簧弹性势能的变化量为0，故C正确； D．由于杆长， 根据几何关系可知 即小球A运动到D点，B的高度不变，弹簧的弹性势能不变，根据机械能守恒定律有 其中 解得，故D错误。 故选BC。 三、非选择题（本题共5小题，共54分） 11. 利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验。 （1）除带夹子的重物、纸带、铁架台（含铁夹）、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的器材是（　　） A. 交流电源 B. 刻度尺 C. 天平（含砝码） （2）图乙中的纸带是实验过程中打点计时器打出的一条纸带。打点计时器频率为50Hz，打下O点（图中未标出）时，重物开始下落，a、b、c是打点计时器连续打下的3个点。刻度尺的0刻线与O点对齐，a、b、c三个点所对刻度如图乙所示。打点计时器在打出b点时重物下落的速度为vb=______m/s（计算结果保留3位有效数字）； （3）若打点计时器在打出b点时的速度表示为vb，重物下落的高度表示为hb，当地的重力加速度为g，若在误差允许范围内表达式______（用题中所给的物理量表示）成立，则机械能守恒。 （4）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是（　　） A. 利用公式v=gt计算重物速度 B. 利用公式计算重物速度 C. 存在空气阻力和摩擦阻力影响 D. 没有采用多次实验取平均值的方法 【答案】（1）AB （2）1.95 （3） （4）C 【解析】 【小问1详解】 为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，由于均包含质量，两边可以约掉，所以不需要天平，而打点计时器需要交流电源，同时需要用刻度尺测量计数点间的距离。 故选AB。 【小问2详解】 相邻两计数点间的时间间隔为 所以 【小问3详解】 重物减少的重力势能为，重物增加的动能为，若机械能守恒，则 所以 【小问4详解】 AB．利用公式v=gt或计算重物速度的前提是认为重物做自由落体运动，不会出现重力势能的减少量大于动能的增加量的情况，故AB错误； C．由于实验过程中存在空气阻力做负功，所以重力势能的减少量大于动能的增加量，所以造成这个结果的原因是存在空气阻力和摩擦阻力的影响，故C正确； D．采用多次实验取平均值的方法，只会提高实验的精确度，不是导致重力势能的减少量大于动能的增加量的情况的原因，故D错误。 故选C。 12. 18世纪，库仑设计扭秤装置探究电荷间相互作用规律。其装置核心是一根弹性金属丝悬挂绝缘横杆，杆的一端是一个带电的金属小球A，另一端有一个不带电的球B，B与A所受的重力平衡。另有一个与A相同的带电小球C插于玻璃罩内合适位置。 （1）实验时，通过旋转顶部旋钮M改变带电小球间距r，利用金属丝扭转角度α衡量电荷间作用力F大小。实验数据记录如下： 实验序号 两小球间距r（单位：m） 金属丝扭转角度α（单位：°） 1 2 36 2 4 9 3 6 4 已知在该装置中，金属丝扭转角度与两小球间库仑力成正比。根据上述数据，推导库仑力F与两小球间距r的关系为______。 （2）若保持间距不变，仅将其中小球C电荷量减变为原来一半，预计金属丝扭转角度将______（填“增大”或“减小”）； （3）这一实验中用到了下列哪些方法（　　） A. 微小量放大法 B. 控制变量法 C. 极限法 D. 逐差法 （4）整个装置放置在密闭玻璃罩内，除了防止外界气流扰动外，还有什么作用：____________。 【答案】（1）力F与距离r的二次方成反比或 （2）减小 （3）AB （4）防止电荷散失 【解析】 【小问1详解】 库仑力F与扭转角度α成正比，根据表中数据，两小球间距r的平方与扭转角度α成反比，库仑力F与两小球间距r的二次方成反比，或。 【小问2详解】 若保持间距不变，仅将其中小球C电荷量减变为原来一半，预计金属丝扭转角度将减小。 【小问3详解】 这一实验中涉及变量为库仑力、间距、电量，用到了控制变量法，将微小库仑力变化放大为金属丝扭转角度，用到了微小量放大法。 故选AB。 【小问4详解】 整个装置放置在密闭玻璃罩内，除了防止外界气流扰动外，防止电荷散失，控制电量不变。 13. 如图所示，人体的细胞膜由磷脂双分子层组成，双分子层之间存在电压（医学上称为膜电位），使得只有带特定电荷的粒子才能通过细胞膜进入细胞内。初速度为的正一价钠离子仅在电场力的作用下，从细胞膜外A点刚好运动到细胞膜内B点。将膜内的电场看作匀强电场，取A点为零势能面，正一价钠离子质量为m，电子电荷量为e，细胞膜的厚度为d。求： （1）膜内匀强电场的电场强度E； （2）钠离子在B点的电势能； （3）B点的电势。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【详解】（1）正一价钠离子做减速直线运动，刚好到达B点，即到达B点时速度为零，由动能定理 解得电场强度 （2） 所以 （3）由 则 14. 如图所示竖直放置的两块足够长的平行金属板，左板带正电，右板带负电，板间电场强度为E。在该匀强电场中，用丝线悬挂质量为m的带电小球，丝线跟竖直方向成θ角时小球恰好平衡。请问： （1）小球所带电性及其电荷量？ （2）若剪断丝线，小球碰到金属板需多长时间？ 【答案】（1）正电， （2） 【解析】 【小问1详解】 如图所示，小球处于平衡状态，可知小球带正电 对小球受力分析如图所示 得 【小问2详解】 剪断丝线后，小球由静止开始沿着丝线拉力的反方向做匀加速直线运动，小球受重力、电场力，由牛顿第二定律有 得 当小球碰到金属板上时，它的位移为 由 得 15. 如图为某科技兴趣小组制作的重力投石机示意图。支架固定在水平地面上，轻杆AB可绕水平轴上的O点在竖直面内自由转动。A端小凹槽内装有一质量为m的石子，B端固定一配重。现将杆转至水平方向由静止释放，杆在配重作用下转到竖直位置时石子被水平抛出，击中前方竖直靶上的P点，P与O点恰好在同一水平线上。已知OA=2L，OB=L，OP=4L，重力加速度大小为g，不计一切摩擦及空气阻力。求： （1）石子被水平抛出时的速度大小v1； （2）杆由水平转到竖直的过程中凹槽对石子做的功W，以及配重的质量M； （3）石子抛出前瞬间，杆对水平轴的作用力大小。 【答案】（1）；（2）4mgL，8m；（3）15mg 【解析】 【详解】（1）设石子抛出时速度大小为v1，从水平抛出经时间t击中靶，有 解得 （2）对石子，根据动能定理，有 解得 杆由水平转到竖直时，配重的速度大小为v2，对石子和配重，根据机械能守恒定律，有 解得 （3）石子抛出前瞬间，设杆对石子的作用力为F1，方向向下；杆对配重的作用力为F2，方向向上，根据牛顿第二定律，有 石子抛出前瞬间，杆对水平轴的作用力大小为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$