精品解析:江苏省宿迁中学2025-2026学年高三上学期12月月考物理试题(一)
2025-12-09
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-阶段检测 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 江苏省 |
| 地区(市) | 宿迁市 |
| 地区(区县) | 宿城区 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 2.60 MB |
| 发布时间 | 2025-12-09 |
| 更新时间 | 2026-08-04 |
| 作者 | 学科网试题平台 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2025-12-09 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/55351877.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
2025—2026学年度第一学期12月份模拟(一)
高三物理
注意事项:
1.本试卷考试时间为75分钟,试卷满分100分,考试形式闭卷;
2.本试卷中所有试题必须作答在答题卡上规定的位置,否则不给分;
3.答题前,务必将自己的学校、班级、姓名、准考证号用0.5毫米黑色墨水签字笔填写在答题卡上。
一、单项选择题:共11题,每题4分,共44分,每题只有一个选项最符合题意。
1. 某品牌电动汽车的电耗为每公里218.9Wh,单位“Wh”(瓦时)对应的物理量是( )
A. 能量 B. 位移 C. 电流 D. 电荷量
2. 一束复色光由空气射向玻璃,发生折射而分为a、b两束单色光,其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为和,a、b在玻璃中的传播速度分别为和,则( )
A. B. C. D.
3. 利用如图所示的实验器材,不能完成的实验是( )
A. 验证牛顿第二定律 B. 研究自由落体运动规律
C. 验证机械能守恒定律 D. 测量重力加速度的大小
4. 如图所示,直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列,相邻圆筒间的距离相同,其中心轴线在同一直线上,A、B接在电压大小不变、极性随时间周期性变化的交变电源上,粒子从序号为0的金属圆板的中心沿轴线进入圆筒。则粒子( )
A. 在加速器中一直做匀加速直线运动
B. 只在金属圆筒内做匀加速直线运动
C. 只在相邻两个金属圆筒间做匀加速直线运动
D. 在加速器中一直做加速度增大的变加速直线运动
5. 在光学仪器中,“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图所示,是棱镜的横截面,其中、。现有与面平行的三条同频率的光线1、2、3从面射入,经面全反射后直接从面射出。设三条光线在棱镜中传播的时间分别为和。则( )
A. B. C. D.
6. 2023年10月26日,神舟十七号在酒泉卫星发射中心点火升空,成功将航天员汤洪波、唐胜杰、江新林顺利送入太空。发射入轨后,神舟十七号成功对接于空间站核心舱前向端口,形成三舱三船组合体,对接后的组合体仍在空间站原轨道上运行。对接前,空间站与神舟十七号的轨道如图所示。已知空间站距地球表面约。则神舟十七号( )
A. 需要加速变轨才能实现对接
B. 需要减速变轨才能实现对接
C. 对接后,绕地球运行周期大于24小时
D. 对接前,绕地球做圆周运动的线速度比空间站的小
7. 如图甲所示,一物块(可视为质点)从倾角的足够长的斜面上滑下,物块运动的图像如图乙所示,重力加速度取,下列说法正确的( )
A. 物块的加速度为 B. 物块的初速度为零
C. 物块与斜面间的动摩擦因数为 D. 前2s内物块的平均速度为
8. 如图所示电路中,A、B是构成平行板电容器的两金属极板,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小。将开关S闭合,有一带电粒子静止在电容器中的点,下列说法正确的是( )
A. 仅将A板上移,粒子仍保持静止不动
B. 仅将A板上移,P点电势降低
C. 仅增大光敏电阻的光照强度的过程中,电阻中有向上的电流
D. 仅增大光敏电阻的光照强度,灯泡L将变暗
9. 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置如图所示。某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察实验现象,下列说法正确的是( )
A. 干涉条纹与双缝垂直
B. 单缝和双缝应相互平行放置
C. 取下滤光片,光屏上观察不到白光的干涉图样
D. 将单缝向双缝靠近,从目镜中观察到的条纹条数增加
10. 如图所示,光滑水平面上放有一光滑斜面体,斜面体的质量为M、倾角为α、斜面长为L。将一质量为m的小滑块从斜面的顶端由静止释放。已知,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A. 滑块下滑过程中斜面体向左运动的位移为
B. 滑块滑到斜面底端时速度大小为
C. 滑块下滑过程中斜面体的支持力对滑块做负功
D. 滑块下滑过程中滑块和斜面体组成的系统机械能和动量均守恒
11. 如图所示,在光滑绝缘的水平面上的A、B两点分别固定着两个等量异种点电荷,O点为AB的中点,且PO=OQ=x0。将一带正电的小球(可视为点电荷)从P点由静止释放,小球开始运动,经过O点时的速度为v0,动能为,小球从P点运动到Q点的过程中,下列关于小球的速度v、加速度a与时间t的关系图像,电势能Ep、动能Ek与位移x的关系图像可能正确的是( )
A. B. C. D.
二、非选择题:共5题,共56分,其中第13题~16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。
12. 某兴趣小组为了测量金属丝的电阻率和电源的电动势与内阻,设计了如图甲、乙所示的实验电路,其中为待测电阻,定值电阻的阻值已知。
(1)测量金属丝的电阻时,要求通过金属丝的电流从零开始连续变化,实验电路图应选_______(选填“甲”“乙”);
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径如图丙所示,测量时,使用螺旋测微器的A、B、C三部分的先后顺序是_______;
(3)测量金属丝电阻时,选择正确的电路,按照规范操作,调节滑动变阻器,得到电压表V1、V2的示数的多组数值。作出的图像,如图丁中直线所示,斜率为,则金属丝的电阻为_______(用和表示);
(4)测量电源的电动势与内阻时,选择正确的电路,按照规范操作,调节滑动变阻器,得到电压表V1、V2的示数的多组数值。作出的图像,如图丁中直线所示,图线中的均已知,不考虑两电压表内阻的影响,则电源电动势_______(用或)表示;
(5)在上述(3)、(4)实验中,接通电路前,滑动变阻器的滑片应分别置于_______(选填下列选项的序号),并简述你的理由_______。
A.最左端 最左端 B.最右端 最右端 C.最左端 最右端 D.最右端 最左端
13. 在测量玻璃砖折射率实验中,选择长方体玻璃砖,玻璃砖截面ABCD如图所示。AB边长为30cm,AD边长为8.0cm,已经测得玻璃砖折射率为。实验中某同学用一束细激光自O点射入玻璃砖,已知OA=6.0cm,求:
(1)为使激光恰好照射到D点,求激光在AB面上入射角的正弦值;
(2)保持(1)入射角不变,把入射点向A移动,当新的入射点距A的距离为4.0cm时,判断激光束第一次自玻璃砖射出点的位置并计算该点到D点的距离。
14. 如图甲所示,在波的传播方向上有A、B、C三点,其中,时刻开始观察到A、C两点处质点的振动情况分别如图乙、丙所示。
(1)该波的波速可能为多少?
(2)假设振源位于C点。起振方向向上,且(为波长),那么从振源起振开始计时,经过多长时间B处质点第二次到达波谷?
15. 如图所示,质量为m=1kg的滑块A放在质量为M=2kg的长木板B上,B放在水平地面上,A与B之间动摩擦因数为µ1=0.2,B与地面之间的动摩擦因数为µ2=0.2,B的长度为L=12m,A的大小不计。A、B之间由一绕过光滑轻质动滑轮的柔软轻绳相连,开始时A位于B的最左端,滑轮位于B的右端。给滑轮施加一水平恒力F,滑轮两侧与A、B相连的绳子保持水平,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)要使B相对地面滑动,F至少需要多大?
(2)若F=12N,A在B上滑行的时间t为多少?
(3)接上一问,A从B的最左端滑到最右端过程中,因摩擦产生的总热量Q和F做的功W分别为多少?
16. 为研究静电集尘的原理,某小组设计了如下的实验。如图所示(左侧为立体图,右侧为平面图),两块直径为4d的圆形平行金属板水平正对放置,板间距为d,两极板间存在竖直向上、大小可调的匀强电场,忽略边缘效应。在电容器的几何中心O点处有一粒子源,可向空间各方向均匀发射速度大小均为、质量为m、电荷量为q(q>0)的带电微粒,已知重力加速度为g,微粒打在极板上被吸收且不影响电场分布。
(1)若电场强度大小,求微粒到达下极板时的速度大小;
(2)若要求沿水平方向发射的微粒均能被极板收集,求电场强度大小E的取值范围;
(3)若电场强度大小为,求所有方向发射的微粒在上极板形成的落点区域面积。
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2025—2026学年度第一学期12月份模拟(一)
高三物理
注意事项:
1.本试卷考试时间为75分钟,试卷满分100分,考试形式闭卷;
2.本试卷中所有试题必须作答在答题卡上规定的位置,否则不给分;
3.答题前,务必将自己的学校、班级、姓名、准考证号用0.5毫米黑色墨水签字笔填写在答题卡上。
一、单项选择题:共11题,每题4分,共44分,每题只有一个选项最符合题意。
1. 某品牌电动汽车的电耗为每公里218.9Wh,单位“Wh”(瓦时)对应的物理量是( )
A. 能量 B. 位移 C. 电流 D. 电荷量
【答案】A
【解析】
【详解】A.“Wh”是功率(单位:瓦特,W)与时间(单位:小时,h)的乘积。根据公式可知其对应的物理量是能量,故A正确;
B.位移的单位是m,故B错误;
C.电流的单位是A,故C错误;
D.根据公式,可知电荷量的单位是,故D错误。
故选A。
2. 一束复色光由空气射向玻璃,发生折射而分为a、b两束单色光,其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为和,a、b在玻璃中的传播速度分别为和,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】AB.根据折射定律
为a、b两束单色光的入射角相同,a光的折射角小于b光的折射角,则a光的折射率大于b光的折射率,选项AB错误;
CD.根据
由于a光的折射率大于b光的折射率,则有
选项C错误,D正确。
故选D。
3. 利用如图所示的实验器材,不能完成的实验是( )
A. 验证牛顿第二定律 B. 研究自由落体运动规律
C. 验证机械能守恒定律 D. 测量重力加速度的大小
【答案】A
【解析】
【详解】A.由知验证牛顿第二定律需要改变加速度,以上图片提供的实验装置加速度始终为重力加速度,无法满足实验要求,A符合题意;
B.在研究自由落体运动规律实验中,必须满足物体只受到重力,需要打点计时器且测量物体的位移,运动的时间,以上实验器材满足该实验,B不符合题意;
C.在验证机械能守恒定律实验中,关系式不需要测质量,但需要打点计时器且测量物体的位移,运动的时间,求速度,以上实验器材满足该实验,C不符合题意;
D.在测量重力加速度的大小实验中,必须满足物体只受到重力,需要打点计时器且测量物体的位移,运动的时间,以上实验器材满足该实验,D不符合题意;
故选A。
4. 如图所示,直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列,相邻圆筒间的距离相同,其中心轴线在同一直线上,A、B接在电压大小不变、极性随时间周期性变化的交变电源上,粒子从序号为0的金属圆板的中心沿轴线进入圆筒。则粒子( )
A. 在加速器中一直做匀加速直线运动
B. 只在金属圆筒内做匀加速直线运动
C. 只在相邻两个金属圆筒间做匀加速直线运动
D. 在加速器中一直做加速度增大的变加速直线运动
【答案】C
【解析】
【详解】大小不变、极性随时间周期性变化的交变电源加在相邻两个金属圆筒之间,所以粒子在相邻两个金属圆筒间受恒定的电场力,做匀加速直线运动,金属圆筒中电场为零,粒子不受电场力,做匀速运动。
故选C。
5. 在光学仪器中,“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图所示,是棱镜的横截面,其中、。现有与面平行的三条同频率的光线1、2、3从面射入,经面全反射后直接从面射出。设三条光线在棱镜中传播的时间分别为和。则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】光路图如图所示
根据几何关系及对称性可知,三束光的光程相等,由
由于三束光频率相等,所以光的速度相等,所以光在棱镜中的传播时间
相等,故选B。
6. 2023年10月26日,神舟十七号在酒泉卫星发射中心点火升空,成功将航天员汤洪波、唐胜杰、江新林顺利送入太空。发射入轨后,神舟十七号成功对接于空间站核心舱前向端口,形成三舱三船组合体,对接后的组合体仍在空间站原轨道上运行。对接前,空间站与神舟十七号的轨道如图所示。已知空间站距地球表面约。则神舟十七号( )
A. 需要加速变轨才能实现对接
B. 需要减速变轨才能实现对接
C. 对接后,绕地球运行周期大于24小时
D. 对接前,绕地球做圆周运动的线速度比空间站的小
【答案】A
【解析】
【详解】AB.神舟十七号由低轨道与高轨道的空间站对接,需要在低轨道加速,做离心运动到达高轨道,故A正确,B错误;
C.静止卫星的周期等于地球自转周期24h,空间站的高度低于静止卫星,由
可知对接后,神舟十七号绕地球运行周期小于24小时,故C错误;
D.由
可知对接前,神舟十七号绕地球做圆周运动的线速度比空间站的大,故D错误。
故选A。
7. 如图甲所示,一物块(可视为质点)从倾角的足够长的斜面上滑下,物块运动的图像如图乙所示,重力加速度取,下列说法正确的( )
A. 物块的加速度为 B. 物块的初速度为零
C. 物块与斜面间的动摩擦因数为 D. 前2s内物块的平均速度为
【答案】C
【解析】
【详解】AB.根据
可得
由图像可知,
可得,AB错误;
C.根据牛顿第二定律可知
解得,C正确;
D.前2s内物块的平均速度等于1s末的速度,则为,D错误。
故选C。
8. 如图所示电路中,A、B是构成平行板电容器的两金属极板,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小。将开关S闭合,有一带电粒子静止在电容器中的点,下列说法正确的是( )
A. 仅将A板上移,粒子仍保持静止不动
B. 仅将A板上移,P点电势降低
C. 仅增大光敏电阻的光照强度的过程中,电阻中有向上的电流
D. 仅增大光敏电阻的光照强度,灯泡L将变暗
【答案】B
【解析】
【详解】A.仅将A板上移,电容器两端电压不变,距离d变大,根据可知电场强度减小,电场力减小,粒子将向下运动,故A错误;
B.金属板B接地,则
又
仅将A板上移,电场强度减小,则减小,P点电势降低,故B正确;
CD.由闭合电路欧姆定律可得
仅增大光敏电阻的光照强度,RT减小,I增大,灯泡L将变亮,电容器两端电压
可知电容器两端电压增大,则电容器所带电荷量增大,电容器充电,电阻中有向下的电流,故CD错误。
故选B。
9. 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置如图所示。某同学以线状白炽灯为光源,对实验装置进行调节并观察实验现象,下列说法正确的是( )
A. 干涉条纹与双缝垂直
B. 单缝和双缝应相互平行放置
C. 取下滤光片,光屏上观察不到白光的干涉图样
D. 将单缝向双缝靠近,从目镜中观察到的条纹条数增加
【答案】B
【解析】
【详解】A.干涉条纹与双缝平行,故A错误;
B.为了获得清晰的干涉的亮条纹,单缝和双缝应相互平行放置,故B正确;
C.若取下滤光片,光屏上可观察到彩色的干涉图样,故C错误;
D.想增加从目镜中观察到的条纹个数,则要条纹间距减小,根据
可知可以将双缝的距离d增大,或减小双缝到屏的距离L,或用波长小的光做实验,而将单缝向双缝靠近,不会改变条纹的间距,不会改变目镜中观察到的条纹个数,故D错误。
故选B。
10. 如图所示,光滑水平面上放有一光滑斜面体,斜面体的质量为M、倾角为α、斜面长为L。将一质量为m的小滑块从斜面的顶端由静止释放。已知,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A. 滑块下滑过程中斜面体向左运动的位移为
B. 滑块滑到斜面底端时速度大小为
C. 滑块下滑过程中斜面体的支持力对滑块做负功
D. 滑块下滑过程中滑块和斜面体组成的系统机械能和动量均守恒
【答案】C
【解析】
【详解】D.滑块下滑过程中,只有重力做功,滑块和斜面体组成的系统机械能守恒,而系统受到的合外力不为零,所以系统动量不守恒;但系统在水平方向上的合力为零,故系统在水平方向上的动量守恒,故D错误;
B.若斜面固定有
解得
滑块滑到底端时,斜面体具有动能,滑块的重力势能转化为滑块和斜面体的动能,因此滑块速度必定小于斜面体固定时的速度,故B错误;
A.根据系统在水平方向上的动量守恒,且系统初动量为零,则有
又,
联立可得
根据几何关系有
联立解得,故A错误;
C.滑块下滑过程中,斜面体向左运动,斜面体的支持力与滑块的位移夹角大于90°,故支持力对滑块做负功,故C正确。
故选C。
11. 如图所示,在光滑绝缘的水平面上的A、B两点分别固定着两个等量异种点电荷,O点为AB的中点,且PO=OQ=x0。将一带正电的小球(可视为点电荷)从P点由静止释放,小球开始运动,经过O点时的速度为v0,动能为,小球从P点运动到Q点的过程中,下列关于小球的速度v、加速度a与时间t的关系图像,电势能Ep、动能Ek与位移x的关系图像可能正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】AD.由等量异种电荷连线电势变化可知
小球从P点运动到Q点的过程中,从P点到O点,由动能定理可得
从O点到Q点,由动能定理可得
联立求解得,
小球从P点运动到Q点的过程中,电场强度先减小再增大,则小球的加速度先减小再增大,速度变化先慢后快,又由动能定理可知,O点动能为Q点动能的一半,A错误,D正确;
B.小球从P点运动到Q点的过程中做加速运动,移动相同位移,后半段时间小于前半段,所以,加速度图像不对称,B错误;
C.由等量异种电荷连线电势变化可知,从P点到Q点电势逐渐减小,根据
可知小球的电势能逐渐减小,C错误
故选D。
二、非选择题:共5题,共56分,其中第13题~16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。
12. 某兴趣小组为了测量金属丝的电阻率和电源的电动势与内阻,设计了如图甲、乙所示的实验电路,其中为待测电阻,定值电阻的阻值已知。
(1)测量金属丝的电阻时,要求通过金属丝的电流从零开始连续变化,实验电路图应选_______(选填“甲”“乙”);
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径如图丙所示,测量时,使用螺旋测微器的A、B、C三部分的先后顺序是_______;
(3)测量金属丝电阻时,选择正确的电路,按照规范操作,调节滑动变阻器,得到电压表V1、V2的示数的多组数值。作出的图像,如图丁中直线所示,斜率为,则金属丝的电阻为_______(用和表示);
(4)测量电源的电动势与内阻时,选择正确的电路,按照规范操作,调节滑动变阻器,得到电压表V1、V2的示数的多组数值。作出的图像,如图丁中直线所示,图线中的均已知,不考虑两电压表内阻的影响,则电源电动势_______(用或)表示;
(5)在上述(3)、(4)实验中,接通电路前,滑动变阻器的滑片应分别置于_______(选填下列选项的序号),并简述你的理由_______。
A.最左端 最左端 B.最右端 最右端 C.最左端 最右端 D.最右端 最左端
【答案】 ①. 甲 ②. BCA ③. ④. ⑤. A ⑥. 保护电路
【解析】
【分析】
【详解】(1)[1]要求通过金属丝的电流从零开始连续变化,滑动变阻器应选择分压接法,故选甲。
(2)[2]用螺旋测微器测量金属丝的直径时,从调节到读数过程中,应先将金属丝置于测砧与测微螺杆之间,之后调节旋钮B进行粗调,当测微螺杆快靠近金属丝时,改为调节微调旋钮C,当听到“喀喀”声时停止,然后读数,读数完毕后,再将锁紧装置A关闭,故使用顺序为BCA。
(3)[3]由欧姆定律
(4)[4]用乙图进行测量电源电动势和内电阻,根据乙电路,则有
可得
则图线与纵轴截距表示电源电动势,即
(5)[5][6]接通电路前,为了保护电路,电压表示数应为最小值,所以滑动变阻器的滑片P都应置于最左端,故选A,原因是为了保护电路。
13. 在测量玻璃砖折射率实验中,选择长方体玻璃砖,玻璃砖截面ABCD如图所示。AB边长为30cm,AD边长为8.0cm,已经测得玻璃砖折射率为。实验中某同学用一束细激光自O点射入玻璃砖,已知OA=6.0cm,求:
(1)为使激光恰好照射到D点,求激光在AB面上入射角的正弦值;
(2)保持(1)入射角不变,把入射点向A移动,当新的入射点距A的距离为4.0cm时,判断激光束第一次自玻璃砖射出点的位置并计算该点到D点的距离。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)由几何关系可得折射角的正弦为
可知折射角为37°。
根据折射定律有
激光在AB面上入射角的正弦值为
(2)把入射点向A移动,当新的入射点距A的距离为4.0cm时,根据全反射的临界角
可知全反射的临界角为45°,由几何关系知,此时光线在AD面上入射角为53°,可知光在AD面的E点发生全反射,经DC下表面的F点第一次从玻璃砖射出,由几何关系知
可解得
激光束第一次自玻璃砖射出点到D点的距离为。
14. 如图甲所示,在波的传播方向上有A、B、C三点,其中,时刻开始观察到A、C两点处质点的振动情况分别如图乙、丙所示。
(1)该波的波速可能为多少?
(2)假设振源位于C点。起振方向向上,且(为波长),那么从振源起振开始计时,经过多长时间B处质点第二次到达波谷?
【答案】(1)或(,,)
(2)
【解析】
【小问1详解】
由图乙、丙可得
当波向右传播时,有(,,)
解得(,,)
波速为(,,)
当波向左传播时,有(,,)
解得(,,)
波速为(,,)
综上所述,波速可能为或(,,)
【小问2详解】
由题意可得,波向左传播,又因为,所以
取,此时
设波从波源传播到B点所用时间为,则
设B点起振后到第二次到达波谷所用时间为,则
从振源起振开始计时,B处质点第二次到达波谷所用时间为
15. 如图所示,质量为m=1kg的滑块A放在质量为M=2kg的长木板B上,B放在水平地面上,A与B之间动摩擦因数为µ1=0.2,B与地面之间的动摩擦因数为µ2=0.2,B的长度为L=12m,A的大小不计。A、B之间由一绕过光滑轻质动滑轮的柔软轻绳相连,开始时A位于B的最左端,滑轮位于B的右端。给滑轮施加一水平恒力F,滑轮两侧与A、B相连的绳子保持水平,重力加速度g取10m/s2,求:
(1)要使B相对地面滑动,F至少需要多大?
(2)若F=12N,A在B上滑行的时间t为多少?
(3)接上一问,A从B的最左端滑到最右端过程中,因摩擦产生的总热量Q和F做的功W分别为多少?
【答案】(1)8N;(2);(3)48J,120J
【解析】
【详解】(1)对A,有
对B,有
所以
(2)由于
所以
所以
(3)AB间因摩擦产生的热量为
B的位移为
B与地面间摩擦产生的热量为
所以
力F做的功为
解得
16. 为研究静电集尘的原理,某小组设计了如下的实验。如图所示(左侧为立体图,右侧为平面图),两块直径为4d的圆形平行金属板水平正对放置,板间距为d,两极板间存在竖直向上、大小可调的匀强电场,忽略边缘效应。在电容器的几何中心O点处有一粒子源,可向空间各方向均匀发射速度大小均为、质量为m、电荷量为q(q>0)的带电微粒,已知重力加速度为g,微粒打在极板上被吸收且不影响电场分布。
(1)若电场强度大小,求微粒到达下极板时的速度大小;
(2)若要求沿水平方向发射的微粒均能被极板收集,求电场强度大小E的取值范围;
(3)若电场强度大小为,求所有方向发射的微粒在上极板形成的落点区域面积。
【答案】(1)
(2)或
(3)
【解析】
【小问1详解】
微粒从O点运动到下极板,由动能定理可得
解得
【小问2详解】
水平方向发射的微粒做类平抛运动,对恰好打在极板边缘的微粒,有,
若微粒重力大于电场力,微粒打在下极板
解得
微粒被收集的电场强度范围为
若微粒重力小于电场力,微粒打在上极板
解得
微粒被收集的电场强度范围为
综上,沿水平方向发射的微粒均能被极板收集,电场强度的取值范围为或。
【小问3详解】
设速度方向与竖直方向的夹角为时,微粒恰好能打在上极板
竖直方向,
水平方向
解得,
速度方向与竖直夹角在范围内的微粒打在上极板,面积为
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