精品解析:2026届河北唐山市高三下学期第一次模拟演练物理试卷
2026-03-15
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2份
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23页
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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 | 高考复习-一模 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 河北省 |
| 地区(市) | 唐山市 |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 4.33 MB |
| 发布时间 | 2026-03-15 |
| 更新时间 | 2026-04-19 |
| 作者 | 学科网试题平台 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-03-15 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/56827324.html |
| 价格 | 5.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
唐山市2026年普通高中学业水平选择性考试第一次模拟演练
物理
本试卷共8页,15小题,满分100分,考试时长75分钟。
注意事项:
1.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。
2.回答选择题时,选出每小题答案后,用2B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,再选涂其他答案标号。回答非选择题时,将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回。
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. 在核燃料处理厂中,用中子照射核废料可以产生钴60(),钴60不稳定发生衰变,衰变方程为。关于此衰变方程说法正确的是( )
A. 衰变过程中质量守恒
B. 衰变过程中电荷数守恒
C. 衰变过程中释放的电子来自原子核外的电子
D. 该核反应属于衰变
2. 如图所示,水平地面上固定一导热良好的气缸,用活塞封闭一定质量的理想气体。若气缸周围环境温度和大气压强保持不变,现向左缓慢推动活塞,则气缸内的气体( )
A. 压强变大 B. 压强变小 C. 温度降低 D. 温度升高
3. 如图所示,质量为的小球通过两根不可伸长轻绳与竖直平面内的圆形支架连接。两根轻绳长度与圆形支架半径相等,夹角为,轻绳沿竖直方向。现将圆形支架以圆心为轴沿顺时针方向缓慢旋转(如图中虚线所示),重力加速度取,此时轻绳上的拉力为( )
A. B. C. D.
4. 如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数之比为,原线圈接220V交变电流,的阻值为,的阻值为。则流过原线圈的电流为( )
A. B. C. 5A D. 22A
5. 风云四号C星在西昌卫星发射中心于北京时间2025年12月27日由长征三号乙运载火箭发射升空,卫星准确进入预定轨道,成为我国第二代静止轨道气象卫星风云四号系列的最新成员。关于风云四号C星,下列说法正确的是( )
A. 运行速度等于第一宇宙速度
B. 发射速度大于第二宇宙速度
C. 周期大于月球绕地球运动的周期
D. 距地面高度保持不变且相对地面静止
6. 唐山市河头老街进行无人机飞行表演时,一架水平匀加速飞行的无人机上零件脱落,无人机的加速度不因零件的脱离而变化。不计空气阻力,在零件下落过程中,零件与无人机的水平距离随时间变化的图像可能为( )
A. B. C. D.
7. 匀强电场中,用长为的绝缘细线系住一质量为、电荷量为的带电小球,小球在竖直平面内绕点做圆周运动,运动过程中速度最小值为,此时绳子拉力为0。已知小球在速度最小时和速度最大时机械能相等,电场强度方向与圆周平面平行,重力加速度为,不计空气阻力,则匀强电场的电场强度大小为( )
A. B. C. D.
二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有两个或两个以上选项符合题目要求。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. 如图甲所示,在平面内存在均匀介质,波源位于处,质点位于处。时刻波源开始振动,质点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 波的周期为4s B. 波的波长为4m
C. 波的波速为 D. 从时刻经4s质点向右移动2m
9. 如图所示,物块和木板静止叠放在光滑水平地面上,左边缘对齐。现用水平恒力向右拉动物块,使其从木板右端离开。此时,木板具有一定速度,物块与木板的速度差为,下列措施中能使增大的有( )
A. 仅增大水平恒力 B. 仅增大物块质量
C. 仅增大木板质量 D. 仅增大物块与木板间的动摩擦因数
10. 如图,在平面直角坐标系、区域内存在大小为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场,在、区域内存在大小为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场。开始计时时,一质量为、电荷量为的带正电的粒子以速度从坐标原点沿轴正向射入磁场,不计粒子重力,则下列说法正确的是( )
A. 若粒子的速度方向能再次沿轴正向,所经历的时间可能为
B. 若粒子的速度方向能再次沿轴正向,此时粒子位置的纵坐标可能为
C. 若粒子离开磁场时速度与轴成夹角,所经历的时间可能为
D. 若粒子离开磁场时速度与轴成夹角,的大小可能为
三、非选择题:共54分。
11. 一学习小组探究“弹簧弹性势能和形变量的关系”,准备了如下的器材:弹簧、气垫导轨、光电门、数字计时器、天平、遮光条、滑块、刻度尺、游标卡尺、铁架台等。
(1)该小组首先用手机加速度传感器测量弹簧的劲度系数,实验过程如下:
①用天平测出手机质量;
②如图1所示,将手机、弹簧和刻度尺沿竖直方向安装于铁架台上,待手机保持静止状态后,记录手机下端对应的刻度尺读数;
③将手机下端向下拉至刻度尺的x1处,由静止释放手机,通过手机内的传感器获得加速度随时间变化的图像,如图2所示,则加速度的最大值可能是手机下端位于______(选填“”或“x1”)处的加速度;
④由上述测量数据,计算出弹簧的劲度系数______。(已知重力加速度为,用题中所给字母表示)
(2)该小组用此弹簧继续探究“弹簧弹性势能和形变量的关系”,实验过程如下:
①用天平测出滑块(包括遮光条)的质量,用游标卡尺测出遮光条的宽度;
②按图3安装实验装置,调平气垫导轨后,用刻度尺测出弹簧的原长;
③用滑块压缩弹簧,使弹簧长度为(),此时弹簧的形变量,由静止释放滑块,遮光条经过光电门时数字计时器记录的时间为;
④由上述测量数据,计算出弹簧的弹性势能为______(用、、题中所给字母表示);
⑤保持滑块质量、遮光条宽度不变,改变形变量进行多次实验,在坐标系中描点连线,如图4所示,若直线斜率______(用、、表示),则弹簧弹性势能与形变量的关系为。
12.
(1)一实验小组采用如图1所示的实验电路测量待测电阻的阻值。某次测量时,电压表示数为2.00V,电流表示数为50mA,则该待测电阻的测量值______;此待测电阻的测量值比真实值______(选填“偏大”或“偏小”)。
(2)该实验小组为了减小实验误差,采用补偿法再一次测量待测电阻的阻值,电路图如图2所示。闭合开关,调整滑动变阻器触头的位置,使电流表指针指到某一位置。闭合开关,调整滑动变阻器触头的位置,使灵敏电流计G的示数为0。此时电压表示数为2.03V、电流表示数为50mA,若以此次测量的待测电阻阻值为真实值,则采用图1电路图测量待测电阻时产生的相对误差为______。(相对误差)
(3)关于补偿法测量待测电阻,下列说法正确的是______(单选)。
A. 当灵敏电流计G示数为0时,、两点电势相等
B. 补偿电路的作用是提供与电压表分流大小相等、方向相同的电流
C. 滑动变阻器在实验中的主要作用是避免流过电源的电流过大
13. 如图所示,玻璃三棱镜的横截面为直角三角形,,。一束单色光垂直入射到三棱镜的面上,与面成角射出三棱镜。求:
(1)三棱镜的折射率;
(2)若此单色光垂直入射到三棱镜的面上,求第一次射出三棱镜的折射角。
14. 如图所示,质量为0.49kg的木块静置于光滑水平轨道上,半径为0.8m的光滑半圆形轨道与水平轨道相切,直径竖直。质量为0.01kg的子弹以的水平速度击中木块并留在其中。木块进入半圆形轨道后,在某一位置离开轨道。木块可视为质点,取。求:
(1)木块到达半圆形轨道最低点时对轨道的压力;
(2)木块离开半圆形轨道时速度的大小。
15. 双轨滑草项目多数采用机械制动装置,在特定区域安装金属摩擦片或橡胶制动块使滑车减速,摩擦时摩擦片会快速升温,影响制动性能,为了避免安全事故发生,唐山市多玛乐园景区欲采用电磁制动装置,某次研究方案如图所示。滑车经过磁场区域时,嵌入滑车底部的线圈受到磁场作用,使滑车在短时间内速度发生明显的变化。滑车与游客总质量,滑车底部单匝矩形线圈的边和边长度分别为、,线圈由粗细均匀的金属丝绕成,其总电阻。滑车到达水平滑道位置时速度为,滑动距离时线圈的边进入条形磁场区域Ⅰ,磁场边界与滑道垂直,磁场宽度,磁感应强度,方向竖直向下。滑车与轨道间动摩擦因数,重力加速度取。滑车从位置开始共滑行了193.7m。求:
(1)滑车滑行过程中产生的电能;
(2)线圈的边刚进入磁场时两点间的电压;
(3)若区域Ⅰ中磁感应强度保持不变,并在区域Ⅰ右侧相邻处新增磁场区域Ⅱ(未画出),区域Ⅱ与区域Ⅰ宽度相同,磁感应强度大小为4T,方向与区域Ⅰ磁场方向相反。通过计算分析滑车从位置开始能否在160m内停止滑行。
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唐山市2026年普通高中学业水平选择性考试第一次模拟演练
物理
本试卷共8页,15小题,满分100分,考试时长75分钟。
注意事项:
1.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。
2.回答选择题时,选出每小题答案后,用2B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,再选涂其他答案标号。回答非选择题时,将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回。
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. 在核燃料处理厂中,用中子照射核废料可以产生钴60(),钴60不稳定发生衰变,衰变方程为。关于此衰变方程说法正确的是( )
A. 衰变过程中质量守恒
B. 衰变过程中电荷数守恒
C. 衰变过程中释放的电子来自原子核外的电子
D. 该核反应属于衰变
【答案】B
【解析】
【详解】AB.核反应过程满足电荷数守恒、质量数守恒,衰变释放能量存在质量亏损,总质量不守恒,A错误,B正确;
C.该衰变为衰变,释放的电子是原子核内中子转化为质子时产生的,并非来自核外电子,C错误;
D.α衰变的产物是氦核,该衰变放出电子,属于β衰变,D错误。
故选B。
2. 如图所示,水平地面上固定一导热良好的气缸,用活塞封闭一定质量的理想气体。若气缸周围环境温度和大气压强保持不变,现向左缓慢推动活塞,则气缸内的气体( )
A. 压强变大 B. 压强变小 C. 温度降低 D. 温度升高
【答案】A
【解析】
【详解】CD.气缸导热良好,环境温度不变,推动活塞过程缓慢,封闭气体始终和外界环境达到热平衡,因此气体温度不变,CD错误;
AB.对一定质量的理想气体,温度不变,向左推动活塞时,封闭气体体积减小,根据玻意耳定律(为恒量),体积减小则气体压强增大,因此压强变大,A正确,B错误。
故选A 。
3. 如图所示,质量为的小球通过两根不可伸长轻绳与竖直平面内的圆形支架连接。两根轻绳长度与圆形支架半径相等,夹角为,轻绳沿竖直方向。现将圆形支架以圆心为轴沿顺时针方向缓慢旋转(如图中虚线所示),重力加速度取,此时轻绳上的拉力为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】由共点力的平衡可知,在竖直方向上有
解得
故选C。
4. 如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈的匝数之比为,原线圈接220V交变电流,的阻值为,的阻值为。则流过原线圈的电流为( )
A. B. C. 5A D. 22A
【答案】A
【解析】
【详解】理想变压器原、副线圈的匝数比为
根据变压比公式,有
解得
根据欧姆定律得
又
解得
故选A。
5. 风云四号C星在西昌卫星发射中心于北京时间2025年12月27日由长征三号乙运载火箭发射升空,卫星准确进入预定轨道,成为我国第二代静止轨道气象卫星风云四号系列的最新成员。关于风云四号C星,下列说法正确的是( )
A. 运行速度等于第一宇宙速度
B. 发射速度大于第二宇宙速度
C. 周期大于月球绕地球运动的周期
D. 距地面高度保持不变且相对地面静止
【答案】D
【解析】
【详解】A.第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度,也是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度,根据万有引力提供向心力
解得
可知轨道半径越大环绕速度越小,风云四号C星轨道半径大于近地卫星,运行速度小于第一宇宙速度,故A错误;
B.第二宇宙速度是物体脱离地球引力的最小发射速度,风云四号C星仍绕地球运动,发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间,故B错误;
C.根据开普勒第三定律
轨道半径越大周期越大,月球绕地球的轨道半径远大于同步卫星轨道半径,故月球周期更大,风云四号C星周期小于月球绕地周期,故C错误;
D.风云四号C星是静止轨道卫星,轨道固定在赤道平面,周期与地球自转周期相同,距地面高度保持不变,相对地面静止,故D正确。
故选D。
6. 唐山市河头老街进行无人机飞行表演时,一架水平匀加速飞行的无人机上零件脱落,无人机的加速度不因零件的脱离而变化。不计空气阻力,在零件下落过程中,零件与无人机的水平距离随时间变化的图像可能为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】由题意可知,零件脱离后在水平方向做匀速直线运动,设其速度大小为;无人机在水平方向做初速度为的匀加速直线运动,设加速度大小为,则零件与无人机的水平距离随时间变化为
故选B。
7. 匀强电场中,用长为的绝缘细线系住一质量为、电荷量为的带电小球,小球在竖直平面内绕点做圆周运动,运动过程中速度最小值为,此时绳子拉力为0。已知小球在速度最小时和速度最大时机械能相等,电场强度方向与圆周平面平行,重力加速度为,不计空气阻力,则匀强电场的电场强度大小为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】当小球速度最小时,绳子拉力恰好为零,此时小球做圆周运动的向心力由电场力和重力的合力提供,有
解得
机械能的变化仅由电场力做功引起(重力做功不改变机械能),速度最小点和速度最大点机械能相等,说明电场力对小球从速度最小点到速度最大点做功为0,因此两点电势相等,两点连线为等势线,可得电场方向垂直于两点连线。 而速度最小点(等效最高点)和速度最大点(等效最低点)关于圆心对称,重力与电场力的合力沿两点连线方向,因此合力与电场力垂直。有
解得
故选 C。
二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有两个或两个以上选项符合题目要求。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. 如图甲所示,在平面内存在均匀介质,波源位于处,质点位于处。时刻波源开始振动,质点的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 波的周期为4s B. 波的波长为4m
C. 波的波速为 D. 从时刻经4s质点向右移动2m
【答案】AB
【解析】
【详解】A.根据图乙可知波的周期,故A正确;
C.根据图乙可知时,波传播到质点处,可得波速,故C错误;
B.根据A、C选项,可得波长,故B正确;
D.在波的传播过程中,介质中的质点并不会随波迁移,而是在各自的平衡位置附近做往复振动。根据图乙可知,质点的振动方向在轴方向,所以质点不会向右移动,故D错误。
故选AB。
9. 如图所示,物块和木板静止叠放在光滑水平地面上,左边缘对齐。现用水平恒力向右拉动物块,使其从木板右端离开。此时,木板具有一定速度,物块与木板的速度差为,下列措施中能使增大的有( )
A. 仅增大水平恒力 B. 仅增大物块质量
C. 仅增大木板质量 D. 仅增大物块与木板间的动摩擦因数
【答案】AC
【解析】
【详解】设物块的质量为,木板的质量为,物块与木板间的动摩擦因数为,木板长为。对物块进行受力分析,列牛顿第二定律方程有
解得物块向右匀加速运动的加速度为
同理对木板进行受力分析,列牛顿第二定律方程有
解得木板向右匀加速运动的加速度为
物块从木板右端离开时,相对位移等于木板的长度,则根据匀变速直线运动的位移公式有
解得物块在木板上运动的时间为
则物块与木板的速度差为
所以仅增大水平恒力或仅增大木板的质量,都会使增大,而仅增大物块质量和仅增大物块与木板间的动摩擦因数,都会使减小。
故选AC。
10. 如图,在平面直角坐标系、区域内存在大小为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场,在、区域内存在大小为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场。开始计时时,一质量为、电荷量为的带正电的粒子以速度从坐标原点沿轴正向射入磁场,不计粒子重力,则下列说法正确的是( )
A. 若粒子的速度方向能再次沿轴正向,所经历的时间可能为
B. 若粒子的速度方向能再次沿轴正向,此时粒子位置的纵坐标可能为
C. 若粒子离开磁场时速度与轴成夹角,所经历的时间可能为
D. 若粒子离开磁场时速度与轴成夹角,的大小可能为
【答案】AD
【解析】
【详解】根据可知,粒子在右侧磁场中运动的半径,周期
在左侧磁场中运动的半径,周期
A.若粒子的速度方向能再次沿轴正向,所经历的时间
当n=3时,A正确;
B.若粒子的速度方向能再次沿轴正向,此时粒子位置的纵坐标
则不可能为,B错误;
CD.若粒子沿类似轨迹a的形式从磁场中沿与y轴成30°角方向射出,根据几何关系可知,
所以
故粒子离开磁场时不可能沿着轨迹a;若粒子沿类似轨迹b的形式从磁场中沿与y轴成30°角方向射出,则
当n=3时
粒子所经历的时间
则,故C错误,D正确。
故选AD。
三、非选择题:共54分。
11. 一学习小组探究“弹簧弹性势能和形变量的关系”,准备了如下的器材:弹簧、气垫导轨、光电门、数字计时器、天平、遮光条、滑块、刻度尺、游标卡尺、铁架台等。
(1)该小组首先用手机加速度传感器测量弹簧的劲度系数,实验过程如下:
①用天平测出手机质量;
②如图1所示,将手机、弹簧和刻度尺沿竖直方向安装于铁架台上,待手机保持静止状态后,记录手机下端对应的刻度尺读数;
③将手机下端向下拉至刻度尺的x1处,由静止释放手机,通过手机内的传感器获得加速度随时间变化的图像,如图2所示,则加速度的最大值可能是手机下端位于______(选填“”或“x1”)处的加速度;
④由上述测量数据,计算出弹簧的劲度系数______。(已知重力加速度为,用题中所给字母表示)
(2)该小组用此弹簧继续探究“弹簧弹性势能和形变量的关系”,实验过程如下:
①用天平测出滑块(包括遮光条)的质量,用游标卡尺测出遮光条的宽度;
②按图3安装实验装置,调平气垫导轨后,用刻度尺测出弹簧的原长;
③用滑块压缩弹簧,使弹簧长度为(),此时弹簧的形变量,由静止释放滑块,遮光条经过光电门时数字计时器记录的时间为;
④由上述测量数据,计算出弹簧的弹性势能为______(用、、题中所给字母表示);
⑤保持滑块质量、遮光条宽度不变,改变形变量进行多次实验,在坐标系中描点连线,如图4所示,若直线斜率______(用、、表示),则弹簧弹性势能与形变量的关系为。
【答案】(1) ①. x1 ②.
(2) ①. ②.
【解析】
【小问1详解】
[1]将手机下端向下拉至刻度尺的x1处,由静止释放手机,手机做简谐运动,在最高点和最低点加速度最大,所以手机下端位于x1处的加速度最大。
[2]位于x1处时,有
解得
【小问2详解】
[1]滑块经过光电门时的速度为
根据能量守恒,有
[2]根据能量守恒,有
变形得
则的斜率为
12.
(1)一实验小组采用如图1所示的实验电路测量待测电阻的阻值。某次测量时,电压表示数为2.00V,电流表示数为50mA,则该待测电阻的测量值______;此待测电阻的测量值比真实值______(选填“偏大”或“偏小”)。
(2)该实验小组为了减小实验误差,采用补偿法再一次测量待测电阻的阻值,电路图如图2所示。闭合开关,调整滑动变阻器触头的位置,使电流表指针指到某一位置。闭合开关,调整滑动变阻器触头的位置,使灵敏电流计G的示数为0。此时电压表示数为2.03V、电流表示数为50mA,若以此次测量的待测电阻阻值为真实值,则采用图1电路图测量待测电阻时产生的相对误差为______。(相对误差)
(3)关于补偿法测量待测电阻,下列说法正确的是______(单选)。
A. 当灵敏电流计G示数为0时,、两点电势相等
B. 补偿电路的作用是提供与电压表分流大小相等、方向相同的电流
C. 滑动变阻器在实验中的主要作用是避免流过电源的电流过大
【答案】(1) ①. 40##40.0 ②. 偏小
(2)1.5 (3)A
【解析】
【小问1详解】
[1]根据欧姆定律
[2]电压表读数为两端电压的真实值,电流表测量的是通过的电流与通过电压表的电流之和
根据可知,待测电阻的测量值比真实值偏小
【小问2详解】
根据题意,
相对误差
【小问3详解】
A.G示数为0,说明无电流通过G,即 a、b两点电势相等,此时电流表读数即为真实值,A正确;
B.补偿电路的作用是通过调节R2,使 a、b电势相等,从而消除电压表的分流影响,而不是提供与电压表分流相等的电流,B错误;
C.R2是用来调节补偿电路中电压,使 a、b电势相等,不是为了保护电源 E2,C错误。
故选A。
13. 如图所示,玻璃三棱镜的横截面为直角三角形,,。一束单色光垂直入射到三棱镜的面上,与面成角射出三棱镜。求:
(1)三棱镜的折射率;
(2)若此单色光垂直入射到三棱镜的面上,求第一次射出三棱镜的折射角。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
根据几何关系,可知出射光线与法线的夹角为角,根据折射定律有
解得
【小问2详解】
根据几何关系可得,光线在边的入射角为,根据全反射临界条件有
可知全反射临界角,光线在边发生全反射
由几何关系得,光线在边的入射角
根据折射定律有
解得折射角
14. 如图所示,质量为0.49kg的木块静置于光滑水平轨道上,半径为0.8m的光滑半圆形轨道与水平轨道相切,直径竖直。质量为0.01kg的子弹以的水平速度击中木块并留在其中。木块进入半圆形轨道后,在某一位置离开轨道。木块可视为质点,取。求:
(1)木块到达半圆形轨道最低点时对轨道的压力;
(2)木块离开半圆形轨道时速度的大小。
【答案】(1),方向竖直向下
(2)或者或者
【解析】
【小问1详解】
设子弹质量为,木块质量为子弹击中木块,由动量守恒定律得
木块到达点时受到的支持力为,则有
由牛顿第三定律
木块对轨道的压力,方向竖直向下。
【小问2详解】
设木块离开轨道时,木块与圆心连线与竖直方向的夹角为,速度为
由机械能守恒定律得
重力分力提供向心力有
联立可得或者或者
15. 双轨滑草项目多数采用机械制动装置,在特定区域安装金属摩擦片或橡胶制动块使滑车减速,摩擦时摩擦片会快速升温,影响制动性能,为了避免安全事故发生,唐山市多玛乐园景区欲采用电磁制动装置,某次研究方案如图所示。滑车经过磁场区域时,嵌入滑车底部的线圈受到磁场作用,使滑车在短时间内速度发生明显的变化。滑车与游客总质量,滑车底部单匝矩形线圈的边和边长度分别为、,线圈由粗细均匀的金属丝绕成,其总电阻。滑车到达水平滑道位置时速度为,滑动距离时线圈的边进入条形磁场区域Ⅰ,磁场边界与滑道垂直,磁场宽度,磁感应强度,方向竖直向下。滑车与轨道间动摩擦因数,重力加速度取。滑车从位置开始共滑行了193.7m。求:
(1)滑车滑行过程中产生的电能;
(2)线圈的边刚进入磁场时两点间的电压;
(3)若区域Ⅰ中磁感应强度保持不变,并在区域Ⅰ右侧相邻处新增磁场区域Ⅱ(未画出),区域Ⅱ与区域Ⅰ宽度相同,磁感应强度大小为4T,方向与区域Ⅰ磁场方向相反。通过计算分析滑车从位置开始能否在160m内停止滑行。
【答案】(1)
(2)
(3)可以
【解析】
【小问1详解】
滑车从位置开始共滑行了193.7m,该过程中摩擦生热
由能量守恒定律得
可得
【小问2详解】
设线圈边进入磁场瞬间速度为,根据动能定理有
解得
边切割磁感线产生的感应电动势
感应电流
两点间的电阻
两点间的电压
【小问3详解】
线圈从边进入磁场到边离开磁场过程中,设边离开磁场时的速度为,忽略滑动摩擦力,根据动量定理有
感应电动势的平均值,,
感应电流的平均值,,
可得,,
代入动量定理方程可得
令滑车离开磁场后运动的距离为,根据动能定理有
解得
滑车总共滑行的距离
考虑到滑车穿过磁场的摩擦力,该过程的距离为
考虑到摩擦力的影响,可知,滑车总的位移减小约为3m,可知,滑车的总位移
可知,滑车可以在160m内停止运动。
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