精品解析:湖南省邵阳市邵东市第一中学2025-2026学年高二下学期第一次监测物理试卷
2026-05-22
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-阶段检测 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 湖南省 |
| 地区(市) | 邵阳市 |
| 地区(区县) | 邵东市 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 3.44 MB |
| 发布时间 | 2026-05-22 |
| 更新时间 | 2026-05-22 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-05-22 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/57991214.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:
2026年邵东一中高二第一次月考物理试题
分值100分 时量75分钟
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. 金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动,线圈中有感应电流的是
A. B. C. D.
2. 如图,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm.小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线.设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则( )
A. a、b的电荷同号,
B. a、b的电荷异号,
C. a、b的电荷同号,
D. a、b的电荷异号,
3. 如图所示,轻绳的一端固定在O点,另一端系一质量为m的小球(可视为质点).当小球在竖直平面内沿逆时针方向做圆周运动时,通过传感器测得轻绳拉力T、轻绳与竖直线OP的夹角θ满足关系式T=a+bcosθ,式中a、b为常数.若不计空气阻力,则当地的重力加速度为( )
A. B. C. D.
4. 如图,半径为R、球心为O的半球内为真空,M为其顶点,半球外介质的折射率为。一束以为中心,截面半径的光束平行于射到球面上,不考虑多次反射,则能从底面透射出光的面积为( )
A. B.
C. D.
5. 2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100s时,它们相距约400km,绕二者连线上的某点每秒转动12圈.将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星( )
A. 质量之积 B. 质量之和
C. 速率之积 D. 各自的自转角速度
6. 如图,水平传送带以速度v1匀速运动,小物体P、Q由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连,t=0时刻P在传送带左端具有速度v2,P与定滑轮间的绳水平,t=t0时刻P离开传送带不计定滑轮质量和摩擦,绳足够长。正确描述小物体P速度随时间变化的图象可能是( )
A. B.
C. D.
7. 如图甲所示,在xOy坐标系的一、四象限存在匀强磁场,规定垂直纸面向里为磁场的正方向,磁感应强度随时间的变化情况如图乙所示,t=0时刻,一个比荷的正电荷从(0,)处以v0=1.0×104m/s的速度沿y轴负方向射入磁场,则正电荷从射入磁场至第一次经过x轴所需的时间为( )
A. s B. s
C. s D. s
二、多项选择(每题5分,每个题至少有两个选项正确,没选全得得3分,错选0分。)
8. 如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为1:2,原线圈与定值电阻串联后,接入输出电压有效值恒定的正弦交流电源,副线圈电路中负载电阻为可变电阻,、为理想交流电表。当时,电流表的读数为,电压表的读数为,则( )
A. 电源输出电压为
B. 电源输出功率为
C. 保持阻值不变,当时,电压表的读数为
D. 保持阻值不变,当时,变压器输出的功率最大
9. 如图所示,在光滑定滑轮C正下方与C相距h的A处固定一电荷量为Q(Q>0)的点电荷,电荷量为q的带正电小球B,用绝缘细线拴着,细线跨过定滑轮,另一端用适当大小的力F拉住,使B处于静止状态,此时B与A点的距离为R,B和C之间的细线与AB垂直。若B所受的重力为G,缓慢拉动细线(始终保持B平衡)直到B接近定滑轮,静电力常量为k,环境可视为真空,则下列说法正确的是( )
A. F逐渐增大
B. F逐渐减小
C. B受到的库仑力大小不变
D. B受到的库仑力逐渐增大
10. 如图所示,固定在水平面内的光滑不等距平行轨道处于竖直向上、大小为B的匀强磁场中,ab段轨道宽度为2L,bc段轨道宽度是L,ab段轨道和bc段轨道都足够长,将质量均为m、接入电路的电阻均为R的金属棒M和N分别置于轨道上的ab段和bc段,且与轨道垂直。开始时金属棒M和N均静止,现给金属棒M一水平向右的初速度v0,不计导轨电阻,则( )
A. M棒刚开始运动时的加速度大小为
B. 金属棒M最终的速度为
C. 金属棒N最终的速度为
D. 整个过程中通过金属棒的电荷量为
三、实验题(每空2分共16分)
11. 某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律,部分实验步骤如下:
(1)将两光电门安装在长直轨道上,选择宽度为d的遮光片固定在小车上,调整轨道倾角,用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用________(填“5.00”或“1.00”)的遮光片,可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。
(2)将小车自轨道右端由静止释放,从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度、,以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间,计算小车的加速度________(结果保留2位有效数字)。
(3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F,改变砝码质量,重复上述步骤,根据数据拟合出图像,如图乙所示。若要得到一条过原点的直线,实验中应________(填“增大”或“减小”)轨道的倾角。
(4)图乙中直线斜率的单位为________(填“”或“”)。
12. 某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻的压阻效应,然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻的阻值变化范围为。供选择的实验器材如下:
A.电源E:电动势为,内阻不计
B.电流表:量程为,内阻
C.电流表:量程为,内阻约为
D.电阻箱:阻值范围
E.定值电阻:
F.开关S、导线若干
(1)为了较准确地测量电阻,某同学设计了图甲的实验电路图,根据所设计的电路图,设电流表的示数分别为,电阻箱的电阻为,则的测量值为___________。
(2)该同学根据实验测量结果,做出压敏电阻随所加外力F的图像,如图乙所示,则由此图像可知,随压力F的增大,压敏电阻的阻值___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)该同学将这种压敏电阻与一个量程为的理想电压表按如图丙所示电路改装成测量压力的仪表,已知电源,内阻不计,为了使改装后的压力表的量程为,压力为时对应电压表的刻度,则定值电阻R应取___________,电压表刻度对应压力表___________N的刻度。
四、计算题(13题10分14题15分15题16分)
13. 一列简谐横波沿x轴传播,时的波形图如图甲所示,图乙为介质中质点A的振动图像。
(1)求波的传播方向及波速;
(2)时,波刚好传播到坐标原点O,质点B平衡位置的坐标(图中未画出),求质点B处于波峰位置的时刻。
14. 如图所示,二块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上。两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面,从喷口连续不断喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴。调节电源电压至U,墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动,进入电场、磁场共存区域后,最终垂直打在下板的M点。
(1)判断墨滴所带电荷的种类,并求其电荷量;
(2)求磁感应强度B的值;
(3)现保持喷口方向不变,使其竖直下移到两板中间位置。为了使墨滴仍能到达下板M点应将磁感应强度调至B´,则B´的大小为多少?
15. 如图所示,粗糙的水平面连接一个竖直平面内的半圆形光滑轨道,其半径为R,半圆形轨道的底端放置一个质量为M=3m的小球B,水平面上有一个质量为m的小球A以初速度v0=开始向着小球B运动,经过2R与B发生弹性碰撞,设两个小球均可以看作质点,它们的碰撞时间极短,且已知小球A与桌面间的动摩擦因数μ=0.25。求:
(1)两小球碰前A的速度大小vA;
(2)小球A与B弹性碰撞后B的速度;
(3)小球在某高处脱离圆轨道后能到达的最大高度。
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2026年邵东一中高二第一次月考物理试题
分值100分 时量75分钟
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. 金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动,线圈中有感应电流的是
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A.图示时刻穿过线圈的磁通量为零,当线圈转动时,磁通量增加,将产生感应电流.故A正确.
B.线圈转动过程中,线圈始终与磁场平行,没有磁感线穿过线圈,线圈的磁通量始终为零,保持不变,没有感应电流产生.故B错误.
C.线圈运动过程中,线圈与磁场平行,没有磁感线穿过线圈,穿过线圈的磁通量始终为零,保持不变,没有感应电流产生.故C错误.
D.线圈在匀强磁场中运动,根据Φ=BS知,磁通量Φ保持不变,没有感应电流产生.故D错误.
2. 如图,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm.小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线.设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则( )
A. a、b的电荷同号,
B. a、b的电荷异号,
C. a、b的电荷同号,
D. a、b的电荷异号,
【答案】D
【解析】
【详解】根据同种电荷相斥,异种电荷相吸,且小球c所受库仑力的合力的方向平行于a,b的连线,可知,a、b的电荷异号,对小球c受力分析,如下图所示
因ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm,因此ac⊥bc,那么两力的合成构成矩形,依据相似三角形之比,则有
根据库仑定律有
,
综上所得
故D正确,ABC错误。
故选D。
3. 如图所示,轻绳的一端固定在O点,另一端系一质量为m的小球(可视为质点).当小球在竖直平面内沿逆时针方向做圆周运动时,通过传感器测得轻绳拉力T、轻绳与竖直线OP的夹角θ满足关系式T=a+bcosθ,式中a、b为常数.若不计空气阻力,则当地的重力加速度为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】试题分析:在最高点时:设此时物体的速度为V1,由题意可知:θ=1800,绳的拉力T1=a-b;
根据向心力公式有:
在最低点时:设此时物体的速度为V2,由题意可知:θ=00,绳的拉力T1=a+b;
根据向心力公式有:
只有重力做功,由机械能守恒定律:
解得:;所以D正确.
考点: 向心力公式,机械能守恒定律.
4. 如图,半径为R、球心为O的半球内为真空,M为其顶点,半球外介质的折射率为。一束以为中心,截面半径的光束平行于射到球面上,不考虑多次反射,则能从底面透射出光的面积为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据几何关系,光束边缘的光线进入半球时的入射角为30°,根据折射定律可知
解得
到达底面时与点距离为,则有
解得
则能从底面透射出光的面积为
故C正确,ABD错误。
故选C 。
5. 2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100s时,它们相距约400km,绕二者连线上的某点每秒转动12圈.将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星( )
A. 质量之积 B. 质量之和
C. 速率之积 D. 各自的自转角速度
【答案】B
【解析】
【详解】A.双中子星属于双星模型,二者公转角速度相同(为公转频率),两星间距,分别为两星的公转轨道半径,万有引力提供各自公转的向心力。
对两星分别列向心力公式,
仅可推导得,无法求出的具体数值,也无法得到各自的大小,因此质量之积无法估算,故A错误;
B.将上述两式分别约去后相加,可得
整理得
式中均为已知量,可估算质量之和,故B正确;
C.中子星公转速率,
速率之积
由于的具体值未知,无法估算,故C错误;
D.题目给出的是两星公转的角速度,无自转运动的相关信息,无法估算各自的自转角速度,故D错误。
故选B。
6. 如图,水平传送带以速度v1匀速运动,小物体P、Q由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连,t=0时刻P在传送带左端具有速度v2,P与定滑轮间的绳水平,t=t0时刻P离开传送带不计定滑轮质量和摩擦,绳足够长。正确描述小物体P速度随时间变化的图象可能是( )
A. B.
C. D.
【答案】ACD
【解析】
【分析】
【详解】情形一:若v2<v1,则小物体P受到的摩擦力方向向右。
①当f>GQ时,则小物体P向右匀加速运动到速度v1后做匀速运动离开传送带,选项C图像符合;
②当f=GQ时,则向右做匀速运动,速度等于小物块开始时的速度v2,选项A图像符合;
③当f<GQ时,则先向右做匀减速到速度为0后再向左匀加速到v2离开,无选项图像符合;
情形二:若v2>v1,则开始一段时间内小物体P受到的摩擦力方向向左。
①当f≥GQ时,则减速到v1后f变为向右,小物块匀速向右运动离开,无选项图像符合;
②当f<GQ时,则减速到小于v1后f变为向右,加速度变小,此后加速度不变,继续减速到0后向左加速直到离开,选项D图符合。
故选ACD。
7. 如图甲所示,在xOy坐标系的一、四象限存在匀强磁场,规定垂直纸面向里为磁场的正方向,磁感应强度随时间的变化情况如图乙所示,t=0时刻,一个比荷的正电荷从(0,)处以v0=1.0×104m/s的速度沿y轴负方向射入磁场,则正电荷从射入磁场至第一次经过x轴所需的时间为( )
A. s B. s
C. s D. s
【答案】C
【解析】
【详解】洛伦兹力提供向心力,则
解得
r=0.4m
圆周运动的周期为
则粒子每次圆周运动持续三分之一周期,对应的圆心角为120°;
位移大小
位移方向与y轴负方向成60°角,正电荷射入磁场后到x轴的轨迹如图;
正电荷第一次运动到x轴应为A点,运动时间为
故选C。
【点睛】带电粒子在磁场中的运动问题,关键是根据磁场的变化情况画出粒子运动的轨迹图,结合几何关系及周期关系求解运动的时间。
二、多项选择(每题5分,每个题至少有两个选项正确,没选全得得3分,错选0分。)
8. 如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为1:2,原线圈与定值电阻串联后,接入输出电压有效值恒定的正弦交流电源,副线圈电路中负载电阻为可变电阻,、为理想交流电表。当时,电流表的读数为,电压表的读数为,则( )
A. 电源输出电压为
B. 电源输出功率为
C. 保持阻值不变,当时,电压表的读数为
D. 保持阻值不变,当时,变压器输出的功率最大
【答案】ACD
【解析】
【详解】方法一(常规解法)
AB.当时,电流表的读数为,电压表的读数为,所以,
理想变压器原、副线圈匝数之比为
根据电压与匝数成正比得原线圈两端的电压
根据电流与匝数成反比得原线圈中的电流
所以电源输出电压
电源输出功率,故A正确,B错误;
CD.设副线圈两端的电压为,根据欧姆定律得副线圈中的电流为
则原线圈中的电流是
所以电源的输出电压
副线圈输出电压与电阻的关系为
变压器输出的功率
其中,
所以当时,变压器输出的功率最大,为
此时,故C、D正确。
故选ACD。
方法二 (等效电阻法)
AB.因原、副线圈的匝数之比为,则等效负载
其中,
所以
故A正确,B错误;
C.当时,
则
故C正确;
D.将等效为电源的内阻,则,即时,变压器输出功率最大,故D正确。
故选ACD。
方法三 (等效电源法)
AB.设电源输出电压为,因原、副线圈的匝数之比为
将变压器、定值电阻与原交流电源看成一个整体,等效为一个新电源,则新电源的电动势
新电源的内阻
当时,电流表的读数为1A,电压表的读数为,所以,
由电流表的读数
代入和,解得
电源输出功率,故A正确,B错误;
C.新电源的电动势
内阻
保持阻值不变,当时,电压表的读数为电动势的一半,即为,故C正确;
D.当时,等效电源的输出功率最大,即变压器输出的功率最大,故D正确。
故选ACD。
9. 如图所示,在光滑定滑轮C正下方与C相距h的A处固定一电荷量为Q(Q>0)的点电荷,电荷量为q的带正电小球B,用绝缘细线拴着,细线跨过定滑轮,另一端用适当大小的力F拉住,使B处于静止状态,此时B与A点的距离为R,B和C之间的细线与AB垂直。若B所受的重力为G,缓慢拉动细线(始终保持B平衡)直到B接近定滑轮,静电力常量为k,环境可视为真空,则下列说法正确的是( )
A. F逐渐增大
B. F逐渐减小
C. B受到的库仑力大小不变
D. B受到的库仑力逐渐增大
【答案】BC
【解析】
【详解】AB.对B进行受力分析,如图所示,根据几何关系和三力平衡可得
==
有
F1=,F′=
且F=F′,当L逐渐减小时,F逐渐减小,故A错误,B正确;
CD.在B缓慢移动过程中,设B与A点的距离为x,在整个过程中,x都满足
=
对比
=
得
x=R
即B与点电荷间的距离不变,B受到的库仑力大小不变,故C正确,D错误。
故选BC。
10. 如图所示,固定在水平面内的光滑不等距平行轨道处于竖直向上、大小为B的匀强磁场中,ab段轨道宽度为2L,bc段轨道宽度是L,ab段轨道和bc段轨道都足够长,将质量均为m、接入电路的电阻均为R的金属棒M和N分别置于轨道上的ab段和bc段,且与轨道垂直。开始时金属棒M和N均静止,现给金属棒M一水平向右的初速度v0,不计导轨电阻,则( )
A. M棒刚开始运动时的加速度大小为
B. 金属棒M最终的速度为
C. 金属棒N最终的速度为
D. 整个过程中通过金属棒的电荷量为
【答案】CD
【解析】
【详解】A.由法拉第电磁感应定律以及闭合电路欧姆定律得E=B·2Lv0,
由牛顿第二定律得2ILB=ma
联立解得,故A错误;
BC.最终回路中的电流为0,有2BLvM=BLvN
对金属棒M和N分别应用动量定理得,
联立解得,,故B错误,C正确;
D.又q=IΔt,联立解得,故D正确。
故选CD。
三、实验题(每空2分共16分)
11. 某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律,部分实验步骤如下:
(1)将两光电门安装在长直轨道上,选择宽度为d的遮光片固定在小车上,调整轨道倾角,用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用________(填“5.00”或“1.00”)的遮光片,可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。
(2)将小车自轨道右端由静止释放,从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度、,以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间,计算小车的加速度________(结果保留2位有效数字)。
(3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F,改变砝码质量,重复上述步骤,根据数据拟合出图像,如图乙所示。若要得到一条过原点的直线,实验中应________(填“增大”或“减小”)轨道的倾角。
(4)图乙中直线斜率的单位为________(填“”或“”)。
【答案】(1)1.00
(2)
(3)增大 (4)
【解析】
【小问1详解】
实验用遮光片通过光电门的平均速度代替瞬时速度,遮光片宽度越小,代替时的误差越小,故为较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度,选择宽度较小的的遮光片;
【小问2详解】
根据加速度的定义式可得
【小问3详解】
根据图像可知当有一定大小的外力F时此时小车的加速度仍为零,可知平衡摩擦力不足,若要得到一条过原点的直线,需要平衡摩擦力,故实验中应增大轨道的倾角;
【小问4详解】
图乙中直线斜率为,根据可知直线斜率的单位为。
12. 某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻的压阻效应,然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻的阻值变化范围为。供选择的实验器材如下:
A.电源E:电动势为,内阻不计
B.电流表:量程为,内阻
C.电流表:量程为,内阻约为
D.电阻箱:阻值范围
E.定值电阻:
F.开关S、导线若干
(1)为了较准确地测量电阻,某同学设计了图甲的实验电路图,根据所设计的电路图,设电流表的示数分别为,电阻箱的电阻为,则的测量值为___________。
(2)该同学根据实验测量结果,做出压敏电阻随所加外力F的图像,如图乙所示,则由此图像可知,随压力F的增大,压敏电阻的阻值___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)该同学将这种压敏电阻与一个量程为的理想电压表按如图丙所示电路改装成测量压力的仪表,已知电源,内阻不计,为了使改装后的压力表的量程为,压力为时对应电压表的刻度,则定值电阻R应取___________,电压表刻度对应压力表___________N的刻度。
【答案】 ①. ②. 减小 ③. 150 ④. 50
【解析】
【详解】(1)的测量值为
(2)由图可知,随压力F的增大,压敏电阻的阻值减小。
(3)由图乙
根据欧姆定律
当F=100N时,,此时电压表电压为3V,定值电阻的阻值为
将代入得
四、计算题(13题10分14题15分15题16分)
13. 一列简谐横波沿x轴传播,时的波形图如图甲所示,图乙为介质中质点A的振动图像。
(1)求波的传播方向及波速;
(2)时,波刚好传播到坐标原点O,质点B平衡位置的坐标(图中未画出),求质点B处于波峰位置的时刻。
【答案】(1)x轴负方向,0.5m/s
(2)
【解析】
【小问1详解】
由题图乙可知时,质点A正经过平衡位置沿y轴负方向运动,结合题图甲根据同侧法可知波的传播方向为沿x轴负方向,题图甲可知波长
由题图乙可知周期为
根据波速与波长的关系v=
代入数据可得
【小问2详解】
根据公式可知波从O点传播到B点所需时间
质点B第一次离开平衡位置是向上运动的,到波峰位置所需时间为
所以质点B处于波峰位置的时刻
14. 如图所示,二块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上。两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面,从喷口连续不断喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴。调节电源电压至U,墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动,进入电场、磁场共存区域后,最终垂直打在下板的M点。
(1)判断墨滴所带电荷的种类,并求其电荷量;
(2)求磁感应强度B的值;
(3)现保持喷口方向不变,使其竖直下移到两板中间位置。为了使墨滴仍能到达下板M点应将磁感应强度调至B´,则B´的大小为多少?
【答案】(1)墨滴带负电,;(2);(3)
【解析】
【详解】(1)墨滴在电场区域做匀速直线运动,有
解得
由于电场方向向下,电荷所受的电场力方向向上,可知墨滴带负电荷。
(2)墨滴垂直进入电磁场共存区域,重力仍与电场力平衡,合力等于洛伦兹力,墨滴做匀速圆周运动,有
考虑墨滴进入磁场和撞板的几何关系,可知墨滴在该区域恰好完成四分之一圆周运动,则半径
R=d
解得
(3)根据题设,墨滴的运动轨迹如图,设圆周运动的半径为R′,有
由图示可得
则
解得
15. 如图所示,粗糙的水平面连接一个竖直平面内的半圆形光滑轨道,其半径为R,半圆形轨道的底端放置一个质量为M=3m的小球B,水平面上有一个质量为m的小球A以初速度v0=开始向着小球B运动,经过2R与B发生弹性碰撞,设两个小球均可以看作质点,它们的碰撞时间极短,且已知小球A与桌面间的动摩擦因数μ=0.25。求:
(1)两小球碰前A的速度大小vA;
(2)小球A与B弹性碰撞后B的速度;
(3)小球在某高处脱离圆轨道后能到达的最大高度。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
由能量守恒
解得两小球碰前A的速度大小
【小问2详解】
设碰后A的速度大小为,小球A与B发生弹性碰撞,有,
解得弹性碰撞后B的速度
【小问3详解】
根据机械能守恒,小球不可能到达圆周最高点,但在圆心以下的圆弧部分速度不等于0,轨道弹力不等于0,小球不会离开轨道.设小球在C点(OC与竖直方向的夹角为θ)脱离圆轨道,则在C点轨道弹力为0,有
由机械能守恒定律得
由以上两式得,
离开C点后小球做斜上抛运动,水平分速度为,设小球离开圆轨道后能到达最大高度为h的D点,则D点的速度即水平分速度,大小等于,从B到D点的过程中由机械能守恒定律得
解得
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