精品解析：江西省赣州市文清香江高级中学2024-2025学年高三下学期模拟物理试题（五）

高考模拟考试物理试卷（五） （考试时间：75分钟，满分：100分） 一、单项选择题（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，共28分；第8~10题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，共18分） 1. 在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示，下列说法正确的是（　　） A. 甲光的频率比乙光的频率大 B. 乙光的波长比丙光的波长大 C. 甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能一样大 D. 乙光所对应的截止频率比丙光所对应的截止频率大 2. 如图为采用动力学方法测量空间站质量的原理图。已知飞船质量为3.0×103kg，其推进器的平均推力F为900N，在飞船与空间站对接后，推进器工作5s内，测出飞船与空间站的速度变化为0.05m/s，则（　　） A. 飞船与空间站的加速度为0.02m/s2 B. 空间站的质量为8.7×104kg C. 空间站和飞船系统机械能守恒 D. 空间站和飞船系统动量守恒 3. 城市进入高楼时代后，高空坠物已成为危害极大的社会安全问题。一则安全警示广告，非常形象地描述了高空坠物对人伤害的严重性。小明同学用下面的实例来检验广告词的科学性:设一个50g的鸡蛋从18楼的窗户自由落下，相邻楼层的高度差为3m，与地面撞击时鸡蛋的竖直高度为5cm，认为鸡蛋下沿落地后，鸡蛋上沿的运动是匀减速运动，并且上沿运动到地面时恰好静止，以鸡蛋的上、下沿落地的时间间隔作为鸡蛋与地面的撞击时间，不计空气阻力。试估算从18楼下落的鸡蛋对地面的平均冲击力约为（　　） A. 300N B. 400N C. 500N D. 600N 4. 如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有 阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上，则（　　） A. 副线圈回路中电阻两端的电压为198V B. 副线圈回路中电阻两端的电压为66V C. 原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比1∶3 D. 原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比3∶1 5. 电鳗是一种放电能力很强的淡水鱼类，它能借助分布在身体两侧肌肉内的起电斑产生电流。某电鳗身体中的起电斑并排成140行，每行串有5000个起电斑，沿着身体延伸分布。已知每个起电斑的内阻为，并能产生的电动势。该起电斑阵列一端在电鳗的头部而另一端接近其尾部，与电鳗周围的水形成回路。提示：电鳗的诸多起电斑构成了一个串、并联电池组。已知个相同电池并联时，电池组的电动势等于一个支路的电动势，内阻等于一个支路内阻的分之一。假设回路中水的等效电阻为，请计算：电鳗放电时，其首尾间的输出电压是（　　） A. 641.3V B. 685.5V C. 710.6V D. 741.7V 6. 如图为某城市广场喷泉喷出的水柱的场景。从远处看，喷泉喷出的水柱超过了40层楼的 高度。靠近看，喷管的直径为10cm。请你据此估算用于给喷管喷水的电动机输出功率约为（　　） A. 450kW B. 550kW C. 650kW D. 750kW 7. 两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，波速均为v = 0.4m/s，两个波源分别位于x = －0.2m和x = 1.2m处，波源的振幅均为2cm。如图所示为t = 0时刻两列波的图像，此刻平衡位置在x = 0.2m和x = 0.8m的P、Q两质点刚开始振动，质点M的平衡位置位于x = 0.5m处。下列判断正确的是（ ） A. 质点M刚开始振动时的方向沿y轴的正方向 B. t = 1.75s时，质点P、Q的位移均为0 C. t = 0 ~ 2s时间内，质点M经过的路程为32cm D. t = 2.5s时，两波源间振动加强的点有8个 8. 真空区域有宽度为、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向如图所示，MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为的粒子（不计重力）沿着与MN夹角的方向射入磁场中，刚好没能从PQ边界射出磁场。下列说法正确的是（　　） A. 粒子射入磁场的速度大小为 B. 粒子射入磁场的速度大小为 C. 粒子在磁场中运动的时间为 D. 粒子在磁场中运动的时间为 9. 海边会发生潮汐现象，潮来时，水面升高；潮退时，水面降低。有人认为这是由于太阳对海水的引力变化以及月球对海水的引力变化所造成的。中午，太阳对海水的引力方向指向海平面上方；半夜，太阳对海水的引力方向指向海平面下方；拂晓和黄昏，太阳对海水的引力方向与海平面平行。月球对海水的引力方向的变化也有类似情况。太阳、月球对某一区域海水引力的周期性变化，就引起了潮汐现象。已知太阳质量为，太阳与地球的距离为，月球质量为，月球与地球的距离为，地球质量为，地球半径取。请你估算对同一片海水来说（　　） A. 太阳对海水的引力是海水重力的 B. 太阳对海水的引力是海水重力的 C. 月球对海水的引力是海水重力的 D. 月球对海水的引力是海水重力的 10. 如图，真空中有两个点电荷，Q1为、Q2为，分别固定在x轴的坐标为0和6cm的位置上。则（　　） A. x轴上坐标为4cm处的电场强度为0 B. x轴上坐标为12cm处的电场强度为0 C. x轴上坐标为的电场强度的方向是沿x轴的正方向 D. x轴上的电场强度的方向是沿x轴的负方向 二、实验题（本题共2小题，11题8分，12题6分，共14分） 11. 某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置，如图所示。在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板（还有一个用来调节木板高度的支架，图中未画），木板上放一张白纸，白纸上有复写纸，这样便能记录钢球在白纸上的落点。已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同，在此前提下，怎样探究钢球水平分速度的特点？请指出需要的器材，说明实验步骤。 （1）实验还需要的器材是_________ （2）实验步骤是①_______ ②_______ ③_______ ④_______ ⑤_______ ⑥_______ ⑦_______ 12. 随着居民生活水平的提高，纯净水已经进入千家万户。某市对市场上出售的纯净水质量进行了抽测，结果发现有不少样品的电导率（电导率是电阻率的倒数，是检验纯净水是否合格的一项重要指标）不合格。 （1）你认为不合格的纯净水的电导率是偏大还是偏小？ （2）为了方便测量纯净水样品的电阻，将采集的水样装入绝缘性能良好的塑料圆柱形容器内，容器两端用金属圆片电极密封，如图所示。请用笔画线表示导线，连接测量纯净水样品电阻的电路，注意合理选择电表的量程。 三、计算题（本题共3小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不给分。有数字计算的题，答案中必修明确写出数值和单位） 13. 单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。下图为单反照相机取景器的示意图，为五棱镜的一个截面，。光线垂直射入，分别在和上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少？（计算结果可用三角函数表示） 14. 某人站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m的小球，使球在竖直平面内以手为圆心做圆周运动。当球某次运动到最低点时，绳恰好受到所能承受的最大拉力被拉断，球以绳断时的速度水平飞出，通过水平距离d后落地。已知握绳的手离地面高度为d，手与球之间的绳长为，重力加速度为g，忽略空气阻力。 （1）绳能承受的最大拉力是多少？ （2）保持手的高度不变，改变绳长，使球重复上述运动，若绳仍在球运动到最低点时达到最大拉力被拉断，要使球抛出的水平距离最大，绳长应是多少？最大水平距离是多少？ 15. 某研发小组设计了一个臂力测试仪。装置的简化原理图如图甲所示，两平行金属导轨竖直放置，两者间距为，在M、N间和间分别接一个阻值为的电阻，在两导轨间矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为的磁场，磁场变化如图丙所示，已知，。一质量为、长为、电阻也为R的导体棒垂直放置在导轨上，导体棒与弹簧相连，弹簧下端固定，弹簧伸至原长后其顶端恰好与在同一条直线上。测试者利用臂力将导体棒向下压至某位置后释放，导体棒向上运动经过HG时，会与HG处的压力传感器发生撞击（图乙为装置的侧视图），压力传感器可以显示撞击力的大小，以此来反映臂力的大小。 （1）为测试其电特性，进行如下实验：磁场区域内的磁感应强度如图丙所示，求时间内流过的电流I的大小和方向； （2）为测试其力特性，在这段时间内进行如下实验：设某次测试中，将弹簧压缩至位置后释放，与间的竖直距离为，当导体棒进入磁场的瞬间，加速度为，导体棒运动到HG时压力传感器示数恰好为0。已知弹簧的弹性势能与弹簧形变量的平方成正比，导体棒运动中与导轨始终保持接触良好且导轨电阻不计，重力加速度，求： ①导体棒出磁场时弹簧的弹性势能； ②导体棒向上运动过程中产生的焦耳热。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 高考模拟考试物理试卷（五） （考试时间：75分钟，满分：100分） 一、单项选择题（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，共28分；第8~10题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，共18分） 1. 在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示，下列说法正确的是（　　） A. 甲光的频率比乙光的频率大 B. 乙光的波长比丙光的波长大 C. 甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能一样大 D. 乙光所对应的截止频率比丙光所对应的截止频率大 【答案】C 【解析】 【详解】根据光电效应方程 根据动能定理可得 联立可得 A．甲光的遏止电压小于乙光的遏止电压，则甲光的频率比乙光的频率小，故A错误； B．丙光的遏止电压小于乙光的遏止电压，则丙光的频率比乙光的频率小，丙光的波长比乙光的波长大，故B错误； C．甲、丙两种光的遏止电压一样大，则甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能一样大，故C正确； D．截止频率由金属材料自身决定，与入射光无关，故D错误。 故选C。 2. 如图为采用动力学方法测量空间站质量的原理图。已知飞船质量为3.0×103kg，其推进器的平均推力F为900N，在飞船与空间站对接后，推进器工作5s内，测出飞船与空间站的速度变化为0.05m/s，则（　　） A. 飞船与空间站的加速度为0.02m/s2 B. 空间站的质量为8.7×104kg C. 空间站和飞船系统机械能守恒 D. 空间站和飞船系统动量守恒 【答案】B 【解析】 【详解】A．飞船与空间站的加速度为，故A错误； B．设空间站、飞船质量分别为m1、m2，对接后一起加速过程，由牛顿第二定律可得 解得空间站质量为，故B正确； C．机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功，而本题中推进器对系统有力的作用，推力做功，不满足机械能守恒的条件，因此空间站和飞船系统机械能不守恒，故C错误； D．由于空间站和飞船均受到引力的作用，合外力不为零，故系统动量不守恒，但在沿轨道切线方向合外力为零，该方向满足动量守恒，故D错误。 故选B。 3. 城市进入高楼时代后，高空坠物已成为危害极大的社会安全问题。一则安全警示广告，非常形象地描述了高空坠物对人伤害的严重性。小明同学用下面的实例来检验广告词的科学性:设一个50g的鸡蛋从18楼的窗户自由落下，相邻楼层的高度差为3m，与地面撞击时鸡蛋的竖直高度为5cm，认为鸡蛋下沿落地后，鸡蛋上沿的运动是匀减速运动，并且上沿运动到地面时恰好静止，以鸡蛋的上、下沿落地的时间间隔作为鸡蛋与地面的撞击时间，不计空气阻力。试估算从18楼下落的鸡蛋对地面的平均冲击力约为（　　） A. 300N B. 400N C. 500N D. 600N 【答案】C 【解析】 【详解】ABCD．18楼的高度约为51m，根据题意,鸡蛋在空中做自由落体运动由变形得鸡蛋碰撞前的速度： 代入数值计算得鸡蛋碰撞前的速度约为 因为鸡蛋上沿碰地是恰好静止，鸡蛋落地过程中的平均速度约为 鸡蛋与地面的撞击时间约为 取向上为正，鸡蛋质量为0.05kg，在鸡蛋落地过程中，有动量定理得 变形代入数值计算得 C选项符合题意。 故选C。 4. 如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有 阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上，则（　　） A. 副线圈回路中电阻两端的电压为198V B. 副线圈回路中电阻两端的电压为66V C. 原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比1∶3 D. 原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比3∶1 【答案】B 【解析】 【详解】AB．设副线圈回路中电阻两端的电压为U，通过副线圈中的电流为I ，原、副线圈的匝数比为3∶1，所以原线圈的输入电压为3U，原线圈中的电流为，原线圈中电阻两端的电压为，原线圈一侧接电压为220V电源，所以，解得 ，A错误，B正确； CD．原副线圈中的电流之比为1：3，，原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比应为1∶9，CD错误。 故选B 。 5. 电鳗是一种放电能力很强的淡水鱼类，它能借助分布在身体两侧肌肉内的起电斑产生电流。某电鳗身体中的起电斑并排成140行，每行串有5000个起电斑，沿着身体延伸分布。已知每个起电斑的内阻为，并能产生的电动势。该起电斑阵列一端在电鳗的头部而另一端接近其尾部，与电鳗周围的水形成回路。提示：电鳗的诸多起电斑构成了一个串、并联电池组。已知个相同电池并联时，电池组的电动势等于一个支路的电动势，内阻等于一个支路内阻的分之一。假设回路中水的等效电阻为，请计算：电鳗放电时，其首尾间的输出电压是（　　） A. 641.3V B. 685.5V C. 710.6V D. 741.7V 【答案】D 【解析】 【详解】电源电动势 ，电源内阻 电鳗放电时，其首尾间的输出电压 ， 解得 。 故选D。 6. 如图为某城市广场喷泉喷出的水柱的场景。从远处看，喷泉喷出的水柱超过了40层楼的 高度。靠近看，喷管的直径为10cm。请你据此估算用于给喷管喷水的电动机输出功率约为（　　） A. 450kW B. 550kW C. 650kW D. 750kW 【答案】A 【解析】 【详解】设在时间喷出水的质量为，水的密度为，速度为，给喷管喷水的电动机输出功率约P,则 喷管的面积 喷出水的速度 40层楼的高度 解得 故选 A。 7. 两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，波速均为v = 0.4m/s，两个波源分别位于x = －0.2m和x = 1.2m处，波源的振幅均为2cm。如图所示为t = 0时刻两列波的图像，此刻平衡位置在x = 0.2m和x = 0.8m的P、Q两质点刚开始振动，质点M的平衡位置位于x = 0.5m处。下列判断正确的是（ ） A. 质点M刚开始振动时的方向沿y轴的正方向 B. t = 1.75s时，质点P、Q的位移均为0 C. t = 0 ~ 2s时间内，质点M经过的路程为32cm D. t = 2.5s时，两波源间振动加强的点有8个 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据“上下坡”法，由于两列波分别沿x轴正方向和负方向移动，可以P、Q两质点开始振动的方向均沿y轴负方向，质点M到P、Q的距离相等，波速相等，则两列波同时到达M点，M点开始振动的方向也是沿y轴负方向，故A错误； B．经过t=1.75s两列波均向前传播的距离为 此时P、Q两点均为波峰和波谷叠加，故应处于平衡位置，位移为零，故B正确； C．由图可知，两列波的波长均为 所以周期为 由题可知，M点为振动加强点，振幅为4cm，0~2s内其振动的时间为 所以M经过的路程为 故C错误； D．t=2.5s时，两波源间的所有质点均已振动，两波源间振动最强的点到两波源的距离应该等于半波长的偶数倍，即 ，（-0.2m<x<1.2m）（n=0，1，2……） 解得 ，，，，，， 故D错误。 故选B。 8. 真空区域有宽度为、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向如图所示，MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为的粒子（不计重力）沿着与MN夹角的方向射入磁场中，刚好没能从PQ边界射出磁场。下列说法正确的是（　　） A. 粒子射入磁场的速度大小为 B. 粒子射入磁场的速度大小为 C. 粒子在磁场中运动的时间为 D. 粒子在磁场中运动的时间为 【答案】AD 【解析】 【详解】AB．根据题意可以分析粒子到达PQ边界时速度方向与边界线相切，如图所示 则根据几何关系可知 在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力 解得 故A正确，B错误； CD．由粒子运动轨迹可知粒子转过的圆心角为，粒子在磁场中运动的周期为 则粒子在磁场中运动的时间为 故C错误，D正确。 故选AD。 9. 海边会发生潮汐现象，潮来时，水面升高；潮退时，水面降低。有人认为这是由于太阳对海水的引力变化以及月球对海水的引力变化所造成的。中午，太阳对海水的引力方向指向海平面上方；半夜，太阳对海水的引力方向指向海平面下方；拂晓和黄昏，太阳对海水的引力方向与海平面平行。月球对海水的引力方向的变化也有类似情况。太阳、月球对某一区域海水引力的周期性变化，就引起了潮汐现象。已知太阳质量为，太阳与地球的距离为，月球质量为，月球与地球的距离为，地球质量为，地球半径取。请你估算对同一片海水来说（　　） A. 太阳对海水的引力是海水重力的 B. 太阳对海水的引力是海水重力的 C. 月球对海水的引力是海水重力的 D. 月球对海水的引力是海水重力的 【答案】D 【解析】 【详解】AB．在地球表面上，根据 解得 设海水的质量为m，太阳对海水的万有引力为 月球对海水的万有引力为 则太阳对海水的万有引力与海水重力之比为，故AB错误； CD．月球对海水的万有引力与海水重力之比为，故C错误，D正确。 故选D。 10. 如图，真空中有两个点电荷，Q1为、Q2为，分别固定在x轴的坐标为0和6cm的位置上。则（　　） A. x轴上坐标为4cm处的电场强度为0 B. x轴上坐标为12cm处的电场强度为0 C. x轴上坐标为的电场强度的方向是沿x轴的正方向 D. x轴上的电场强度的方向是沿x轴的负方向 【答案】BC 【解析】 【详解】AB．电场线从正电荷出发指向负电荷或无穷远处，或从无穷远处指向负电荷，且电场强度的方向沿着电场线的方向，因此可知，在轴上两个点电荷之间不存在电场强度为0的位置，则只可能在正电荷的左侧或负电荷的右侧区域存在电场强度为0的位置，而根据点电荷所形成电场中某点的电场强度计算公式可知由于正电荷的电荷量大于负电荷的电荷量，因此电场强度为0的点不可能在正电荷的左侧，一定是在负电荷的右侧，设其坐标为，则有 代入数据解得（舍去）， 则可知x轴上坐标为12cm处的电场强度为0；故A错误，B正确； CD．分析可知，x轴上正电荷左侧区域电场强度的方向一定沿着x轴的负方向，则沿着x轴的正方向的只能在正电荷右侧区域，而在（0，6cm）之间电场线从正电荷指向负电荷，即电场强度沿着x轴的正方向，而在处电场强度为0，若要电场强度沿着x轴的正方向，则必须满足 解得 因此x轴上电场强度沿着x轴的正方向的坐标为（0，6cm）和；故C正确，D错误。 故选BC。 二、实验题（本题共2小题，11题8分，12题6分，共14分） 11. 某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置，如图所示。在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板（还有一个用来调节木板高度的支架，图中未画），木板上放一张白纸，白纸上有复写纸，这样便能记录钢球在白纸上的落点。已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同，在此前提下，怎样探究钢球水平分速度的特点？请指出需要的器材，说明实验步骤。 （1）实验还需要的器材是_________ （2）实验步骤是①_______ ②_______ ③_______ ④_______ ⑤_______ ⑥_______ ⑦_______ 【答案】（1）刻度尺 （2） ①. 调节木板高度，使木板上表面与钢球离开水平桌面时的球心的距离为某一确定值y ②. 让钢球从斜面上某一位置A无初速释放 ③. 测量钢球在木板上的落点P1与重垂线之间的距离x1 ④. 调节木板高度，使木板上表面与钢球离开水平桌面时的球心的距离为某一确定值4y ⑤. 让钢球从斜面上同一位置A无初速释放 ⑥. 测量钢球在木板上的落点P2与重垂线之间的距离x2 ⑦. 比较x1、x2，若，则说明钢球在水平方向做匀速直线运动 【解析】 【小问1详解】 研究水平方向分速度的特点，，如果钢球下落高度h已知，运动时间可利用自由落体规律求得，测量h,均需要用到刻度尺。 【小问2详解】 实验步骤（见答案） 12. 随着居民生活水平的提高，纯净水已经进入千家万户。某市对市场上出售的纯净水质量进行了抽测，结果发现有不少样品的电导率（电导率是电阻率的倒数，是检验纯净水是否合格的一项重要指标）不合格。 （1）你认为不合格的纯净水的电导率是偏大还是偏小？ （2）为了方便测量纯净水样品的电阻，将采集的水样装入绝缘性能良好的塑料圆柱形容器内，容器两端用金属圆片电极密封，如图所示。请用笔画线表示导线，连接测量纯净水样品电阻的电路，注意合理选择电表的量程。 【答案】（1）偏大；（2） 【解析】 【分析】 【详解】（1）不合格的纯净水中含有较多的离子，导电能力好，电阻率偏小，电导率偏大。 （2）容器内水的电阻比滑动变阻器的电阻大得多，为了使电表指针有较大的偏转，滑动变阻器采用分压接法；容器内水的电阻远大于电流表的内阻，所以采用内接法；电源的电动势是12V，为了使电压表指针偏转三分之一以上，电压表的量程选择0～15V；电路如图所示 三、计算题（本题共3小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不给分。有数字计算的题，答案中必修明确写出数值和单位） 13. 单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。下图为单反照相机取景器的示意图，为五棱镜的一个截面，。光线垂直射入，分别在和上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少？（计算结果可用三角函数表示） 【答案】 【解析】 【详解】作出如图所示的光路图 由题意，两次反射的入射角相等，设两次反射的入射角为，因为两次反射都是全反射，则入射角等于反射角，则由几何关系 当光刚好在和上发生全反射时，折射率最小，根据 解得最小折射率为 14. 某人站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m的小球，使球在竖直平面内以手为圆心做圆周运动。当球某次运动到最低点时，绳恰好受到所能承受的最大拉力被拉断，球以绳断时的速度水平飞出，通过水平距离d后落地。已知握绳的手离地面高度为d，手与球之间的绳长为，重力加速度为g，忽略空气阻力。 （1）绳能承受的最大拉力是多少？ （2）保持手的高度不变，改变绳长，使球重复上述运动，若绳仍在球运动到最低点时达到最大拉力被拉断，要使球抛出的水平距离最大，绳长应是多少？最大水平距离是多少？ 【答案】（1） （2）， 【解析】 【小问1详解】 设绳断时球速度为v，做平抛运动的飞行时间为t，由平抛运动知识可得 水平方向 竖直方向 联立解得 设绳最大拉力为F，当绳被拉断时 由牛顿第二定律得 解得 【小问2详解】 改变绳长时，设绳长为r，绳拉断时球速度为v1，小球做平抛运动飞行时间为t1，由平抛运动知识可得 水平方向 竖直方向 绳能承受的最大拉力不变 由牛顿第二定律得 联立并结合数学知识可得 当，即绳长时 小球抛出的最大水平距离为 15. 某研发小组设计了一个臂力测试仪。装置的简化原理图如图甲所示，两平行金属导轨竖直放置，两者间距为，在M、N间和间分别接一个阻值为的电阻，在两导轨间矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为的磁场，磁场变化如图丙所示，已知，。一质量为、长为、电阻也为R的导体棒垂直放置在导轨上，导体棒与弹簧相连，弹簧下端固定，弹簧伸至原长后其顶端恰好与在同一条直线上。测试者利用臂力将导体棒向下压至某位置后释放，导体棒向上运动经过HG时，会与HG处的压力传感器发生撞击（图乙为装置的侧视图），压力传感器可以显示撞击力的大小，以此来反映臂力的大小。 （1）为测试其电特性，进行如下实验：磁场区域内的磁感应强度如图丙所示，求时间内流过的电流I的大小和方向； （2）为测试其力特性，在这段时间内进行如下实验：设某次测试中，将弹簧压缩至位置后释放，与间的竖直距离为，当导体棒进入磁场的瞬间，加速度为，导体棒运动到HG时压力传感器示数恰好为0。已知弹簧的弹性势能与弹簧形变量的平方成正比，导体棒运动中与导轨始终保持接触良好且导轨电阻不计，重力加速度，求： ①导体棒出磁场时弹簧的弹性势能； ②导体棒向上运动过程中产生的焦耳热。 【答案】（1）；方向为流到；（2）①；②553J 【解析】 【详解】（1）由丙图可知，时间内磁感应强度的变化率为 根据法拉第电磁感应定律有 由闭合电路欧姆定律，可得 联立解得 则流过的电流为0.2A，根据楞次定律，可得此时流过的电流为流到。 （2）①导体棒进入磁场瞬间，由牛顿第二定律得 又 解得 设导体棒运动到HG时弹簧的弹性势能为，由弹性势能与形变量的关系可知释放导体棒时弹簧的弹性势能为，对导体棒由上升至这一过程，由能量守恒定律得 解得 ②对导体棒上升过程，由能量守恒定律得 导体棒向上运动过程中产生的焦耳热 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $