内容正文:
高一物理
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分共100分
第Ⅰ卷(选择题,共48分)
一、单选题(本题共8小题,每小题4分,共32分)
1. 下列说法正确的是( )
A. 做曲线运动的物体,其加速度一定变化
B. 做圆周运动的物体,其加速度总是指向圆心
C. 开普勒通过研究行星运动的规律发现了万有引力定律
D. 万有引力定律中引力常量的单位是
【答案】D
【解析】
【详解】A.平抛运动属于曲线运动,物体仅受重力作用,加速度为恒定的重力加速度,因此曲线运动的加速度不一定变化,故A错误;
B.只有匀速圆周运动的加速度始终指向圆心,变速圆周运动存在切向加速度,合加速度不指向圆心,故B错误;
C.开普勒通过研究行星运动规律提出了开普勒三大定律,万有引力定律是牛顿发现的,故C错误;
D.根据万有引力公式
变形得,力的单位为,距离的单位为,质量的单位为,推导可得的单位是,,故D正确。
故选D。
2. 如图所示,两岸平行的江面宽度,江水均匀流动且流速,船在静水中的速度大小。船从点开始渡河,船头指向上游且与河岸的夹角恒为,,,船渡河过程中,沿上游运动的距离为( )
A. 240 m B. 600 m C. 800 m D. 900 m
【答案】B
【解析】
【详解】将沿河岸和垂直于河岸正交分解
平行于河岸的合速度
垂直于河岸的速度
渡河时间
故沿上游运动的距离为
故选B。
3. 如图所示,在同一高度处将四个小球以相同的速率同时抛出:甲水平抛出、乙斜向上抛出、丙斜向下抛出、丁竖直向下抛出。不计空气阻力,则最先落地的小球是( )
A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁
【答案】D
【解析】
【详解】设抛出点离地高度为,初速度大小为,取竖直向下为正方向。四个小球在竖直方向上均只受重力作用,加速度均为。 根据竖直方向的位移时间公式:
可知,在和相同的情况下,竖直向下的初速度分量越大,落地时间越短。
分析四个小球竖直方向的初速度分量:
甲球做平抛运动,初速度水平,竖直分速度
乙球斜向上抛出,初速度有竖直向上的分量,即
丙球斜向下抛出,设速度与水平方向夹角为 ,则竖直分速度 ,由于 ,故
丁球竖直向下抛出,初速度竖直向下,竖直分速度
综上所述,竖直向下的初速度分量大小关系为:
因此,丁球的落地时间最短,最先落地。故选D。
4. “指尖篮球”是篮球爱好者喜欢的一种运动。如图所示,将篮球放在指尖上,轻轻一拨,篮球就在指尖上稳定旋转。关于图中Q、P两点的运动,下列说法正确的是( )
A. P点的线速度比Q点的小 B. P点的角速度比Q点的小
C. P点的周期比Q点的小 D. 转动一周P点与Q点通过的路程相等
【答案】A
【解析】
【详解】BC.同轴转动的所有点角速度相等,因此
由周期公式,角速度相等则周期相等,因此,故BC错误;
A.转动半径是点到转轴的垂直距离,本题中P点更靠近转轴,则
由可得,故A正确;
D.转动一周时,路程等于点运动轨迹的周长,两点转动半径不同,因此路程不相等,故D错误。
故选A。
5. 2025年2月11日17时30分,我国在海南文昌航天发射场使用长征八号改运载火箭成功将卫星送入预定轨道。如图所示,如果卫星先沿圆周轨道1运动,再沿椭圆轨道2运动,两轨道相切于点,为轨道2离地球最远点,在两轨道上卫星只受地球引力作用,下列说法正确的是( )
A. 卫星在轨道2上经过点时速度小于经过点时速度
B. 卫星经过点时在轨道1上的加速度等于在轨道2上的加速度
C. 卫星在轨道1的速度比在轨道2上经过点时的速度小
D. 卫星在轨道1的周期比轨道2的周期大
【答案】B
【解析】
【详解】A.据开普勒第二定律可知,卫星在椭圆轨道上运动时,近地点速度大,远地点速度小,点为近地点,点为远地点,所以卫星在轨道2上经过点时速度大于经过点时速度,故A错误;
B.根据牛顿第二定律和万有引力定律可得
解得
卫星经过点时,无论在轨道1还是轨道2,距地心的距离相等,所以加速度大小相等,方向相同,均指向地心,故B正确;
C.卫星在轨道1上做匀速圆周运动,速度满足
解得
卫星在轨道2上经过点时,若要进入以点到地心距离为半径的圆轨道,需要加速,说明卫星在轨道2上经过点的速度小于该圆轨道的速度,其中该圆轨道的速度满足
解得
因,可知,综上可推得,即卫星在轨道1的速度比在轨道2上经过点时的速度大,故C错误;
D.根据开普勒第三定律
轨道1的半长轴(半径)小于轨道2的半长轴,所以卫星在轨道1的周期比轨道2的周期小,故D错误。
故选B。
6. 光滑斜面体静止在水平面上,一个质量为m的小物块由静止开始从顶端沿斜面下滑至底端的过程中,下列说法正确的是( )
A. 小物块受到重力、支持力、下滑力三个力作用
B. 物体的重力对物体做负功
C. 小物块给斜面体的压力对斜面体做正功
D. 若小物块运动至斜面体底端时瞬时速度大小为v,则重力的瞬时功率为mgv
【答案】C
【解析】
【详解】A.小物块受到重力和支持力两个力作用,“下滑力”是重力沿斜面向下的分力,不是实际受到的力,故A错误;
B.小物块高度下降,重力方向竖直向下,位移有竖直向下的分量,根据功的定义
其中是力与位移的夹角;重力方向与物体位移方向成锐角,重力做正功,故B错误;
C.小物块对斜面体的压力方向垂直斜面向下,斜面体在水平面上向左运动(由图可知斜面体向左发生了位移),压力方向与斜面体位移方向的夹角为锐角,根据功的定义可知该压力对斜面体做正功,故C正确;
D.重力的瞬时功率
其中为重力方向与速度方向的夹角,由于速度方向不竖直向下,,所以重力的瞬时功率,故D错误。
故选C。
7. 在研究重力势能的过程中,用到了如图所示的情景,小球从A位置到B位置过程,则( )
A. 小球下滑过程中重力势能增加
B. 小球沿光滑曲面下滑比沿粗糙曲面下滑时重力做功少
C. 无论沿什么路径从A到B,小球重力势能变化量都相等
D. 小球从A到B过程,重力势能的变化与零参考平面的选取有关
【答案】C
【解析】
【详解】A.小球从A到B高度降低,重力做正功,重力势能减小,故A错误;
B.重力做功的特点是只和初末位置的高度差有关,与路径粗糙程度无关,A到B高度差不变,两种情况重力做功相等,故B错误;
C.重力势能的变化量仅由初末位置的高度差决定,和运动路径无关,因此无论沿什么路径从A到B,重力势能变化量都相等,故C正确;
D.重力势能的大小与零参考平面选取有关,但重力势能的变化量只和初末位置的高度差有关,与零参考平面的选取无关,故D错误。
故选C。
8. 蹦床运动中,体重为60kg的运动员在时刚好落到蹦床上,对蹦床作用力大小F与时间t的关系如图所示。假设运动过程中运动员身体始终保持竖直,在其不与蹦床接触时蹦床水平。忽略空气阻力,重力加速度大小取。下列说法正确的是( )
A. 时,运动员的重力势能最大
B. 时,运动员的速度大小为
C. 时,运动员恰好运动到最大高度处
D. 运动员每次与蹦床离开后最大高度为2m
【答案】B
【解析】
【详解】A.时最大,说明运动员到达最低位置,重力势能最小,重力势能最大对应最高点,故A错误;
B.由图像对称性,从0升到最大再降到0,顶点在,因此运动员接触蹦床的时间段为,离开蹦床;下一次接触蹦床开始于约
因此运动员离开蹦床后在空中的总时间
上升和下落时间各为。运动员离开蹦床后做竖直上抛运动,到最高点速度减为0,由
得离开蹦床时的速度,故B正确;
C.最高点对应离开蹦床后
即最高点时刻为
因此时运动员还未到达最高点,故C错误;
D.最大高度,故D错误;
故选B。
二、多选题。(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中有多个选项符合题意,全部选对的得4分,选不全的得2分,有错选或不答的得0分)
9. 下列关于摩擦力做功的情况,正确的是( )
A. 静摩擦力一定不做功 B. 滑动摩擦力一定做负功
C. 滑动摩擦力可以不做功 D. 静摩擦力和滑动摩擦力都可以做正功,也可以做负功
【答案】CD
【解析】
【详解】A.静摩擦力的方向与物体相对接触面的运动趋势方向相反,但与物体对地位移方向可以相同、相反或垂直,因此静摩擦力可以做正功、负功或不做功,故A错误;
B.滑动摩擦力的方向与物体相对接触面的运动方向相反,但与物体对地位移方向可以相同、相反或垂直,因此滑动摩擦力可以做正功、负功或不做功,并非一定做负功,故B错误;
C.当滑动摩擦力的方向与物体的位移方向垂直时,滑动摩擦力不做功,故C正确;
D.静摩擦力和滑动摩擦力的方向与物体位移方向的夹角可以为锐角、钝角或直角,因此二者都可以做正功、负功或不做功,故D正确。
故选CD。
10. 在天花板上的O点系一根细绳,细绳的下端系一小球。将小球拉至细绳处于水平的位置,由静止释放小球,小球从位置A开始沿圆弧下落到悬点的正下方的B点的运动过程中,下面说法正确的是( )
A. 小球受到的向心力在逐渐变大
B. 重力对小球不做功
C. 重力对小球做功的瞬时功率逐渐增大
D. 由于细线的拉力方向始终与小球的速度方向垂直,所以拉力对小球的做功为零
【答案】AD
【解析】
【详解】A.小球从A点运动到B点过程中,速度逐渐增大,由向心力公式
可知,向心力增大,故A正确;
B.小球下落过程中高度降低,重力方向与位移方向夹角小于,重力做正功,故B错误;
C.重力的瞬时功率
A点时速度为0,功率为0;下落过程中先增大后减小,B点时速度水平,则,功率也为0,即该过程中重力的瞬时功率从0变化到0,故先增大后减小,故C错误;
D.拉力方向始终与小球的速度方向垂直,所以拉力做功为零,故D正确。
故选AD。
11. 如图所示,下列说法正确的是(所有情况均不计摩擦、空气阻力以及滑轮质量)( )
A. 甲图中,火箭升空的过程中,若匀速升空机械能守恒,若加速升空机械能不守恒
B. 乙图中,物块在外力F的作用下匀速上滑,物块的机械能守恒
C. 丙图中,物块A以一定的初速度将弹簧压缩的过程中,物块A机械能不守恒
D. 丁图中,物块A加速下落,物块B加速上升的过程中,物块A的机械能减小
【答案】CD
【解析】
【详解】A.甲图中,火箭升空的过程中,若匀速升空则火箭动能不变,势能增大,机械能不守恒;若加速升空,则火箭动能增大,势能增大,机械能不守恒,故A错误;
B.乙图中,物块在外力F的作用下匀速上滑,物块的动能不变,势能增大,机械能增大,故机械能不守恒,故B错误;
C.丙图中,物块A以一定的初速度将弹簧压缩的过程中,物块A受到弹簧弹力做功,机械能不守恒,故C正确;
D.丁图中,物块A加速下落,物块B加速上升的过程中,物体A、B组成的系统机械能守恒,物块B的机械能增大,物块A的机械能减小,故D正确。
故选CD。
12. 我国新能源汽车发展迅速,2025年仅比亚迪新能源汽车全年销量为460万辆,位列全球第一、如图所示为比亚迪某型号汽车某次测试行驶时的加速度和车速倒数的关系图像。若汽车质量为,它由静止开始沿平直公路行驶,且行驶中阻力恒定,最大车速为,则( )
A. 汽车所受阻力为 B. 汽车在车速为时,功率为
C. 汽车以恒定功率启动 D. 汽车匀加速所需时间为10s
【答案】AB
【解析】
【详解】CD.由图知,汽车由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小
匀加速运动的末速度大小为
即汽车是以恒定的加速度启动的,则汽车匀加速所需的时间,故CD错误;
A.设汽车的额定功率为,所受的阻力大小为f,则
匀加速过程,由牛顿第二定律得
匀加速结束时,汽车的功率达到最大,为
又,解得,,,故A正确;
B.汽车在车速时汽车做匀加速直线运动,其功率,故B正确。
故选AB。
第Ⅱ卷(非选择题,共52分)
三、实验题(本题满分10分,每空2分)
13. 甲同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,打点计时器接在频率为的交流电源上。使重物自由下落,打点计时器在随重物下落的纸带上打下一系列点迹。挑出点迹清晰的一条纸带,依次标出计数点1、2、…、6,相邻计数点之间还有1个计时点。
(1)关于本实验,下列说法正确的是__________。
A. 实验前必须用天平测出重物的质量
B. 实验前需用刻度尺测出重物距地面的高度
C. 实验时先通电,打点稳定后再释放纸带
D. 重物释放前应用手托住,后由静止释放
(2)图乙为纸带的一部分,打点3时,重物下落的速度大小__________(保留3位有效数字)。
(3)气垫导轨是中学物理常用实验装置,利用水平放置的气垫导轨和光电门可以完成本实验,装置如上图所示。测得遮光片的宽度为,光电门A、B中心间的距离为,遮光片通过光电门A、B的时间分别为、,已知滑块(含遮光片)的质量为,钩码的质量为,重力加速度大小为。则过A光电门时的速度__________,若要验证钩码和滑块构成的系统机械能守恒,需要验证的等式为__________(均用所给物理量的符号表示)。
(4)某物理兴趣小组直接利用“落体法”进行验证机械能守恒定律实验。设计了如图所示的实验方案,且,轻绳质量可忽略,轻绳与滑轮间摩擦不计。初始时用外力使两物体保持静止。测得下降高度为时,对应的速度为,如果表达式__________成立,两物体及绳构成的系统机械能守恒。
【答案】(1)C (2)1.15
(3) ①. ②.
(4)
【解析】
【小问1详解】
A.要验证的表达式为,由于质量可以约去,所以实验前没必要用天平测出重物的质量,故A错误;
B.测重物下落的高度时,通过实验中打点的纸带上点迹间的距离进行测量,不需要测出重物距地面的高度,故B错误;
C.为了充分利用纸带,实验时先通电,打点稳定后再释放纸带,故C正确;
D.重物释放前在纸带下自由悬挂,不能用手托住,后由静止释放,故D错误。
故选C。
【小问2详解】
由图乙可知相邻计数点之间还有1个计时点,则相邻计数点的时间间隔为
根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于这段时间的平均速度,可得打点3时重物下落的速度大小为
【小问3详解】
[1]遮光片过A光电门时的速度
[2]遮光片过B光电门时的速度
若要验证钩码和滑块构成的系统机械能守恒,需要验证的等式为
即
【小问4详解】
如果两物体及绳构成的系统机械能守恒,则
四、计算题:(本题共3个小题,第14题12分,第15题14分,第16题16分,共42分。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)
14. 在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的设计速度是108km/h,汽车在这种水平路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的,试求:
(1)如果汽车在这种高速路的水平路面弯道上转弯,其弯道的最小半径是多少?
(2)如果弯道的路面设计为倾斜,弯道半径为200m,要使汽车通过此弯道时不产生侧向摩擦力,则弯道路面的倾斜角度的正切值tanθ是多少?
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
如果汽车在这种高速路的水平路面弯道上转弯,根据牛顿第二定律可得
其中 ,
解得其弯道的最小半径为
【小问2详解】
要使汽车通过此弯道时不产生侧向摩擦力,此时重力和支持力的合力提供向心力,则有
可得弯道路面的倾斜角度的正切值为
15. 2023年7月12日,中国载人航天工程办公室副总师张海联披露,我国计划在2030年前实现载人登月。航天员站在月球上将一个质量为m的小球在距月球表面高为h处( ℎ ≪ �� )自由释放,经过时间t落地。已知引力常量为G,月球的半径为R。求
(1)月球表面的重力加速度;
(2)月球的质量M和密度;
(3)月球的第一宇宙速度。
【答案】(1)
(2),
(3)
【解析】
【小问1详解】
根据
解得
【小问2详解】
根据月球对物体的吸引力等于物体的重力,则
解得
又,
得月球的密度
【小问3详解】
根据
解得月球的第一宇宙速度
16. 如图所示,半径为R=0.5m的粗糙圆弧轨道固定在光滑的水平面上,右端B紧靠等高的木板CD。质量为m=2kg可视为质点的物块从圆弧轨道上端A点的正上方高度为R处由静止开始下落,物块刚好从A点沿切线方向进入轨道,到达B点时对B点的压力大小为F=36N。已知木板质量为M=0.5kg,物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2,重力加速度g取10m/s2。
(1)求物块到达B点的速度v;
(2)求圆弧轨道的摩擦力对物块做的功W;
(3)若物块恰好不从木板上掉下,求木板的长度L。
【答案】(1)2m/s
(2)-16J (3)0.2m
【解析】
【小问1详解】
设物块在B点的速度为v,对物块在B点,由牛顿第三定律可知支持力FN=F
牛顿第二定律可得
解得
【小问2详解】
物块从释放到B点,由动能定理得
解得
【小问3详解】
对物块和木板组成的系统由动量守恒定律得
能量守恒得
解得
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高一物理
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分共100分
第Ⅰ卷(选择题,共48分)
一、单选题(本题共8小题,每小题4分,共32分)
1. 下列说法正确的是( )
A. 做曲线运动的物体,其加速度一定变化
B. 做圆周运动的物体,其加速度总是指向圆心
C. 开普勒通过研究行星运动的规律发现了万有引力定律
D. 万有引力定律中引力常量的单位是
2. 如图所示,两岸平行的江面宽度,江水均匀流动且流速,船在静水中的速度大小。船从点开始渡河,船头指向上游且与河岸的夹角恒为,,,船渡河过程中,沿上游运动的距离为( )
A. 240 m B. 600 m C. 800 m D. 900 m
3. 如图所示,在同一高度处将四个小球以相同的速率同时抛出:甲水平抛出、乙斜向上抛出、丙斜向下抛出、丁竖直向下抛出。不计空气阻力,则最先落地的小球是( )
A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁
4. “指尖篮球”是篮球爱好者喜欢的一种运动。如图所示,将篮球放在指尖上,轻轻一拨,篮球就在指尖上稳定旋转。关于图中Q、P两点的运动,下列说法正确的是( )
A. P点的线速度比Q点的小 B. P点的角速度比Q点的小
C. P点的周期比Q点的小 D. 转动一周P点与Q点通过的路程相等
5. 2025年2月11日17时30分,我国在海南文昌航天发射场使用长征八号改运载火箭成功将卫星送入预定轨道。如图所示,如果卫星先沿圆周轨道1运动,再沿椭圆轨道2运动,两轨道相切于点,为轨道2离地球最远点,在两轨道上卫星只受地球引力作用,下列说法正确的是( )
A. 卫星在轨道2上经过点时速度小于经过点时速度
B. 卫星经过点时在轨道1上的加速度等于在轨道2上的加速度
C. 卫星在轨道1的速度比在轨道2上经过点时的速度小
D. 卫星在轨道1的周期比轨道2的周期大
6. 光滑斜面体静止在水平面上,一个质量为m的小物块由静止开始从顶端沿斜面下滑至底端的过程中,下列说法正确的是( )
A. 小物块受到重力、支持力、下滑力三个力作用
B. 物体的重力对物体做负功
C. 小物块给斜面体的压力对斜面体做正功
D. 若小物块运动至斜面体底端时瞬时速度大小为v,则重力的瞬时功率为mgv
7. 在研究重力势能的过程中,用到了如图所示的情景,小球从A位置到B位置过程,则( )
A. 小球下滑过程中重力势能增加
B. 小球沿光滑曲面下滑比沿粗糙曲面下滑时重力做功少
C. 无论沿什么路径从A到B,小球重力势能变化量都相等
D. 小球从A到B过程,重力势能的变化与零参考平面的选取有关
8. 蹦床运动中,体重为60kg的运动员在时刚好落到蹦床上,对蹦床作用力大小F与时间t的关系如图所示。假设运动过程中运动员身体始终保持竖直,在其不与蹦床接触时蹦床水平。忽略空气阻力,重力加速度大小取。下列说法正确的是( )
A. 时,运动员的重力势能最大
B. 时,运动员的速度大小为
C. 时,运动员恰好运动到最大高度处
D. 运动员每次与蹦床离开后最大高度为2m
二、多选题。(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中有多个选项符合题意,全部选对的得4分,选不全的得2分,有错选或不答的得0分)
9. 下列关于摩擦力做功的情况,正确的是( )
A. 静摩擦力一定不做功 B. 滑动摩擦力一定做负功
C. 滑动摩擦力可以不做功 D. 静摩擦力和滑动摩擦力都可以做正功,也可以做负功
10. 在天花板上的O点系一根细绳,细绳的下端系一小球。将小球拉至细绳处于水平的位置,由静止释放小球,小球从位置A开始沿圆弧下落到悬点的正下方的B点的运动过程中,下面说法正确的是( )
A. 小球受到的向心力在逐渐变大
B. 重力对小球不做功
C. 重力对小球做功的瞬时功率逐渐增大
D. 由于细线的拉力方向始终与小球的速度方向垂直,所以拉力对小球的做功为零
11. 如图所示,下列说法正确的是(所有情况均不计摩擦、空气阻力以及滑轮质量)( )
A. 甲图中,火箭升空的过程中,若匀速升空机械能守恒,若加速升空机械能不守恒
B. 乙图中,物块在外力F的作用下匀速上滑,物块的机械能守恒
C. 丙图中,物块A以一定的初速度将弹簧压缩的过程中,物块A机械能不守恒
D. 丁图中,物块A加速下落,物块B加速上升的过程中,物块A的机械能减小
12. 我国新能源汽车发展迅速,2025年仅比亚迪新能源汽车全年销量为460万辆,位列全球第一、如图所示为比亚迪某型号汽车某次测试行驶时的加速度和车速倒数的关系图像。若汽车质量为,它由静止开始沿平直公路行驶,且行驶中阻力恒定,最大车速为,则( )
A. 汽车所受阻力为 B. 汽车在车速为时,功率为
C. 汽车以恒定功率启动 D. 汽车匀加速所需时间为10s
第Ⅱ卷(非选择题,共52分)
三、实验题(本题满分10分,每空2分)
13. 甲同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,打点计时器接在频率为的交流电源上。使重物自由下落,打点计时器在随重物下落的纸带上打下一系列点迹。挑出点迹清晰的一条纸带,依次标出计数点1、2、…、6,相邻计数点之间还有1个计时点。
(1)关于本实验,下列说法正确的是__________。
A. 实验前必须用天平测出重物的质量
B. 实验前需用刻度尺测出重物距地面的高度
C. 实验时先通电,打点稳定后再释放纸带
D. 重物释放前应用手托住,后由静止释放
(2)图乙为纸带的一部分,打点3时,重物下落的速度大小__________(保留3位有效数字)。
(3)气垫导轨是中学物理常用实验装置,利用水平放置的气垫导轨和光电门可以完成本实验,装置如上图所示。测得遮光片的宽度为,光电门A、B中心间的距离为,遮光片通过光电门A、B的时间分别为、,已知滑块(含遮光片)的质量为,钩码的质量为,重力加速度大小为。则过A光电门时的速度__________,若要验证钩码和滑块构成的系统机械能守恒,需要验证的等式为__________(均用所给物理量的符号表示)。
(4)某物理兴趣小组直接利用“落体法”进行验证机械能守恒定律实验。设计了如图所示的实验方案,且,轻绳质量可忽略,轻绳与滑轮间摩擦不计。初始时用外力使两物体保持静止。测得下降高度为时,对应的速度为,如果表达式__________成立,两物体及绳构成的系统机械能守恒。
四、计算题:(本题共3个小题,第14题12分,第15题14分,第16题16分,共42分。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)
14. 在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的设计速度是108km/h,汽车在这种水平路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的,试求:
(1)如果汽车在这种高速路的水平路面弯道上转弯,其弯道的最小半径是多少?
(2)如果弯道的路面设计为倾斜,弯道半径为200m,要使汽车通过此弯道时不产生侧向摩擦力,则弯道路面的倾斜角度的正切值tanθ是多少?
15. 2023年7月12日,中国载人航天工程办公室副总师张海联披露,我国计划在2030年前实现载人登月。航天员站在月球上将一个质量为m的小球在距月球表面高为h处( ℎ ≪ �� )自由释放,经过时间t落地。已知引力常量为G,月球的半径为R。求
(1)月球表面的重力加速度;
(2)月球的质量M和密度;
(3)月球的第一宇宙速度。
16. 如图所示,半径为R=0.5m的粗糙圆弧轨道固定在光滑的水平面上,右端B紧靠等高的木板CD。质量为m=2kg可视为质点的物块从圆弧轨道上端A点的正上方高度为R处由静止开始下落,物块刚好从A点沿切线方向进入轨道,到达B点时对B点的压力大小为F=36N。已知木板质量为M=0.5kg,物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2,重力加速度g取10m/s2。
(1)求物块到达B点的速度v;
(2)求圆弧轨道的摩擦力对物块做的功W;
(3)若物块恰好不从木板上掉下,求木板的长度L。
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