内容正文:
物理期末试题
一、选择题(1-7为单选题,每个4分;8-10为多选题,每题6分,选不全得3分,选错不得分,共46分)
1. 17班李政晨同学在教室练习跳韵律操时,他黄色短袖校服领口的一颗扣子随他一起匀速转动(视为匀速圆周运动),该扣子在匀速转动过程中,没有发生变化的物理量( )
A. 速度 B. 动量 C. 动能 D. 加速度
【答案】C
【解析】
【详解】A.速度是矢量,匀速圆周运动中速度大小不变,方向沿轨迹切线方向,时刻发生变化,因此速度发生变化,故A不符合题意;
B.动量是矢量,大小不变,方向与速度方向一致,方向时刻变化,因此动量也发生变化,故B不符合题意;
C.动能是标量,匀速圆周运动速率不变,扣子质量不变,因此动能保持不变,故C符合题意;
D.匀速圆周运动的加速度为向心加速度,是矢量,大小不变,方向始终指向圆心,时刻发生变化,因此加速度发生变化,故D不符合题意。
故选C。
2. 第24届冬奥会将于2022年2月在北京和张家口举行冬奥会冰壶项目深受观众喜爱。某次冰壶训练中,冰壶乙静止在圆形区域内,运动员用冰壶甲撞击冰壶乙如图为冰壶甲与冰壶乙碰撞前、后的v—t图像,已知冰壶质量均为,两冰壶发生正碰,碰撞时间极短,则在该次碰撞中损失的机械能为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】根据图像判断两冰壶在t=3.0s时发生碰撞,此时冰壶甲速度为,碰后冰壶甲速度为,设碰后冰壶乙速度为,根据动量守恒定律得
解得
所以机械能损失
故C正确。
故选C。
3. 如图所示,相同的P、Q两球距地面高度相等,以相同的速率抛出,P斜向上抛,Q斜向下抛出,且两球与水平方向夹角大小相等,不计空气阻力,关于P、Q两球从抛出到落地过程,下列说法正确的是( )
A. 两球落地的水平位移一样大
B. 重力做功的平均功率一样大
C. 重力做功大小不一样,重力对P球做功多
D. 两球落地时重力的瞬时功率相等
【答案】D
【解析】
【详解】A.两球在水平方向均做匀速直线运动,水平分速度
则水平分速度大小相等。P球斜向上抛,Q球斜向下抛,P球在空中的运动时间 tP 大于Q球的运动时间 tQ。根据水平位移公式
可知P球的水平位移大于Q球的水平位移,故A错误;
B.重力做功 WG=mgh
两球下落高度 h 相等,重力做功相等。根据平均功率公式,由于tP > tQ,所以P球重力做功的平均功率小于Q球重力做功的平均功率,故B错误;
C.重力做功只与初末位置的高度差有关,公式为 WG=mgh。两球质量相等,下落高度相等,所以重力对两球做功一样多,故C错误;
D.设落地时竖直分速度大小为,根据竖直方向的运动学公式
解得
可知两球落地时竖直分速度大小相等。重力的瞬时功率 P=mgvy,所以两球落地时重力的瞬时功率相等,故D正确。
故选D。
4. 从地面竖直向上抛出一物体,其机械能等于动能与重力势能之和。取地面为重力势能零点,在上升过程中,该物体的和随它离地面的高度的变化关系如图所示。重力加速度取。由图中数据可得( )
A. 物体的质量为
B. 时,物体的速率为
C. 时,物体的动能
D. 从地面至离地面高处的过程中,物体的动能减少
【答案】B
【解析】
【详解】A.由题图可知,物体刚被抛出时的机械能为,即物体竖直上抛的初动能为
当机械能与重力势能相等,说明动能为零,物体上升到最高点时离地面高度为,这时重力势能
可得质量为,故A错误;
B.根据,解得时,物体的速率为,故B正确;
C.从题图中可以得出在物体上抛过程中,机械能有损失,物体上升到最高点的整个过程中,共损失了的机械能,时,可知此时的总机械能为,此时重力势能为,可知物体的动能,故C错误;
D.物体竖直上抛的初动能为,从地面至离地面高处的过程中,物体的动能减小了,故D错误。
故选B。
5. 济南市长清区南部一带山体常年风力较大,为风力发电创造了有利条件。如图,风力推动三个叶片转动,叶片带动转子(磁极)转动,在定子(线圈)中产生电流,实现风能向电能的转化。已知叶片长为,风速为,空气密度为,流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有速度减速为0,有原速率穿过,如果不考虑其他能量损耗,下列说法正确的是( )
A. 一台风力发电机的发电功率约为
B. 一台风力发电机的发电功率约为
C. 空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
D. 空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
【答案】D
【解析】
【详解】AB.根据能量守恒定律有
时间t内流向叶片的空气的质量为
一台风力发电机的发电功率约为
联立解得
所以AB错误;
CD.根据动量定理可得空气对叶片的平均作用力
代入数据可得
空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
所以C错误;D正确;
故选D。
6. 如图所示,半径为的四分之一圆弧支架竖直放置,与圆心等高的圆弧边缘点处有一小滑轮,一轻绳两端系着质量分别为与的小球和物块,挂在定滑轮两边,且,开始时小球和物块均静止,且均可视为质点,不计一切摩擦,重力加速度为。小球从点静止释放直到小球到达圆弧的点的过程中,下列说法正确的是( )
A. 小球的机械能守恒
B. 到达点时小球的速度大小为
C. 轻绳对物块所做的功比轻绳对小球所做的功多
D. 轻绳对物块做功为
【答案】B
【解析】
【详解】A.除重力以外的轻绳的拉力对小球做功,小球的机械能不守恒,但对小球和物块组成的系统,没有机械能与其他能的转化,故小球和物块组成的系统机械能守恒,故A错误;
B.以小球和物块为研究对象,根据机械能守恒可得
即到达点时小球的速度大小为,故B正确;
C.由功能关系可知,轻绳对小球做的负功和对物块做的正功一样大,故C错误;
D.对物块而言,由动能定理可得
结合上述结论
解得轻绳对物块做功为,故D错误。
故选B。
7. 如图所示,竖直放置的轻弹簧下端固定在地上,上端与质量为的钢板连接,钢板处于静止状态。一个质量也为的物块从钢板正上方处的点自由落下,与钢板碰撞后粘在一起向下运动后到达最低点,设物块与钢板碰撞的时间极短。下列说法正确的是( )
A. 物块与钢板碰后的速度大小为
B. 在时间内,钢板对物块的冲量大小为
C. 从到的过程中,整个系统重力势能的减少量为
D. 从到的过程中,弹性势能的增加量为
【答案】D
【解析】
【详解】A.物块从点自由下落,由速度位移公式
解得碰撞前速度
物块与钢板发生完全非弹性碰撞,由动量守恒
解得碰后共同速度,故A错误;
B.设向下为正方向,碰撞过程中对物块用动量定理,有
解得钢板对物块的冲量,故B错误;
C.从到,物块下降,钢板下降,系统重力势能减少量,故C错误;
D.碰前物块的重力势能转化为动能,钢板静止,系统初动能
碰后动能
从碰撞后到最低点,系统机械能守恒
解得,故D正确。
故选D。
8. 中国预计在2028年实现载人登月计划,把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。图是“嫦娥一号奔月”的示意图,“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星。关于“嫦娥一号”,以下说法正确的是( )
A. 发射速度必须达到第三宇宙速度
B. 轨道III变轨到轨道II时,需点火加速
C. 轨道III上点的速度大于轨道II上点的速度
D. 轨道与轨道半长轴的立方与公转周期的平方之比相等
【答案】CD
【解析】
【详解】A.“嫦娥一号”绕月球运行时,仍未脱离地球引力的约束,所以其发射速度应大于第一宇宙速度,小于第二宇宙速度,故A错误;
B.卫星从高轨道变轨到低轨道,需要在变轨处点火减速,所以“嫦娥一号”从轨道III变轨到轨道II时,需点火减速,故B错误;
C.从高轨道变轨到低轨道,需要在变轨处点火减速,所以“嫦娥一号”在轨道III上点的速度大于轨道II上点的速度,故C正确;
D.根据开普勒第三定律可知,轨道与轨道半长轴的立方与公转周期的平方之比相等,故D正确。
故选CD。
9. 如图,质量均为的木块A和B,并排放在光滑水平面上,A上固定一竖直轻杆,轻杆上端的点系一长为的轻细线,细线另一端系一质量为的球C,现将球C拉起使细线水平伸直,并由静止释放球C,重力加速度为,不计空气阻力,在小球运动过程中( )
A. A、C组成的系统水平方向动量守恒
B. A、B、C组成的系统机械能守恒
C. 球C第一次达到最大高度时速度为零
D. 球C第一次摆到最低点时,木块A向右移动的距离为
【答案】BD
【解析】
【详解】A.A、C组成的系统在水平方向受到B对A弹力,合外力不为零,因此水平方向动量不守恒,故A错误;
B.A、B、C组成的系统,水平面光滑、细线拉力为内力,只有重力做功,无其他能量损耗,因此机械能守恒,故B正确;
C.当 C 第一次摆到最低点后,A 与 B 分离,C 继续上摆,此时 A、C 水平方向动量守恒且机械能守恒。当 C 达到最大高度时,C 与 A 的水平速度相同(不为零),并非速度为零,故C错误;
D.在 C 下摆到最低点的过程中,A、B 一起运动,A、B、C 系统水平方向动量守恒,且初始总动量为 0。
设 A 向右移动的距离为,则 C 向左移动的水平距离为
由 “人船模型”
解得,故D正确。
故选BD 。
10. 如图所示,一光滑弹射轨道由足够长的水平直轨道AB和竖直固定的半圆形轨道BC组成,半圆形轨道的直径BC竖直且半径可调,左端固定的水平轻弹簧自然伸直时最右端在O处。滑块a固定在弹簧上并压缩弹簧至D处,由静止释放后,与静止在O点的滑块b发生弹性碰撞(碰撞时间极短),碰撞后b从B点滑入BC轨道,从C点水平飞出,落地点到B点的距离x与轨道半径r有关,x最大时对应的r=0.2m。已知滑块a的质量为ma=0.1kg,滑块b的质量为mb=0.3kg,重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力,滑块a和滑块b均可视为质点,则( )
A. 滑块b在B处的速度大小为4m/s
B. 碰撞前瞬间,滑块a的速度大小为6m/s
C. x最大为0.8m
D. 滑块a在D处时,弹簧的弹性势能为3J
【答案】AC
【解析】
【详解】AC.滑块b经过C点后做平抛运动,则,
滑块从B点运动到C点,根据机械能守恒定律可得
联立可得
根据二次函数知识可知,x最大时,有
解得
此时x最大值为,故AC正确;
B.两滑块碰撞过程,有,
联立解得
即碰撞前瞬间,滑块a的速度大小为8m/s,故B错误;
D.对滑块a和弹簧,根据系统机械能守恒定律可得,故D错误。
故选AC。
二、实验题(16分,每空2分)
11. 用如图甲所示的实验装置验证、组成的系统机械能守恒。绕过定滑轮的轻质细线的下端悬挂质量分别为、的重物A、B,B从高处由静止开始下落,A上连接的纸带通过固定的电火花打点计时器打出一系列的点。乙图是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,打点计时器所用交流电的频率为,每相邻两计数点间还有4个点未标出,计数点间的距离如图乙所示。已知、,则:
(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有( )
A. 刻度尺 B. 秒表
C. 的交流电源 D. 的交流电源
(2)在打点0~5过程中系统动能的增加量________。(结果保留3位有效数字)
(3)若重物A上升的高度为h,A、B两重物的速度大小为v,作出的图线。若机械能守恒,图线________(填是或不是)经过原点的一条直线,已知图线的斜率为k,则重力加速度为________(用k表示)。
【答案】(1)AD (2)1.15
(3) ①. 是 ②. 2k
【解析】
【小问1详解】
A.需要用刻度尺测量纸带上计数点间的距离,故A正确;
B.通过打点计时器可以知道计数点间的时间间隔,所以不需要秒表,故B错误;
CD.电火花打点计时器需要连接的交流电源,故C错误,D正确。
故选AD。
【小问2详解】
每相邻两计数点间还有4个点未标出,则相邻计数点的时间间隔为
打下5点时的速度大小为
则在打点0~5过程中系统动能的增加量
【小问3详解】
[1][2]根据系统机械能守恒可得
可得
可知若机械能守恒,图线是经过原点的一条直线,且图像的斜率为
可得重力加速度为
12. 某同学用气垫导轨装置验证动量守恒定律,如图所示。其中、为两个光电门,它们与数字计时器相连。两个滑块A、B(包含挡光片)质量分别为、,当它们通过光电门时,计时器可测得挡光片被遮挡的时间。
(1)下列调节导轨水平的两种做法中,较好的是________(选填“A”或“B”)。
A. 将气垫导轨平放在桌上,先打开气源充气,再将滑块放到导轨上,轻推滑块,若滑块先后通过两个光电门时的挡光时间相等,则导轨水平
B. 将气垫导轨平放在桌上,不打开气源充气,将滑块放到导轨上,若滑块不动,则导轨水平
(2)将B静置于两光电门之间,将A置于光电门右侧,用手轻推一下A,使其向左运动,与B发生碰撞,为了使A碰后不返回,则________(选填“小于”“等于”或“大于”)。
(3)若挡光片的宽度均为,光电门记录的挡光时间为,滑块B、A先后通过光电门时,记录的挡光时间分别为、,为了减小误差,挡光片的宽度应选择________(选填“窄”或者“宽”)的,实验中若等式________(用、、、和表示)成立,则可验证动量守恒定律。
【答案】(1)A (2)大于
(3) ①. 窄 ②.
【解析】
【小问1详解】
将气垫导轨平放在桌上,先打开气源充气,再将滑块放到导轨上,轻推滑块,若滑块先后通过两个光电门时的挡光时间相等,说明滑块做匀速直线运动,则导轨水平;
将气垫导轨平放在桌上,不打开气源充气,将滑块放到导轨上,若滑块不动,由于滑块与导轨间有一定的摩擦力作用,所以导轨不一定水平。
故选两种做法中,较好的是A。
【小问2详解】
用手轻推一下A,使其向左运动,与B发生碰撞,为了使A碰后不返回,应使A的质量大于B的质量,即大于。
【小问3详解】
[1]本实验用挡光片的平均速度近似代替瞬时速度,挡光片越窄,平均速度越接近碰撞瞬间的瞬时速度,误差越小,因此挡光片的宽度应选择窄的;
[2]碰撞前,A的速度为
碰撞后,A、B的速度分别为、
根据动量守恒可得
联立可得实验中若等式成立,则可验证动量守恒定律。
三、解答题
13. 如图(a)所示,质量为的物体静止在水平地面上,时刻,对物体施加一个水平向右的作用力,作用力随时间的变化关系如图(b)所示。已知物体与地面间的动摩擦因数为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小。求
(1)0~4s内力F做的功;
(2)物体运动速度最大的时刻及最大速度的大小。
【答案】(1)
(2)t=7s,
【解析】
【小问1详解】
前4s内,根据牛顿第二定律有
根据位移—时间公式有
力F做功
解得
【小问2详解】
当
时物体的加速度为0,速度最大,则时F=f,此时速度最大,根据图像与时间轴围成的面积表示力F的冲量,0~7s内有
设向右为正方向,0~7s根据动量定理有
其中,解得最大速度
14. 2023年哈工大建成的“地面空间站”可以模拟月球重力场,某实验员在里面完成了圆周和平抛一系列实验。实验装置如图所示,水平圆盘可绕过圆心O的竖直转轴转动,圆盘半径,离水平月面高度。在圆盘边缘放置一质量m的小物块,物块与圆盘间的动摩擦因数,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。圆盘从静止开始缓慢加速转动,当角速度时,物块恰好与圆盘发生相对滑动并滑离圆盘后落至“月球表面”。求:(计算结果可保留根式)
(1)“月球表面”的重力加速度;
(2)落地点与O在“月面”上的投影的距离;
(3)已知月球的半径,引力常量,计算月球质量。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
物体刚好滑动时,最大静摩擦力提供向心力,有
代入数据解得
【小问2详解】
物块在空中做平抛运动,竖直方向有
解得
物块做平抛运动的初速度大小为
物块在空中的水平位移为
根据几何关系可知落地点与的距离为
【小问3详解】
在月球表面有
解得月球的质量为
代入数据可得
15. 如图所示,长木板c静止在光滑的水平面上,长木板的右端有一竖直挡板,一轻弹簧固定在挡板上,轻弹簧处于自然长度时其左端位于长木板上的点,点到长木板左端的距离为,点左侧上表面粗糙,点右侧上表面光滑,滑块放在长木板的左端,光滑曲面轨道的底端与长木板的上表面平滑紧靠。滑块从曲面上距离底端高度处以的初速度滑下,经过一段时间与滑块发生弹性碰撞,碰后滑块刚好返回释放点并立即锁定。已知滑块的质量为,木板的质量为,重力加速度,两滑块均可视为质点。
(1)求滑块的质量;
(2)若长木板固定不动,碰后滑块恰好能返回长木板的左端,求滑块与长木板间的动摩擦因数以及弹簧的最大弹性势能;
(3)滑块与长木板间的动摩擦因数与第(2)问中的相同,若长木板不固定,求弹簧的最大弹性势能以及二者相对静止时滑块到点的距离。
【答案】(1)
(2)
(3)3J,0.6m
【解析】
【小问1详解】
滑块沿光滑曲面下滑的过程,只有重力做功,有
ab之间发生弹性碰撞,该过程动量守恒
能量也是守恒的,
由于a能回到原来的释放点高度,所以方向向左,这个过程机械能也守恒,所以
代入所有数据后可解得,,
所以
【小问2详解】
若长木板固定不动,从碰后到滑块刚好能返回长木板左端的过程,由动能定理得
解得
从碰后b开始运动到弹簧压缩量最大时弹性势能最大,此过程由能量守恒得
解得
【小问3详解】
若长木板不固定,滑块和长木板组成的系统动量守恒,当滑块和长木板共速时弹性势能最大,此时
解得
由能量守恒得
解得
设二者相对静止时的速度为,对滑块和长木板组成的系统,由动量守恒定律得
解得
由能量守恒定律得
解得
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物理期末试题
一、选择题(1-7为单选题,每个4分;8-10为多选题,每题6分,选不全得3分,选错不得分,共46分)
1. 17班李政晨同学在教室练习跳韵律操时,他黄色短袖校服领口的一颗扣子随他一起匀速转动(视为匀速圆周运动),该扣子在匀速转动过程中,没有发生变化的物理量( )
A. 速度 B. 动量 C. 动能 D. 加速度
2. 第24届冬奥会将于2022年2月在北京和张家口举行冬奥会冰壶项目深受观众喜爱。某次冰壶训练中,冰壶乙静止在圆形区域内,运动员用冰壶甲撞击冰壶乙如图为冰壶甲与冰壶乙碰撞前、后的v—t图像,已知冰壶质量均为,两冰壶发生正碰,碰撞时间极短,则在该次碰撞中损失的机械能为( )
A. B. C. D.
3. 如图所示,相同的P、Q两球距地面高度相等,以相同的速率抛出,P斜向上抛,Q斜向下抛出,且两球与水平方向夹角大小相等,不计空气阻力,关于P、Q两球从抛出到落地过程,下列说法正确的是( )
A. 两球落地的水平位移一样大
B. 重力做功的平均功率一样大
C. 重力做功大小不一样,重力对P球做功多
D. 两球落地时重力的瞬时功率相等
4. 从地面竖直向上抛出一物体,其机械能等于动能与重力势能之和。取地面为重力势能零点,在上升过程中,该物体的和随它离地面的高度的变化关系如图所示。重力加速度取。由图中数据可得( )
A. 物体的质量为
B. 时,物体的速率为
C. 时,物体的动能
D. 从地面至离地面高处的过程中,物体的动能减少
5. 济南市长清区南部一带山体常年风力较大,为风力发电创造了有利条件。如图,风力推动三个叶片转动,叶片带动转子(磁极)转动,在定子(线圈)中产生电流,实现风能向电能的转化。已知叶片长为,风速为,空气密度为,流到叶片旋转形成的圆面的空气中约有速度减速为0,有原速率穿过,如果不考虑其他能量损耗,下列说法正确的是( )
A. 一台风力发电机的发电功率约为
B. 一台风力发电机的发电功率约为
C. 空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
D. 空气对风力发电机一个叶片的平均作用力约为
6. 如图所示,半径为的四分之一圆弧支架竖直放置,与圆心等高的圆弧边缘点处有一小滑轮,一轻绳两端系着质量分别为与的小球和物块,挂在定滑轮两边,且,开始时小球和物块均静止,且均可视为质点,不计一切摩擦,重力加速度为。小球从点静止释放直到小球到达圆弧的点的过程中,下列说法正确的是( )
A. 小球的机械能守恒
B. 到达点时小球的速度大小为
C. 轻绳对物块所做的功比轻绳对小球所做的功多
D. 轻绳对物块做功为
7. 如图所示,竖直放置的轻弹簧下端固定在地上,上端与质量为的钢板连接,钢板处于静止状态。一个质量也为的物块从钢板正上方处的点自由落下,与钢板碰撞后粘在一起向下运动后到达最低点,设物块与钢板碰撞的时间极短。下列说法正确的是( )
A. 物块与钢板碰后的速度大小为
B. 在时间内,钢板对物块的冲量大小为
C. 从到的过程中,整个系统重力势能的减少量为
D. 从到的过程中,弹性势能的增加量为
8. 中国预计在2028年实现载人登月计划,把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。图是“嫦娥一号奔月”的示意图,“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星。关于“嫦娥一号”,以下说法正确的是( )
A. 发射速度必须达到第三宇宙速度
B. 轨道III变轨到轨道II时,需点火加速
C. 轨道III上点的速度大于轨道II上点的速度
D. 轨道与轨道半长轴的立方与公转周期的平方之比相等
9. 如图,质量均为的木块A和B,并排放在光滑水平面上,A上固定一竖直轻杆,轻杆上端的点系一长为的轻细线,细线另一端系一质量为的球C,现将球C拉起使细线水平伸直,并由静止释放球C,重力加速度为,不计空气阻力,在小球运动过程中( )
A. A、C组成的系统水平方向动量守恒
B. A、B、C组成的系统机械能守恒
C. 球C第一次达到最大高度时速度为零
D. 球C第一次摆到最低点时,木块A向右移动的距离为
10. 如图所示,一光滑弹射轨道由足够长的水平直轨道AB和竖直固定的半圆形轨道BC组成,半圆形轨道的直径BC竖直且半径可调,左端固定的水平轻弹簧自然伸直时最右端在O处。滑块a固定在弹簧上并压缩弹簧至D处,由静止释放后,与静止在O点的滑块b发生弹性碰撞(碰撞时间极短),碰撞后b从B点滑入BC轨道,从C点水平飞出,落地点到B点的距离x与轨道半径r有关,x最大时对应的r=0.2m。已知滑块a的质量为ma=0.1kg,滑块b的质量为mb=0.3kg,重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力,滑块a和滑块b均可视为质点,则( )
A. 滑块b在B处的速度大小为4m/s
B. 碰撞前瞬间,滑块a的速度大小为6m/s
C. x最大为0.8m
D. 滑块a在D处时,弹簧的弹性势能为3J
二、实验题(16分,每空2分)
11. 用如图甲所示的实验装置验证、组成的系统机械能守恒。绕过定滑轮的轻质细线的下端悬挂质量分别为、的重物A、B,B从高处由静止开始下落,A上连接的纸带通过固定的电火花打点计时器打出一系列的点。乙图是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,打点计时器所用交流电的频率为,每相邻两计数点间还有4个点未标出,计数点间的距离如图乙所示。已知、,则:
(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有( )
A. 刻度尺 B. 秒表
C. 的交流电源 D. 的交流电源
(2)在打点0~5过程中系统动能的增加量________。(结果保留3位有效数字)
(3)若重物A上升的高度为h,A、B两重物的速度大小为v,作出的图线。若机械能守恒,图线________(填是或不是)经过原点的一条直线,已知图线的斜率为k,则重力加速度为________(用k表示)。
12. 某同学用气垫导轨装置验证动量守恒定律,如图所示。其中、为两个光电门,它们与数字计时器相连。两个滑块A、B(包含挡光片)质量分别为、,当它们通过光电门时,计时器可测得挡光片被遮挡的时间。
(1)下列调节导轨水平的两种做法中,较好的是________(选填“A”或“B”)。
A. 将气垫导轨平放在桌上,先打开气源充气,再将滑块放到导轨上,轻推滑块,若滑块先后通过两个光电门时的挡光时间相等,则导轨水平
B. 将气垫导轨平放在桌上,不打开气源充气,将滑块放到导轨上,若滑块不动,则导轨水平
(2)将B静置于两光电门之间,将A置于光电门右侧,用手轻推一下A,使其向左运动,与B发生碰撞,为了使A碰后不返回,则________(选填“小于”“等于”或“大于”)。
(3)若挡光片的宽度均为,光电门记录的挡光时间为,滑块B、A先后通过光电门时,记录的挡光时间分别为、,为了减小误差,挡光片的宽度应选择________(选填“窄”或者“宽”)的,实验中若等式________(用、、、和表示)成立,则可验证动量守恒定律。
三、解答题
13. 如图(a)所示,质量为的物体静止在水平地面上,时刻,对物体施加一个水平向右的作用力,作用力随时间的变化关系如图(b)所示。已知物体与地面间的动摩擦因数为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小。求
(1)0~4s内力F做的功;
(2)物体运动速度最大的时刻及最大速度的大小。
14. 2023年哈工大建成的“地面空间站”可以模拟月球重力场,某实验员在里面完成了圆周和平抛一系列实验。实验装置如图所示,水平圆盘可绕过圆心O的竖直转轴转动,圆盘半径,离水平月面高度。在圆盘边缘放置一质量m的小物块,物块与圆盘间的动摩擦因数,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。圆盘从静止开始缓慢加速转动,当角速度时,物块恰好与圆盘发生相对滑动并滑离圆盘后落至“月球表面”。求:(计算结果可保留根式)
(1)“月球表面”的重力加速度;
(2)落地点与O在“月面”上的投影的距离;
(3)已知月球的半径,引力常量,计算月球质量。
15. 如图所示,长木板c静止在光滑的水平面上,长木板的右端有一竖直挡板,一轻弹簧固定在挡板上,轻弹簧处于自然长度时其左端位于长木板上的点,点到长木板左端的距离为,点左侧上表面粗糙,点右侧上表面光滑,滑块放在长木板的左端,光滑曲面轨道的底端与长木板的上表面平滑紧靠。滑块从曲面上距离底端高度处以的初速度滑下,经过一段时间与滑块发生弹性碰撞,碰后滑块刚好返回释放点并立即锁定。已知滑块的质量为,木板的质量为,重力加速度,两滑块均可视为质点。
(1)求滑块的质量;
(2)若长木板固定不动,碰后滑块恰好能返回长木板的左端,求滑块与长木板间的动摩擦因数以及弹簧的最大弹性势能;
(3)滑块与长木板间的动摩擦因数与第(2)问中的相同,若长木板不固定,求弹簧的最大弹性势能以及二者相对静止时滑块到点的距离。
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