精品解析:甘肃省白银市靖远县第四中学2024-2025学年高三上学期12月月考物理试题
2026-07-31
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2份
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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 | 同步教学-阶段检测 |
| 学年 | 2024-2025 |
| 地区(省份) | 甘肃省 |
| 地区(市) | 白银市 |
| 地区(区县) | 靖远县 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 2.79 MB |
| 发布时间 | 2026-07-31 |
| 更新时间 | 2026-07-31 |
| 作者 | 学科网试题平台 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-07-31 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/59031250.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
高考模拟卷·物理
(75分钟100分)
考生须知:
1.本卷侧重:高考评价体系之综合性。
2.本卷怎么考:①考查考生对物理知识的综合应用能力(题15);②考查考生应对物理实验的综合操作能力(题12);③考查考生对物理规律的综合理解能力(题10)。
3.本卷典型情境题:题1、4、5、11。
4.本卷测试范围:高考全部内容。
一、选择题:本题共10小题,共43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,每小题4分;第8~10题有多项符合题目要求,每小题5分,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
【典型情境题】
1. 某微型原子能电池采用镍63同位素衰变技术,利用中国自主研发的第四代金刚石半导体模块制成。镍63的衰变方程为,则粒子为( )
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 正电子
2. 如图所示,一梯子斜靠在光滑的竖直墙壁上,下端放在粗糙的水平地面上,某工人站立于梯子上,人与梯子均处于静止状态,则人和梯子组成的系统受力个数为( )
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
3. 中国科学家利用“中国天眼”FAST发现迄今为止绕转速度最大的蜘蛛类脉冲星双星系统,该双星系统以两星中心连线上的某点为圆心,做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A. 两星做圆周运动的线速度大小一定相同
B. 两星做圆周运动的向心加速度大小一定相同
C. 两星做圆周运动的半径一定相同
D. 两星做圆周运动的角速度大小一定相同
【典型情境题】
4. 一列简谐横波沿轴方向传播,波长,介质中某质点的振动图像如图所示,则该波的波速为( )
A. B. C. D.
【典型情境题】
5. 如图所示,在水面下深度处水平放置长的细发光条,水对发光条发出的光的折射率,则水面上有光射出区域的面积为( )
A. B. C. D.
6. 如图所示,4个质量均为的小物块在水平向右的恒定拉力作用下向右做匀加速直线运动,其中1、2号物块通过轻绳相连,3、4号物块分别水平叠放在1、2号物块上,物块与物块、物块与水平地面之间的动摩擦因数均为。已知重力加速度为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,小物块之间始终保持相对静止,则拉力的最大值为( )
A. B. C. D.
7. 如图所示,平行直边界、区域内分布有磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁场宽度为。将质量为、电荷量为的粒子从位置沿边界向上射入磁场中,速度大小,经历一段时间,粒子从边界上的点(图中没有画出)射出磁场,粒子重力不计,则粒子在磁场中运动的时间为( )
A. B. C. D.
8. 如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为,已知原线圈两端的电压按图乙所示的正弦规律变化,副线圈接的负载电阻,电表均为理想交流电表。下列说法正确的是( )
A. 原线圈两端电压的瞬时值的表达式是
B. 电流表的示数为0.4A
C. 若负载电阻的阻值减小,电压表的示数减小
D. 若负载电阻的阻值减小,变压器的输入功率增大
9. 如图所示,直角三角形中,垂直于,,空间内位置处固定有一点电荷(图中没有画出)。若将重力不计、质量为、电荷量为的试探电荷从点以相同的速度大小分别沿和垂直于的方向射出,试探电荷先后沿图中实线轨迹以相同速率分别运动至点与点。下列说法正确的是( )
A. 点电荷带负电
B.
C. 、两点的电场强度大小之比
D. 、两点之间的电势差
10. 如图所示,轨道固定在竖直平面内,足够长的水平粗糙轨道与半径为的光滑半圆形轨道在点相切,半圆轨道的圆心处固定一垂直轨道平面的光滑钉子。为的中点,为等边三角形。将原长为的弹性轻绳一端固定在点,另一端连接质量为的小圆环,小圆环恰能在点处于静止状态;若将小圆环套在半圆形轨道上从点由静止释放(弹性绳处于原长),小圆环将沿半圆形轨道越过点。已知重力加速度为,小圆环与水平轨道间的动摩擦因数,弹性轻绳的弹性势能,其中为形变量的大小。下列说法正确的是( )
A. 弹性轻绳的劲度系数为
B. 小圆环沿半圆形轨道下滑至点时,半圆形轨道受到的压力大小为
C. 小圆环越过点后往运动的过程中,轨道对小圆环的弹力减小
D. 小圆环越过点后往运动的过程中,与点的最大距离为
二、非选择题:本题共5小题,共57分。
【典型情境题】
11. 某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。
(1)该小组进行下列实验操作,请选出需要的实验操作,并将它们按正确的先后顺序排列:F_____(用字母符号表示)。
(2)某次实验中,配制油酸酒精溶液时,油酸酒精溶液的浓度为每溶液中有纯油酸,用注射器测得上述溶液有200滴,则一滴该溶液中纯油酸的体积为_____mL。已知描绘出的一滴油酸酒精溶液形成的单分子层油膜轮廓线内完整的方格有46格,大于半格且小于一格的有14格,小于半格的有8格,每小格的边长为,则油膜的面积为_____。综合上述,油酸分子的直径为_____(保留两位有效数字)。
12. 某物理小组利用如图甲所示装置精确测量电源内阻、电流表内阻和电压表内阻。
实验操作步骤如下:
①根据电路图连接实物图;
②将单刀双掷开关旋至1,闭合开关,调节滑动变阻器,得到多组电压表和电流表的数据;
③将单刀双掷开关旋至2,闭合开关,调节滑动变阻器,得到多组电压表和电流表的数据;
④将②③数据在同一坐标纸上描点,得到如图乙所示图像。
(1)图乙中,与步骤②中数据对应的图线为_____(选填“AB”或“CD”)。
(2)若图乙中图线与纵、横轴的截距分别为、,图线与纵、横轴的截距分别为、,则电源内阻_____,电流表内阻_____,电压表内阻_____。
(3)为了进一步精确测量滑动变阻器的总电阻,该小组将单刀双掷开关旋至2,滑片调至滑动变阻器最左端,闭合开关,读取电压表、电流表示数分别为、,则_____。
13. 传送带在工业生产中有着巨大的作用,例如可以利用传送带收集鱼虾,原理图如图甲所示,传送带倾角,以速度顺时针匀速转动。该装置工作时,鱼落到倾斜的传送带上时有沿着传送带向下的初速度,鱼落在传送带上之后运动的图像如图乙所示,已知鱼可以视为质点,重力加速度,,。
(1)求鱼与传送带间的动摩擦因数;
(2)若鱼到达传送带顶端时已与传送带共速,传送带至少多长?
14. 如图所示,固定在竖直平面内的光滑轨道由圆弧轨道、抛物线管道、部分圆弧轨道组成,管道与轨道、分别相切于、两点,轨道最低点的切线水平。若以为坐标原点,沿水平与竖直方向建立轴、轴,管道的轨迹方程为,管道在竖直方向上的投影长,轨道的半径,中点为轨道的最低点。现将质量、可视为质点的小球从轨道某一位置由静止释放,小球经过管道过程中,小球对管道恰好没有相互作用力。已知重力加速度,求:
(1)小球从B运动到的时间;
(2)小球在轨道的释放点与点的高度差;
(3)小球运动到时对圆弧轨道的压力大小。
15. 如图所示,足够长的倾斜平行光滑金属导轨电阻不计,间距,两金属杆、垂直于导轨放置,质量分别为、,接入电路的电阻分别为、,两金属杆正中间用绝缘轻质细绳连接,当在金属杆上施加沿导轨向上的恒力时,两金属杆处于静止状态。空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度大小。已知重力加速度。
(1)在时刻,若撤去恒力,经历时间,求金属杆的速度大小;
(2)在时刻,保持恒力不变,若剪断轻质细绳,求两金属杆稳定后的速度大小;
(3)在(2)问中,若经历时间,两金属杆恰好达到稳定状态,求此时间间隔内金属杆增加的重力势能。
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高考模拟卷·物理
(75分钟100分)
考生须知:
1.本卷侧重:高考评价体系之综合性。
2.本卷怎么考:①考查考生对物理知识的综合应用能力(题15);②考查考生应对物理实验的综合操作能力(题12);③考查考生对物理规律的综合理解能力(题10)。
3.本卷典型情境题:题1、4、5、11。
4.本卷测试范围:高考全部内容。
一、选择题:本题共10小题,共43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,每小题4分;第8~10题有多项符合题目要求,每小题5分,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
【典型情境题】
1. 某微型原子能电池采用镍63同位素衰变技术,利用中国自主研发的第四代金刚石半导体模块制成。镍63的衰变方程为,则粒子为( )
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 正电子
【答案】C
【解析】
【详解】核反应过程中质量数和电荷数守恒,设的质量数和电荷数分别为、,则有,
解得,
因此为电子,核反应方程为
故选C。
2. 如图所示,一梯子斜靠在光滑的竖直墙壁上,下端放在粗糙的水平地面上,某工人站立于梯子上,人与梯子均处于静止状态,则人和梯子组成的系统受力个数为( )
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
【答案】C
【解析】
【详解】将人和梯子视为一个整体,人与梯子之间的作用力为系统内力。系统受到竖直向下的总重力、地面竖直向上的支持力和光滑墙壁水平向右的弹力。由于系统静止,为平衡墙壁的弹力,地面还对梯子有水平向左的静摩擦力,因此系统共受四个外力
故选C。
3. 中国科学家利用“中国天眼”FAST发现迄今为止绕转速度最大的蜘蛛类脉冲星双星系统,该双星系统以两星中心连线上的某点为圆心,做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A. 两星做圆周运动的线速度大小一定相同
B. 两星做圆周运动的向心加速度大小一定相同
C. 两星做圆周运动的半径一定相同
D. 两星做圆周运动的角速度大小一定相同
【答案】D
【解析】
【详解】A.设两星的质量分别为,,圆周运动半径分别为,,角速度均为。双星间的万有引力大小相等,由向心力公式得
解得
由,整理得
两星质量不一定相同,因此两星的线速度大小不一定相同,故A错误;
B.设两星的质量分别为,,圆周运动半径分别为,,角速度均为。双星间的万有引力大小相等,由向心力公式得
解得
由
整理得
两星质量不一定相同,因此两星的向心加速度大小不一定相同,故B错误;
C.设两星的质量分别为,,圆周运动半径分别为,,角速度均为。双星间的万有引力大小相等,由向心力公式得
解得
两星质量不一定相同,因此两星的圆周运动半径不一定相同,故C错误;
D.双星绕共同圆心运动时,两星中心连线在相同时间内转过的角度相同,因此两星做圆周运动的角速度相同,故D正确。
故选D。
【典型情境题】
4. 一列简谐横波沿轴方向传播,波长,介质中某质点的振动图像如图所示,则该波的波速为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】由振动图像可知,振幅为,时质点位于处且向负方向运动。从质点沿负方向通过平衡位置到该状态的相位变化为,经历的时间为,在时质点再次沿负方向通过平衡位置,故
解得
由波速公式有,代入数据得
故选A。
【典型情境题】
5. 如图所示,在水面下深度处水平放置长的细发光条,水对发光条发出的光的折射率,则水面上有光射出区域的面积为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】设光从水射向空气时的临界角为,由全反射临界角公式得
解得,发光条上任一点在水面形成的可出射区域为圆,圆的半径
发光条各点对应圆形区域的圆心位于长为的线段上,其并集由一个长为、宽为的矩形和两个半径为的半圆组成。水面上有光射出的区域面积
故选B。
6. 如图所示,4个质量均为的小物块在水平向右的恒定拉力作用下向右做匀加速直线运动,其中1、2号物块通过轻绳相连,3、4号物块分别水平叠放在1、2号物块上,物块与物块、物块与水平地面之间的动摩擦因数均为。已知重力加速度为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,小物块之间始终保持相对静止,则拉力的最大值为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】当拉力最大时,最大静摩擦力等于滑动摩擦力
对4个物块整体,根据牛顿第二定律
对4号物体,根据牛顿第二定律
解得。
故选C 。
7. 如图所示,平行直边界、区域内分布有磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁场宽度为。将质量为、电荷量为的粒子从位置沿边界向上射入磁场中,速度大小,经历一段时间,粒子从边界上的点(图中没有画出)射出磁场,粒子重力不计,则粒子在磁场中运动的时间为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】粒子进入磁场后,洛伦兹力始终与速度垂直,粒子做匀速圆周运动,根据洛伦兹力提供向心力有
解得
设粒子从点运动到点对应的圆心角为,由几何关系有
解得
因此
粒子做圆周运动的角速度为
粒子在磁场中的运动时间为
解得
故选D。
8. 如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为,已知原线圈两端的电压按图乙所示的正弦规律变化,副线圈接的负载电阻,电表均为理想交流电表。下列说法正确的是( )
A. 原线圈两端电压的瞬时值的表达式是
B. 电流表的示数为0.4A
C. 若负载电阻的阻值减小,电压表的示数减小
D. 若负载电阻的阻值减小,变压器的输入功率增大
【答案】BD
【解析】
【详解】A. 由题图乙可知,原线圈两端电压的瞬时值的表达式为,故A错误; 故,错误;
B. 原线圈两端电压的有效值,由,解得副线圈两端电压的有效值,电流表的示数,故B正确;
CD. 若负载电阻的阻值减小,由,可知副线圈两端电压不变,则电压表的示数不变,变压器的输出功率,负载电阻的阻值减小,则输出功率增大,理想变压器输入功率与输出功率相等,则输入功率变大,故C错误、D正确。
故选BD。
9. 如图所示,直角三角形中,垂直于,,空间内位置处固定有一点电荷(图中没有画出)。若将重力不计、质量为、电荷量为的试探电荷从点以相同的速度大小分别沿和垂直于的方向射出,试探电荷先后沿图中实线轨迹以相同速率分别运动至点与点。下列说法正确的是( )
A. 点电荷带负电
B.
C. 、两点的电场强度大小之比
D. 、两点之间的电势差
【答案】CD
【解析】
【详解】A.沿的轨迹为直线,点电荷所在的点必在直线上;另一条轨迹在点向的反向延长线一侧弯曲,说明电场力指向该侧,故点位于的反向延长线上,试探电荷受到点电荷的吸引。试探电荷带负电,所以带正电,故A错误;
B.两次运动的初、末速率分别相同,由动能定理可知电场力做功相同,因此,两点电势相等。点电荷的等势面为以点为球心的球面,故。由,整理得,又有,在直角三角形中,由,整理得
解得,所以,故B错误;
C.两次运动的初、末速率分别相同,故,结合点位于的反向延长线及,可得,点电荷产生的场强大小与距离的平方成反比,因此,故C正确;
D.试探电荷从点运动到点,根据动能定理有
解得,故D正确。
故选CD。
10. 如图所示,轨道固定在竖直平面内,足够长的水平粗糙轨道与半径为的光滑半圆形轨道在点相切,半圆轨道的圆心处固定一垂直轨道平面的光滑钉子。为的中点,为等边三角形。将原长为的弹性轻绳一端固定在点,另一端连接质量为的小圆环,小圆环恰能在点处于静止状态;若将小圆环套在半圆形轨道上从点由静止释放(弹性绳处于原长),小圆环将沿半圆形轨道越过点。已知重力加速度为,小圆环与水平轨道间的动摩擦因数,弹性轻绳的弹性势能,其中为形变量的大小。下列说法正确的是( )
A. 弹性轻绳的劲度系数为
B. 小圆环沿半圆形轨道下滑至点时,半圆形轨道受到的压力大小为
C. 小圆环越过点后往运动的过程中,轨道对小圆环的弹力减小
D. 小圆环越过点后往运动的过程中,与点的最大距离为
【答案】AD
【解析】
【详解】A.小圆环恰能在点处于静止状态,则有,解得,故A正确;
B.小圆环沿半圆形轨道下滑至点过程,有,在点,有,解得,故B错误;
CD.小圆环越过点后,设弹性轻绳与水平方向的夹角为,则有
其中
解得
则小圆环越过点后往运动的过程中,轨道对小圆环的弹力大小不变,根据能量守恒定律有
解得,故C错误,D项正确。
故选AD。
二、非选择题:本题共5小题,共57分。
【典型情境题】
11. 某实验小组完成“用油膜法估测油酸分子的大小”实验。
(1)该小组进行下列实验操作,请选出需要的实验操作,并将它们按正确的先后顺序排列:F_____(用字母符号表示)。
(2)某次实验中,配制油酸酒精溶液时,油酸酒精溶液的浓度为每溶液中有纯油酸,用注射器测得上述溶液有200滴,则一滴该溶液中纯油酸的体积为_____mL。已知描绘出的一滴油酸酒精溶液形成的单分子层油膜轮廓线内完整的方格有46格,大于半格且小于一格的有14格,小于半格的有8格,每小格的边长为,则油膜的面积为_____。综合上述,油酸分子的直径为_____(保留两位有效数字)。
【答案】(1)BCDE
(2) ①. ②. 240 ③.
【解析】
【小问1详解】
先配制油酸酒精溶液,再向浅盘中倒入水,并在水面均匀撒上痱子粉,然后滴入一滴油酸酒精溶液,待油膜稳定后描出油膜轮廓,因此正确顺序为FBCDE,操作A不需要选择。
【小问2详解】
[1]设油酸在溶液中的体积分数为,每毫升溶液的滴数为,则一滴溶液中纯油酸的体积为
代入已知数据解得
[2]估算油膜面积时,大于半格的方格按一格计算,小于半格的方格舍去,因此计入的方格数为
每个小方格的面积为
油膜的面积为
代入数据解得
[3]将油酸分子视为球形,油膜为单分子层油膜,则油酸分子的直径等于油膜厚度,根据体积公式有
换算为国际单位制分别有,
代入数据解得
12. 某物理小组利用如图甲所示装置精确测量电源内阻、电流表内阻和电压表内阻。
实验操作步骤如下:
①根据电路图连接实物图;
②将单刀双掷开关旋至1,闭合开关,调节滑动变阻器,得到多组电压表和电流表的数据;
③将单刀双掷开关旋至2,闭合开关,调节滑动变阻器,得到多组电压表和电流表的数据;
④将②③数据在同一坐标纸上描点,得到如图乙所示图像。
(1)图乙中,与步骤②中数据对应的图线为_____(选填“AB”或“CD”)。
(2)若图乙中图线与纵、横轴的截距分别为、,图线与纵、横轴的截距分别为、,则电源内阻_____,电流表内阻_____,电压表内阻_____。
(3)为了进一步精确测量滑动变阻器的总电阻,该小组将单刀双掷开关旋至2,滑片调至滑动变阻器最左端,闭合开关,读取电压表、电流表示数分别为、,则_____。
【答案】(1)
(2) ①. ②. ③.
(3)
【解析】
【小问1详解】
将单刀双掷开关旋至1,闭合开关,误差在于电流表的分压,电动势的测量值与真实值相等,内阻的测量值等于电源内阻与电流表内阻之和,大于电源内阻;将单刀双掷开关旋至2,闭合开关,误差在于电压表的分流,电动势的测量值小于真实值,内阻的测量值小于电源内阻,可知,题图乙中,与步骤②中数据对应的图线为。
【小问2详解】
[1] 结合上述,开关旋至1时,图线斜率表示电源内阻与电流表内阻串联后的总电阻,开关旋至2时,图线斜率表示电源内阻与电压表内阻并联后的总电阻,故
[2] [3]由 ,
解得,
【小问3详解】
由
解得
13. 传送带在工业生产中有着巨大的作用,例如可以利用传送带收集鱼虾,原理图如图甲所示,传送带倾角,以速度顺时针匀速转动。该装置工作时,鱼落到倾斜的传送带上时有沿着传送带向下的初速度,鱼落在传送带上之后运动的图像如图乙所示,已知鱼可以视为质点,重力加速度,,。
(1)求鱼与传送带间的动摩擦因数;
(2)若鱼到达传送带顶端时已与传送带共速,传送带至少多长?
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
取沿传送带向上为正方向,由图像可知,鱼向下运动至速度减为零所用时间为,其加速度为
解得
代入数据解得
鱼相对传送带向下运动,所受滑动摩擦力沿传送带向上,根据牛顿第二定律有
解得
代入数据解得
【小问2详解】
鱼先沿传送带向下做匀减速运动,设其速度减为零前的位移大小为,根据速度—位移关系有
解得
代入数据解得
鱼反向后沿传送带向上运动,在其速度小于传送带速度时,滑动摩擦力仍沿传送带向上,加速度大小仍为,设鱼从最低点加速到与传送带共速的位移为,根据速度—位移关系有
解得
代入数据解得
要使传送带长度最小,应使鱼恰好在传送带底端速度减为零,并在到达顶端时恰好与传送带共速,因此
解得
14. 如图所示,固定在竖直平面内的光滑轨道由圆弧轨道、抛物线管道、部分圆弧轨道组成,管道与轨道、分别相切于、两点,轨道最低点的切线水平。若以为坐标原点,沿水平与竖直方向建立轴、轴,管道的轨迹方程为,管道在竖直方向上的投影长,轨道的半径,中点为轨道的最低点。现将质量、可视为质点的小球从轨道某一位置由静止释放,小球经过管道过程中,小球对管道恰好没有相互作用力。已知重力加速度,求:
(1)小球从B运动到的时间;
(2)小球在轨道的释放点与点的高度差;
(3)小球运动到时对圆弧轨道的压力大小。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
小球在管道内与管道无相互作用力,仅受重力,且在点速度沿水平方向,因此小球做平抛运动。
竖直方向有
解得
【小问2详解】
由轨迹方程得
解得
水平方向做匀速直线运动,有
从释放点到点,小球机械能守恒,有
解得
【小问3详解】
小球在点的水平分速度为,竖直分速度大小为。设小球在点的速度与水平方向的夹角为,则,
由于管道与圆弧轨道相切,半径与小球在点的速度方向垂直,故点到点的竖直高度差为,从释放点到点,小球机械能守恒,有
解得
在点,沿竖直向上方向由牛顿第二定律得
解得
根据牛顿第三定律,小球对轨道的压力大小为
15. 如图所示,足够长的倾斜平行光滑金属导轨电阻不计,间距,两金属杆、垂直于导轨放置,质量分别为、,接入电路的电阻分别为、,两金属杆正中间用绝缘轻质细绳连接,当在金属杆上施加沿导轨向上的恒力时,两金属杆处于静止状态。空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度大小。已知重力加速度。
(1)在时刻,若撤去恒力,经历时间,求金属杆的速度大小;
(2)在时刻,保持恒力不变,若剪断轻质细绳,求两金属杆稳定后的速度大小;
(3)在(2)问中,若经历时间,两金属杆恰好达到稳定状态,求此时间间隔内金属杆增加的重力势能。
【答案】(1)
(2),
(3)
【解析】
【小问1详解】
设斜面倾角为,初始时两金属杆均静止,对两金属杆组成的整体沿斜面方向受力分析,根据平衡条件有
代入数据解得,即
撤去恒力后,两杆在绝缘细线约束下以相同的加速度沿斜面向下运动,对两杆整体根据牛顿第二定律有
解得
金属杆cd的速度大小为
代入数据解得
【小问2详解】
剪断绝缘细线后,金属杆ab沿斜面向上运动,金属杆cd沿斜面向下运动,设达到稳定状态时两杆的速度大小分别为、。两杆切割磁感线产生的感应电动势方向相同,回路中的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律有
金属杆cd达到稳定状态时受力平衡,有
解得
恒力与两杆重力沿斜面方向的合力满足,两杆所受安培力大小相等、方向相反,因此两杆组成的系统沿斜面方向动量守恒,有
联立解得,
代入数据解得,
【小问3详解】
设在时间内金属杆ab沿斜面向上运动的位移为,金属杆cd沿斜面向下运动的位移为,回路中感应电流的平均值为。对金属杆cd应用动量定理有
感应电流的平均值为
两杆组成的系统沿斜面方向动量始终守恒,因此有
联立解得
代入数据解得
金属杆ab增加的重力势能为
代入数据解得
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