精品解析:江苏省奔牛高级中学2025-2026学年高二上学期第一次阶段考试物理试卷
2026-08-02
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内容正文:
省奔中高二第一次阶段考试
物理试卷
一、单项选择题:共10题,每题4分,共40分,每小题只有一个选项最符合题意。
1. 关于简谐运动,下列说法正确的是( )
A. 物体在平衡位置时的合外力一定等于零 B. 回复力一定等于物体的合外力
C. 静摩擦力也可以提供物体做简谐运动的回复力 D. 简谐运动的周期等于动能变化的周期
2. 巴黎奥运会上,某举重运动员双手握住重为G的杠铃,迅速下蹲,在下蹲的最低点,运动员迅速伸直双腿和挺直背部,同时双臂用力将杠铃举过头顶,直到手臂完全伸直,杠铃在头顶上方稳定(保持静止),直到裁判员发出白灯信号,才算抓举成功。若杠铃在头顶上方稳定的时间为t,则在该段时间内( )
A. 地面对运动员的冲量为0 B. 运动员对地面的冲量为0
C. 杠铃所受重力的冲量为Gt D. 杠铃的总冲量为Gt
3. 简谐运动是最简单、最基本的振动,弹簧振子是一种典型的简谐运动。如图甲所示是一个以O点为平衡位置的水平方向的弹簧振子,在M、N两点间做简谐运动,图乙为这个弹簧振子的振动图像。下列说法中正确的是( )
A. 弹簧振子受重力、支持力、弹簧的弹力、回复力
B. 时,弹簧振子的位移为
C. 从到的时间内,弹簧振子的动能持续地增加
D. 在与两个时刻,弹簧振子的回复力不相同
4. 市政单位经常使用共振破碎机破碎旧水泥路面,破碎机有专用传感器感应路面的振动,由电脑自动调节锤头的击打频率,使锤头击打水泥路面时,水泥路面局部范围产生共振,从而将水泥路面击碎。下列说法正确的是( )
A. 锤头的击打频率应等于水泥路面的固有频率
B. 锤头的击打频率应大于水泥路面的固有频率
C. 破碎机停止工作后,水泥路面在停止振动前,频率逐渐减小
D. 锤头击打效果仅取决于锤头的振幅,锤头的振幅越大效果越好
5. 如图所示,甲、乙两人静止在光滑的冰面上,甲沿水平方向推了乙一下,结果两人向相反方向滑去。已知甲的质量大于乙的质量,则下列判断正确的是( )
A. 经时间t,甲的位移大于乙的位移
B. 经时间t,甲的动量小于乙的动量
C. 经时间t,甲的动能小于乙的动能
D. 甲、乙两人组成的系统机械能守恒
6. 将一个电动传感器接到计算机上,就可以测量快速变化的力,用这种方法测得的某单摆摆动时悬线上拉力的大小随时间变化的曲线如图所示。某同学由此图线提供的信息做出的下列判断中正确的是( )
A. 时摆球正经过最低点
B. 时摆球动能最大
C. 摆球摆动过程中机械能减少
D. 摆球摆动的周期是
7. 如图(a)所示,质量为的小球放在光滑的水平面上,在界线的左侧始终只受到水平向右的恒力作用,在的右侧始终只受到水平向左的恒力作用。小球从点由静止开始运动,取向右为正方向,运动的图像如图(b)所示,由图可知,下列说法正确的是( )
A.
B. 到的过程中,的冲量大小等于的冲量大小
C. 到的过程中,小球的动量变化为0
D. 到的过程中,的冲量大于的冲量
8. 如图所示,光滑水平地面上质量为的物体以速率向右运动,质量为m的物体Q左端固定有一粒弹簧以速率向左运动。弹簧的形变始终在弹性限度内,在P与弹簧接触到弹簧压缩量最大的过程中,下列说法正确的是( )
A. 弹簧对的冲量大小为
B. 弹簧对的冲量大小为
C. 弹簧对做的功与对做的功相同
D. 当的速度为零时,弹簧的弹性势能最大
9. 如图,水平放置的圆环形窄槽固定在桌面上,槽内有两个大小相同的小球a、b,球b静止在槽中位置P。球a以一定初速度沿槽运动,在位置P与球b发生弹性碰撞,碰后球a反弹,并在位置Q与球b再次碰撞。已知∠POQ=,忽略摩擦,且两小球可视为质点,则a、b两球质量之比为( )
A. 3︰1 B. 1︰3 C. 5︰3 D. 3︰5
10. 如图所示,一轻质弹簧下端固定在光滑斜面底端,时刻,一物块从斜面顶端由静止释放,直至运动到最低点的过程中,物块的动量和加速度随时间加速度随位移变化的关系图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
二、非选择题:共5小题,共60分。其中第11题—第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。
11. 某同学在健身房看到一悬挂的沙袋,于是想用手头的工具测定当地重力加速度该同学将沙袋从最低点移开一小段距离由静止释放,则沙袋的运动可等效为单摆模型,如图甲所示。考虑到悬点很高,不方便测量单摆摆长,但可以改变绳长,进行多次实验。
具体步骤如下:
①用米尺测量沙袋底部距地面距离h;
②用秒表测量沙袋摆动时对应周期T;
③调整绳长得到不同的h,重复步骤①②,正确操作,根据实验记录的数据,绘制如图乙所示的—h图像,横纵轴截距分别为a、b。请回答下列问题:
(1)该实验中__________(选填“需要”或“不需要”)测出沙袋的质量。
(2)测量沙袋运动周期时,待摆动稳定后,自沙袋经过________(选填“最高”或“最低”)点时记为1次并用秒表开始计时,此后沙袋每经过该点一次计数一次,计数到50时,停表的读数为t,则摆的振动周期T=________。(用t表示)。
(3)由—h图像可得当地的重力加速度g=________(用字母、a、b表示)
(4)考虑到沙袋形状不规则,有同学认为应该从沙袋重心往地面测高度h,但由于重心没有办法确定,实际操作是从沙袋底部到地面测h,该做法测重力加速度的测量值________真实值。(选填“大于”、“小于”或“等于”)
12. 如图所示,轻弹簧上端固定,下端连接质量为的小钢球。现用手把球向上托起,使球从弹簧原长处由静止释放,小球将沿竖直方向上下振动,弹簧始终处于弹性限度范围内,不计空气阻力。已知弹簧劲度系数为,小球经过时间第一次达到最大速度,最大速度大小为,重力加速度为。求:
(1)小球做简谐运动的振幅和周期
(2)自静止释放到第一次达到最大速度的过程中,回复力对小球的冲量。
13. 如图,轻绳上端固定在点,下端将质量的小球悬挂在点。质量的玩具子弹以的速度射向小球,与小球碰撞后,又以的速度弹回。已知绳长为取,不计空气阻力及小球大小。求:
(1)碰撞后瞬间小球达到的速度。
(2)碰撞后,小球向右摆动到最高点时相对于A点的高度
(3)从碰撞后瞬间开始计时,小球经过多长时间第一次回到点。
14. 如图所示,足够大的光滑水平桌面上,劲度系数为的轻弹簧一端固定在桌面左端,另一端与小球拴接。开始时,小球用细线跨过光滑的定滑轮连接小球,桌面上方的细线与桌面平行,系统处于静止状态,此时小球的位置记为两小球质量均为。现用外力缓慢推小球至弹簧原长后释放,小球一起做简谐运动。重力加速度为,空气阻力不计,弹簧始终在弹性限度内。求:
(1)释放瞬间小球的加速度大小;
(2)简谐运动过程中,细线中最大张力;
(3)若小球向右运动至最远点时细线断裂,之后小球做简谐运动的最大速度。
15. 如图所示,光滑水平地面上放置一个如图所示形状的木质凹面体,其左侧部分为半径为的四分之一圆弧,右侧部分水平且足够长。上的某处静置一个质量为的小物块,另一质量为的光滑小球从圆弧面的顶部处静止释放,当小球运动至圆弧面的最低点处时,凹面体恰与左侧的竖直墙壁相碰,碰后便被墙上所涂的材料牢牢地粘住。凹面体的质量为,物块与面的动摩擦因数为0.5,在凹面体的运动过程中,小物块与凹面体保持相对静止,且物块每次被小球碰前都已经减速为零,小球和物块间的碰撞都是弹性碰撞,重力加速度。
(1)小球释放前,凹面体与墙面的距离;
(2)小球第一次到处时,凹面体的速度大小;
(3)为保证物块不从端掉落,物块的初始静置位置离点的最短距离是多少?
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省奔中高二第一次阶段考试
物理试卷
一、单项选择题:共10题,每题4分,共40分,每小题只有一个选项最符合题意。
1. 关于简谐运动,下列说法正确的是( )
A. 物体在平衡位置时的合外力一定等于零 B. 回复力一定等于物体的合外力
C. 静摩擦力也可以提供物体做简谐运动的回复力 D. 简谐运动的周期等于动能变化的周期
【答案】C
【解析】
【详解】A.平衡位置是回复力为零的位置,合外力不一定为零,如单摆在平衡位置时存在指向圆心的向心力,合外力不为零,故A错误;
B.回复力可能是合外力的一个分力,如单摆的回复力是重力的切向分量,合外力还包含法向的向心力分量,二者不相等,故B错误;
C.静摩擦力可以提供回复力,如随水平振动的平板一起做简谐运动的物体,其回复力由平板施加的静摩擦力提供,故C正确;
D.简谐运动中动能是标量,每经过半个周期动能就完成一次从最大到零再到最大的完整变化,因此动能变化的周期为简谐运动周期的一半,故D错误。
故选C。
2. 巴黎奥运会上,某举重运动员双手握住重为G的杠铃,迅速下蹲,在下蹲的最低点,运动员迅速伸直双腿和挺直背部,同时双臂用力将杠铃举过头顶,直到手臂完全伸直,杠铃在头顶上方稳定(保持静止),直到裁判员发出白灯信号,才算抓举成功。若杠铃在头顶上方稳定的时间为t,则在该段时间内( )
A. 地面对运动员的冲量为0 B. 运动员对地面的冲量为0
C. 杠铃所受重力的冲量为Gt D. 杠铃的总冲量为Gt
【答案】C
【解析】
【详解】AB.地面对运动员的支持力的冲量
IN=Nt
则地面对运动员的冲量不为0,根据牛顿第三定律,运动员对地面有压力,同理运动员对地面的冲量不为0,故AB错误;
C.重力的冲量
IG=Gt
故C正确;
D.杠铃的合力为0,所以杠铃的总冲量为0,故D错误。
故选C。
3. 简谐运动是最简单、最基本的振动,弹簧振子是一种典型的简谐运动。如图甲所示是一个以O点为平衡位置的水平方向的弹簧振子,在M、N两点间做简谐运动,图乙为这个弹簧振子的振动图像。下列说法中正确的是( )
A. 弹簧振子受重力、支持力、弹簧的弹力、回复力
B. 时,弹簧振子的位移为
C. 从到的时间内,弹簧振子的动能持续地增加
D. 在与两个时刻,弹簧振子的回复力不相同
【答案】D
【解析】
【详解】A.回复力是指振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力。回复力是效果力,受力分析时不考虑效果力,故A错误;
B.弹簧振子在水平方向上做简谐运动,由图乙可得周期
位移x随时间t变化的关系为
当时,弹簧振子的位移为。故B错误;
C.从到的时间内,弹簧振子远离平衡位置,速度减小,由可知动能减小,故C错误;
D.在与两个时刻,位移大小相等,方向相反,所以回复力的大小相等,方向相反,即回复力不相同,故D正确。
故选D。
4. 市政单位经常使用共振破碎机破碎旧水泥路面,破碎机有专用传感器感应路面的振动,由电脑自动调节锤头的击打频率,使锤头击打水泥路面时,水泥路面局部范围产生共振,从而将水泥路面击碎。下列说法正确的是( )
A. 锤头的击打频率应等于水泥路面的固有频率
B. 锤头的击打频率应大于水泥路面的固有频率
C. 破碎机停止工作后,水泥路面在停止振动前,频率逐渐减小
D. 锤头击打效果仅取决于锤头的振幅,锤头的振幅越大效果越好
【答案】A
【解析】
【详解】A.当锤头的击打频率等于水泥路面的固有频率时,系统发生共振,振幅最大,破碎效果最佳,故A正确;
B.若击打频率大于固有频率,无法达到共振条件,破碎效果减弱,故B错误;
C.破碎机停止后,水泥路面因阻尼振动逐渐停止,但其振动频率始终等于固有频率,不会逐渐减小,故C错误;
D.击打效果不仅与振幅有关,还需满足频率匹配条件,仅增大振幅而频率不匹配时效果不佳,故D错误。
故选A。
5. 如图所示,甲、乙两人静止在光滑的冰面上,甲沿水平方向推了乙一下,结果两人向相反方向滑去。已知甲的质量大于乙的质量,则下列判断正确的是( )
A. 经时间t,甲的位移大于乙的位移
B. 经时间t,甲的动量小于乙的动量
C. 经时间t,甲的动能小于乙的动能
D. 甲、乙两人组成的系统机械能守恒
【答案】C
【解析】
【详解】甲乙组成的系统水平方向受合外力为零,则系统动量守恒,则
因
可知
经时间t,甲的位移小于乙的位移;根据
可知
甲、乙相互推开时,人消耗本身的生物能,则两人组成的系统机械能增加。
故选C。
6. 将一个电动传感器接到计算机上,就可以测量快速变化的力,用这种方法测得的某单摆摆动时悬线上拉力的大小随时间变化的曲线如图所示。某同学由此图线提供的信息做出的下列判断中正确的是( )
A. 时摆球正经过最低点
B. 时摆球动能最大
C. 摆球摆动过程中机械能减少
D. 摆球摆动的周期是
【答案】C
【解析】
【详解】A.摆球经过最低点时,拉力最大,在0.5s时,拉力最小,所以此时摆球不是经过最低点,是在最高点,故A错误;
B.摆球经过最低点时,拉力最大,在1.1s时,拉力最小,所以此时摆球不是经过最低点,是在最高点,此时速度最小,动能最小,故B错误;
C.根据牛顿第二定律知,在最低点
则
在最低点的拉力逐渐减小,知是阻尼振动,机械能减小,故C正确;
D.在一个周期内摆球两次经过最低点,根据图象知周期:
故D错误。
故选C。
7. 如图(a)所示,质量为的小球放在光滑的水平面上,在界线的左侧始终只受到水平向右的恒力作用,在的右侧始终只受到水平向左的恒力作用。小球从点由静止开始运动,取向右为正方向,运动的图像如图(b)所示,由图可知,下列说法正确的是( )
A.
B. 到的过程中,的冲量大小等于的冲量大小
C. 到的过程中,小球的动量变化为0
D. 到的过程中,的冲量大于的冲量
【答案】B
【解析】
【详解】A.根据图像,水平向右的恒力作用下物体的加速度的大小大于水平向左的恒力作用下物体的加速度的大小,根据牛顿第二定律可知,A错误;
B.研究0~5s的过程,根据动量定理可知,合外力的冲量等于小球动量的变化,该过程初末速度为0,则合力的冲量为0,即与的冲量大小相等,B正确;
C.研究0~2s的过程,初动量为0,末动量为,则动量变化
C错误;
D.到的过程中,初动量为0,末动量为,则动量变化
的冲量小于的冲量,D错误。
故选B。
8. 如图所示,光滑水平地面上质量为的物体以速率向右运动,质量为m的物体Q左端固定有一粒弹簧以速率向左运动。弹簧的形变始终在弹性限度内,在P与弹簧接触到弹簧压缩量最大的过程中,下列说法正确的是( )
A. 弹簧对的冲量大小为
B. 弹簧对的冲量大小为
C. 弹簧对做的功与对做的功相同
D. 当的速度为零时,弹簧的弹性势能最大
【答案】A
【解析】
【详解】A.当P、Q共速时弹簧的压缩量最大,弹簧的弹性势能最大。规定水平向左为正方向,由动量守恒定律得
对P由动量定理得
联立解得
故A正确;
B.规定水平向左为正方向,对Q物体,由动量定理,弹簧对的冲量
联立以上解得
故弹簧对的冲量大小为,故B错误;
C.由动能定理可得弹簧对P做的功为
弹簧对Q做的功为
故C错误;
D.由A选项分析可知,PQ共速时,弹簧的弹性势能最大,故D错误。
故选A。
9. 如图,水平放置的圆环形窄槽固定在桌面上,槽内有两个大小相同的小球a、b,球b静止在槽中位置P。球a以一定初速度沿槽运动,在位置P与球b发生弹性碰撞,碰后球a反弹,并在位置Q与球b再次碰撞。已知∠POQ=,忽略摩擦,且两小球可视为质点,则a、b两球质量之比为( )
A. 3︰1 B. 1︰3 C. 5︰3 D. 3︰5
【答案】D
【解析】
【详解】由动量守恒可知,碰后两球的速度方向相反,且在相同时间内,b球运动的弧长为a球运动的弧长为3倍,则有
由动量守恒定律有
由能量守恒有
联立解得
故ABC错误,D正确。
故选D。
10. 如图所示,一轻质弹簧下端固定在光滑斜面底端,时刻,一物块从斜面顶端由静止释放,直至运动到最低点的过程中,物块的动量和加速度随时间加速度随位移变化的关系图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】CD.在接触弹簧前,物块的速度v随着时间均匀增加,接触弹簧后,在达到最大速度前,做加速度减小的加速运动,达到最大速度后,做加速度增大的减速运动,直到停止。
在接触弹簧前,加速度恒定,刚接触弹簧的加速度大小为
达到最大速度后,设此时弹簧的型变量为,有
解得
设物块与弹簧接触前运动了,物块从释放到运动到最低点的过程有
整理得
有
因此
故CD错误;
A.因p-t图像的斜率等于合外力,物块在与弹簧解除前做匀加速运动,则
p=mgsinθt
则p-t图像为直线;落到弹簧上后,先是重力的下滑分力大于弹力,随小球下落,合外力减小,则加速度减小,小球向下做加速度减小的加速运动,当重力的下滑分力等于弹力时,合外力为零,加速度为零,速度最大,动量最大;然后弹力大于重力的下滑分力,合外力向上增加,则小球做加速度增加的减速运动,动量减小,则图像A正确;
B.物块在与弹簧接触前做匀加速运动,则
可见开始时p与x不是线性关系,B错误。
故选A。
二、非选择题:共5小题,共60分。其中第11题—第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。
11. 某同学在健身房看到一悬挂的沙袋,于是想用手头的工具测定当地重力加速度该同学将沙袋从最低点移开一小段距离由静止释放,则沙袋的运动可等效为单摆模型,如图甲所示。考虑到悬点很高,不方便测量单摆摆长,但可以改变绳长,进行多次实验。
具体步骤如下:
①用米尺测量沙袋底部距地面距离h;
②用秒表测量沙袋摆动时对应周期T;
③调整绳长得到不同的h,重复步骤①②,正确操作,根据实验记录的数据,绘制如图乙所示的—h图像,横纵轴截距分别为a、b。请回答下列问题:
(1)该实验中__________(选填“需要”或“不需要”)测出沙袋的质量。
(2)测量沙袋运动周期时,待摆动稳定后,自沙袋经过________(选填“最高”或“最低”)点时记为1次并用秒表开始计时,此后沙袋每经过该点一次计数一次,计数到50时,停表的读数为t,则摆的振动周期T=________。(用t表示)。
(3)由—h图像可得当地的重力加速度g=________(用字母、a、b表示)
(4)考虑到沙袋形状不规则,有同学认为应该从沙袋重心往地面测高度h,但由于重心没有办法确定,实际操作是从沙袋底部到地面测h,该做法测重力加速度的测量值________真实值。(选填“大于”、“小于”或“等于”)
【答案】(1)不需要 (2) ①. 最低 ②.
(3)
(4)等于
【解析】
【小问1详解】
由于沙袋质量与单摆周期无关,故不需要测出沙袋的质量
【小问2详解】
[1][2]为减小误差,应在沙袋经过最低点时用秒表开始计时,沙袋两次经过最低点为一个周期,则计数到50时,经历了个周期,则摆动周期
【小问3详解】
设悬点到地面高度为,则
化简得
即
解得
【小问4详解】
虽然我们测得是沙袋底部到地面的距离,但是不影响图像斜率,故不影响重力加速度的测量值。
12. 如图所示,轻弹簧上端固定,下端连接质量为的小钢球。现用手把球向上托起,使球从弹簧原长处由静止释放,小球将沿竖直方向上下振动,弹簧始终处于弹性限度范围内,不计空气阻力。已知弹簧劲度系数为,小球经过时间第一次达到最大速度,最大速度大小为,重力加速度为。求:
(1)小球做简谐运动的振幅和周期
(2)自静止释放到第一次达到最大速度的过程中,回复力对小球的冲量。
【答案】(1),
(2)
【解析】
【小问1详解】
由题可知弹簧的劲度系数为,小球在平衡位置时弹簧伸长量为,此时受力平衡,有
解得,
小球从弹簧原长处释放,故小球简谐运动的振幅
小球从最高点到最大速度(即平衡位置)的时间为个周期,故小球做简谐运动的周期
【小问2详解】
对静止释放到第一次达到最大速度的过程中运用动量定理可得
则
13. 如图,轻绳上端固定在点,下端将质量的小球悬挂在点。质量的玩具子弹以的速度射向小球,与小球碰撞后,又以的速度弹回。已知绳长为取,不计空气阻力及小球大小。求:
(1)碰撞后瞬间小球达到的速度。
(2)碰撞后,小球向右摆动到最高点时相对于A点的高度
(3)从碰撞后瞬间开始计时,小球经过多长时间第一次回到点。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
以水平向右为正方向,子弹和小球组成的系统动量守恒
解得
【小问2详解】
碰撞后,小球向右摆动到最高点,由机械能守恒定律
解得最高点相对于点的高度
【小问3详解】
由于最高点的高度和绳长相比,所以小球被碰撞后的运动属于单摆运动,由单摆周期公式,
解得
所以从碰撞后,小球第一次回到点所需时间
14. 如图所示,足够大的光滑水平桌面上,劲度系数为的轻弹簧一端固定在桌面左端,另一端与小球拴接。开始时,小球用细线跨过光滑的定滑轮连接小球,桌面上方的细线与桌面平行,系统处于静止状态,此时小球的位置记为两小球质量均为。现用外力缓慢推小球至弹簧原长后释放,小球一起做简谐运动。重力加速度为,空气阻力不计,弹簧始终在弹性限度内。求:
(1)释放瞬间小球的加速度大小;
(2)简谐运动过程中,细线中最大张力;
(3)若小球向右运动至最远点时细线断裂,之后小球做简谐运动的最大速度。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
在弹簧原长处释放,对整体受力分析可得
解得
【小问2详解】
静止于点平衡时
组成的简谐振动中,振幅为
由对称性,小球向右运动至最远点时,对有
对有
联立解得
【小问3详解】
细线断裂后球单独做简谐振动,振幅变为
小球到达平衡位置时速度最大,根据能量守恒定律有
解得
15. 如图所示,光滑水平地面上放置一个如图所示形状的木质凹面体,其左侧部分为半径为的四分之一圆弧,右侧部分水平且足够长。上的某处静置一个质量为的小物块,另一质量为的光滑小球从圆弧面的顶部处静止释放,当小球运动至圆弧面的最低点处时,凹面体恰与左侧的竖直墙壁相碰,碰后便被墙上所涂的材料牢牢地粘住。凹面体的质量为,物块与面的动摩擦因数为0.5,在凹面体的运动过程中,小物块与凹面体保持相对静止,且物块每次被小球碰前都已经减速为零,小球和物块间的碰撞都是弹性碰撞,重力加速度。
(1)小球释放前,凹面体与墙面的距离;
(2)小球第一次到处时,凹面体的速度大小;
(3)为保证物块不从端掉落,物块的初始静置位置离点的最短距离是多少?
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
小球、凹面体、物块的质量分别为
小球从运动到处过程,小球与凹面体在水平方向的位移如下图所示
由图可知
小球与凹面体、物块组成的系统水平方向动量守恒,水平方向的位移满足
代入数据可得
【小问2详解】
设小球第一次运动至处的速度为,凹面体和物块的速度为。小球从运动到处过程,小球与凹面体、物块组成的系统水平方向动量守恒,取水平向右为正方向,则有
由能量守恒则有
代入数据可得,
【小问3详解】
凹面体与墙壁相碰就固定,小球以速度向右运动,物块向左匀减速运动到速度为零后,两者发生弹性碰撞。设物块向左运动的最大距离为,由动能定理得
解得
小球的质量小于物块的质量,碰后小球反弹,物块向右做匀减速直线运动直到速度减为零,小球光滑,反弹后做匀速直线运动,运动到圆弧面后做减速运动,速度减为零,然后下滑,运动到水平面与物块再发生弹性碰撞,再重复前面的运动,小球与物块每碰撞一次小球的速度减小一次,多次碰撞后,小球和物块的速度为零,由能量守恒可知,小球开始的动能全部转化为热量,则有
代入数据可得
物块的初始静置位置离点的最短距离为
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