内容正文:
文山市第一中学高二年级12月月考
物理试卷
本试卷共4页,共15题,全卷满分100分,考试用时75分钟。
注意事项:
1.答题前,考生务必用黑色碳素笔将自己的姓名、学校、班级、考场号、座位号在答题卡上填写清楚,并将条形码准确粘贴在条形码区域内。
2.选择题的作答:每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案标号,写在试卷、草稿纸和答题卡的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答:用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内,写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
一、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,每小题4分;第8-10题有多项符合题目要求,每小题6分,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。
1. 龙龙高速铁路龙武段由古田会址站至武平站(龙岩站至古田会址站段利用既有赣瑞龙铁路),全长64.829千米,设3座车站,设计速度250千米/小时,武平站至龙岩站最短只要45分钟。下列说法正确的是( )
A. 45分钟是指时刻
B. 250千米/小时是指瞬时速率
C. 全长64.829千米指的是位移
D. 研究高铁列车完全通过短隧道的时间,列车可看成质点
2. 污水中的污泥絮体经处理后带负电,可利用电泳技术对其进行沉淀去污,基本原理如图所示。涂有绝缘层的金属圆盘和金属棒分别接电源正、负极,金属圆盘置于底部、金属棒插入污水中,形成如图所示的电场分布,其中实线为电场线,虚线为等势面。M点和N点在同一电场线上,M点和P点在同一等势面上,则( )
A. N点的电势比P点的低
B. N点的电场强度比P点的大
C. 污泥絮体在N点的电势能比其在P点的大
D. 污泥絮体从M点移到N点,电场力对其做正功
3. 把一个电荷量为q的试探电荷放在电场中的P点,测得P点的电场强度为E,电场强度的方向向东,已知q为正值,则( )
A. 若在P点不放电荷,则P点的电场强度等于零
B. 电场强度的大小与该试探电荷的电荷量q成正比
C. 若把电荷量为的试探电荷放在P点,则P点的电场强度仍为E,电场强度的方向仍向东
D. 若把电荷量为+2q的点电荷放在P点,则P点的电场强度为2E,电场强度的方向向东
4. 如图所示,线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上,下列说法正确的是( )
A. 闭合开关瞬间,线圈M和线圈P相互吸引
B. 闭合开关,达到稳定后,电流表的示数为0
C. 断开开关瞬间,流过电流表的电流方向由a到b
D. 断开开关瞬间,线圈P中感应电流的磁场方向向左
5. 随着时代的进步,机器人已经成为现实生活中十分常见的事物,为人们的工作生活提供了极大便利。图甲所示的送餐用智能机器人在送餐中沿餐厅走廊运动,图乙是该机器人运动的位移时间图像(10~25s的图线为曲线,其余为直线,15s末图像斜率为0)。下列说法正确的是( )
A. 机器人在0~15s内的平均速度大小为
B. 机器人在15~25s内做曲线运动
C. 机器人在0~25s内图像的面积表示位移
D. 机器人在0~10s内做匀速直线运动
6. 如图所示,一带电小球N用绝缘柄固定不动,再将一个质量为m,电荷量为的带正电小球M用一根不可伸长的轻质绝缘丝线悬挂起来,悬点O在小球N的正上方高度H处,当丝线与竖直方向夹角为时,小球M静止,此时M、N两球连线与丝线OM垂直。重力加速度为g,静电力常量为k,两球均可视为点电荷,下列说法正确的是( )
A. 小球N带负电 B. 小球M受到的库仑力的大小为
C. 小球M所在处的电场强度的大小为 D. 小球N的电荷量为
7. 如图所示,重10N的滑块在倾角为30°的斜面上,从a点由静止下滑,到b点接触到一个轻弹簧。滑块压缩弹簧到c点开始弹回,返回b点离开弹簧,最后又回到a点,已知ab=0.8m,bc=0.4m,那么在整个过程中( )
A. 弹簧弹性势能的最大值是6J
B. 滑块动能的最大值是6J
C. 从b到c弹簧的弹力对滑块做的功是6J
D. 滑块在整个过程机械能守恒
8. 如图所示,卫星从圆轨道Ⅰ变轨至椭圆轨道Ⅱ,再变轨至圆轨道Ⅲ,下列说法正确的是( )
A. 在轨道Ⅱ上A点的速度大于轨道Ⅰ上A点的速度
B. 在轨道Ⅱ上B点的加速度小于轨道Ⅲ上B点的加速度
C. 卫星在轨道Ⅲ的运行周期大于轨道Ⅱ的运行周期
D. 从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ需在A点减速
9. 如图所示,平行金属板中带电质点处于静止状态,电流表和电压表均为理想电表,当滑动变阻器的滑片向端移动时,则( )
A. 带电质点将向上运动 B. 电压表示数减小,电流表示数减小
C. 上消耗的功率减小 D. 电源内阻消耗功率增大
10. 如图所示,在竖直平面内有水平向右、电场强度大小的匀强电场,在匀强电场中有一根长的绝缘细线,细线一端固定在O点,另一端系一质量为0.08kg的带电小球,小球静止时悬线与竖直方向的夹角为37°。现给小球一初速度,使小球恰能绕O点在竖直平面内做完整的圆周运动。设小球静止时的位置为电势能和重力势能零点,,,g取,则小球( )
A. 所带电荷量
B. 电势能的最大值为1.92J
C. 在运动过程中,小球的最小速度为
D. 在运动过程中,在圆形轨道的最右端点时小球的机械能最小
二、非选择题∶本题共5题,共54分。其中第13题-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. 某同学用如图甲所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验,小车后面固定一条纸带,穿过打点计时器,细线一端连着小车,力传感器与滑轮间的轻绳与长木板平行。
(1)实验前,把木板的一侧垫高,调节木板倾斜度,使小车不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动,调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行,实验条件________(填“需要”或“不需要”)钩码与动滑轮的总质量远小于小车的质量;
(2)该同学在验证加速度与力的关系时,改变钩码的质量,同时_______(填“改变”或“不改变”)长木板的倾角;
(3)该同学根据实验数据作出了小车的加速度a与拉力传感器示数F的关系图像如图乙所示,图像不过原点的原因是_________________。
12. 某同学测量某电源的电动势和内阻,提供下列仪器:
A.待测电源(电动势E约为4V,内阻r约为180Ω)
B.毫安表(量程5mA,内阻为Rg=80Ω)
C.电压表V1(量程4V,内阻约5kΩ)
D.电压表V2(量程40V,内阻约500Ω)
E.电阻箱R0(0~999.9Ω)
F.滑动变阻器R(0~1000Ω)
G.开关、导线若干。
(1)为尽量减小实验误差,实验中电压表选择_________;(填写元件的字母代号)
(2)由于毫安表的量程太小,该同学用电阻箱R0与毫安表并联,使其量程变为25mA,需要将电阻箱R0的电阻调为20Ω;
(3)用改装后的电流表完成实验,应该选择的实验电路是图中的______(填“甲”或“乙”);
(4)根据实验数据画出U-I图线如图丙所示。由图线可知电源的电动势E=___V,内电阻r=____Ω。(结果均保留三位有效数字)
13. 我国运动员闫文港在2022北京冬奥会获得男子钢架雪车比赛铜牌,实现该项目的历史性突破,图甲为闫文港比赛画面。已知赛道由起跑区、出发区、滑行区及减速区四个区段组成,图乙中AB为起跑区,BC为出发区,AB赛段水平,BC赛段与水平面夹角θ=5°。若运动员推着雪车从A点由静止出发,以3m/s2的加速度匀加速跑到B点时速度大小为9m/s,接着快速俯卧到雪车上沿BC下滑,到达C点时速度为12m/s。已知BC长45m,g取10m/s2,sin5°=0.09,cos5°=1,不计空气阻力,求:
(1)起跑区AB的长度L:
(2)雪车与冰面间的动摩擦因数μ。
14. 如图所示,AB为竖直光滑圆弧轨道的直径,其半径R=0.4m,A端切线水平,水平轨道BC与半径r=0.2m的光滑圆弧轨道CD相接于C点,D为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道CD对应的圆心角。一质量为M=1kg的小球(视为质点)从水平轨道上某点以某一速度冲上竖直圆轨道AB,并从A点飞出,经过C点恰好沿切线进入圆弧轨道CD,取(sin53°=0.8,cos53°=0.6),求:
(1)小球从A点飞出的速度大小;
(2)小球在A点对圆弧轨道的压力大小F;
(3)小球在C点受到的支持力的大小FC。
15. 如图,长度均为l的两块挡板竖直相对放置,间距也为l,两挡板上边缘P和M处于同一水平线上,在该水平线的上方区域有方向竖直向下的匀强电场,电场强度未知,电场中的O点与P点水平距离也为l;两挡板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。一质量为m,电荷量为q(q>0)的粒子自P点电场中O点以大小为v0的速度水平向右发射,恰好从P点处射入磁场,从两挡板下边缘Q和N之间射出磁场,运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知粒子射入磁场时的速度方向与PQ的夹角为60°,不计重力。求:
(1)求电场强度的大小E;
(2)求磁感应强度B的大小取值范围。
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文山市第一中学高二年级12月月考
物理试卷
本试卷共4页,共15题,全卷满分100分,考试用时75分钟。
注意事项:
1.答题前,考生务必用黑色碳素笔将自己的姓名、学校、班级、考场号、座位号在答题卡上填写清楚,并将条形码准确粘贴在条形码区域内。
2.选择题的作答:每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案标号,写在试卷、草稿纸和答题卡的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答:用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内,写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
一、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,每小题4分;第8-10题有多项符合题目要求,每小题6分,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。
1. 龙龙高速铁路龙武段由古田会址站至武平站(龙岩站至古田会址站段利用既有赣瑞龙铁路),全长64.829千米,设3座车站,设计速度250千米/小时,武平站至龙岩站最短只要45分钟。下列说法正确的是( )
A. 45分钟是指时刻
B. 250千米/小时是指瞬时速率
C. 全长64.829千米指的是位移
D. 研究高铁列车完全通过短隧道的时间,列车可看成质点
【答案】B
【解析】
【详解】A.45分钟是运行时间,是时间间隔,故A错误;
B.250千米/小时是指运行过程中的最高瞬时速率,故B正确;
C.全长64.829千米指的是运行轨迹长度,表示路程,故C错误;
D.隧道较短的话,列车长度不可以忽略不计,故研究高铁列车完全通过短隧道的时间,列车不可看成质点,故D错误。
故选B。
2. 污水中的污泥絮体经处理后带负电,可利用电泳技术对其进行沉淀去污,基本原理如图所示。涂有绝缘层的金属圆盘和金属棒分别接电源正、负极,金属圆盘置于底部、金属棒插入污水中,形成如图所示的电场分布,其中实线为电场线,虚线为等势面。M点和N点在同一电场线上,M点和P点在同一等势面上,则( )
A. N点的电势比P点的低
B. N点的电场强度比P点的大
C. 污泥絮体在N点的电势能比其在P点的大
D. 污泥絮体从M点移到N点,电场力对其做正功
【答案】D
【解析】
【详解】A.根据沿着电场线方向电势降低可知N点的电势比M点的高,又M点和P点在同一等势面上,则N点的电势比P点的高,故A错误;
B.根据电场线的疏密程度可知N点的电场强度比P点的小,故B错误;
C.污泥絮体经处理后带负电,N点的电势比P点的高,可知污泥絮体在N点的电势能比其在P点的小,故C错误;
D.M点的电势比N点的低,污泥絮体带负电,根据可知污泥絮体在M点的电势能比在N点的电势能大,污泥絮体从M点移到N点,电势能减小,电场力对其做正功,故D正确。
故选D。
3. 把一个电荷量为q的试探电荷放在电场中的P点,测得P点的电场强度为E,电场强度的方向向东,已知q为正值,则( )
A. 若在P点不放电荷,则P点的电场强度等于零
B. 电场强度的大小与该试探电荷的电荷量q成正比
C. 若把电荷量为的试探电荷放在P点,则P点的电场强度仍为E,电场强度的方向仍向东
D. 若把电荷量为+2q的点电荷放在P点,则P点的电场强度为2E,电场强度的方向向东
【答案】C
【解析】
【详解】A.电场强度由电场本身决定,与是否放置试探电荷无关,若在P点不放电荷,则P点的电场强度仍为E,故A错误;
B.电场强度由电场本身决定,电场强度的大小与该试探电荷的电荷量q无关,故B错误;
C.电场强度由电场本身决定,若把电荷量为的试探电荷放在P点,则P点的电场强度仍为E,电场强度的方向仍向东,故C正确;
D.电场强度由电场本身决定,若把电荷量为+2q的点电荷放在P点,则P点的电场强度仍为E,电场强度的方向仍向东,故D错误。
故选C。
4. 如图所示,线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上,下列说法正确的是( )
A. 闭合开关瞬间,线圈M和线圈P相互吸引
B. 闭合开关,达到稳定后,电流表的示数为0
C. 断开开关瞬间,流过电流表的电流方向由a到b
D. 断开开关瞬间,线圈P中感应电流的磁场方向向左
【答案】B
【解析】
【详解】A.闭合开关瞬间,线圈P中感应电流的磁场与线圈M中电流的磁场方向相反,由楞次定律可知,二者相互排斥,故A错误;
B.闭合开关,达到稳定后,通过线圈P的磁通量保持不变,则感应电流为零,电流表的示数为零,故B正确;
CD.断开开关瞬间,通过线圈P的磁场方向向右,磁通量减小,由楞次定律可知感应电流的磁场方向向右,因此流过电流表的感应电流方向由b到a,故CD错误。
故选B。
5. 随着时代的进步,机器人已经成为现实生活中十分常见的事物,为人们的工作生活提供了极大便利。图甲所示的送餐用智能机器人在送餐中沿餐厅走廊运动,图乙是该机器人运动的位移时间图像(10~25s的图线为曲线,其余为直线,15s末图像斜率为0)。下列说法正确的是( )
A. 机器人在0~15s内的平均速度大小为
B. 机器人在15~25s内做曲线运动
C. 机器人在0~25s内图像的面积表示位移
D. 机器人在0~10s内做匀速直线运动
【答案】A
【解析】
【详解】A.机器人在0~15s内的平均速度大小为,故A正确;
B.图像只能描述直线运动,所以机器人在15~25s内做直线运动,故B错误;
C.机器人在0~25s内的位移0,机器人在0~25s内图像的面积不是表示位移,故C错误;
D.根据图像的斜率表示速度,可知机器人在0~5s内做匀速直线运动,5~10s内做匀速直线运动,0~5s内的速度小于5~10s内的速度,故D错误。
故选A。
6. 如图所示,一带电小球N用绝缘柄固定不动,再将一个质量为m,电荷量为的带正电小球M用一根不可伸长的轻质绝缘丝线悬挂起来,悬点O在小球N的正上方高度H处,当丝线与竖直方向夹角为时,小球M静止,此时M、N两球连线与丝线OM垂直。重力加速度为g,静电力常量为k,两球均可视为点电荷,下列说法正确的是( )
A. 小球N带负电 B. 小球M受到的库仑力的大小为
C. 小球M所在处的电场强度的大小为 D. 小球N的电荷量为
【答案】D
【解析】
【详解】A.M球带正电,由题意可知,M、N间存在库仑斥力,则N球也带正电,故A错误;
B.对M球,由平衡条件可得,受到的库仑力大小为,故B错误;
C.由场强定义可得,小球M所在处的电场强度的大小为,故C错误;
D.由库仑定律可知,M、N两球间的库仑力可表示为,联立解得,故D正确。
故选D。
7. 如图所示,重10N的滑块在倾角为30°的斜面上,从a点由静止下滑,到b点接触到一个轻弹簧。滑块压缩弹簧到c点开始弹回,返回b点离开弹簧,最后又回到a点,已知ab=0.8m,bc=0.4m,那么在整个过程中( )
A. 弹簧弹性势能的最大值是6J
B. 滑块动能的最大值是6J
C. 从b到c弹簧的弹力对滑块做的功是6J
D. 滑块在整个过程机械能守恒
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】A.由于滑块又返回a点,故斜面是光滑的,到c点时,弹簧的弹性势能最大,此时滑块的重力势能完全转化为弹簧的弹性势能,即
选项A正确;
B.弹簧推动物块上升时,弹性势能转化为物块的机械能,整个过程的系统机械能是守恒的,机械能的大小均是6J,而滑块动能最大的位置一定在bc之间,即物块在斜面的方向上受到的合外力为0时动能最大,所以此时弹簧仍有一定的弹性势能,故滑块的动能的最大值只能小于6J,B错误;
C.滑块从b到c,弹簧的弹性势能由0到最大,弹簧的弹力对滑块做的功是-6J,C错误;
D.由于摩擦不计,整个过程只有重力与弹力做功,滑块和弹簧组成的系统整个过程机械能守恒,D错误。
故选A。
8. 如图所示,卫星从圆轨道Ⅰ变轨至椭圆轨道Ⅱ,再变轨至圆轨道Ⅲ,下列说法正确的是( )
A. 在轨道Ⅱ上A点的速度大于轨道Ⅰ上A点的速度
B. 在轨道Ⅱ上B点的加速度小于轨道Ⅲ上B点的加速度
C. 卫星在轨道Ⅲ的运行周期大于轨道Ⅱ的运行周期
D. 从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ需在A点减速
【答案】AC
【解析】
【详解】AD.卫星从低轨道变轨到高轨道,需要在变轨处点火加速,所以卫星从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ需在A点加速,则卫星在轨道Ⅱ上A点的速度大于轨道Ⅰ上A点的速度,故A正确,D错误;
B.根据牛顿第二定律可得
可得
可知卫星在轨道Ⅱ上B点的加速度等于轨道Ⅲ上B点的加速度,故B错误;
C.根据开普勒第三定律,由于轨道Ⅲ的半径大于轨道Ⅱ的半长轴,所以卫星在轨道Ⅲ的运行周期大于轨道Ⅱ的运行周期,故C正确。
故选AC。
9. 如图所示,平行金属板中带电质点处于静止状态,电流表和电压表均为理想电表,当滑动变阻器的滑片向端移动时,则( )
A. 带电质点将向上运动 B. 电压表示数减小,电流表示数减小
C. 上消耗的功率减小 D. 电源内阻消耗功率增大
【答案】AC
【解析】
【详解】A.由题图可知,与滑动变阻器串联后与并联,再与串联接在电源两端;平行金属板与并联;当滑片向端移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大,则电路中总电阻增大;由闭合电路欧姆定律可知,电路中电流减小,路端电压增大,两端的电压减小,故并联部分的电压增大,可知流过的电流增大,则流过、的电流减小,故电流表示数减小,因并联部分电压增大,而两端电压减小,故电压表示数增大,因平行金属板两端电压增大,故带电质点受到向上的静电力增大,则重力小于静电力,合力向上,带电质点向上运动,故A正确,B错误;
C.因两端的电压减小,由可知,上消耗的功率减小,故C正确;
D.因电路中电流减小,由可知,电源内阻消耗功率减小,故D错误。
故选AC。
10. 如图所示,在竖直平面内有水平向右、电场强度大小的匀强电场,在匀强电场中有一根长的绝缘细线,细线一端固定在O点,另一端系一质量为0.08kg的带电小球,小球静止时悬线与竖直方向的夹角为37°。现给小球一初速度,使小球恰能绕O点在竖直平面内做完整的圆周运动。设小球静止时的位置为电势能和重力势能零点,,,g取,则小球( )
A. 所带电荷量
B. 电势能的最大值为1.92J
C. 在运动过程中,小球的最小速度为
D. 在运动过程中,在圆形轨道的最右端点时小球的机械能最小
【答案】AB
【解析】
【详解】A.小球静止时悬线与竖直方向成37°角,受到重力、电场力和拉力,受力分析如图所示
根据平衡条件,有
解得,故A正确;
B.根据功能关系可知,电势能最大值即为小球克服电场力做功的最大值,由题意可知,小球克服电场力做功最大值为
即电势能最大值为1.92J,故B正确;
C.由题意知小球恰能绕O点在竖直平面内做完整的圆周运动,则小球的最小速度即为重力与电场力的合力恰好提供向心力时小球的速度,则有
联立以上解得最小速度,故C错误;
D.根据能量守恒定律,电势能和机械能之和保持不变,与O点等高的最右位置电势能最小,所以该位置机械能最大,故D错误。
故选AB。
二、非选择题∶本题共5题,共54分。其中第13题-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. 某同学用如图甲所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验,小车后面固定一条纸带,穿过打点计时器,细线一端连着小车,力传感器与滑轮间的轻绳与长木板平行。
(1)实验前,把木板的一侧垫高,调节木板倾斜度,使小车不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动,调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行,实验条件________(填“需要”或“不需要”)钩码与动滑轮的总质量远小于小车的质量;
(2)该同学在验证加速度与力的关系时,改变钩码的质量,同时_______(填“改变”或“不改变”)长木板的倾角;
(3)该同学根据实验数据作出了小车的加速度a与拉力传感器示数F的关系图像如图乙所示,图像不过原点的原因是_________________。
【答案】(1)不需要 (2)不改变
(3)平衡摩擦力过度
【解析】
【小问1详解】
绳子的拉力,可以通过力传感器读出,故不需要钩码与动滑轮的总质量远小于小车的质量;
【小问2详解】
设斜面的倾角为θ,小车匀速下滑时有
整理后有
由此可知与钩码的质量无关,则在验证加速度与力的关系时,改变钩码的质量,表达式仍然成立,故不需要改变长木板的倾角;
【小问3详解】
由乙图可知,当时,加速度不等于0,说明平衡摩擦力过度。
12. 某同学测量某电源的电动势和内阻,提供下列仪器:
A.待测电源(电动势E约为4V,内阻r约为180Ω)
B.毫安表(量程5mA,内阻为Rg=80Ω)
C.电压表V1(量程4V,内阻约5kΩ)
D.电压表V2(量程40V,内阻约500Ω)
E.电阻箱R0(0~999.9Ω)
F.滑动变阻器R(0~1000Ω)
G.开关、导线若干。
(1)为尽量减小实验误差,实验中电压表选择_________;(填写元件的字母代号)
(2)由于毫安表的量程太小,该同学用电阻箱R0与毫安表并联,使其量程变为25mA,需要将电阻箱R0的电阻调为20Ω;
(3)用改装后的电流表完成实验,应该选择的实验电路是图中的______(填“甲”或“乙”);
(4)根据实验数据画出U-I图线如图丙所示。由图线可知电源的电动势E=___V,内电阻r=____Ω。(结果均保留三位有效数字)
【答案】 ①. C ②. 乙 ③. 3.80 ④. 171
【解析】
【详解】[1]由于待测电源电动势约为4V,为尽量减小实验误差,实验中电压表选择量程为4V的电压表。
故选C。
[2]因电流表内阻已知,所以电流表应采用相对电源的内接法,从而消除系统误差。
故选乙。
[3][4]电流表改装后的内电阻
根据闭合电路欧姆定律
结合图线可得,
所以电源内电阻为
13. 我国运动员闫文港在2022北京冬奥会获得男子钢架雪车比赛铜牌,实现该项目的历史性突破,图甲为闫文港比赛画面。已知赛道由起跑区、出发区、滑行区及减速区四个区段组成,图乙中AB为起跑区,BC为出发区,AB赛段水平,BC赛段与水平面夹角θ=5°。若运动员推着雪车从A点由静止出发,以3m/s2的加速度匀加速跑到B点时速度大小为9m/s,接着快速俯卧到雪车上沿BC下滑,到达C点时速度为12m/s。已知BC长45m,g取10m/s2,sin5°=0.09,cos5°=1,不计空气阻力,求:
(1)起跑区AB的长度L:
(2)雪车与冰面间的动摩擦因数μ。
【答案】(1)13.5m
(2)0.02
【解析】
【小问1详解】
根据速度−位移公式
解得
【小问2详解】
设运动员和雪车的总质量为m,在出发区的加速度大小为a2, 由牛顿第二定律有
根据运动学公式可得
解得
14. 如图所示,AB为竖直光滑圆弧轨道的直径,其半径R=0.4m,A端切线水平,水平轨道BC与半径r=0.2m的光滑圆弧轨道CD相接于C点,D为圆弧轨道的最低点,圆弧轨道CD对应的圆心角。一质量为M=1kg的小球(视为质点)从水平轨道上某点以某一速度冲上竖直圆轨道AB,并从A点飞出,经过C点恰好沿切线进入圆弧轨道CD,取(sin53°=0.8,cos53°=0.6),求:
(1)小球从A点飞出的速度大小;
(2)小球在A点对圆弧轨道的压力大小F;
(3)小球在C点受到的支持力的大小FC。
【答案】(1)3m/s
(2)12.5N (3)131N
【解析】
【小问1详解】
将小球在C处的速度分解,在竖直方向上有
在水平方向上有
联立并代入数据得
【小问2详解】
在A处,对小球,由牛顿第二定律得
解得
根据牛顿第三定律知,圆弧轨道受到的压力大小
【小问3详解】
根据速度的分解可得小球在C处速度
其受力分析如图所示
在C处,由牛顿第二定律,得
联立解得
15. 如图,长度均为l的两块挡板竖直相对放置,间距也为l,两挡板上边缘P和M处于同一水平线上,在该水平线的上方区域有方向竖直向下的匀强电场,电场强度未知,电场中的O点与P点水平距离也为l;两挡板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。一质量为m,电荷量为q(q>0)的粒子自P点电场中O点以大小为v0的速度水平向右发射,恰好从P点处射入磁场,从两挡板下边缘Q和N之间射出磁场,运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知粒子射入磁场时的速度方向与PQ的夹角为60°,不计重力。求:
(1)求电场强度的大小E;
(2)求磁感应强度B的大小取值范围。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
带电粒子在电场中受到竖直向下的电场力作用,粒子做类平抛运动,水平方向上,有
竖直方向上,有,,
联立解得
【小问2详解】
带电粒子从Q点射出磁场,运动轨迹如图所示
在P点的速度大小为
由几何关系可知,粒子从下边缘Q点射出时,轨迹圆的半径为
由洛伦兹力提供向心力
由此可知
带电粒子从N点射出磁场,由几何关系可知,粒子从下边缘N点射出时,设轨迹圆的半径为R2,则
解得
由洛伦兹力提供向心力
由此可知
磁感应强度大小的取值范围为
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