精品解析:四川省泸州高级中学校2024-2025学年高一下学期3月月考物理试卷
2026-08-09
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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 | 高一 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-阶段检测 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 四川省 |
| 地区(市) | 泸州市 |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 3.53 MB |
| 发布时间 | 2026-08-09 |
| 更新时间 | 2026-08-09 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-08-09 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/59144976.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
泸州高中2025年春期高2024级1/4月考
物理试题
物理分为第一部分(选择题)和第二部分(非选择题)两部分,共100分。时间为75分钟。
第一部分 选择题(共46分)
一、选择题(本题共10小题,1~7题每小题4分,每小题给出的四个选项中只有一个是正确的;8~10题有多个选项符合要求,全部选对得6分,选对但不全得3分,有错选或不选得0分,共46分)
1. 下列叙述中正确的是( )
A. 开普勒第三定律,为常数,此常数的大小与中心天体无关
B. 卡文迪许在测万有引力常量时,利用了微小量放大的方法
C. 力对物体做功越多,功率就越大
D. 做圆周运动的物体所受的合外力都指向圆心
2. 如图甲所示,变速自行车有多个半径不同的链轮和飞轮,链轮与脚踏板共轴,飞轮与后车轮共轴,其变速原理简化为图乙所示,A是链轮上与链条接触的点,B是飞轮齿轮上与链条相接触的点,C是后轮边缘上的一点,若,当人骑车使脚踏板以恒定角速度转动时,下列说法正确的是( )
A. A点的线速度大于B点的线速度
B. B点的角速度大于C点的角速度
C. A点的向心加速度小于B点的向心加速度
D. A点的周期小于C点的周期
3. 如图所示,水杯中放有一可视为质点的小球,某同学将轻绳一端固定在水杯开口处,另一端用手拉住,甩动手腕使水杯以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,运动过程中小球始终紧贴杯底。已知小球离O点的距离为L,重力加速度大小为g,下列说法正确的是( )
A. 小球过最高点时的速度可能为零
B. 小球过最高点时的速度一定大于
C. 小球过最高点时的向心加速度大小可能小于g
D. 小球过最高点时,绳子的拉力可能为零
4. 地球赤道上的物体随地球自转的速度为,近地卫星运行的速度为,同步卫星运行的速度为。已知同步卫星离地心的距离约为地球半径的7倍,则、、大小之比为( )
A. B. C. D.
5. 如图所示,物体静止在粗糙的水平面上,若分别施加不同的力使物体从静止开始运动,三种情形下物体的加速度相同,在发生相同位移的过程中力的功分别为、、,则( )
A. B.
C. D.
6. 如图所示,用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,同时B球自由下落。质量相等的A、B两球在运动过程中( )
A. 同一时刻,两球的速率相等
B. 同一时刻,重力的瞬时功率相等
C. 相同时间内,两个小球的速度变化量不同
D. 相同时间内,重力对两个小球做的功不同
7. 图甲是某人在湖边打水漂的图片,石块从水面弹起到触水算一个水漂,若石块每次从水面弹起时速度与水面的夹角均为,速率损失。图乙是石块运动轨迹的示意图,测得石块打第一个水漂在空中的时间为,已知石块在同一竖直面内运动,当触水速度小于时石块就不再弹起。不计空气阻力,重力加速度,石块在湖面上能漂起的次数为( )
A. B. C. D.
8. 2024年10月30日,我国成功发射的“神舟十九号”载人飞船与空间站“天和核心舱”完成交会对接。对接过程简化如图所示,“神舟十九号”在A点从圆形轨道I进入椭圆轨道II,在B点从椭圆轨道II进入圆形轨道III,最终在轨道III与“天和核心舱”完成对接。已知“神舟十九号”在圆形轨道I运行时轨道半径为、周期为,在轨道III稳定运行时的轨道半径为,则“神舟十九号”飞船( )
A. 在A点从轨道I进入轨道II时需点火减速
B. 在轨道II上B点的加速度等于在轨道III上B点的加速度
C. 在轨道II上运行的周期
D. 在轨道I上运行的线速度小于在轨道III上运行的线速度
9. 如图,内半径的光滑空心圆柱体固定在水平地面上,一小滑块紧贴内壁从O点以的初速度沿切向水平滑入,旋转一周经过点。取重力加速度,则小滑块( )
A. 在竖直方向上做自由落体运动 B. 从O运动到所用的时间为
C. 对圆柱体的压力大小逐渐增大 D. 在点时速度方向与竖直方向的夹角为
10. 如图甲所示,两个质量分别为m、2m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上,a与转轴OO′的距离为2L,b与转轴的距离为L。如图乙所示(俯视图),两个质量均为m的小木块c和d(可视为质点)放在水平圆盘上,c与转轴、d与转轴的距离均为L,c与d之间用长度也为L的轻质细线相连。木块与圆盘之间的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍,重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴做角速度缓慢增大的转动,下列说法正确的是( )
A. 图甲中,发生滑动前a、b所受的静摩擦力始终相等
B. 图甲中,a、b同时开始滑动
C. 图乙中,c、d均与圆盘相对静止时细线的最大拉力为
D. 图乙中,c、d均与圆盘相对静止时圆盘的最大角速度为
第二部分 非选择题(共54分)
二、实验题(11题8分,12题8分,共16分)
11.
(1)卡文迪许利用如图甲所示的扭称实验装置测量了引力常量:如图所示,横梁一端固定有一质量为、半径为的均匀铅球,旁边有一质量为、半径为的相同铅球,、两球静止时,两球表面的最近距离为,两球间的万有引力大小为,则可以得出引力常量的表达式为___________。
(2)2050年,我国宇航员登上某一未知天体,已知该天体半径为,现要测得该天体质量,宇航员用如图乙所示装置做了如下实验:悬点正下方点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前,拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片,经合成后,照片如图丙所示。照片中、、、、为连续五次拍下的小球位置,已知照相机连续拍照的时间间隔是,坐标为物体运动的实际距离,已知引力常量为,则:
①由以上信息,可知点________(填“是”或“不是”)小球的抛出点;
②由以上及图信息,可以推算出该星球表面的重力加速度________;如果该星球的密度与地球相同,则该星球的半径是地球半径的________倍(已知地球表面重力加速度为)。
12.
(1)某实验小组做探究影响向心力大小因素的实验,图甲为“向心力演示器”装置,已知挡板A、到左右塔轮中心轴的距离相等,到左塔轮中心轴距离是A的2倍,皮带按图乙三种方式连接左右变速塔轮,每层半径之比由上至下依次为、和。
①若要探究向心力与小球半径的关系,则需要将相同的钢球分别放在挡板和挡板处,将传动皮带放在第________层(填“一”、“二”或“三”);
②若将皮带放在第二层,将质量完全相等的金属球放在挡板和挡板处,左右两标尺格数的比值为________。
(2)如图丙所示是某同学“用圆锥摆实验验证向心力公式”的实验,细线下悬挂了一个质量为的小钢球,细线上端固定在点。将画有几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使小钢球静止时(细线张紧)位于同心圆上。用手带动小钢球,使小钢球在水平面内做匀速圆周运动,随即手与球分离。(当地的重力加速度为)
①用秒表记录小钢球运动圈的时间,再通过纸上的圆,测出小钢球做匀速圆周运动的半径;那么根据向心力公式可算出小钢球做匀速圆周运动所需的向心力________。
②测量出细绳长度,根据受力分析可得小钢球做匀速圆周运动时所受的合力________(小钢球的直径与绳长相比可忽略)。
③实验发现与总是近似相等,这说明了向心力公式的正确性。
三、计算题(13题10分,14题12分,15题16分,共38分。)
13. 我国计划在2030年前后完成载人登月计划。假设宇航员登上月球后,以初速度水平抛出一个小球,测得小球经时间垂直落到倾角为的斜坡上。已知引力常量为,月球的半径为,不考虑月球自转的影响,求:
(1)月球表面的重力加速度;
(2)月球的第一宇宙速度。
14. 电动平衡车是一种新型的交通工具,通过人工智能实现车辆的启动、加速、减速、停止等动作。图甲为某型号电动平衡车,人站在平衡车上沿水平直轨道由静止开始运动,其图像如图乙所示(除时间段图线为曲线外,其余时间段图线均为直线)。已知人与平衡车质量之和,在后功率恒为,且整个骑行过程中所受到的阻力不变,结合图像的信息求解:
(1)电动平衡车受到的阻力大小;
(2)时间内,牵引力大小;
(3)时间内,牵引力对电动平衡车做的功。
15. 一个半径为的水平转盘可以绕竖直轴转动,水平转盘中心处有一个光滑小孔,用一根长细线穿过小孔将质量分别为、的小球A和小物块B连接,小物块B放在水平转盘的边缘且与转盘保持相对静止,如图所示。现让小球A在水平面做角速度的匀速圆周运动,小物块B与水平转盘间的动摩擦因数(取),求:
(1)细线与竖直方向的夹角;
(2)小球A运动不变,现使水平转盘转动起来,要使小物块B与水平转盘间保持相对静止,求水平转盘角速度的取值范围;(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
(3)在水平转盘角速度为(2)问中的最大值的情况下,当小球A和小物块B转动至两者速度方向相反时,由于某种原因细线突然断裂,经过多长时间小球A和小物块B的速度相互垂直。(可能使用到的,,,)
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泸州高中2025年春期高2024级1/4月考
物理试题
物理分为第一部分(选择题)和第二部分(非选择题)两部分,共100分。时间为75分钟。
第一部分 选择题(共46分)
一、选择题(本题共10小题,1~7题每小题4分,每小题给出的四个选项中只有一个是正确的;8~10题有多个选项符合要求,全部选对得6分,选对但不全得3分,有错选或不选得0分,共46分)
1. 下列叙述中正确的是( )
A. 开普勒第三定律,为常数,此常数的大小与中心天体无关
B. 卡文迪许在测万有引力常量时,利用了微小量放大的方法
C. 力对物体做功越多,功率就越大
D. 做圆周运动的物体所受的合外力都指向圆心
【答案】B
【解析】
【详解】A.开普勒第三定律,为常数,此常数的大小与中心天体有关,故A错误;
B.卡文迪许测万有引力常量时,用扭秤实验,利用微小量放大法,故B正确;
C.功率,可知做功多,时间不确定,功率不一定大,故C错误;
D.只有匀速圆周运动物体合外力才指向圆心,变速圆周运动合外力不指向圆心(有切向分力改变速度大小 ),故D错误。
故选B。
2. 如图甲所示,变速自行车有多个半径不同的链轮和飞轮,链轮与脚踏板共轴,飞轮与后车轮共轴,其变速原理简化为图乙所示,A是链轮上与链条接触的点,B是飞轮齿轮上与链条相接触的点,C是后轮边缘上的一点,若,当人骑车使脚踏板以恒定角速度转动时,下列说法正确的是( )
A. A点的线速度大于B点的线速度
B. B点的角速度大于C点的角速度
C. A点的向心加速度小于B点的向心加速度
D. A点的周期小于C点的周期
【答案】C
【解析】
【详解】A.链条传动边缘上A、B两点的线速度大小相等,即,故A错误;
B.同一飞轮上B、C两点的角速度大小相等,即,故B错误;
C.由向心加速度可得,故C正确;
D.由线速度可得
由周期及得
联立可得,可见,A点的周期大于C点的周期,故D错误;
故选C。
3. 如图所示,水杯中放有一可视为质点的小球,某同学将轻绳一端固定在水杯开口处,另一端用手拉住,甩动手腕使水杯以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,运动过程中小球始终紧贴杯底。已知小球离O点的距离为L,重力加速度大小为g,下列说法正确的是( )
A. 小球过最高点时的速度可能为零
B. 小球过最高点时的速度一定大于
C. 小球过最高点时的向心加速度大小可能小于g
D. 小球过最高点时,绳子的拉力可能为零
【答案】D
【解析】
【详解】AB.对小球受力分析有
所以小球过最高点时的速度一定大于等于,故AB错误;
C.小球过最高点时有
所以
故C错误;
D.小球和水杯看成整体,在最高点绳中的拉力最小为零,此时速率最小,即绳所受的弹力一定大于零或等于零,故D正确。
故选D。
4. 地球赤道上的物体随地球自转的速度为,近地卫星运行的速度为,同步卫星运行的速度为。已知同步卫星离地心的距离约为地球半径的7倍,则、、大小之比为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】设地球的半径为,自转角速度为,质量为,赤道上的物体与静止卫星的角速度相等,则有,
解得
对近地卫星与静止卫星,根据牛顿第二定律有,
解得
故
故选A。
5. 如图所示,物体静止在粗糙的水平面上,若分别施加不同的力使物体从静止开始运动,三种情形下物体的加速度相同,在发生相同位移的过程中力的功分别为、、,则( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】对三种情形下,根据牛顿第二定律分别列式有,,
通过比较可得
由于物体运动的位移x相同,由做功定义可得,,
可得
故选C。
6. 如图所示,用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,同时B球自由下落。质量相等的A、B两球在运动过程中( )
A. 同一时刻,两球的速率相等
B. 同一时刻,重力的瞬时功率相等
C. 相同时间内,两个小球的速度变化量不同
D. 相同时间内,重力对两个小球做的功不同
【答案】B
【解析】
【详解】A.A 球做平抛运动,B球做自由落体运动,竖直方向均为自由落体运动。同一时刻竖直速度相同,但A有水平速度,故A速率大,故A错误;
B.重力瞬时功率
同一时刻相同,质量相同,功率相等,故B正确;
C.由
可知相同时间速度变化量相同,故C错误;
D.相同时间下落高度h相同,由
可知重力做功相同,故D错误。
故选B。
7. 图甲是某人在湖边打水漂的图片,石块从水面弹起到触水算一个水漂,若石块每次从水面弹起时速度与水面的夹角均为,速率损失。图乙是石块运动轨迹的示意图,测得石块打第一个水漂在空中的时间为,已知石块在同一竖直面内运动,当触水速度小于时石块就不再弹起。不计空气阻力,重力加速度,石块在湖面上能漂起的次数为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】石块做斜上抛运动
根据
运动总时间
解得
设石块一共能打个水漂,则有
,(取整数)
解得
故选B。
8. 2024年10月30日,我国成功发射的“神舟十九号”载人飞船与空间站“天和核心舱”完成交会对接。对接过程简化如图所示,“神舟十九号”在A点从圆形轨道I进入椭圆轨道II,在B点从椭圆轨道II进入圆形轨道III,最终在轨道III与“天和核心舱”完成对接。已知“神舟十九号”在圆形轨道I运行时轨道半径为、周期为,在轨道III稳定运行时的轨道半径为,则“神舟十九号”飞船( )
A. 在A点从轨道I进入轨道II时需点火减速
B. 在轨道II上B点的加速度等于在轨道III上B点的加速度
C. 在轨道II上运行的周期
D. 在轨道I上运行的线速度小于在轨道III上运行的线速度
【答案】BC
【解析】
【详解】A.飞船在A点由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ做离心运动,需点火加速,故A错误;
B.根据牛顿第二定律有
所以
则在轨道II上B点的加速度等于在轨道III上B点的加速度,故B正确;
C.根据开普勒第三定律可得
则飞船在轨道Ⅱ上运行的周期为
故C正确;
D.根据万有引力提供向心力
可得
可知飞船在轨道Ⅰ上运行的线速度大于在轨道Ⅲ上运行的线速度,故D错误。
故选BC。
9. 如图,内半径的光滑空心圆柱体固定在水平地面上,一小滑块紧贴内壁从O点以的初速度沿切向水平滑入,旋转一周经过点。取重力加速度,则小滑块( )
A. 在竖直方向上做自由落体运动 B. 从O运动到所用的时间为
C. 对圆柱体的压力大小逐渐增大 D. 在点时速度方向与竖直方向的夹角为
【答案】AD
【解析】
【详解】A.将小滑块的运动分解到竖直方向和水平方向,由于竖直方向只受重力,竖直方向做自由落体运动,故A正确;
BC.水平方向只受圆柱体的支持力,且支持力总是与水平方向的速度垂直,小滑块在水平方向做匀速圆周运动,支持力提供向心力,则有
可知支持力大小不变,根据牛顿第三定律可知小滑块对圆柱体的压力大小保持不变。
小滑块从运动到所用的时间为
故B、C错误;
D.小滑块在点时的竖直分速度为
设在点时速度方向与竖直方向的夹角为,则有
可得
故D正确。
故选AD。
10. 如图甲所示,两个质量分别为m、2m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上,a与转轴OO′的距离为2L,b与转轴的距离为L。如图乙所示(俯视图),两个质量均为m的小木块c和d(可视为质点)放在水平圆盘上,c与转轴、d与转轴的距离均为L,c与d之间用长度也为L的轻质细线相连。木块与圆盘之间的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍,重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴做角速度缓慢增大的转动,下列说法正确的是( )
A. 图甲中,发生滑动前a、b所受的静摩擦力始终相等
B. 图甲中,a、b同时开始滑动
C. 图乙中,c、d均与圆盘相对静止时细线的最大拉力为
D. 图乙中,c、d均与圆盘相对静止时圆盘的最大角速度为
【答案】AC
【解析】
【详解】A.在题图甲中,a、b随圆盘转动所需的向心力由摩擦力提供,则
故A正确;
B.当摩擦力达到最大静摩擦力时,有
解得
由于a的转动半径大,开始滑动时的角速度较小,所以a先开始滑动,故B错误;
CD.在图乙中,细线的拉力和最大静摩擦力的合力提供物块做匀速圆周运动的向心力,如图所示
当最大静摩擦力的方向与细线垂直时,木块受到的合力最大,圆盘转动的角速度最大,则
解得
此时
故C正确,D错误。
故选AC。
第二部分 非选择题(共54分)
二、实验题(11题8分,12题8分,共16分)
11.
(1)卡文迪许利用如图甲所示的扭称实验装置测量了引力常量:如图所示,横梁一端固定有一质量为、半径为的均匀铅球,旁边有一质量为、半径为的相同铅球,、两球静止时,两球表面的最近距离为,两球间的万有引力大小为,则可以得出引力常量的表达式为___________。
(2)2050年,我国宇航员登上某一未知天体,已知该天体半径为,现要测得该天体质量,宇航员用如图乙所示装置做了如下实验:悬点正下方点处有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断,小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前,拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片,经合成后,照片如图丙所示。照片中、、、、为连续五次拍下的小球位置,已知照相机连续拍照的时间间隔是,坐标为物体运动的实际距离,已知引力常量为,则:
①由以上信息,可知点________(填“是”或“不是”)小球的抛出点;
②由以上及图信息,可以推算出该星球表面的重力加速度________;如果该星球的密度与地球相同,则该星球的半径是地球半径的________倍(已知地球表面重力加速度为)。
【答案】(1)
(2) ①. 不是 ②. 4.0或4 ③. 0.4
【解析】
【小问1详解】
根据万有引力定律
解得
【小问2详解】
[1]小球抛出后做平抛运动,则小球在水平方向做匀速直线运动、竖直方向做初速度为0的匀加速直线运动,由于照片中每两点的位移间隔相等,即每两点的时间间隔相等,若a点是抛出点,则a到b、b到c、c到d、d到e的距离之比应为1:3:5:7,显然图中个点竖直方向距离不满足该规律,故a点不是抛出点。
[2]小球运动过程中相邻两点在竖直方向位移差
而
故得
[3]在地球表面得重力加速度
得
又
联立可得
12.
(1)某实验小组做探究影响向心力大小因素的实验,图甲为“向心力演示器”装置,已知挡板A、到左右塔轮中心轴的距离相等,到左塔轮中心轴距离是A的2倍,皮带按图乙三种方式连接左右变速塔轮,每层半径之比由上至下依次为、和。
①若要探究向心力与小球半径的关系,则需要将相同的钢球分别放在挡板和挡板处,将传动皮带放在第________层(填“一”、“二”或“三”);
②若将皮带放在第二层,将质量完全相等的金属球放在挡板和挡板处,左右两标尺格数的比值为________。
(2)如图丙所示是某同学“用圆锥摆实验验证向心力公式”的实验,细线下悬挂了一个质量为的小钢球,细线上端固定在点。将画有几个同心圆的白纸置于水平桌面上,使小钢球静止时(细线张紧)位于同心圆上。用手带动小钢球,使小钢球在水平面内做匀速圆周运动,随即手与球分离。(当地的重力加速度为)
①用秒表记录小钢球运动圈的时间,再通过纸上的圆,测出小钢球做匀速圆周运动的半径;那么根据向心力公式可算出小钢球做匀速圆周运动所需的向心力________。
②测量出细绳长度,根据受力分析可得小钢球做匀速圆周运动时所受的合力________(小钢球的直径与绳长相比可忽略)。
③实验发现与总是近似相等,这说明了向心力公式的正确性。
【答案】(1) ①. 一 ②.
(2) ①. ②.
【解析】
【小问1详解】
①[1]若要探究向心力与小球半径的关系,则需要两球的质量和运动角速度相等,即将传动皮带放在第一层;
②[2]若将皮带放在第二层,根据可知,左右两球的角速度之比为
左右两球运动的半径之比为
根据可知
【小问2详解】
①[1]有题意可知,小球做圆周运动的周期为
则角速度为
根据向心力公式可算出小钢球做匀速圆周运动所需的向心力
②[2]设绳子与竖直方向的夹角为,则小球受到的合力为
其中
解得
三、计算题(13题10分,14题12分,15题16分,共38分。)
13. 我国计划在2030年前后完成载人登月计划。假设宇航员登上月球后,以初速度水平抛出一个小球,测得小球经时间垂直落到倾角为的斜坡上。已知引力常量为,月球的半径为,不考虑月球自转的影响,求:
(1)月球表面的重力加速度;
(2)月球的第一宇宙速度。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
由平抛运动规律,有
因为
解得月球表面的重力加速度为
【小问2详解】
解法一:卫星环绕月球表面做匀速圆周运动时,设月球质量为,卫星质量为,由万有引力提供向心力,有
在月球表面重力近似等于万有引力,有
解得
解法二:卫星环绕月球表面做匀速圆周运动时,由万有引力提供向心力,而在月球表面重力近似等于万有引力,有
解得
14. 电动平衡车是一种新型的交通工具,通过人工智能实现车辆的启动、加速、减速、停止等动作。图甲为某型号电动平衡车,人站在平衡车上沿水平直轨道由静止开始运动,其图像如图乙所示(除时间段图线为曲线外,其余时间段图线均为直线)。已知人与平衡车质量之和,在后功率恒为,且整个骑行过程中所受到的阻力不变,结合图像的信息求解:
(1)电动平衡车受到的阻力大小;
(2)时间内,牵引力大小;
(3)时间内,牵引力对电动平衡车做的功。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
电动平衡车受到的阻力大小
解得
【小问2详解】
,电动平衡车的加速度
由牛顿第二定律
解得
【小问3详解】
,牵引力做功
,牵引力做功
,牵引力做功
15. 一个半径为的水平转盘可以绕竖直轴转动,水平转盘中心处有一个光滑小孔,用一根长细线穿过小孔将质量分别为、的小球A和小物块B连接,小物块B放在水平转盘的边缘且与转盘保持相对静止,如图所示。现让小球A在水平面做角速度的匀速圆周运动,小物块B与水平转盘间的动摩擦因数(取),求:
(1)细线与竖直方向的夹角;
(2)小球A运动不变,现使水平转盘转动起来,要使小物块B与水平转盘间保持相对静止,求水平转盘角速度的取值范围;(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
(3)在水平转盘角速度为(2)问中的最大值的情况下,当小球A和小物块B转动至两者速度方向相反时,由于某种原因细线突然断裂,经过多长时间小球A和小物块B的速度相互垂直。(可能使用到的,,,)
【答案】(1)37°;(2)2rad/s<ωB<4rad/s;(3)
【解析】
【详解】(1)对小球A受力分析如图所示,由F=ma得,
由几何关系知
解得
即
θ=37°
(2)对物块B受力分析,由F=ma得,当物块受到的最大静摩擦力fmax向左时,转盘ωB最大。
当物块受到的最大静摩擦力fmax向右时,转盘ωB最小。
又由(1)对A知
联合解得
ωBmin=2rad/s
ωBmax=4rad/s
即ωB的取值范围为2rad/s<ωB<4rad/s。
(3)绳断后A、B均做平抛运动,设经时间t,A和B速度垂直,由平抛运动规律知此时A、B竖直方向速度均为
vy=gt
水平方向
vOA=rAωA=1.5m/s
vOB=rBωBmin=2m/s
作图,由几何关系得
即
代入数据解得
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