精品解析:天津市滨海新区大港第一中学2025-2026学年高三上学期期中检测物理试题
2026-08-13
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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-期中 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 天津市 |
| 地区(市) | 天津市 |
| 地区(区县) | 滨海新区 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 4.43 MB |
| 发布时间 | 2026-08-13 |
| 更新时间 | 2026-08-13 |
| 作者 | 学科网试题平台 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-08-13 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/59194735.html |
| 价格 | 5.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
2025-2026学年第一学期第二次质量检测高三物理试题
试卷满分100分,考试时间60分钟。
一、单项选择题(本题共5小题,每小题5分,共25分。每小题给出的四个选项中,只有一个选项是正确的)
1. 如图所示,用水平力把一个物体紧压在竖直墙壁上静止,下列说法中正确的是( )
A. 水平力跟墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
B. 物体受到的重力小于墙壁对物体的静摩擦力
C. 水平力与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力
D. 物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
2. 2025年10月19日《央广网》消息,由陈冬、陈中瑞和王杰组成的神二十乘组在轨已经170余天,“太空出差之旅”渐入尾声,他们将在轨迎接神舟二十一号航天员乘组的到访,并完成在轨交接。航天员所在的中国空间站“天宫”,它运行在距地面高度约为的圆轨道上。我国在1970年成功发射第一颗人造卫星——“东方红一号”卫星现在依然运行在近地点距地面、远地点距地面的椭圆轨道上。关于“天宫”空间站与“东方红一号”卫星,下列说法正确的是( )
A. 地球位于“东方红一号”椭圆轨道的中心
B. “东方红一号”位于远地点时的加速度大于“天宫”空间站的加速度
C. “东方红一号”和“天宫”空间站与地球球心的连线在相等的时间内扫过的面积相等,即
D. “东方红一号”的运行周期大于“天宫”空间站的运行周期
3. 如图所示,A、B、C三个物体质量相等,它们与传送带间的动摩擦因数也相同,三个物体随传送带一起匀速运动,运动方向如图中箭头所示,则下列说法正确的是( )
A. A物体受到的摩擦力方向向右
B. 三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零
C. B物体受到的摩擦力沿传送带向下
D. B、C受到的摩擦力方向相反
4. 在图示电路中,电源内阻不可忽略,R1、R2为定值电阻,G为灵敏电流计,V为理想电压表,平行板电容器两极板水平,开关S闭合后,位于电容器两板间的带电油滴恰好静止,现将滑动变阻器的滑片P向下移动,则以下说法正确的是( )
A. V示数增大 B. 路端电压增大
C. 油滴向下运动 D. G中有从b到a的电流
5. 在等量正点电荷的电场中,O点为两电荷连线的中点,a点在连线的中垂线上,若在a点由静止释放一个电子(不计重力),如图所示,关于电子的运动,下列说法错误的是( )
A. 电子在从a向O运动的过程中,一直做加速运动
B. 电子在从a向O运动的过程中,加速度越来越小
C. 电子在从a向O运动的过程中,电势能一直减小
D. 电子运动到O时,加速度一定为零,速度一定最大
二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分。每小题给出的四个选项中都有多个选项是正确的,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)
6. 一质量为的无人机从水平地面开始竖直升空过程的图像如图所示,其中时间内的图像为直线,时刻发动机输出功率达到最大,时刻无人机的速度刚好达到最大且为,重力加速度大小为,不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A. 时间内无人机处于超重状态
B. 时间内无人机的加速度大小为
C. 发动机的最大输出功率为
D. 发动机的最大输出功率为
7. 如图所示,轻质弹簧的左端固定,并处于自然状态。小物块的质量为m,从A点向左沿水平地面运动,压缩弹簧后被弹回,运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s,与地面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,弹簧未超出弹性限度。在上述过程中( )
A. 弹簧的最大弹力为μmg B. 物块克服摩擦力做的功为2μmgs
C. 弹簧的最大弹性势能为2μmgs D. 物块在A点的初速度为
8. 静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示,x轴正向为场强正方向,带正电的点电荷沿x轴正方向运动,则下列判断正确的是( )。
A. 由运动到的过程中,点电荷受到的电场力先减小后增大
B. 处的电势比处的电势低
C. 由运动到的过程中,点电荷的电势能一直增大
D. 点电荷在和处的电势能相等
第II部分 非选择题共60分
三、填空题(本题共2小题,每空2分,共12分)
9. 在验证机械能守恒定律的实验中。实验小组设计了图甲的装置:细绳跨过固定在铁架台上的小滑轮,两端各悬挂一个质量均为M的重锤A(含遮光条)和重锤B。主要的实验操作如下:
①用游标卡尺测量遮光条的宽度d;
②用米尺量出光电门1、2间的高度差h;
③在重锤A 上加上质量为 m的小钩码;
④将重锤B压在地面上,由静止释放,记录遮光条先后经过两光电门的遮光时间、;
⑤改变光电门2的位置,重复实验。
已知当地重力加速度为g,请回答下列问题:
(1)如图乙所示,用游标卡尺测得遮光条的宽度d=__________mm。
(2)重锤A经过光电门1时,重锤B速度的大小为____________(用题中物理量的符号表示)。
(3)若满足关系式____________________________________(用题中物理量的符号表示),则验证了重锤A、B和钩码组成的系统机械能守恒。
10. 用如图所示装置研究两个半径相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)关于本实验,下列说法中正确的是__________。
A. 同一组实验中,入射小球必须从同一位置由静止释放 B. 轨道倾斜部分必须光滑
C. 轨道末端必须水平 D. 入射小球的质量必须小于被碰小球的质量
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的竖直投影,实验时先让入射小球多次从斜轨上的位置S点由静止释放,通过白纸和复写纸找到其平均落点的位置,然后把被碰小球静置于轨道的水平部分末端,仍将入射小球从斜轨上的位置S点由静止释放,与被碰小球相碰,并多次重复该操作,用同样的方法找到两小球碰后平均落点的位置和。实验中需要测量的有__________。
A. 入射小球和被碰小球的质量
B. 入射小球开始的释放高度
C. 小球抛出点距地面的高度
D. 两球相碰前后平抛的水平位移
(3)若要进一步研究该碰撞是否为弹性碰撞,需要判断关系式______是否成立(用表示)。
四、计算题(本题共3小题,其中第10题14分,第11题16分,第12题18分,共48分。解答题应写出必要的文字说明和方程式,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11. 某种喷墨打印机打印头的结构简图如图所示,其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒。一墨汁微粒经过带电室后以的初速度从正中央垂直射入偏转电场,射出偏转电场后打到纸上的P点。已知偏转电场的电压U=100V,偏转电场极板的长度10.0cm,板间距离d=2.0cm,偏转电场的右端与纸的水平距离墨汁微粒的质量电荷量忽略墨汁微粒的重力,求:
(1)墨汁微粒在偏转电场中的加速度大小;
(2)墨汁微粒离开偏转电场时竖直方向的速度大小和在偏转电场中上升的高度;
(3)墨汁微粒打到P点时上升的总高度。
12. 现代战争中,无人机发挥了重要的作用,如图为某款无人机正在进行投弹演习。这款无人机的质量为,携带的炸弹(可视为质点,所受空气阻力可忽略)质量为,其动力系统可提供最大的竖直升力,运动过程中无人机所受空气阻力大小恒定,且方向与运动方向相反。无人机携带炸弹在地面上从静止开始,以最大升力竖直向上起飞,在时离地面的高度为(g取)。
(1)求无人机运动过程中加速度大小;
(2)求无人机运动过程中所受空气阻力大小;
(3)若无人机悬停在离地20m处,突然释放炸弹,此时立即开启最大动力系统使无人机加速上升,求炸弹落地时无人机的离地高度。
13. 如图所示,一质量的小车由水平部分AB和光滑圆轨道BC组成,圆弧BC的半径且与水平部分相切于B点,小物块Q与AB段之间的动摩擦因数,小车静止时左端与固定的光滑圆弧轨道MN相切,MN圆弧半径,一质量为的小物块P从距离轨道MN底端高为处由静止滑下,并与静止在小车左端的质量为的小物块Q(两物块均可视为质点)发生弹性碰撞,碰撞时间极短。已知除了小车AB段粗糙外,其余所有接触面均光滑,重力加速度。
(1)求物块P在圆弧最低点N碰撞前对轨道的压力。
(2)若AB的长,求物块Q在运动过程中所能上升的最大高度;
(3)要使物块Q既可以到达B点又不会与小车上表面分离,求小车左侧水平部分AB的长度L的取值范围。
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2025-2026学年第一学期第二次质量检测高三物理试题
试卷满分100分,考试时间60分钟。
一、单项选择题(本题共5小题,每小题5分,共25分。每小题给出的四个选项中,只有一个选项是正确的)
1. 如图所示,用水平力把一个物体紧压在竖直墙壁上静止,下列说法中正确的是( )
A. 水平力跟墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
B. 物体受到的重力小于墙壁对物体的静摩擦力
C. 水平力与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力
D. 物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力
【答案】D
【解析】
【详解】A.水平力跟墙壁对物体的支持力是一对平衡力,故A错误;
B.根据平衡条件可知,物体受到的重力等于墙壁对物体的静摩擦力,故B错误;
CD.物体对墙壁的压力与墙壁对物体的支持力是一对作用力与反作用力,故C错误,D正确。
故选D。
2. 2025年10月19日《央广网》消息,由陈冬、陈中瑞和王杰组成的神二十乘组在轨已经170余天,“太空出差之旅”渐入尾声,他们将在轨迎接神舟二十一号航天员乘组的到访,并完成在轨交接。航天员所在的中国空间站“天宫”,它运行在距地面高度约为的圆轨道上。我国在1970年成功发射第一颗人造卫星——“东方红一号”卫星现在依然运行在近地点距地面、远地点距地面的椭圆轨道上。关于“天宫”空间站与“东方红一号”卫星,下列说法正确的是( )
A. 地球位于“东方红一号”椭圆轨道的中心
B. “东方红一号”位于远地点时的加速度大于“天宫”空间站的加速度
C. “东方红一号”和“天宫”空间站与地球球心的连线在相等的时间内扫过的面积相等,即
D. “东方红一号”的运行周期大于“天宫”空间站的运行周期
【答案】D
【解析】
【详解】A.根据开普勒第一定律可知地球位于“东方红一号”椭圆轨道的一个焦点上,故A错误;
B.东方红一号和“天宫”空间站运行时,其加速度由万有引力提供,有
可知加速度
“东方红一号”位于远地点时距地心的距离大于“天宫”空间站,可知此时“东方红一号”位于远地点时的加速度小于“天宫”空间站的加速度,故B错误;
C.在相同时间内,东方红一号与地球连线扫过的面积相等;在相同时间内,天宫一号与地球连线扫过的面积相等;相同时间内,东方红一号和天宫一号与地球的连线扫过的面积不同,故C错误;
D.东方红一号和天宫一号都绕地球运转,根据开普勒第三定律可知,它们的为定值。“天宫”运行在距地面高度约为的圆轨道上,“东方红一号”运行在近地点距地面、远地点距地面的椭圆轨道上,可知“天宫”的运动半径为
“东方红一号”的半长轴为
东方红一号轨迹的半长轴大于天宫一号的轨道半径,因而东方红一号的运转周期大,故D正确。
故选D。
3. 如图所示,A、B、C三个物体质量相等,它们与传送带间的动摩擦因数也相同,三个物体随传送带一起匀速运动,运动方向如图中箭头所示,则下列说法正确的是( )
A. A物体受到的摩擦力方向向右
B. 三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零
C. B物体受到的摩擦力沿传送带向下
D. B、C受到的摩擦力方向相反
【答案】B
【解析】
【详解】三个物体随传送带一起匀速运动,根据平衡条件可知A物体受到的摩擦力为0;B物体受到的摩擦力沿传送带向上,大小为;C物体受到的摩擦力沿斜面向上,大小为。
故选B。
4. 在图示电路中,电源内阻不可忽略,R1、R2为定值电阻,G为灵敏电流计,V为理想电压表,平行板电容器两极板水平,开关S闭合后,位于电容器两板间的带电油滴恰好静止,现将滑动变阻器的滑片P向下移动,则以下说法正确的是( )
A. V示数增大 B. 路端电压增大
C. 油滴向下运动 D. G中有从b到a的电流
【答案】C
【解析】
【详解】由电路图分析可知,电阻R2与滑动变阻器R3并联后,再与R1串联接入电源;电容器与R2并联,其电压UC等于并联部分电压U并。动态过程分析:当滑片P下移时,变阻器有效阻值R3减小,由并联电阻公式
得减小,总电阻随之减小。根据闭合电路欧姆定律得I增大。
AB.电压表测量U并,由
因I增大导致减小;路端电压同理减小,故A错误;故B错误;
C.油滴平衡条件
当UC减小时电场力qE场减小,使,油滴向下加速,故C正确;
D.由知电量Q减小,电容器放电。根据电源极性(上极板正电),电流应从正极板流出,故G中电流方向为,故D错误。
故选C。
5. 在等量正点电荷的电场中,O点为两电荷连线的中点,a点在连线的中垂线上,若在a点由静止释放一个电子(不计重力),如图所示,关于电子的运动,下列说法错误的是( )
A. 电子在从a向O运动的过程中,一直做加速运动
B. 电子在从a向O运动的过程中,加速度越来越小
C. 电子在从a向O运动的过程中,电势能一直减小
D. 电子运动到O时,加速度一定为零,速度一定最大
【答案】B
【解析】
【详解】A.由场强叠加原理可知在等量同种正电荷连线的中垂线上,O点场强为零,从O点向两边延伸,场强先增大后减小,且对称分布。电子从a点向O点运动的过程中,电场强度方向由指向,则电子所受的电场力方向由指向,即加速度方向向下,与速度同向,所以电子一直做加速运动,故A正确,不符合题意
B.由于O点上方电场强度最大点的位置不确定,所以从a点到O点的电场强度大小变化情况不确定,则电荷所受电场力的大小变化情况不确定,因此加速度变化情况无法判断,故B错误,符合题意;
C.电子在从a向O运动的过程中,电场力一直做正功,电势能一直减小,故C正确,不符合题意。
D.电子运动到O点时,由于O点的场强为零,则加速度为零,所以速度达到最大,故D正确,不符合题意。
故选B。
二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分。每小题给出的四个选项中都有多个选项是正确的,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)
6. 一质量为的无人机从水平地面开始竖直升空过程的图像如图所示,其中时间内的图像为直线,时刻发动机输出功率达到最大,时刻无人机的速度刚好达到最大且为,重力加速度大小为,不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A. 时间内无人机处于超重状态
B. 时间内无人机的加速度大小为
C. 发动机的最大输出功率为
D. 发动机的最大输出功率为
【答案】AC
【解析】
【详解】AB.时间内无人机的加速度大小为
方向竖直向上,处于超重状态,故A正确,B错误;
CD.无人机匀速运动时,牵引力等于重力,故发动机的最大输出功率,故C正确,D错误。
故选AC。
7. 如图所示,轻质弹簧的左端固定,并处于自然状态。小物块的质量为m,从A点向左沿水平地面运动,压缩弹簧后被弹回,运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s,与地面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,弹簧未超出弹性限度。在上述过程中( )
A. 弹簧的最大弹力为μmg B. 物块克服摩擦力做的功为2μmgs
C. 弹簧的最大弹性势能为2μmgs D. 物块在A点的初速度为
【答案】BD
【解析】
【详解】A.物块压缩弹簧后被弹回,说明在最左端弹簧的弹力大于物块受到的最大静摩擦力,即,故A错误;
B.物块从点出发又回到点,总路程为,摩擦力大小
则物块克服摩擦力做的功,故B正确;
C.设物块在点的初速度为,对全过程应用动能定理得
解得
从点运动到最左端的过程中,由能量守恒定律得
联立解得弹簧的最大弹性势能,故C错误;
D.由C选项分析可知
解得物块在点的初速度,故D正确。
故选BD。
8. 静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示,x轴正向为场强正方向,带正电的点电荷沿x轴正方向运动,则下列判断正确的是( )。
A. 由运动到的过程中,点电荷受到的电场力先减小后增大
B. 处的电势比处的电势低
C. 由运动到的过程中,点电荷的电势能一直增大
D. 点电荷在和处的电势能相等
【答案】BC
【解析】
【详解】A.由x1运动到x4的过程中,由题图可知,场强先增大后减小,则点电荷受到的电场力先增大后减小,故A错误;
B.x轴正向为场强正方向,由题图可知,在x1右侧,电场方向沿x轴负方向,根据沿电场方向电势逐渐降低可知,x3处的电势比x4处的电势低,故B正确;
C.由x1运动到x3的过程中,电势逐渐增大,根据,由于点电荷带正电,所以点电荷的电势能一直增大,故C正确;
D.由于x4处电势高于x2处电势,根据,可知点电荷在x4处的电势能大于x2处的电势能,故D错误。
故选BC。
第II部分 非选择题共60分
三、填空题(本题共2小题,每空2分,共12分)
9. 在验证机械能守恒定律的实验中。实验小组设计了图甲的装置:细绳跨过固定在铁架台上的小滑轮,两端各悬挂一个质量均为M的重锤A(含遮光条)和重锤B。主要的实验操作如下:
①用游标卡尺测量遮光条的宽度d;
②用米尺量出光电门1、2间的高度差h;
③在重锤A 上加上质量为 m的小钩码;
④将重锤B压在地面上,由静止释放,记录遮光条先后经过两光电门的遮光时间、;
⑤改变光电门2的位置,重复实验。
已知当地重力加速度为g,请回答下列问题:
(1)如图乙所示,用游标卡尺测得遮光条的宽度d=__________mm。
(2)重锤A经过光电门1时,重锤B速度的大小为____________(用题中物理量的符号表示)。
(3)若满足关系式____________________________________(用题中物理量的符号表示),则验证了重锤A、B和钩码组成的系统机械能守恒。
【答案】(1)4.80
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
游标卡尺为20分度,精度为0.05mm,遮光条的宽度
【小问2详解】
重锤A与重锤B用绳子连接,速度大小相等,重锤B的速度大小为
【小问3详解】
若系统满足机械能守恒定律,则有
其中,
联立可知系统机械能守恒需要满足的关系式为
10. 用如图所示装置研究两个半径相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)关于本实验,下列说法中正确的是__________。
A. 同一组实验中,入射小球必须从同一位置由静止释放 B. 轨道倾斜部分必须光滑
C. 轨道末端必须水平 D. 入射小球的质量必须小于被碰小球的质量
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的竖直投影,实验时先让入射小球多次从斜轨上的位置S点由静止释放,通过白纸和复写纸找到其平均落点的位置,然后把被碰小球静置于轨道的水平部分末端,仍将入射小球从斜轨上的位置S点由静止释放,与被碰小球相碰,并多次重复该操作,用同样的方法找到两小球碰后平均落点的位置和。实验中需要测量的有__________。
A. 入射小球和被碰小球的质量
B. 入射小球开始的释放高度
C. 小球抛出点距地面的高度
D. 两球相碰前后平抛的水平位移
(3)若要进一步研究该碰撞是否为弹性碰撞,需要判断关系式______是否成立(用表示)。
【答案】(1)AC (2)AD
(3)
【解析】
【小问1详解】
A.为了保证每次碰撞前入射小球的速度相同,必须让入射小球从同一位置由静止释放,故A正确;
B.轨道倾斜部分不需要光滑,只要每次从同一位置由静止释放,小球到达轨道末端的速度就相同,故B错误;
C.为了保证小球离开轨道后做平抛运动,轨道末端切线必须水平,故C正确;
D.为了防止入射小球在碰撞后反弹,入射小球的质量必须大于被碰小球的质量,故D错误。
故选AC。
【小问2详解】
本实验验证动量守恒定律,即验证
小球离开轨道后做平抛运动,由于抛出点高度相同,下落时间相同,水平位移
即
将速度替换为水平位移,动量守恒表达式变为
因此需要测量入射小球和被碰小球的质量、以及两球相碰前后平抛的水平位移、、。不需要测量释放高度和抛出点距地面高度。
故选AD。
【小问3详解】
若碰撞为弹性碰撞,则碰撞前后系统动能守恒,即
由于且相同,代入可得
化简得
结合动量守恒表达式
联立解得
四、计算题(本题共3小题,其中第10题14分,第11题16分,第12题18分,共48分。解答题应写出必要的文字说明和方程式,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11. 某种喷墨打印机打印头的结构简图如图所示,其中墨盒可以喷出极小的墨汁微粒。一墨汁微粒经过带电室后以的初速度从正中央垂直射入偏转电场,射出偏转电场后打到纸上的P点。已知偏转电场的电压U=100V,偏转电场极板的长度10.0cm,板间距离d=2.0cm,偏转电场的右端与纸的水平距离墨汁微粒的质量电荷量忽略墨汁微粒的重力,求:
(1)墨汁微粒在偏转电场中的加速度大小;
(2)墨汁微粒离开偏转电场时竖直方向的速度大小和在偏转电场中上升的高度;
(3)墨汁微粒打到P点时上升的总高度。
【答案】(1)
(2) (3)2.5cm
【解析】
【小问1详解】
偏转电场的电场强度为
由牛顿第二定律得
【小问2详解】
墨汁微粒在偏转电场中的运动时间
墨汁微粒离开偏转电场时的竖直分速度
墨汁微粒在偏转电场中上升的高度
【小问3详解】
离开偏转电场后,墨汁微粒的运动时间
离开偏转电场后,墨汁微粒上升的高度
由几何关系得总高度
12. 现代战争中,无人机发挥了重要的作用,如图为某款无人机正在进行投弹演习。这款无人机的质量为,携带的炸弹(可视为质点,所受空气阻力可忽略)质量为,其动力系统可提供最大的竖直升力,运动过程中无人机所受空气阻力大小恒定,且方向与运动方向相反。无人机携带炸弹在地面上从静止开始,以最大升力竖直向上起飞,在时离地面的高度为(g取)。
(1)求无人机运动过程中加速度大小;
(2)求无人机运动过程中所受空气阻力大小;
(3)若无人机悬停在离地20m处,突然释放炸弹,此时立即开启最大动力系统使无人机加速上升,求炸弹落地时无人机的离地高度。
【答案】(1)6m/s2
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
无人机携带炸弹在地面上从静止开始,以最大升力竖直向上起飞,设加速度大小为,根据运动学公式可得
解得
【小问2详解】
根据牛顿第二定律可得
解得空气阻力大小为
【小问3详解】
若无人机悬停时突然释放炸弹,炸弹做自由落体运动,则有
解得
以无人机为对象,根据牛顿第二定律可得
解得
根据运动学公式可得
则炸弹落地时无人机的离地高度为
13. 如图所示,一质量的小车由水平部分AB和光滑圆轨道BC组成,圆弧BC的半径且与水平部分相切于B点,小物块Q与AB段之间的动摩擦因数,小车静止时左端与固定的光滑圆弧轨道MN相切,MN圆弧半径,一质量为的小物块P从距离轨道MN底端高为处由静止滑下,并与静止在小车左端的质量为的小物块Q(两物块均可视为质点)发生弹性碰撞,碰撞时间极短。已知除了小车AB段粗糙外,其余所有接触面均光滑,重力加速度。
(1)求物块P在圆弧最低点N碰撞前对轨道的压力。
(2)若AB的长,求物块Q在运动过程中所能上升的最大高度;
(3)要使物块Q既可以到达B点又不会与小车上表面分离,求小车左侧水平部分AB的长度L的取值范围。
【答案】(1)14N,方向竖直向下;
(2);
(3)
【解析】
【小问1详解】
物块沿滑下,设末速度为,由机械能守恒定律得
解得
支持力和重力的合力提供向心力
解得
由牛顿第三定律可得物块P在最低点N对轨道的压力,方向竖直向下。
【小问2详解】
物块P、Q碰撞,取向右为正方向,设碰后P、Q瞬间速度分别为
由动量守恒定律得
由弹性碰撞机械能守恒可得
联立解得,
当滑块与木板达到共速时,上升高度最高,根据动量守恒定律有
解得
由动能定理得
解得
【小问3详解】
物块Q刚好到达点时就与木板共速时段最长,由能量守恒定律得
解得
物块Q刚好回到点与木板共速,根据动量守恒定律可得共同速度仍为
由能量守恒定律得
解得
故当时,物块Q不会从木板左端冲出
当物块Q刚好到点时与木板共速,由能量守恒定律得
解得
故当时,物块Q不会从木板右侧圆弧冲出
综上所述,物块Q既可以到达点又不会与小车上表面分离时,段的长度范围为
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