内容正文:
连城一中2024—2025学年下期高二月考1物理试卷
满分:100分 考试时间:75分钟
一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1. “中国天眼”位于贵州的大山深处,是500m口径球面射电望远镜(FAST)。它通过接收来自宇宙深处的电磁波,探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A. 麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场,空间将产生电磁波
B. 电磁波在真空中传播速度为
C. 普朗克通过实验捕捉到电磁波,证实了麦克斯韦的电磁理论
D. 紫外线的波长比红外线长
2. 如图为一交变电流的图像,图中曲线是正弦曲线的一部分,两正弦曲线的峰值分别为和,该交变电流电动势的有效值为( )
A. B. C. D.
3. 2024年12月12日,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭成功将高速激光钻石星座试验系统发射升空。为模拟发射过程,某校科技小组发射水火箭如图所示。已知水火箭的总质量为1.2kg,瞬间将0.8kg的水以对地10m/s的速度喷出。重力加速度g=10m/s2,喷水后水火箭获得的速度大小为( )
A. 20m/s B. 15m/s C. 10m/s D. 5m/s
4. 如图所示是某小型水电站的输电原理图,输出电压有效值恒定为,输电线路的总电阻。两个变压器均为理想变压器,其中降压变压器的原副线圆匝数比为。用户的负载可用滑动变阻器R表示。当R变化时,理想电压表和理想电流表示数变化的绝对值分别为和。已知水电站的输出功率为40kW时,用户获得电压为220V。则( )
A. 升压变压器的原副线圈原数比为
B. 若用户数量减少,则电压表示数降低
C. 当水电站输出功率为40kW时,输电线路上损耗的功率为200W
D.
二、双项选择题:本題共4小題,每小题6分,共24分。每小题有两项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
5. 如图所示的装置中,木块与水平桌面间的接触是光滑的,子弹沿水平方向射入木块(子弹射入木块过程时间极短,可认为弹簧长度不发生变化)后留在木块内,将弹簧压缩到最短。对子弹、木块和弹簧组成的系统,下列说法正确的是( )
A. 在子弹射入的过程中动量守恒、机械能不守恒
B. 在子弹射入的过程中动量不守恒、机械能守恒
C. 在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中动量不守恒、机械能不守恒
D. 在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中动量守恒、机械能也守恒
6. 如图所示,变压器输入有效值恒定的电压,副线圈匝数可调,输出电压通过输电线送给用户(电灯等用电器),R表示输电线的电阻 ,则
A. 用电器增加时,变压器输出电压增大
B. 要提高用户的电压,滑动触头P应向上滑
C. 用电器增加时,输电线的热损耗减少
D. 用电器增加时,变压器的输入功率增加
7. 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流,其电动势的变化规律如图甲中的图线所示,用此线圈给图乙中电路供电,发现三个完全相同的灯泡亮度均相同。当调整线圈转速后,电动势的变化规律如图甲中的图线所示,下列说法正确的是( )
A. 时刻,线圈平面恰好与磁场方向平行
B. 图线所表示的电动势的瞬时值表达式为
C. 线圈先后两次转速之比为
D. 转速调整后,三个灯泡的亮度仍然相同
8. “风洞训练”是一种利用风洞设备进行的高强度训练方法,在航空航天领域,主要用于提高飞行员的体能、耐力和技术表现。“风洞训练”是在一个特定的空间内通过风机制造的气流把人“吹”起来,使人产生在天空翱翔的感觉。其简化模型如图所示,一质量为m的飞行员恰好静止在直径为d的圆柱形竖直风洞内,已知气流密度为,飞行员受风面积(飞行员在垂直风力方向的投影面积)为S,风洞内气流竖直向上“吹”出且速度恒定,重力加速度为g。假设气流吹到人身上后速度变为零,则下列说法正确的是( )
A. 气流速度大小为
B. 单位时间内流过风洞内某横截面的气体体积为
C. 若风速变为原来的2倍,飞行员开始运动时的加速度大小为3g
D. 单位时间内风机做的功为
三、填空题(共21分)
9. 质量为1kg的物体沿直线运动,其图象如图所示,则此物体在前4s和后4s内受到的合外力冲量分别为______N·s,______N·s。
10. 如图甲所示,理想变压器的原线圈匝数n1=350匝,副线圈匝数n2=70匝,电阻R=20Ω,V是理想交流电压表,原线圈加上如图乙所示的正弦交流电,则电阻R上消耗的电功率为_________W,在t=0.01s时,电压表的示数为_________V。
11. 如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动,图中所示线框处于_____________。(填“中性面”或“垂直中性面”),线框从图中位置开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量q=_____________。
12. 某学习小组进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)实验中,除了变压器、多用电表、导线外,还需选择的电源应是 。
A. 电池组 B. 低压交流电源 C. 照明电路电源
(2)在某次使用多用电表测量电压时,红、黑表笔分别接右侧“0”、“4”接线柱(如图丙),选择如图甲所示挡位,电表刻度如图乙,则电表读数为5.8V;若将红、黑表笔反接,是否会影响测量结果?___________(填“是”或“否”)。
(3)当用多用电表的红、黑表笔分别接左侧“0”、“8”接线柱时(如图丙),测得电压为9.8V,则可推测哪个线圈为原线圈?_____________(填“左侧”或“右侧”)
13. 在“验证动量守恒定律”的实验中,某同学采用如图所示的“碰撞实验器”来验证动量守恒定律。
(1)实验中必须要求的条件是____________(填选项前的字母)。
A.斜槽轨道尽量光滑以减少误差
B.斜槽轨道末端的切线必须水平
C.入射球和被碰球的质量必须相等,且大小相同
D.入射球每次必须从轨道的同一位置由静止释放
(2)图中点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让入射小球多次从斜槽上位置由静止释放,找到其落地点的平均位置,测量平抛射程。然后,把被碰小球静置于轨道水平部分的末端,再将入射小球从斜槽上位置由静止释放,与被碰小球相碰,并多次重复。分别找到入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置M、N,测量平抛射程、,测量两个小球的质量、,空气阻力忽略不计。
(3)若两球相碰前后的动量守恒,则其表达式为____________;(用、、、、表示)
(4)某次实验中得出的落点情况如图所示,假设碰撞过程中动量守恒,则入射小球的质量和被碰小球的质量之比为_____________。
五、解答题(8+14+17=39分)
14. 人们对手机的依赖性越来越强,有些人喜欢躺着看手机,经常出现手机砸到头部的情况,如图所示。若手机质量为120g,从离人约20cm的高度无初速度掉落,砸到头部后手机未反弹,头部受到手机的冲击时间约为0.2s,取重力加速度,求:
(1)手机接触头部之前的速度大小;
(2)手机对头部的作用力大小。
15. 如图,用一小型交流发电机向较远处用户供电时,为减小输电的功率损耗,使用两个理想变压器,先用升压变压器将电压升高,到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用。发电机线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。已知线圈abcd的匝数N=100,面积S=0.0286m2,线圈匀速转动的角速度,匀强磁场的磁感应强度大小。输电导线的总电阻,降压变压器原、副线圈的匝数比为。用户区标有“220V 8.8kW”的电动机恰能正常工作,用户区输电导线的电阻可以忽略,发电机线圈电阻不可忽略。求:
(1)交流发电机产生的感应电动势的最大值;(计算结果可以保留根号)
(2)输电线路上损耗的电功率;
(3)若升压变压器原、副线圈匝数比为,求发电机线圈abcd的内阻r。
16. 某固定装置的竖直截面如图所示,该装置由弧形光滑轨道、竖直光滑圆轨道、水平粗糙直轨道、倾角为的粗糙斜轨道、圆弧形光滑管道(管道宽度远小于管道半径)平滑连接而成。现将一质量为(可视为质点)的小滑块由弧形轨道上高处由静止释放,在经历几段不同的运动后,在点与静止在水平台面上质量的长木板发生正碰。已知竖直圆轨道半径,。与轨道、间的动摩擦因数均为,最右端停放一质量(可视为质点)的小滑块,下表面光滑,上表面与间的动摩擦因数,水平台面和木板足够长;从轨道上滑下后进入竖直圆弧轨道,运动到与圆心等高的点时对轨道的压力为。忽略空气阻力,重力加速度取,,。
(1)求释放时的高度;
(2)求刚到达点时对管道的压力;
(3)若与碰撞时间极短,且碰后立即粘在一起,求最终与最右端之间的距离。
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连城一中2024—2025学年下期高二月考1物理试卷
满分:100分 考试时间:75分钟
一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1. “中国天眼”位于贵州的大山深处,是500m口径球面射电望远镜(FAST)。它通过接收来自宇宙深处的电磁波,探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A. 麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场,空间将产生电磁波
B. 电磁波在真空中传播速度为
C. 普朗克通过实验捕捉到电磁波,证实了麦克斯韦的电磁理论
D. 紫外线的波长比红外线长
【答案】B
【解析】
【详解】A.麦克斯韦认为周期性变化的电场激发出周期性变化的磁场,空间将产生电磁波,故A错误;
B.电磁波在不同介质中的传播速度不同,其在真空中传播的速度为,故B正确;
C.赫兹通过实验捕捉到电磁波,证实了麦克斯韦的电磁理论,故C错误;
D.紫外线的波长比红外线短,故D错误。
故选B。
2. 如图为一交变电流的图像,图中曲线是正弦曲线的一部分,两正弦曲线的峰值分别为和,该交变电流电动势的有效值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】根据交流电的有效值的定义可知
解得
即交变电流电动势的有效值为,故选D。
3. 2024年12月12日,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭成功将高速激光钻石星座试验系统发射升空。为模拟发射过程,某校科技小组发射水火箭如图所示。已知水火箭的总质量为1.2kg,瞬间将0.8kg的水以对地10m/s的速度喷出。重力加速度g=10m/s2,喷水后水火箭获得的速度大小为( )
A. 20m/s B. 15m/s C. 10m/s D. 5m/s
【答案】A
【解析】
【详解】设水火箭的总质量为,喷出水的质量为,取喷水后水火箭获得的速度方向为正方向,根据动量守恒定律有
代入数据,解得喷水后水火箭获得的速度大小为
故选A。
4. 如图所示是某小型水电站的输电原理图,输出电压有效值恒定为,输电线路的总电阻。两个变压器均为理想变压器,其中降压变压器的原副线圆匝数比为。用户的负载可用滑动变阻器R表示。当R变化时,理想电压表和理想电流表示数变化的绝对值分别为和。已知水电站的输出功率为40kW时,用户获得电压为220V。则( )
A. 升压变压器的原副线圈原数比为
B. 若用户数量减少,则电压表示数降低
C. 当水电站输出功率为40kW时,输电线路上损耗的功率为200W
D.
【答案】AD
【解析】
【详解】A.用户获得的电压即降压变压器副线圈电压,利用降压变压器匝数比为可得降压变压器原线圈电压为,设此时输电线路中的电流为,电路的总功率为,即
解得
故升压变压器副线圈的电压
故升压变压器原副线圈匝数比为
故A正确;
B.当用户减少,R增大,减小,增加,电压表示数增加,故B错误;
C.当输出功率为40kW,输电线路损耗的功率为
故C错误;
D.由输电线路可知
又因为
故
故D正确。
故选AD。
二、双项选择题:本題共4小題,每小题6分,共24分。每小题有两项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
5. 如图所示的装置中,木块与水平桌面间的接触是光滑的,子弹沿水平方向射入木块(子弹射入木块过程时间极短,可认为弹簧长度不发生变化)后留在木块内,将弹簧压缩到最短。对子弹、木块和弹簧组成的系统,下列说法正确的是( )
A. 在子弹射入的过程中动量守恒、机械能不守恒
B. 在子弹射入的过程中动量不守恒、机械能守恒
C. 在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中动量不守恒、机械能不守恒
D. 在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中动量守恒、机械能也守恒
【答案】AC
【解析】
【详解】AB.在子弹射入的过程中系统合外力为零动量守恒、有内能产生机械能不守恒,A对,B错;
CD.在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中系统受到墙给的向右的作用力,合外力不为零动量不守恒、机械能有损失不守恒,C对,D错。
故选AC。
6. 如图所示,变压器输入有效值恒定的电压,副线圈匝数可调,输出电压通过输电线送给用户(电灯等用电器),R表示输电线的电阻 ,则
A. 用电器增加时,变压器输出电压增大
B. 要提高用户的电压,滑动触头P应向上滑
C. 用电器增加时,输电线的热损耗减少
D. 用电器增加时,变压器的输入功率增加
【答案】BD
【解析】
【详解】由于变压器原、副线圈的匝数不变,而且输入电压不变,因此增加用电器不会影响输出电压,故A错误;根据变压器的工作原理可知输出电压,当滑动触头向上滑时,增大,所以输出电压增大,故B正确;由于用电器是并联的,因此用电器增加时电路总电阻变小,由于输出电压不变,故电路中的总电流增大,输电线上热损耗增加,故C错误;用电器增加时电路总电阻变小,总电流增大,输出功率增大,所以输入功率增大,故D正确
7. 一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流,其电动势的变化规律如图甲中的图线所示,用此线圈给图乙中电路供电,发现三个完全相同的灯泡亮度均相同。当调整线圈转速后,电动势的变化规律如图甲中的图线所示,下列说法正确的是( )
A. 时刻,线圈平面恰好与磁场方向平行
B. 图线所表示的电动势的瞬时值表达式为
C. 线圈先后两次转速之比为
D. 转速调整后,三个灯泡的亮度仍然相同
【答案】BC
【解析】
【详解】A.由题图甲可知,时刻电动势是0,故线圈平面恰好与磁场方向垂直,A错误;
B.由题图甲可知,调整转速前线圈的角速度
电动势最大值为,调整转速后线圈的角速度为
由可知调整后电动势的最大值为,图线所表示的电动势的瞬时值表达式为
B正确;
C.由可知,线圈先后两次转速之比为,C正确;
D.转速调整后交流电的频率变小,由和可知,电感器对交流电的阻碍减小、电容器对交流电的阻碍增大,三个灯泡的亮度各不相同,D错误。
故选BC。
8. “风洞训练”是一种利用风洞设备进行的高强度训练方法,在航空航天领域,主要用于提高飞行员的体能、耐力和技术表现。“风洞训练”是在一个特定的空间内通过风机制造的气流把人“吹”起来,使人产生在天空翱翔的感觉。其简化模型如图所示,一质量为m的飞行员恰好静止在直径为d的圆柱形竖直风洞内,已知气流密度为,飞行员受风面积(飞行员在垂直风力方向的投影面积)为S,风洞内气流竖直向上“吹”出且速度恒定,重力加速度为g。假设气流吹到人身上后速度变为零,则下列说法正确的是( )
A. 气流速度大小为
B. 单位时间内流过风洞内某横截面的气体体积为
C. 若风速变为原来的2倍,飞行员开始运动时的加速度大小为3g
D. 单位时间内风机做的功为
【答案】BC
【解析】
【详解】A.对时间内吹向飞行员的气体进行分析,设气体质量为,由动量定理可得
由于游客处于静止状态,故满足
另外
联立可得,故A错误;
B.单位时间内流过风洞某横截面的气体体积
联立解得,故B正确;
C.若风速变为原来的2倍,设风力为,由动量定理可得
另外
联立可得
由牛顿第二定律可得
解得加速度大小为,故C正确;
D.风洞单位时间流出的气体质量
单位时间内风机做的功,故D错误。
故选BC。
三、填空题(共21分)
9. 质量为1kg的物体沿直线运动,其图象如图所示,则此物体在前4s和后4s内受到的合外力冲量分别为______N·s,______N·s。
【答案】 ①. 0 ②. -8
【解析】
【分析】
【详解】[1]在前4s内,物体的初速度为4m/s,末速度为4m/s,根据动量定理得
知合外力的冲量为0。
[2]在后4s内,物体的初速度为4m/s,末速度为-4m/s,根据动量定理得
10. 如图甲所示,理想变压器的原线圈匝数n1=350匝,副线圈匝数n2=70匝,电阻R=20Ω,V是理想交流电压表,原线圈加上如图乙所示的正弦交流电,则电阻R上消耗的电功率为_________W,在t=0.01s时,电压表的示数为_________V。
【答案】 ①. 0.8 ②. 4
【解析】
【详解】[1]由变压器电压关系可知
可知电阻R两端的电压为
故电阻R上消耗的电功率为
[2]电压表的示数为电压有效值,原线圈的电压有效值为
由变压器电压关系可知
可知电压表的示数为
11. 如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动,图中所示线框处于_____________。(填“中性面”或“垂直中性面”),线框从图中位置开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量q=_____________。
【答案】 ①. 中性面 ②.
【解析】
【详解】[1]图中线圈与磁场垂直,处于中性面。
[2] 通过导线横截面的电荷量为
12. 某学习小组进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)实验中,除了变压器、多用电表、导线外,还需选择的电源应是 。
A. 电池组 B. 低压交流电源 C. 照明电路电源
(2)在某次使用多用电表测量电压时,红、黑表笔分别接右侧“0”、“4”接线柱(如图丙),选择如图甲所示挡位,电表刻度如图乙,则电表读数为5.8V;若将红、黑表笔反接,是否会影响测量结果?___________(填“是”或“否”)。
(3)当用多用电表的红、黑表笔分别接左侧“0”、“8”接线柱时(如图丙),测得电压为9.8V,则可推测哪个线圈为原线圈?_____________(填“左侧”或“右侧”)
【答案】(1)B (2)否
(3)右侧
【解析】
【小问1详解】
变压器利用互感原理变压需要交流电,则探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系应使用低压交流电源。
故选B。
【小问2详解】
若将红、黑表笔反接,因选择的是交流挡,显示的是有效值,则不会影响测量结果。
【小问3详解】
当用多用电表的红、黑表笔分别接左侧“0”、“8”接线柱时,根据电压比等于匝数比,可知理想变压器测得电压应为,但测得的电压为9.8V,因此考虑变压器的铁芯没有完全闭合等原因,副线圈的实际电压值小于理想电压值,则左侧为副线圈,右侧为原线圈。
13. 在“验证动量守恒定律”的实验中,某同学采用如图所示的“碰撞实验器”来验证动量守恒定律。
(1)实验中必须要求的条件是____________(填选项前的字母)。
A.斜槽轨道尽量光滑以减少误差
B.斜槽轨道末端的切线必须水平
C.入射球和被碰球的质量必须相等,且大小相同
D.入射球每次必须从轨道的同一位置由静止释放
(2)图中点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时,先让入射小球多次从斜槽上位置由静止释放,找到其落地点的平均位置,测量平抛射程。然后,把被碰小球静置于轨道水平部分的末端,再将入射小球从斜槽上位置由静止释放,与被碰小球相碰,并多次重复。分别找到入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置M、N,测量平抛射程、,测量两个小球的质量、,空气阻力忽略不计。
(3)若两球相碰前后的动量守恒,则其表达式为____________;(用、、、、表示)
(4)某次实验中得出的落点情况如图所示,假设碰撞过程中动量守恒,则入射小球的质量和被碰小球的质量之比为_____________。
【答案】 ①. BD ②. ③. 4:1
【解析】
【详解】[1]ABD.根据实验原理可知,斜槽轨道末端的切线必须水平,实验中需要入射球从斜槽轨道上的同一位置由静止释放,以保证它平抛时的速度相同,不需要保证曲面轨道光滑,故A错误,BD正确;
C.入射球的质量要大于被碰球的质量,这样入射球碰后速度方向不变,故C错误。
故选BD。
[2]若两球相碰前后的动量守恒,有
其中,,
可得
[3]如图所示,,,
根据
代入数据可得
五、解答题(8+14+17=39分)
14. 人们对手机的依赖性越来越强,有些人喜欢躺着看手机,经常出现手机砸到头部的情况,如图所示。若手机质量为120g,从离人约20cm的高度无初速度掉落,砸到头部后手机未反弹,头部受到手机的冲击时间约为0.2s,取重力加速度,求:
(1)手机接触头部之前的速度大小;
(2)手机对头部的作用力大小。
【答案】(1)2m/s;(2)2.4N,方向竖直向下
【解析】
【详解】(1)由题知
手机下落做自由落体运动
代入数据解得
手机接触头部之前的速度
(2)规定竖直向下为正方向,对手机根据动量定理得
代入数据解得头部对手机的
负号表示方向,故F方向竖直向上。
由牛顿第三定律可得,手机对头部的作用力大小2.4N,方向竖直向下。
15. 如图,用一小型交流发电机向较远处用户供电时,为减小输电的功率损耗,使用两个理想变压器,先用升压变压器将电压升高,到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用。发电机线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。已知线圈abcd的匝数N=100,面积S=0.0286m2,线圈匀速转动的角速度,匀强磁场的磁感应强度大小。输电导线的总电阻,降压变压器原、副线圈的匝数比为。用户区标有“220V 8.8kW”的电动机恰能正常工作,用户区输电导线的电阻可以忽略,发电机线圈电阻不可忽略。求:
(1)交流发电机产生的感应电动势的最大值;(计算结果可以保留根号)
(2)输电线路上损耗的电功率;
(3)若升压变压器原、副线圈匝数比为,求发电机线圈abcd的内阻r。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
交流发电机产生的感应电动势的最大值为
代入数据解得
【小问2详解】
设降压变压器原、副线圈的电流分别为、,电动机恰能正常工作,则
根据理想变压器的变流规律有
输电线路上损耗的电功率为
解得
【小问3详解】
根据理想变压器的变压规律有
升压变压器副线圈两端电压为
根据理想变压器的变压规律有
发电线圈回路
其中,
解得
16. 某固定装置的竖直截面如图所示,该装置由弧形光滑轨道、竖直光滑圆轨道、水平粗糙直轨道、倾角为的粗糙斜轨道、圆弧形光滑管道(管道宽度远小于管道半径)平滑连接而成。现将一质量为(可视为质点)的小滑块由弧形轨道上高处由静止释放,在经历几段不同的运动后,在点与静止在水平台面上质量的长木板发生正碰。已知竖直圆轨道半径,。与轨道、间的动摩擦因数均为,最右端停放一质量(可视为质点)的小滑块,下表面光滑,上表面与间的动摩擦因数,水平台面和木板足够长;从轨道上滑下后进入竖直圆弧轨道,运动到与圆心等高的点时对轨道的压力为。忽略空气阻力,重力加速度取,,。
(1)求释放时的高度;
(2)求刚到达点时对管道的压力;
(3)若与碰撞时间极短,且碰后立即粘在一起,求最终与最右端之间的距离。
【答案】(1)
(2)3.8N,方向竖直向上
(3)0.3m
【解析】
【小问1详解】
运动到C点时,根据牛顿第二定律得
根据牛顿第三定律可知此时轨道对的支持力为
从A到C的运动过程,根据动能定理得
联立解得
【小问2详解】
从A到F的运动过程,根据动能定理得
代入数据解得
在F点有
解得N=3.8N
根据牛顿第三定律,可知此时对管道压力大小为3.8N,方向竖直向上。
【小问3详解】
与M相碰,根据动量守恒定律得
代入数据解得
之后对m1与M、m2构成的系统,根据动量守恒有
根据能量守恒定律有
解得L=0.3m
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