内容正文:
高二物理
一、单项选择题:本题共10小题,每小题4分,共计40分.每小题只有一个选项符合题意.
1. 下列说法正确的是( )
A. 物体的动量改变时,动能一定发生改变
B. 一对相互作用力冲量的矢量和为零,所做功的代数和也为零
C. 电源通过静电力做功把其他形式的能转化为电能
D. 动量守恒定律具有普适性,微观高速的情形仍然适用
2. 将一直流电动机和一电热丝串联接入电路。已知电动机线圈电阻和电热丝电阻相同,电动机正常工作。则电动机和电热丝工作时一定相同的物理量是( )
A. 电压 B. 电功率 C. 效率 D. 热功率
3. 用如图装置验证动量守恒定律时,下列操作符合实验要求的是( )
A. 两小球的质量和直径可以不同 B. 选用两球的质量应满足
C. 需要测量小球平抛运动的时间 D. 斜槽轨道越光滑误差越小
4. 如图所示是某手机防摔装置,商家宣传只要手机摔落角度合适,可以保证从2m高处自由摔落而不破,下列有关说法正确的是( )
A. 防摔装置可以减小手机的动量的变化量
B. 防摔装置可以减小手机的动量的变化率
C. 防摔装置可以减小手机的动能的变化量
D. 防摔装置可以增加地面对手机的作用力
5. 如图所示为高压水射流切割,水流为柱状,横截面积为S,水流匀速垂直射到被切割的钢板上,之后垂直钢板的速度减为零,水的密度为,忽略水的重力影响,水流对钢板的作用力大小为F,则水枪出水口出水的流量Q(单位时间流出水的体积)为( )
A. B. C. D.
6. 某同学利用量程为0~5mA的毫安表及相关元件制作了一个简易欧姆表,内部电路如图甲所示。为了标定该欧姆表的刻度,该同学将a、b两端短接,调节滑动变阻器R使毫安表满偏;再将阻值为400Ω的电阻接在a、b之间,此时毫安表示数如图乙所示,下列说法正确的是( )
A. 使用该欧姆表测量某个电压表的内阻时,a端接电压表负极
B. 该欧姆表的0刻度线与毫安表的0刻度线重合
C. 毫安表示数为2mA位置应标注的值为900Ω
D. 该欧姆表的刻度分布是均匀的
7. 如图所示,当滑动变阻器滑片向右滑动一小段距离后,理想电流表、的示数变化量的绝对值分别为、,理想电压表V的示数变化量的绝对值为,下列说法中正确的是( )
A. 电源的输出功率一定减小 B. 一定大于
C. D. 电源的效率增大
8. 如图所示,质量为m1、m2大小相同的两个小球,在光滑水平面上发生正碰,不计碰撞时间。下列位移-时间图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
9. 如图所示,在光滑的水平地面上停放着质量为m的装有光滑圆弧槽的小车,现有质量也为m的小球以的水平速度沿与切线水平的槽口向小车滑去,到达某一高度(小球未离开小车)后,小球又返回小车右端,这段过程中( )
A. 小车和小球组成的系统动量守恒
B. 小球从右侧离开车后,相对于地面向右做平抛运动
C. 小车对小球的支持力一直对小球做负功
D. 小车对小球的支持力的冲量大小为
10. 如图(a)所示,长为1.5 m的轻杆通过轻转轴一端连接质量为0.2 kg的小球P,另一端连接质量为0.4 kg的物块Q,整个装置静置于水平地面上。时,小球P获得一竖直向上、大小为的初速度,之后Q一直在水平地面上运动,其速度与时间的图像如图(b)所示。不计一切摩擦,所有碰撞均为弹性碰撞,重力加速度取,,下列说法正确的是( )
A. 时刻小球P和地面发生碰撞
B. 时刻物块Q回到出发点
C. 时刻小球P的速度大小为
D. 时间内,图线和轴围成的面积为1 m
二、非选择题:共5题,共60分.其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式只写出最后答案的不能得分.
11. 某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:
A.待测干电池一节
B.电流表:量程0-0.6 A,内阻为0.60 Ω
C.电压表:量程0-3 V,内阻未知
D.电压表:量程0-15 V,内阻未知
E.滑动变阻器:0-100 Ω,2 A
F.滑动变阻器:0-10 Ω,1 A
G.开关、导线若干
(1)为尽可能准确地测量电池的电动势和内阻,请选择适当的器材:电压表________,滑动变阻器选________(填写器材前的序号字母)。
(2)实验电路图应选择下图中的________(填“甲”或“乙”
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图所示的图像。由此可知电池电动势________V,干电池的内电阻________Ω(结果均保留2位有效数字)。
12. 电源电动势,内阻,闭合开关S后,标有“8 V,12 W”的灯泡恰能正常发光,电动机正常工作,求:
(1)通过电源的电流;
(2)电源的输出功率。
13. 一个质量的蹦床运动员从高处下落,刚接触网的速度是6 m/s,与网相互作用后沿竖直方向蹦回离开网时的速度是8 m/s。假设运动员与网接触的时间为,重力加速度取。
(1)求运动员触网过程中动量的变化量;
(2)求水平网面对运动员的平均作用力大小。
14. 如图所示,位于光滑水平桌面上的小滑块P和Q都可视作质点,质量分别为2m和m。Q与轻质弹簧相连(弹簧处于原长)。设开始时P和Q分别以2v和v初速度向右匀速运动,当小滑块P追上小滑块Q与弹簧发生相互作用,在以后运动过程中,求:
(1)弹簧的最大弹性势能;
(2)小滑块Q的最大速度;
(3)若弹簧的最大压缩量为L,从P开始接触弹簧到弹簧被压缩到最短,这段过程的时间为,求该过程中P的对地位移。
15. 如图甲所示,在光滑水平面上有A、B、C三个小球,A、B两球分别用水平轻杆通过光滑铰链与C球连接,两球间夹有劲度系数足够大、长度可忽略的压缩轻弹簧,弹簧与球不相连。C球固定,释放弹簧,球与弹簧分离瞬间杆中弹力大小F=10 N。已知A、B两球的质量均为,C球的质量,杆长,弹簧在弹性限度内。
(1)求弹簧释放的弹性势能;
(2)若C球不固定,求释放弹簧后C球的最大速度v;
(3)若C球不固定,求释放弹簧后两杆间夹角第一次为时(如图乙)A的速度。
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高二物理
一、单项选择题:本题共10小题,每小题4分,共计40分.每小题只有一个选项符合题意.
1. 下列说法正确的是( )
A. 物体的动量改变时,动能一定发生改变
B. 一对相互作用力冲量的矢量和为零,所做功的代数和也为零
C. 电源通过静电力做功把其他形式的能转化为电能
D. 动量守恒定律具有普适性,微观高速的情形仍然适用
【答案】D
【解析】
【详解】A.动量是矢量,动能是标量。若速度大小不变、方向改变,动量会发生改变但动能不变,故A错误;
B.一对相互作用力大小相等、方向相反、作用时间相同,因此冲量的矢量和为零;但两力作用在不同物体上,两物体的位移不一定相同,做功代数和不一定为零,故B错误;
C.电源内部通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能,故C错误;
D.动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一,不仅适用于宏观低速物体,微观高速的情形仍然适用,故D正确。
故选D。
2. 将一直流电动机和一电热丝串联接入电路。已知电动机线圈电阻和电热丝电阻相同,电动机正常工作。则电动机和电热丝工作时一定相同的物理量是( )
A. 电压 B. 电功率 C. 效率 D. 热功率
【答案】D
【解析】
【详解】由于电动机与电热丝串联,电流相同。已知电动机线圈电阻与电热丝电阻相等,设为。电动机正常工作,产生反电动势。
A.电动机两端电压
电热丝两端电压
可知,即电压不同,故A错误;
B.电动机输入电功率
电热丝输入电功率
可知,则电功率不同,故B错误;
C.电动机的效率是指其输出的机械功率与输入的电功率之比,有
电热丝为纯电阻元件,电能全部转化为内能,其效率为
因,则效率不同,故C错误;
D.由热功率,因电阻和电流相同,则热功率相同,故D正确。
故选D。
3. 用如图装置验证动量守恒定律时,下列操作符合实验要求的是( )
A. 两小球的质量和直径可以不同 B. 选用两球的质量应满足
C. 需要测量小球平抛运动的时间 D. 斜槽轨道越光滑误差越小
【答案】B
【解析】
【详解】A.为了发生对心碰撞,两小球的直径必须相等,两小球的质量可以不同,故A错误;
B.为防止碰撞后入射球反弹,入射球的质量必须大于被碰球的质量,即应满足,故B正确;
C.小球离开斜槽后做平抛运动,由于下落高度相同,下落时间相同,验证动量守恒定律的式子两边可以将约去,因此不需要测量小球平抛运动的时间,故C错误;
D.只要入射球每次从斜槽的同一位置由静止释放,保证到达斜槽末端时的速度相同即可,斜槽轨道不需要光滑,故D错误。
故选B。
4. 如图所示是某手机防摔装置,商家宣传只要手机摔落角度合适,可以保证从2m高处自由摔落而不破,下列有关说法正确的是( )
A. 防摔装置可以减小手机的动量的变化量
B. 防摔装置可以减小手机的动量的变化率
C. 防摔装置可以减小手机的动能的变化量
D. 防摔装置可以增加地面对手机的作用力
【答案】B
【解析】
【详解】依题意,根据动量定理,可得
可知防摔装置的作用是延长了手机与地面的接触时间,从而减小手机所受到的合外力,即减小手机动量的变化率,而手机动量的变化量未发生变化。由于高度不变,则动能的变化量保持不变。
故选B。
5. 如图所示为高压水射流切割,水流为柱状,横截面积为S,水流匀速垂直射到被切割的钢板上,之后垂直钢板的速度减为零,水的密度为,忽略水的重力影响,水流对钢板的作用力大小为F,则水枪出水口出水的流量Q(单位时间流出水的体积)为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】设水流速度为,根据流量的定义
取极短时间内撞击钢板的水柱微元作为研究对象:
水的质量:
水撞击钢板后,垂直钢板方向速度减为0。取水流初速度方向为正方向,由动量定理
代入
可得
由牛顿第三定律,水流对钢板的作用力
,
又,代入得:
即
故选B。
6. 某同学利用量程为0~5mA的毫安表及相关元件制作了一个简易欧姆表,内部电路如图甲所示。为了标定该欧姆表的刻度,该同学将a、b两端短接,调节滑动变阻器R使毫安表满偏;再将阻值为400Ω的电阻接在a、b之间,此时毫安表示数如图乙所示,下列说法正确的是( )
A. 使用该欧姆表测量某个电压表的内阻时,a端接电压表负极
B. 该欧姆表的0刻度线与毫安表的0刻度线重合
C. 毫安表示数为2mA位置应标注的值为900Ω
D. 该欧姆表的刻度分布是均匀的
【答案】C
【解析】
【详解】A.端是黑表笔,使用该欧姆表测量某个电压表的内阻时,电流从黑表笔流出,故接电压表正极,故A错误;
B.欧姆表的0刻度恰好是毫安表的最大刻度,故B错误;
C.毫安表满偏时则有,当接入电阻,电流,则有
解得
毫安表示数为时,则有
联立解得
故C正确;
D.根据闭合电路的欧姆定律,可见电流与外接的待测电阻不是正比关系,故欧姆表的刻度是不均匀的,故D错误。
故选C。
7. 如图所示,当滑动变阻器滑片向右滑动一小段距离后,理想电流表、的示数变化量的绝对值分别为、,理想电压表V的示数变化量的绝对值为,下列说法中正确的是( )
A. 电源的输出功率一定减小 B. 一定大于
C. D. 电源的效率增大
【答案】C
【解析】
【详解】A.结合题图,电源的输出功率
当滑动变阻器滑片向右滑动一小段距离后,接入电路的阻值变小,则减小,但由于不知道与具体大小关系,因此电源的输出功率不一定减小,故A错误;
B.因为减小,则增大,因此电压表示数减小,故通过的电流减小,又因为增大,因此的增加量大于的增加量,故B错误;
C.根据可知,,故C正确;
D.电源的效率为
由于减小,因此电源的效率减小,故D错误。
故选C。
8. 如图所示,质量为m1、m2大小相同的两个小球,在光滑水平面上发生正碰,不计碰撞时间。下列位移-时间图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A.由位移-时间图像可知,碰撞前小球静止,小球做匀速直线运动,根据图像斜率可知小球的速度为
若该图像正确,碰撞后小球静止,小球的速度变为,若两小球质量相等即
根据动量守恒定律和机械能守恒定律分别有,
该过程满足动量守恒和能量守恒的条件,符合物理规律,故A正确;
B.若该图像正确,碰撞后两小球同向共速,速度大小仍为,根据动量守恒定律有
解得
这与题干已知存在质量为的小球相矛盾,故B错误;
C.若该图像正确,碰撞后小球反向运动,根据图像斜率可知其速度为
即速度大小仍为,此时小球的动能已等于碰撞前系统的总动能,而小球碰撞后也获得了一定的动能,使得碰撞后系统总动能大于碰撞前,违背了能量守恒定律,故C错误;
D.若该图像正确,碰撞后小球的图线斜率不变,说明其速度保持不变,而小球碰撞后向前运动获得了大于零的速度,此时碰撞后的系统总动能为
显然碰撞后的总动能大于碰撞前的总动能,违背了能量守恒定律,故D错误。
故选A。
9. 如图所示,在光滑的水平地面上停放着质量为m的装有光滑圆弧槽的小车,现有质量也为m的小球以的水平速度沿与切线水平的槽口向小车滑去,到达某一高度(小球未离开小车)后,小球又返回小车右端,这段过程中( )
A. 小车和小球组成的系统动量守恒
B. 小球从右侧离开车后,相对于地面向右做平抛运动
C. 小车对小球的支持力一直对小球做负功
D. 小车对小球的支持力的冲量大小为
【答案】C
【解析】
【详解】A.在小球沿圆弧槽上滑和下滑的过程中,小车和小球组成的系统在水平方向上不受外力作用,水平方向动量守恒;但在竖直方向上,小球具有竖直方向的加速度,系统在竖直方向所受合外力不为零,因此系统的总动量不守恒,故A错误;
B.设小球从右侧离开小车时,小球的速度为,小车的速度为。取水平向右为正方向,根据水平方向动量守恒有
根据系统机械能守恒有
联立解得,
即小球离开小车时对地速度为零,此后仅受重力作用,做自由落体运动,故B错误;
C.在小球运动的过程中,小球和小车组成的系统机械能守恒。由于小车的动能增加,小球的机械能不断减少,除重力外只有小车对小球的支持力做功,根据功能关系可知,小车对小球的支持力一直对小球做负功,故C正确;
D.在整个过程中,对小球由动量定理有
即支持力的冲量
由于重力的冲量竖直向下且不为零,所以支持力的冲量大小不等于,故D错误。
故选C。
10. 如图(a)所示,长为1.5 m的轻杆通过轻转轴一端连接质量为0.2 kg的小球P,另一端连接质量为0.4 kg的物块Q,整个装置静置于水平地面上。时,小球P获得一竖直向上、大小为的初速度,之后Q一直在水平地面上运动,其速度与时间的图像如图(b)所示。不计一切摩擦,所有碰撞均为弹性碰撞,重力加速度取,,下列说法正确的是( )
A. 时刻小球P和地面发生碰撞
B. 时刻物块Q回到出发点
C. 时刻小球P的速度大小为
D. 时间内,图线和轴围成的面积为1 m
【答案】D
【解析】
【详解】A.P 和地面碰撞时,杆恢复水平,P速度沿竖直方向,水平分量 ,由水平动量守恒得此时
从图(b)可知, 时刻,因此 时刻P才和地面碰撞,A错误。
B.时间内,Q的速度一直为负值,说明在这段时间内,Q始终向左运动,因此时刻Q不可能回到出发点,B错误;
C. 时刻杆竖直,P到达最高点,重力势能增加
初始总机械能
因此剩余总动能
由动量守恒
得
代入动能公式
得 , ,因此P速度大小为,C错误;
D.图线与时间轴围成的面积表示Q的位移
内系统水平方向动量守恒
可得,即
由几何关系可得
解得
所以图线和轴围成的面积为1 m,D正确。
故选 D。
二、非选择题:共5题,共60分.其中第12题~第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式只写出最后答案的不能得分.
11. 某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:
A.待测干电池一节
B.电流表:量程0-0.6 A,内阻为0.60 Ω
C.电压表:量程0-3 V,内阻未知
D.电压表:量程0-15 V,内阻未知
E.滑动变阻器:0-100 Ω,2 A
F.滑动变阻器:0-10 Ω,1 A
G.开关、导线若干
(1)为尽可能准确地测量电池的电动势和内阻,请选择适当的器材:电压表________,滑动变阻器选________(填写器材前的序号字母)。
(2)实验电路图应选择下图中的________(填“甲”或“乙”
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图所示的图像。由此可知电池电动势________V,干电池的内电阻________Ω(结果均保留2位有效数字)。
【答案】(1) ①. C ②. F
(2)甲 (3) ①. 1.5 ②. 0.40
【解析】
【小问1详解】
[1] 一节干电池电动势约1.5V,选量程0~3V的C即可,若选15V量程的D,测量时指针偏转过小,读数误差极大,
故选C。
[2]为调节方便灵活,滑动变阻器应选总电阻值较小的滑动变阻器,故选F。
【小问2详解】
本题中电流表内阻已知():甲图的误差仅来自电压表的分流,而乙图的误差来自电流表的分压,会将电流表内阻直接计入电源内阻,且无法分离出真实的干电池内阻。甲电路可以后续通过数据处理扣除电流表内阻的影响,测量更准确,因此选甲。
【小问3详解】
[1]根据闭合电路欧姆定律,甲电路满足 , 图线的纵轴截距等于电源电动势,由图得截距为1.5V,即;
[2]图线斜率的绝对值为,代入图中数据:,,得,因此干电池内阻。
12. 电源电动势,内阻,闭合开关S后,标有“8 V,12 W”的灯泡恰能正常发光,电动机正常工作,求:
(1)通过电源的电流;
(2)电源的输出功率。
【答案】(1)2 A (2)16 W
【解析】
【小问1详解】
灯泡恰能正常发光,则电源外电压等于灯泡电压,根据
解得通过电源的电流
【小问2详解】
电源的输出功率
13. 一个质量的蹦床运动员从高处下落,刚接触网的速度是6 m/s,与网相互作用后沿竖直方向蹦回离开网时的速度是8 m/s。假设运动员与网接触的时间为,重力加速度取。
(1)求运动员触网过程中动量的变化量;
(2)求水平网面对运动员的平均作用力大小。
【答案】(1)700 kg·m/s,方向竖直向上
(2)1500 N
【解析】
【小问1详解】
以向上为正方向,运动员下落触网时的速度为
蹦回离网时的速度为
运动员触网过程中动量的变化量
解得
运动员触网过程中动量的变化量大小为,方向竖直向上。
【小问2详解】
以运动员为研究对象,取竖直向上为正方向,设网面对运动员的平均作用力为,由动量定理得
解得
水平网面对运动员的平均作用力大小为
14. 如图所示,位于光滑水平桌面上的小滑块P和Q都可视作质点,质量分别为2m和m。Q与轻质弹簧相连(弹簧处于原长)。设开始时P和Q分别以2v和v初速度向右匀速运动,当小滑块P追上小滑块Q与弹簧发生相互作用,在以后运动过程中,求:
(1)弹簧的最大弹性势能;
(2)小滑块Q的最大速度;
(3)若弹簧的最大压缩量为L,从P开始接触弹簧到弹簧被压缩到最短,这段过程的时间为,求该过程中P的对地位移。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
P、Q通过弹簧发生碰撞,当两滑块速度相等时,弹簧压缩到最短,弹性势能最大,设此时共同速度为v',对P、Q(包括弹簧)组成的系统,由动量守恒定律有
解得
根据机械能守恒定律可得,弹簧具有的最大弹性势能为
【小问2详解】
当弹簧恢复原长时Q的速度最大,设此时P的速度为,Q的速度为,根据动量守恒定律可得
根据机械能守恒定律可得
联立解得
【小问3详解】
设P对地位移为xP,Q对地位移为xQ,则弹簧最大压缩量L=xP-xQ
对系统动量守恒可得
解得
15. 如图甲所示,在光滑水平面上有A、B、C三个小球,A、B两球分别用水平轻杆通过光滑铰链与C球连接,两球间夹有劲度系数足够大、长度可忽略的压缩轻弹簧,弹簧与球不相连。C球固定,释放弹簧,球与弹簧分离瞬间杆中弹力大小F=10 N。已知A、B两球的质量均为,C球的质量,杆长,弹簧在弹性限度内。
(1)求弹簧释放的弹性势能;
(2)若C球不固定,求释放弹簧后C球的最大速度v;
(3)若C球不固定,求释放弹簧后两杆间夹角第一次为时(如图乙)A的速度。
【答案】(1)
(2)
(3),与水平方向的夹角为
【解析】
【小问1详解】
由对称性可知球与弹簧分离时球的速度相等,设为,对A球,由牛顿第二定律有
由系统机械能守恒定律得
解得
【小问2详解】
三个球在一条直线上时,C球加速度等于0,速度最大,A、B球速度大小分别为、,由对称性可知
由系统动量守恒定律可知
由系统机械能守恒定律得
解得
【小问3详解】
设此时球速度为球的两个垂直方向分速度大小分别为,则
系统y轴方向动量守恒
系统机械能守恒
沿杆方向,球与球速度大小始终相等
且
联立以上各式解得
设球速度与水平方向的夹角为,则
所以球速度与水平方向的夹角为
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