物理 郑州市2016年高三期末试卷
精品
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多选题 本大题共5小题,每小题4分,共20分。在每小题给出的4个选项中,有多项符合题目要求,全对得4分,选对但不全得2分,有选错的得0分。
1
题型: 多选题
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分值: 4分

8.将三个木板1、2、3固定在墙角,木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形,如图所示,其中1与2底边相同,2和3高度相同。现将一个可视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放,并沿木板下滑到底端,物块与木板之间的动摩擦因数μ均相同。在这三个过程中,下列说法正确的是

A沿着木板1和木板2下滑到底端时,物块速度的大小相等

B沿着木板2和木板3下滑到底端时,物块速度的大小相等

C沿着木板1下滑到底端时,物块的动能最大

D物块沿着木板3下滑到底端的过程中,产生的热量最多

正确答案

C,D

解析

斜面1和斜面2公用一个底边,假设此底边长为d,则由动能定理得,可知斜面1上下滑至底端的速度大于斜面2上下滑至底端的速度,故A选项错误;有前面式子还可以获知斜面1和2上克服摩擦力所做的功相同,斜面2和斜面3公用一个高,假设此高为H,则由动能定理得,可知斜面3上下滑至底端的速度小于斜面2上下滑至底端的速度,且斜面3上克服摩擦力做的功大于斜面2上,故B选项错误,C项正确;而克服摩擦力的功等于产生的热量,故D项正确。

考查方向

本题主要考察了摩擦力在斜面上做功的特点及动能定理。

解题思路

利用动能定理对三个斜面底端的速度进行分析;底边相同的斜面上的摩擦力做功相同。

易错点

斜面1的长度大于斜面2的长度,而错误的认为斜面1上摩擦力的功大于斜面2上摩擦力的功。

知识点

匀变速直线运动规律的综合运用牛顿第二定律
1
题型: 多选题
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分值: 4分

9.2022年第24届冬季奥林匹克运动会将在北京举行,跳台滑雪是冬奥会的比赛项目之一。如图所示为一简化后的跳台滑雪的雪道示意图,运动员从O点由静止开始,在不借助其它外力的情况下,自由滑过一段圆心角为60°的光滑圆弧轨道后从A点水平飞出,然后落到斜坡上的B点。已知A点是斜坡的起点,光滑圆弧轨道半径为40m,斜坡与水平面的夹角θ=30°,运动员的质量m=50 kg,重力加速度g=10 m/s2。下列说法正确的是

A运动员从O运动到B的整个过程中机械能守恒

B运动员到达A点时的速度为20 m/s

C运动员到达B点时的动能为10 kJ

D运动员从A点飞出到落到B点所用的时间为s

正确答案

A,B

解析

由于从O到B过程中,只有重力在做功,故机械能守恒,A选项正确;

对OA段,由动能定理得,可判断B选项正确;

对AB段,水平方向:①,竖直方向②,又由动能定理得③,由式①②③可得,选项C和D错误。

考查方向

本题考查了平抛运动、机械能守恒定律和动能定理等

解题思路

本题中因为不涉及到重力以外的其他力的功,所以可以应用机械能守恒定律或动能定理;AB段为平抛运动,故可采取相应的公式解决。

易错点

由于忽略了圆心角60°,而由机械能守恒定律得,导致漏选B

知识点

平抛运动机械能守恒定律
1
题型: 多选题
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分值: 4分

11.关于高中物理中的几个实验,下列说法中正确的是

A在“探究动能定理”的实验中,通过改变橡皮筋的长度来改变拉力做功的数值

B在“验证力的平行四边形定则”实验中,采用的科学方法是等效替代法

C在“探究加速度与质量、力的关系”的实验中,平衡摩擦力时应将装有砝码的小桶通过定滑轮拴在小车上

D在处理实验数据时,为了描述实验中测得物理量之间的关系,可先将其在坐标系中描点,然后用一条曲线(包括直线)“拟合”这些点,采用这种图象法可以减小误差

正确答案

B,D

解析

选项A中,不是改变橡皮筋的长度,而是改变橡皮筋的条数;平衡摩擦力时要穿上纸带,但是不能挂上小桶。

考查方向

本题考查了实验的原理、物理思想和注意事项等

解题思路

熟悉各实验的原理、物理思想和注意事项等

易错点

选项A中,不是改变橡皮筋的长度,而是改变橡皮筋的条数。

知识点

实验中常用仪器及其正确操作方法
1
题型: 多选题
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分值: 4分

10.用一段横截面半径为r、电阻率为ρ、密度为d的均匀导体材料做成一个半径为R(rR)的圆环。圆环竖直向下落入如图所示的径向磁场中,圆环的圆心始终在N极的轴线上,圆环所在位置的磁感应强度大小均为B。圆环在加速下落过程中某一时刻的速度为v,忽略电感的影响,则

A此时在圆环中产生了(俯视)顺时针的感应电流

B圆环因受到了向下的安培力而加速下落

C此时圆环的加速度a=

D如果径向磁场足够长,则圆环的最大速度vm

正确答案

A,D

解析

由右手定则可知选项A正确;由左手定则或楞次定律可知选项B错误;由牛顿第二定律得 ①,又②,③,由以上各式可得选项C错误;当圆环匀速下落时有最大速度,即④,由式②③④可得,选项D正确。

考查方向

本题考察了右手定则、左手定则、楞次定律、牛顿第二定律和平衡条件。

解题思路

利用右手定则判断感应电流方向;利用左手定则或楞次定律来判断安培力方向;通过分析圆环的运动及受力情况,利用牛顿第二定律求解加速度;通过分析圆环的受力和运动情况,确定并求解最大速度。

易错点

因漏画重力而错选C

知识点

感生电动势、动生电动势楞次定律
1
题型: 多选题
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分值: 4分

7.如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10 :1,原线圈接交流电源和交流电压表、交流电流表,副线圈通过电阻为R的导线与热水器、抽油烟机连接。已知原线圈两端的电压保持不变,副线圈上的电压按如图乙所示规律变化。现闭合开关S接通抽油烟机,下列说法正确的是

A热水器两端电压的瞬时值表达式为u=220sin(100πt)V

B电压表示数为2200V

C电流表示数变大

D变压器的输入功率增大

正确答案

B,C,D

解析

由电路结构可知热水器和电阻R的总电压的峰值为V,可知A项错误;由图乙可知副线圈的电压有效值为220V,又由原副线圈的匝数比10:1,可知B项正确;电流及功率都是输出决定输入,由于变压器输出电压不变,则闭合开关S会导致副线圈所在回路电阻变小,则电流变大,输出功率变大,故原线圈所在回路电流也变大,输入功率变大,故C项和D项正确。

考查方向

本题主要考察变压器电压、电流、功率的决定关系,峰值与有效值的关系,瞬时表达式等;

解题思路

正弦式交变电流的峰值与有效值的关系;电压表显示的是有效值;功率和电流都是输出决定输入。

易错点

由于误认为热水器两端电压的峰值就是副线圈上电压的峰值而错选A;由于忘记电压表显示的有效值而错选B;

知识点

变压器的构造和原理
简答题(综合题) 本大题共44分。简答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
1
题型:简答题
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分值: 5分

12.物理小组的同学用如图所示的实验器材测定重力加速度,实验器材有:底座、带有标尺的竖直杆、光电门1和2组成的光电计时器,小球释放器(可使小球无初速释放)、网兜。实验时可用两光电门测量小球从光电门1运动至光电门2的时间t,并从竖直杆上读出两光电门间的距离h。则: 

(1)如图所示,用游标卡尺测量小球的直径,则小球直径为__________cm。

(2)保持光电门2的位置不变,改变光电门1的位置,小球经过光电门2的速度为v,不考虑空气阻力,小球的加速度为重力加速度g,则h、t、g、v四个物理量之间的关系为h=________________。  

(3)根据实验数据作出-t图线,若图线斜率的绝对值为k,根据图线可求出重力加速度大小为___________。

正确答案

1.275 ,,  2k

解析

(1)游标卡尺的读书方法:主尺上的整毫米数+n×精确度;

(2)在两光电门之间,由以上两式可得

(3)由(2)可知,即,故

考查方向

本题考查了游标卡尺的读数方法、运动学公式及根据图像求解相关的物理量。

解题思路

通过图像求解某个物理量时,一般都是通过横纵坐标所表示的物理量间的关系表达式来解决。

易错点

游标卡尺读书不需要估读,并且20分度的精确度为0.05mm;根据图像求解相关物理量时,一般根据横纵轴物理量的关系式求解;

知识点

刻度尺、游标卡尺的使用
1
题型:简答题
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分值: 10分

14.交通信号“绿波”控制系统一般被称为“绿波带”,它是根据车辆运行情况对各路口红绿灯进行协调,使车辆通过时能连续获得一路绿灯。郑州市中原路上某直线路段每间隔L=500 m就有一个红绿灯路口,绿灯时间△t1=60 s,红灯时间△t2=40 s,而且下一路口红绿灯亮起总比当前路口红绿灯滞后△t=50s。要求汽车在下一路口绿灯再次亮起后能通过该路口。汽车可看做质点,不计通过路口的时间,道路通行顺畅。

(1)若某路口绿灯刚亮起时,某汽车恰好通过,要使该汽车保持匀速行驶,在后面道路上再连续通过五个路口,满足题设条件下,汽车匀速行驶的最大速度是多少?最小速度又是多少?(计算结果保留两位有效数字)

(2)若某路口遭遇红灯,待绿灯刚亮起时,某汽车由静止开始,以加速度a=2 m/s2匀加速运动,加速到第(1)问中汽车匀速行驶的最大速度以后,便以此速度一直匀速运动。试通过计算判断,当该汽车到达下一个路口时能否遇到绿灯。

正确答案

(1)

(2)走到下个路口时能够遇到绿灯

解析

(1)若汽车刚好在绿灯亮起时通过第五个路口,则通过五个路口的时间

此时匀速运动的速度最大     

若汽车刚好在绿灯熄灭时通过第五个路口,则通过五个路口的时间

此时匀速运动的速度最小     

(2)若路口绿灯刚亮起时,汽车启动加速,最终加速到

      t1=5 s

在此过程中汽车走过的位移         x=25 m

然后汽车以此速度匀速运动,可知

     t2=47.5 s

因此,汽车从该路口开始启动到下一个路口的时间为

110 s>t>50 s,因此走到下个路口时能够遇到绿灯。

考查方向

多过程的匀速直线运动和匀变速直线运动的分析求解。

解题思路

连续通过五个路口的最大行驶速度,是第五个路口绿灯亮起时汽车刚好通过第五个路口;连续通过五个路口的最小行驶速度,是第五个路口绿灯熄灭起时汽车刚好通过第五个路口;对于(2),可通过比较汽车到达下一个路口的时间与从第一个路口绿灯亮起到第二个路口绿灯亮起的时间,来判断是否能通过下一个路口。

易错点

题干中的时间就有三个,即△t1,△t2和△t,很容易干扰学生的思考过程,导致分析不清汽车的运动情况;

知识点

匀变速直线运动规律的综合运用
1
题型:简答题
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分值: 9分

13.在高中阶段,我们学过了很多测量电阻值的方法,某兴趣小组为了测量某个电阻Rx的阻值,设计了如图(a)所示的电路。同学们先用多用表粗略测量了该电阻的阻值,多用表的示数如图(b)所示。然后用如图(a)所示的电路较为精确地测量了Rx的阻值。已知电路中学生电源的输出电压可调,电流表量程均选择0.6 A(内阻不计),标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长度为30.00 cm。

(1)利用多用表测量时,选择的档位为×1档,则由多用表指示示数可知,该电阻的阻值为___________Ω

(2)利用如图(a)所示设计的电路测量电阻时:

①先断开S2,合上S1,当调节电源输出电压为3.00 V时,单位长度电阻丝分得的电压u=__________V/m,记录此时电流表A1的示数。

②保持S1闭合,合上S2,滑动c点改变ac的长度L,同时调节电源输出电压,使电流表A1的示数与步骤①记录的值相同,记录长度L和A2的示数I。测量6组L和I值,测量数据已在图(c)中标出,写出Rx与L、I、u的关系式Rx=__________;

③在图(c)的坐标系中做出L-I图象。根据图象可以得到Rx=_________Ω。(结果保留两位有效数字)

正确答案

(1)6.0

(2)  ①10   ②  ③如图 6.0(5.8~6.2均正确)

解析

(1)多用电表中电阻的读书方法:表盘读数×倍率;

(2)①

②假设电阻丝的总电阻为,由并联电路电压相等,得,即

③由②得,又由图可得,故,即

考查方向

本题考察了多用电表的电阻的读书方法、欧姆定律及根据图像求解相关物理量。

解题思路

分清电路的结构和变化的规律,利用部分电路欧姆定律等规律解决。

易错点

多用电表的电阻读数不用估读;在第(2)②问中利用的是并联电路电压相等;

知识点

研究闭合电路的欧姆定律
1
题型:简答题
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分值: 10分

15.如图所示,固定在水平地面上的工件,由AB和BD两部分组成。其中AB部分为光滑的圆弧,∠AOB=37°,圆弧的半径R=0.5 m,圆心O点在B点正上方,BD部分水平,长度为l=0.2 m,C为BD的中点。现有一质量m=1 kg的物块(可视为质点),从A端由静止释放,恰好能运动到D点。为使物块运动到C点时速度为零,可先将BD部分以B为轴向上转动一锐角θ,求:

(1)该锐角θ应为多大?(假设物块经过B点时没有能量损失);

(2)物块在BD板上运动的总路程。(g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

正确答案

(1)

(2)s=0.25 m

解析

(1)设BD段长度为l,动摩擦因数为当BD水平时,研究物块的运动,根据动能定理

从A到D的过程中    

代入数据联立解得     

当BD抬起一个锐角时,从A到C的过程中,根据动能定理

其中        

联立解得      

(2)物块在C处速度减为零后,由于 物块将会下滑,而AB段光滑,故物块将做往复运动,直到停止在B点。

根据能量守恒定律 

而摩擦产生的热量      

代入数据解得,物块在BD板上的总路程  s=0.25 m

考查方向

本题考查了动能定理、能量守恒定律及产生的热量与克服摩擦力做的功之间的关系。

解题思路

可通过动能定理、能量守恒定律等加以解决。

易错点

(2)中可能会出现分析不清物块的运动情况,从而不能正确应用能量守恒定律;

知识点

动能定理的应用
1
题型:简答题
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分值: 10分

16.如图所示,水平地面上放有一张正方形桌子,桌面abcd边长为L,桌面水平、光滑、绝缘,距地面高度为h,正方形桌面内有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在桌面以外有竖直向下的匀强电场,电场强度为E。(电场、磁场图中没有画出)一质量为m,电荷量为q的带正电小球(可看作质点),从桌面边缘ad中点M,以垂直于ad边的速度v进入磁场区域。重力加速度为g。

(1)要使小球能够从ab边飞离桌面,求小球进入磁场时速度大小的范围;

(2)若小球恰好能从桌面上b点飞出,求小球落地点到桌面上b点的距离。


正确答案

(1)

(2)

解析

(1)对小球做受力分析可知,小球在桌面上运动时重力与支持力平衡,小球在磁场作用下做匀速圆周运动。

当小球从a点飞离桌面时,速度最小,设此时小球运动半径为r1,由几何关系可得

已知洛伦兹力提供向心力  

解得              

当小球从b点飞离桌面时,速度最大,设此时小球运动半径为r2,由几何关系可得

解得                

已知洛伦兹力提供向心力   

解得                

可得速度大小范围    

(2)小球飞出桌面后受重力和电场力作用,可知

物体做类似平抛运动,可知   

   

由几何关系可知落地点到桌面上b点的距离为    

由以上各式可得    

考查方向

本题考查了带电粒子在电场和磁场里的运动、牛顿第二定律及平抛运动;

解题思路

从ab边飞出的速度大小范围,分别对应从a点飞离桌面和从b点飞离桌面;从桌面飞离后小球即做平抛运动。

易错点

在(1)中不能成功找到圆周运动的半径R与L的关系;

(2)中所求距离容易误求作类平抛运动的水平位移;

知识点

带电粒子在混合场中的运动
单选题 本大题共6小题,每小题4分,共24分。在每小题给出的4个选项中,有且只有一项是符合题目要求。
1
题型: 单选题
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分值: 4分

1.物理来源于人们的生活实践,揭示的是自然规律,我们学习物理的目的就是要将所学习的知识应用于社会。下面四幅图中展示了一些应用,关于这些应用说法正确的是

A甲图是天空一号中太空“质量测量仪”测质量的实验,其测量原理是根据胡克定律

B乙图是罗盘,它可以指示南北方向,其原理是由于指针受到重力作用

C丙图是防辐射服,其内部是用包含金属丝的织物制成,是因为金属丝很坚韧,有利于保护人体

D丁图是家用电磁炉,其原理是利用了电磁感应的涡流来进行加热

正确答案

D

解析

选项A中,弹簧的弹力虽然满足胡克定律,但是测质量的原理是牛顿第二定律;选项B中,罗盘可以指示南北的原因是小磁针受到地磁场的作用;选项C中主要应用的不是金属丝的坚韧,而是静电屏蔽现象;

考查方向

本题是从生活中选择一个物体或者现象,然后让说出现象背后的物理规律。

解题思路

针对每个现象,要结合所学物理知识,透过现象看到背后的物理规律。

易错点

甲图中有“弹簧”二字,故容易误认为原理是胡克定律;选项C中的“坚韧”,容易误导一部分学生。

知识点

胡克定律静电现象涡流现象及其应用
1
题型: 单选题
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分值: 4分

2.如图所示,a、b两个小球穿在一根光滑的固定杆上,并且通过一条细绳跨过定滑轮连接。已知b球质量为m,杆与水平面成θ角,不计所有摩擦,重力加速度为g。当两球静止时,Oa绳与杆的夹角也为θ,Ob绳沿竖直方向,则下列说法正确的是

Aa可能受到2个力的作用

Bb可能受到3个力的作用

C绳子对a的拉力等于mg

Da的重力为mgtanθ

正确答案

C

解析

根据共点力平衡的特点,可以确定b球一定受两个力,而a球一定受三个力,故选项A和B都错,选项C正确;沿杆方向Gsinθ=mgcosθ,故G=mg/tanθ,选项D错误。

考查方向

本题考察了受力分析和共点力平衡

解题思路

对于处于平衡状态下的物体,要记得列平衡方程解决问题。


易错点

A、B选项中“可能”应该为一定。

知识点

共点力平衡的条件及其应用
1
题型: 单选题
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分值: 4分

4.如图所示,两根无限长导线,均通以恒定电流I。两根导线的直线部分和坐标轴非常接近,弯曲部分是以坐标原点O为圆心的、半径相同的一段圆弧。规定垂直纸面向里的方向为磁感应强度的正方向,已知直线部分在原点O处不形成磁场,此时两根导线在坐标原点处的磁感应强度为B。下列四个选项中均有四根同样的、通以恒定电流I的无限长导线,O处磁感应强度也为B的是

A 

B 

C 

D 

正确答案

A

解析

在题干所给图中相当于一个顺时针方向的环形电流取其一半(Ⅱ、Ⅳ象限);在选项A中,显然Ⅱ、Ⅳ象限的电流相互抵消,Ⅰ、Ⅲ象限的仍然相当于一个顺时针方向的环形电流的一半,因此圆心O处的磁感应强度与题干所给图中的相同;在选项B中,则相当于是一个完整的顺时针方向的环形电流,圆心O处的磁感应强度与图甲中的相比方向相同,大小则是2倍;在选项C中,Ⅰ、Ⅲ象限的电流相互抵消,Ⅱ、Ⅳ象限的电流相当于一个逆时针方向的环形电流的一半,圆心O处的磁感应强度与图甲中的相比大小相同,但方向相反;在选项D中,Ⅱ、Ⅳ象限的电流相互抵消,Ⅰ、Ⅲ象限的电流相当于一个逆时针方向的环形电流的一半,圆心O处的磁感应强度与图甲中的相比大小相同,但方向相反,故只有选项A正确;

考查方向

本题主要考查了安培定则、磁场的叠加的应用,以及等效法的运用问题

解题思路

某一象限的四分之一环形电流与其他某象限的四分之一电流在原点产生的磁感应强度有可能相同,也有可能相反。

易错点

某一象限的四分之一环形电流与其他某象限的四分之一电流在原点产生的磁感应强度有可能相同,也有可能相反。

知识点

磁感应强度磁感线及用磁感线描述磁场
1
题型: 单选题
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分值: 4分

5.示波管的聚焦电场是由电极A1、A2、A3、A4形成的,实线为电场线,虚线为等势线,x轴为该电场的中心轴线。一个电子从左侧进入聚焦电场,曲线PQR是它的运动轨迹,则


A电场中Q点的电场强度小于R点的电场强度

B电场中P点的电势比Q点的电势低

C电子从P运动到R的过程中,电场力对它先做正功后做负功

D若电子沿着x轴正方向以某一速度进入该电场,电子有可能做曲线运动

正确答案

B

解析

可以参考等量异种电荷周围电场线及等势线的分布情况;根据等势线(或电场线)的疏密程度可以反映电场的强弱,可知A项错误;由“沿着电场线的方向,电势在降低”可知,选项B正确;根据合力与速度方向成锐角则加速,成钝角则减速,以及运动过程中电场力的方向及速度方向的关系可知选项C、D错误;

考查方向

本题主要考查了静电场中电势及电场强度的大小判断,电场力方向的判断及正负功的条件,曲线运动的条件。

解题思路

等势线或电场线的疏密程度都可以显示电场的强弱;合力与速度方向的夹角情况决定了合力的功的正负.

易错点

本题四个电极的引入,给考生带来不小的压力,容易和所学知识脱节。

知识点

示波管的构造及其工作原理
1
题型: 单选题
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分值: 4分

3.甲、乙两球质量分别为m1、m2,从同一地点(足够高)同时由静止释放。两球下落过程所受空气阻力大小f仅与球的速率v成正比,与球的质量无关,即f=kv(k为正的常量)。两球的v-t图象如图所示。落地前,经时间t0两球的速度都已达到各自的稳定值v1v2。则下列判断正确的是

A释放瞬间甲球加速度较大

B

C甲球质量大于乙球质量

Dt0时间内两球下落的高度相等

正确答案

C

解析

选项A:释放瞬间v=0,因此空气阻力f=0,两球均只受重力,加速度均为重力加速度g,故A错误;

选项B:两球先做加速度减小的加速运动,最后都做匀速运动,稳定kv=mg,因此最大速度与其质量成正比,即vm∝m,故=,故B错误;

选项C:由于=,而v1>v2,故甲球质量大于乙球,故C正确;

选项D:图象与时间轴围成的面积表示物体通过的位移,由图可知,t0时间内两球下落的高度不相等;故D错误;故选:C.

考查方向

本题考察了v-t图像所反映的运动信息、牛顿第二定律及平衡条件。

解题思路

结合v-t图象分析物体的受力情况及运动情况。

易错点

如果不做受力分析,而靠直接观察图像的弯曲情况,容易错选A

知识点

牛顿第二定律
1
题型: 单选题
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分值: 4分

6.中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。预计2020年左右,北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图,己知a、b、c三颗卫星均做圆周运动,a是地球同步卫星,则

A卫星a的角速度小于c的角速度

B卫星a的加速度小于b的加速度

C卫星a的运行速度大于第一宇宙速度

D卫星b的周期大于24 h

正确答案

A

解析

由公式可判断,只有选项A正确。

考查方向

卫星的运动量的大小的判断。

解题思路

熟记线速度、角速度、周期和加速度的公式。

易错点

本题若对相关公式不熟悉,则错选的可能将会增大。

知识点

万有引力定律及其应用
填空题 本大题共1小题,每小题12分,共12分。把答案填写在题中横线上。
1
题型:填空题
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分值: 12分

17.如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ电阻不计,其间距离为L,两导轨及其构成的平面与水平面成θ角。两根用细线连接的金属杆ab、cd分别垂直导轨放置,平行斜面向上的外力F作用在杆ab上,使两杆静止。已知两金属杆ab、cd的质量分别为m和2m,两金属杆的电阻都为R,并且和导轨始终保持良好接触,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。某时刻将细线烧断,保持杆ab静止不动,重力加速度为g。求:

(1)细线烧断后外力F的最小值F1和最大值F2

(2)当外力F=时,cd杆的速度大小;

(3)从细线烧断到cd杆达到最大速度,杆ab产生的电热为Q,求cd杆在此过程中经过的位移。

正确答案

(1)F1mgsinθ,F2=3mgsinθ  

(2)

(3)

解析

(1)细线烧断瞬间,外力F取得最小值F1,对杆ab

F1mgsinθ

杆到达最大速度vm时,外力F取得最大值F2 ,对杆ab

F2mgsinθF

cd杆,因其匀速运动,则      F'=2mgsinθ

显然          F= F'

代入可得      F2=3mgsinθ

(2)当外力  时,对杆ab

FmgsinθF=2mgsinθ

可得          F=mgsinθ

又知       F=BIL

其中    

可得此时cd杆匀速运动速度     

(3)由于两杆电阻相等,所以产生电热相等。cd杆达到最大速度前,电路产生的总电热为2Q,设cd杆达到最大速度前经过的位移为x,由能量守恒可知

2mgsinθ·x=(2m)v+2Q

cd杆最后匀速时        F=2mgsinθ=BIL

联立得  

考查方向

牛顿第二定律、电磁感应现象和焦耳热与克服安培力做的功间关系;

解题思路

细绳烧断后cd杆的运动情况是解决本题的关键。

易错点

对杆的运动分析的不够透彻;ab杆上产生的焦耳热与整个回路产生的焦耳热的关系;

知识点

带电粒子在匀强磁场中的运动

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