物理 天水市2016年高三第四次模拟考试
精品
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单选题 本大题共4小题,每小题6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: 6分

1.许多物理学家的科学发现推动了人类的进步。对以下几位科学家所作科学贡献的表述中,与事实相符的是()

A亚里士多德根据理想斜面实验,提出了力不是维持物体运动的原因

B牛顿发现了万有引力定律,并测出了引力常量G

C库伦发现了电荷之间相互作用规律—库仑定律,卡文迪许用扭秤实验测出了静电力常量k

D密立根最早通过实验,比较准确的测定了电子的电量

正确答案

D

解析

A、伽利略根据理想斜面实验,提出了力不是维持物体运动的原因,故A错误;
B、牛顿发现了万有引力定律,卡文迪许测出了引力常量G,故B错误;
C、库仑发现了电荷之间相互作用规律-库仑定律,卡文迪许用扭秤实验测出了万有引力常量k,故C错误;
D、密立根最早通过实验,比较准确的测定了电子的电量,故D正确;

考查方向

物理学史.

解题思路

根据物理学史和常识解答,记住著名物理学家的主要贡献即可.

易错点

对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆

知识点

物理学史
1
题型: 单选题
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分值: 6分

2.如图所示,M为固定在水平桌面上的有缺口的方形木块,为半径是R的圆形足够光滑的轨道,ɑ为轨道最高点,de面水平且有一定长度,今将质量为m的小球在d点的正上方高为h处由静止释放,其自由下落到d处切入轨道内运动,不计空气阻力,则以下论断正确的是()

A只要大于R,释放后小球就能通过

B调节,可以使小球通过点做自由落体运动

C无论怎样改变,都不可能使小球通过点后落回轨道内

D只要改变,就能使小球通过点后,既可以落回轨道内又可以落到面上

正确答案

C

解析

A、小球恰能通过a点的条件是小球的重力提供向心力,根据牛顿第二定律:
mg=m
解得:v=
根据动能定理:mg(h-R)=mv2
得:h=1.5R
可知只有满足h≥1.5R,释放后小球才能通过a点,故A错误;
BCD、小球离开a点时做平抛运动,用平抛运动的规律,
水平方向的匀速直线运动:x=vt
竖直方向的自由落体运动:R=gt2
解得:x=R>R,故无论怎样改变h的大小,都不可能使小球通过a点后落回轨道内,小球将通过a点不可能到达d点.只要改变h的大小,就能改变小球到达a点的速度,就有可能使小球通过a点后,落在de之间或之外.故BD错误,C正确.

考查方向

机械能守恒定律;平抛运动;向心力.

解题思路

根据牛顿第二定律分析小球的加速度与质量的关系.若小球恰能通过a点,其条件是小球的重力提供向心力,根据牛顿第二定律可解得小球此时的速度,用平抛运动的规律:水平方向的匀速直线运动,竖直方向的自由落体运动规律求出水平距离,由机械能守恒定律可求得h,分析小球能否通过a点后落回轨道内.

易错点

本题实质是临界问题,要充分挖掘临界条件,要理解平抛运动的规律:水平方向的匀速直线运动,竖直方向的自由落体运动.

知识点

生活中的圆周运动机械能守恒定律
1
题型: 单选题
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分值: 6分

3.如图,水平正对放置的两块足够大的矩形金属板,分别与一恒压直流电源(图中未画出)的两极相连,M、N是两极板的中心。若把一带电微粒在两板之间a点从静止释放,微粒将恰好保持静止。现将两板绕过M、N且垂直于纸面的轴逆时针旋转一个小角度θ后,再由a点从静止释放一这样的微粒,该微粒将()

A仍然保持静止

B靠近电势较低的电极板

C的竖直加速度加速(g表示重力加速度)

D的水平加速度加速(g表示重力加速度)

正确答案

D

解析

在两板中间a点从静止释放一带电微粒,微粒恰好保持静止状态,微粒受重力和电场力平衡,故电场力大小F=mg,方向竖直向上;
将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转小角度θ,电场强度方向逆时针旋转小角度θ,故电场力方向也逆时针旋转小角度θ,如图所示:
qE′=q=q,将电场力沿着竖直方向与水平方向分解,则竖直方向分力大小qE′cosθ=qE=mg;
故重力和电场力的合力方向水平向右,大小为a=gtanθ,微粒将向右做匀加速运动;故ABC错误,D正确;

考查方向

带电粒子在混合场中的运动;电势.

解题思路

开始时刻微粒保持静止,受重力和电场力而平衡;将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转小角度θ,电容器带电量不变,间距变小,故电场强度的大小变大,电场力的大小也变大,但可根据平行四边形定则,去确定电场力竖直方向分力与重力的关系,从确定微粒的运动即可.

易错点

对微利受力分析后结合牛顿第二定律分析,注意本题中电容器的两板绕过a点的轴逆时针旋转,板间场强大小变化,但竖直方向分力仍与重力相等

知识点

共点力平衡的条件及其应用电容器与电容
1
题型: 单选题
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分值: 6分

4.如图,某带电粒子由静止开始经电压为的电场加速后,射入水平放置、电势差为的两导体板间的匀强电场中,带电粒子沿平行于两板的方向从两板正中间射入,穿过两板后又垂直于磁感线方向射入边界线竖直的匀强磁场中,则粒子进入磁场和射出磁场的M,N两点间的距离d随着的变化情况为(不计重力,不考虑边缘效应)()

Ad随变化,d随变化

Bd随变化,d与无关

Cd与无关,d与无关

Dd与无关,d随变化

正确答案

B

解析

带电粒子在电场中做类平抛运动,可将射出电场的粒子速度v分解成初速度方向与加速度方向,设出射速度与水平夹角为θ,
则有:=cosθ
而在磁场中做匀速圆周运动,设运动轨迹对应的半径为R,由几何关系可得,半径与直线MN夹角正好等于θ,
则有:=cosθ
所以d=
又因为半径公式R=
则有d==.故d随U1变化,d与U2无关,故B正确,ACD错误;

考查方向

带电粒子在混合场中的运动.

解题思路

不加磁场时粒子做匀速直线运动;加入磁场后,带电粒子在磁场中做圆周运动,已知偏向角则由几何关系可确定圆弧所对应的圆心角,则可求得圆的半径,由洛仑兹力充当向心力可求得带电粒子的比荷.

易错点

带电粒子在磁场中的运动类题目关键在于确定圆心和半径,然后由向心力公式即可确定半径公式,由几何关系即可求解.

知识点

带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动
多选题 本大题共4小题,每小题6分,共24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6分,选对但不全得3分,有选错的得0分。
1
题型: 多选题
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分值: 6分

5.如图电路,C为电容器的电容,D为理想二极管(具有单向导通作用),电流表、电压表均为理想表.闭合开关S至电路稳定后,调节滑动变阻器滑片P向左移动一小段距离,结果发现电压表V1的示数改变量大小为△U1,电压表V2的示数改变量大小为△U2,电流表A的示数改变量大小为△I,则下列判断正确的有()

A的值变大

B的值变大

C的值不变,且始终等于电源内阻r

D滑片向左移动的过程中,电容器所带的电荷量要不断减少

正确答案

A,C

解析

由图可知R1与R串联,V1测R两端的电压,V2测路端的电压.
若P向左端移动,则滑动变阻器接入电阻增大,由闭合电路欧姆定律可知,电路中总电流减小,则内电压减小,
路端电压增大,即电压表V2的示数增大,R1两端的电压减小,所以V1的示数增大.
A、根据欧姆定律得的值等于滑动变阻器的阻值,所以的值变大,故A正确;
B、根据闭合电路欧姆定律得:U1=E-I(R1+r),则=R1+r,
所以的值不变;故B错误;
C、根据闭合电路欧姆定律得:由U2=E-Ir,
=r,所以的值不变;故C正确;
D、滑片向左移动的过程中,由于理想二极管具有单向导通作用,所以电容器所带的电荷量不变,故D错误;

考查方向

电容;闭合电路的欧姆定律.

解题思路

由电路图先明确电路的结构,再根据滑动变阻器的移动明确电阻的变化;由闭合电路欧姆定律可知电路电流的变化,则可分析内电压、路端电压及各部分电压的变化.

易错点

闭合电路欧姆定律的动态分析类题目,一般可按外电路-内电路-外电路的分析思路进行分析,在分析时应注意结合闭合电路欧姆定律及串并联电路的性质.

知识点

闭合电路的欧姆定律串联电路和并联电路
1
题型: 多选题
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分值: 6分

6.一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定,有质量相同的小球A和B,沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动,如图所示,A的运动半径较大,则()

AA球的角速度必小于B球的角速度

BA球的线速度必大于B球的线速度

CA球的运动频率必大于B球的运动频率

DA球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力

正确答案

A,B

解析

A、B、对小球受力分析,小球受到重力和支持力,它们的合力提供向心力,如图


根据牛顿第二定律,有:F=mgtanθ=m
解得:v=.由于A球的转动半径较大,A线速度较大,而ω==,由于A球的转动半径较大,则A的角速度较小.故AB正确.
C、周期T==2π,因为A的半径较大,则周期较大.频率较小,故C错误.
D、由上分析可知,筒对小球的支持力N=,与轨道半径无关,则由牛顿第三定律得知,小球对筒的压力也与半径无关,即有球A对筒壁的压力等于球B对筒壁的压力.故D错误.

考查方向

向心力;线速度、角速度和周期、转速.

解题思路

对小球受力分析,受重力和支持力,合力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求解即可.

易错点

关键是对小球受力分析,知道小球做圆周运动向心力的来自于合外力.

知识点

匀速圆周运动向心力
1
题型: 多选题
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分值: 6分

8.如图甲所示,物体受到水平推力F的作用,在粗糙水平面上做直线运动.通过力传感器和速度传感器监测到推力F和物体速度v随时间t变化的规律如图乙所示.重力加速度g=10 m/s2. 则()

A物体的质量m=0.5 kg

B物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.2

C第2 s内物体克服摩擦力做的功W=2 J

D前2 s内推力F做功的平均功率=1.5W

正确答案

A,C,D

解析

A、由速度时间图线知,在2-3s内,物体做匀速直线运动,可知推力等于摩擦力,可知f=2N,
在1-2s内,物体做匀加速直线运动,由速度时间图线知,a=m/s2=2m/s2,根据牛顿第二定律得,F2-f=ma,代入数据解得m=0.5kg,故A正确.
B、物体与水平面间的动摩擦因数μ==0.4,故B错误.

C、第2s内的位移x2×2×1m=1m,则物体克服摩擦力做功W=fx2=2×1J=2J,故C正确.
D、前2s内位移x=x2=1m,则推力F做功的大小WF=F2x2=3×1J=3J,则平均功率W=1.5W,故D正确.

考查方向

功率、平均功率和瞬时功率;功的计算.

解题思路

根据速度时间图线和F-t图线,得出匀速直线运动时的推力,从而得出摩擦力的大小.根据速度时间图线求出匀加速直线运动的加速度,结合牛顿第二定律求出物体的质量.结合摩擦力的大小,运用滑动摩擦力的公式求出动摩擦因数的大小.根据图线围成的面积求出位移,从而求出克服摩擦力做功的大小.结合平均功率的公式求出前2s内的平均功率.

易错点

考查了速度时间图线与F-t图线的综合运用,通过速度时间图线得出物体的运动规律是解决问题的关键,知道速度时间图线的斜率表示加速度,图线与时间轴围成的面积表示位移.

知识点

匀速直线运动及其公式、图像牛顿第二定律功率
1
题型: 多选题
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分值: 6分

7.如图,“嫦娥三号”卫星要经过一系列的调控和变轨,才能最终顺利降落在月球表面。它先在地月转移轨道的P点调整后进入环月圆形轨道1,进一步调整后进入环月椭圆轨道2.有关“嫦娥三号”下列说法正确的是()

A在地球上的发射速度一定大于第二宇宙速度

B在P点由轨道1进入轨道2需要减速

C在轨道2经过P点时速度大于Q点速度

D分别由轨道1与轨道2经P点时,向心加速度相同

正确答案

B,D

解析

:A、嫦娥三号发射出去后绕地球做椭圆运动,没有离开地球束缚,故嫦娥三号的发射速度大于7.9km/s,小于11.2km/s,故A错误.
B、卫星在轨道1上的P点处减速,使万有引力大于向心力做近心运动,才能进入轨道2,故B正确.
C、卫星做椭圆轨道运动时,从远月点P向近月点Q运动中,月球对卫星的引力做正功,故速度增大,即在轨道2经过P点时速度小于Q点速度,故C错误.
D、在P点嫦娥三号卫星产生的加速度都是由万有引力产生的,因为同在P点万有引力大小相等,故不管在哪个轨道上运动,在P点时万有引力产生的加速度大小相等,故D正确.

考查方向

万有引力定律及其应用;向心力.

解题思路

通过宇宙速度的意义判断嫦娥三号发射速度的大小.根据卫星变轨原理分析轨道变化时卫星是加速还是减速.在同一椭圆轨道上根据引力做功的正负判断速度的变化.在不同轨道上经过同一点时卫星的加速度大小相同.

易错点

要理解卫星变轨原理,嫦娥三号在轨道1上做圆周运动万有引力等于向心力,要进入轨道2需要做近心运动,使得在P点所受万有引力大于圆周运动向心力,因为同在P点万有引力不变,故嫦娥三号只有通过减速减小向心力而做近心运动进入轨道2.

知识点

万有引力定律及其应用
简答题(综合题) 本大题共62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: 6分

在“测定圆柱形材料的电阻率”的实验中,

9.某同学用螺旋测微器测样品直径时,结果如右图1所示,则该样品的直径为                mm.

10.给样品通电,用量程为3V的电压表和量程为0.6A的电流表测样品两端的电压和通过样品的电流时读数如右图2所示,则电流表的读数为              A.

11.用米尺测量样品的长度L=0.810m.利用以上测量数据,可得这种材料的电阻率为          Ω•m(结果保留二位有效数字).

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

(1)2.935;

解析

(1)螺旋测微器的读数为:d=2.5mm+43.5×0.01mm=2.935mm;

考查方向

测定金属的电阻率.

解题思路

(1)掌握螺旋测微器的读数原理和读数方法即可.

易错点

考查电阻定律的应用,掌握螺旋测微器及电流表或电压表的读数方法.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

(2)0.52;

解析


(2)因电压表的每小格读数为0.1V,所以应估读到0.01V,所以电压表的读数为:U=2.60V;
同理,电流表的每小格读数为0.02A,应估读到0.01A,所以电流表的读数为:I=0.52A.

考查方向

测定金属的电阻率.

解题思路

(2)明确电流表和电压表读数时注意是“几分之一估读”:若每小格读数是0.1,则应是“”估读,即应估读到0.01;若每小格读数为0.02,则应是“”估读,即应估读到0.01.

易错点

考查电阻定律的应用,掌握螺旋测微器及电流表或电压表的读数方法.

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

(3)4.2×10﹣5Ω•m23.

解析


(3)根据R=ρ得:ρ==R·
带入数据得:ρ=4.2×10-5Ω•m

考查方向

测定金属的电阻率.

解题思路

(3)根据电阻定律求解.

易错点

考查电阻定律的应用,掌握螺旋测微器及电流表或电压表的读数方法.

1
题型:简答题
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分值: 9分

一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系。实验装置如下图甲所示,在离地面高为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子右边缘垂直的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m的小刚球接触。将小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使小球沿水平方向射出桌面,小球在空中飞行落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。重力加速度为g.

12.若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s,则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为          ;(用m、g、s、h等四个字母表示)

13.该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据:

根据表中已有数据,表中缺失的数据可能是s=                cm;

14.完成实验后,该同学对上述装置进行了如下图乙所示的改变:

(I)在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;

(II)将木板向右平移适当的距离固定,再使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板上得到痕迹P;

(III)用刻度尺测量纸上O点到P点的竖直距离为y。若已知木板与桌子右边缘的水平距离为L,则(II)步骤中弹簧的压缩量应该为        。(用L、h、y等三个字母表示)

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

(1)

解析

(1)由平抛运动规律有 s=vt,h=gt2
得 v==s
由机械能守恒定律得 EP=mv2=释放小球前弹簧的弹性势能表达式为Ep=

考查方向

探究弹力和弹簧伸长的关系.

解题思路

(1)弹簧释放后,小球在弹簧的弹力作用下加速,弹簧与小球系统机械能守恒,小球离开桌面后,做平抛运动,根据平抛运动的知识可以求平抛的初速度,根据以上原理列式即可;

易错点

首先是考察了平抛运动的应用,解决关于平抛运动的问题常用的方法是沿着水平和竖直两个方向进行分解,运用各方向上的运动规律进行解答.利用x与s之间的关系求出弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式.考察了在现有知识的基础上对实验改装后的情况进行分析求解,还考察了对实验误差的分析,学会试验中某个量发生变化导致结果如何变化的分析

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

(2)60.00

解析


(2)由表中数据可看出,在误差范围内,s正比于x,即s=20.0x,
s=20.0×3.00=60.00

考查方向

探究弹力和弹簧伸长的关系.

解题思路


(2)根据表达式求解.

易错点

首先是考察了平抛运动的应用,解决关于平抛运动的问题常用的方法是沿着水平和竖直两个方向进行分解,运用各方向上的运动规律进行解答.利用x与s之间的关系求出弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式.考察了在现有知识的基础上对实验改装后的情况进行分析求解,还考察了对实验误差的分析,学会试验中某个量发生变化导致结果如何变化的分析

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

(3)

解析

(3)由Ep=,小球释放前压缩弹簧的弹性势能为:Ep=联立得(II)步骤中弹簧的压缩量应该为 

考查方向

探究弹力和弹簧伸长的关系.

解题思路


(3)先从实验数据得出弹簧的压缩量与小球的射程的关系,再结合第一小问中结论得到弹性势能与小球的射程的关系,最后综合出弹簧的弹性势能EP与弹簧长度的压缩量x之间的关系.

易错点

首先是考察了平抛运动的应用,解决关于平抛运动的问题常用的方法是沿着水平和竖直两个方向进行分解,运用各方向上的运动规律进行解答.利用x与s之间的关系求出弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式.考察了在现有知识的基础上对实验改装后的情况进行分析求解,还考察了对实验误差的分析,学会试验中某个量发生变化导致结果如何变化的分析

1
题型:简答题
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分值: 15分

选答题

20.(下列说法中正确的是      (填正确答案标号。选对1个得3分,选对2个得4分,选对3个得6分。每选错1个扣3分,最低得分为0分)

A当一列声波从空气中传入水中时波长一定会变长

B在机械横波传播方向上的某个质点的振动速度就是波的传播速度

Ca、b两束光照射同一双缝干涉装置在屏上得到的干涉图样中,a光的相邻亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距,则可以判断水对a光的折射率比b光大

D爱因斯坦由狭义相对论预言了引力波的存在

E电磁波是横波,可以观察到其偏振现象

21.有一玻璃球冠,右侧面镀银,光源S就在其对称轴上,如图所示,从光源S发出的一束光射到球面上,其中一部分光经球面反射后恰能竖直向上传播,另一部分光折射入玻璃球冠内,经右侧镀银面第一次反射恰能沿原路返回,若球面半径为R,玻璃折射率为,求光源S与球冠顶点M之间的距离SM为多大?

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

A,C,E

解析

:A、一列声波从空气中传入水中时,波速变大,根据v=λf,且f不变,则可知波长一定会变大,故A正确;
B、机械横波传播方向上的某个质点的振动做简谐运动,而同一均匀介质中,波的传播速度是不变,故B错误;
C、在干涉条纹间距与波长的关系,可知,a光的相邻亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距,则可以判断a光的波长比b光小,因此可将a光当作紫光,b光当作红光,则水对a光的折射率比b光大,故C正确;
D、爱因斯坦根据自己得出的引力场方程预言了引力波的存在,故D错误;
E、电磁波是横波,能观察到其偏振现象,故E正确;

考查方向

双缝干涉的条纹间距与波长的关系;多普勒效应.

解题思路

机械波的波长随着波速变化而变化;质点的振动速度与波的传播速度没直接联系;当波长越长时,干涉条纹间距越宽,从而确定频率的高低,进而得出折射率的大小关系;爱因斯坦由引力场方程预言了引力波的存在;电磁波是横波,从而即可各项求解.

易错点

考查波的折射与干涉、及偏振的应用,及其区别,注意波长与条纹间距的关系,是解题的关键.同时注意电磁波是横波.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

0.73R

解析

如图所示,根据折射定律,有:n根据反射定律,有:θ13
其中:θ32=90°
联立可得:θ1=60°,θ2=30°
由图,有:β=θ2=30°,α=θ1-β=30°
故:SO
故光源S与M间距:
SMSOR=()R≈0.73R

考查方向

光的折射定律.

解题思路

作出光路图,根据折射定律和几何关系,求出入射角和折射角,再由几何关系求解光源S与球心O之间的距离SO.

易错点

处理几何光学相关的问题,关键是作出光路图,一定要用直尺准确作图,然后根据几何图形的特点求角或者线段的长度.

1
题型:简答题
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分值: 12分

从地面以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小物体。假定物块所受的空气阻力f大小不变。已知重力加速度为g.求:

15.物体上升的最大高度h.

16.物体在空中飞行的时间t和落回地面的速率v.

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

h=

解析

(1)在上升的过程中,对物体受力分析由牛顿第二定律可得,
mg+f=ma1
所以上升时的加速度为a1=,加速度的方向与初速度的方向相反,即竖直向下,
从上升到达最高点的过程中,根据v2-v02=2a1x可得,
上升的最大高度为h=

考查方向

竖直上抛运动.

解题思路

竖直向上抛出的小物体,在上升的过程中,受到的阻力向下,在下降的过程中,受到的阻力向上,根据物体的受力情况,分过程求解上升的高度和下降的速度的大小.

易错点

在上升和下降的过程中,小球受到的摩擦力的方向是不同的,根据小球的受力,由牛顿第二定律求得加速度的大小,根据运动学的规律求解即可

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

v=

解析

(2)在下降的时候,对物体受力分析有牛顿第二定律可得,
mg-f=ma2
所以下降的加速度的大小为a2=
从开始下降到返回到原抛出点的过程中,根据v2=2a2x可得,
v==v 

考查方向

竖直上抛运动.

解题思路

竖直向上抛出的小物体,在上升的过程中,受到的阻力向下,在下降的过程中,受到的阻力向上,根据物体的受力情况,分过程求解上升的高度和下降的速度的大小.

易错点

在上升和下降的过程中,小球受到的摩擦力的方向是不同的,根据小球的受力,由牛顿第二定律求得加速度的大小,根据运动学的规律求解即可

1
题型:简答题
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分值: 20分

如图所示,竖直平面内有一半径为r、电阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环,在M、N处与距离为2r、电阻不计的平行光滑金属导轨ME、NF相接,EF之间接有电阻R2,已知R1=12R,R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场I和II,磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻不计的导体棒ab,从半圆环的最高点A处由静止下落,在下落过程中导体棒始终保持水平,与半圆形金属环及轨道接触良好,设平行导轨足够长。已知导体棒下落r/2时的速度大小为v1,下落到MN处时的速度大小为v2。

17.求导体棒ab从A处下落时的加速度大小;

18.若导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变,求磁场I和II这间的距离h和R2上的电功率P2

19.若将磁场II的CD边界略微下移,导体棒ab进入磁场II时的速度大小为v3,要使其在外力F作用下做匀加速直线运动,加速度大小为a,求所加外力F随时间变化的关系式。

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

(1)

解析

(1)以导体棒为研究对象,棒在磁场I中切割磁感线,棒中产生感应电动势,导体棒ab从A下落r/2时,导体棒在重力与安培力作用下做加速运动,由牛顿第二定律,得

 

式中 由各式可得到

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率;安培力.

解题思路

(1)导体棒受到重力和安培力的作用,注意此时导体棒的有效切割长度和外电路的串并联情况.

易错点

考查了关于电磁感应的复杂问题,对于这类问题一定要做好电流、安培力、运动情况、功能关系这四个方面的问题分析.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

(2)当导体棒ab通过磁场II时,若安培力恰好等于重力,棒中电流大小始终不变,即

式中

解得

导体棒从MN到CD做加速度为g的匀加速直线运动,

得 

此时导体棒重力的功率为

根据能量守恒定律,此时导体棒重力的功率全部转化为电路中的电功率,即

  所以,

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率;安培力.

解题思路

(2)导体棒ab进入磁场II后棒中电流大小始终不变,说明导体棒匀速运动,导体棒在下落h的过程中做匀变速直线运动,根据运动规律可求出下落距离h,根据并联电路可知R2上消耗的功率占整个电路的,总电功率等于导体棒重力功率.

易错点

考查了关于电磁感应的复杂问题,对于这类问题一定要做好电流、安培力、运动情况、功能关系这四个方面的问题分析.

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

(3)

解析

(3)设导体棒ab进入磁场II后经过时间t的速度大小为

此时安培力大小为

由于导体棒ab做匀加速直线运动,

 根据牛顿第二定律,有

即:

由以上各式解得

考查方向

导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率;安培力.

解题思路

(3)正确进行受力分析,注意安培力的表达式,然后根据牛顿第二定律求解即可

易错点

考查了关于电磁感应的复杂问题,对于这类问题一定要做好电流、安培力、运动情况、功能关系这四个方面的问题分析.

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