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题型:简答题
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简答题 · 15 分

如图所示,在真空中,沿水平方向和竖起方向建立直角坐标系xOy,在x轴上方有一沿x轴正方向的匀强电场E(电场强度E的大小未知)。有一质量为m,带电量为+q的小球,从坐标原点O由静止开始自由下落,当小球运动到P(0,-h)点时,在x轴下方突然加一竖直向上的匀强电场,其电场强度与x轴上方的电场强度大小相等,且小球从P返回到O点与从O点下落到P点所用的时间相等。重力加速度为g。试求:

27.小球返回O点时速度的大小;

28.匀强电场的电场强度E的大小;

29.小球运动到最高点时的位置坐标。

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

设小球从O点运动到P点所用时间为t,在P点的速度为v1,返回O点时的速度为v2,则

            

考查方向

考查带电物体在电场中的运动:这类问题电场只是提供了一个电场力,可以转化为动力学问题求解,联系公式:

解题思路

首先分析小球从O点下落到P点再到O点的运动类型,明确这是两个阶段,应该分开分析,根据时间相等,及位移相等,解得小球回到O点时的速度。

易错点

在做运动学问题时,对公式的选择模糊不清,导致浪费时间,甚至解答困难。

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

(2)           

考查方向

考查运动的合成与分解:将运动分解为两个相互垂直的方向求解往往能事半功倍。

解题思路

根据运动学的基本公式解得小球在电场作用下的加速度a,再根据qEmg=ma,解得E的大小。

易错点

在做运动学问题时,对公式的选择模糊不清,导致浪费时间,甚至解答困难。

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

位置坐标为(4h,16h

解析

在竖直方向: 设小球进入x轴上方运动到最高点所用时间为t2,则   所以小球运动到最高点的位置坐标为(4h,16h

考查方向

考查运动学与电场的综合应用。

解题思路

小球进入x轴上方时,将小球的运动分解成竖直方向和水平方向,小球在竖直方向上做减速度为g的减速运动,在水平方向上在电场力作用下做匀加速运动,分别根据运动学公式计算两个方向的位移,得出小球的最高位置坐标。

易错点

在做运动学问题时,对公式的选择模糊不清,导致浪费时间,甚至解答困难。

1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

20.如图所示,可视为质点的质量为m且所带电量为q的小球,用一绝缘轻质细绳悬

挂于O点,绳长为L,现加一水平向右的足够大的匀强电场,电场强度大小为       ,小球初始位置在最低点,若给小球一个水平向右的初速度,使小球能够在竖直面内做圆周运动,忽略空气阻力,重力加速度为g。则下列说法正确的是(     )

A  小球在运动过程中机械能守恒

B小球在运动过程中机械能不守恒

C小球在运动过程的最小速度至少为

D小球在运动过程的最大速度至少为

正确答案

B,D

解析

因为在小球在运动过程中电场力做了功,所以机械能不守恒,故A错误,B正确;

小球在运动过程中电场力,方向为水平方向,重力和电场力的合力大小为,方向与水平方向夹角为53度斜向下,则电场和重力场可等效为一个方向与水平方向夹角为53度斜向下的一个等效场,当小球在等效场的最高点绳上的力为0时速度最小,此时重力和电场力的合力提供向心力根据解得小球在运动过程的最小速度为。当小球在等效场的最高低点时根据动能定理,解得此时速度为恰好做圆周运动时最大速度,所以为最大速度的最小值,所以D正确。所以本题正确答案为BD。

考查方向

本题考查了带电体在电场中运动,动能定理、机械能守恒定律

解题思路

1、根据机械能守恒定律的条件判定是否守恒。

2、找出电场力和重力的合力的大小方向,将电场和重力场等效,在等效场的最高点速度最小,根据动能定理求出最小速度。

易错点

本题的易错点就是以为在竖直最高点速度最小。

知识点

牛顿第二定律动能 动能定理
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

19.一水平传送带以v0的速度顺时针传送,其右端与一倾角为θ的光滑斜面平滑相连,一个可视为质点的物块轻放在传送带最左端,已知物块的质量为m,若物块经传送带与斜面的连接处无能量损失,则

A物块在第一次冲上斜面前,一定一直做加速运动

B物块不可能从传送带的左端滑落

C物块不可能回到出发点

D滑块的最大机械能不可能大于

正确答案

B,D

解析

A选项,当,时物体在冲上斜面前,会先达到稳定速度,故错误。

B选项,假设物块能从传送带左端滑落,即物块在传送带左端的速度大于零,对物块从左端开始运动到再回到传送带左端使用动能定理:mvt2-0=mgμs-mgμL,因为物块在传送带上自左向右运动时,当物块速度达到传送带速度后物块与传送带之间没有摩擦力,摩擦力不再做功,故s<L,所以mvt2=mgμs-mgμL≦0,这与物块在传送带左端的速度大于零的前提矛盾,故物块不可能从传送带左端滑落,B选项正确。

C选项,当物块滑上传送带前没有达到稳定速度时,根据动能定理:mvt2-0=mgμs-mgμL,这时s=L,即mvt2-0=mgμs-mgμL=0,vt=0,物块刚好回到起点,速度为零。

D选项,当物块加速到与传送带的速度相等时,物块与传送带之间没有相对运动,物块也就不会再受到摩擦力,物块受合外力为零,物块会做匀速运动,故物块的最大速度等于传送带的速度,所以其机械能最大为,D选项正确。

考查方向

1、考查物体在传送带上运动的规律:物体经加速或减速的最终平衡速度等于传送带的速度。

2、考查传送带摩擦力做功的特点:摩擦力做功的位移应该等于物体相对于地的位移,而不是相对于传送带的位移。

3、考查牛顿第二运动定律及运动学的相关知识。

解题思路

1、首先判断物体在传送带上运动的类型。

2、运用动能定理判断物体冲上斜面,再回到传送带上时,运动的最大距离。

3、清楚物体在传送带上的最终速度等于传送带的速度。

易错点

1、对摩擦力做功的位移是对地位移还是相对于传送带的位移不清楚。

2、对物体在传送带上运动的规律不不清楚。

知识点

匀变速直线运动的公式牛顿第二定律
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

7. 如图所示,一质量为m的小球套在光滑竖直杆上,轻质弹簧一端固定于O点,另一端与该小球相连。现将小球从A点由静止释放,沿竖直杆运动到B点,已知OA长度小于OB长度,弹簧处于OA、OB两位置时弹力大小相等。在小球由A到B的过程中()

A加速度等于重力加速度g的位置有两个

B弹簧弹力的功率为零的位置有两个

C弹簧弹力对小球所做的正功等于小球克服弹簧弹力所做的功

D弹簧弹力做正功过程中小球运动的距离等于小球克服弹簧弹力做功过程中小球运动    的距离

正确答案

A,C

解析

       A选项,当弹簧与直杆垂直时,小球合外力等于重力,加速度等于g,当小球继续下落时直到,弹簧变为原长时,小球合外力等于重力,加速度g,故A选项正确。

       B选项,弹簧的功率P=Fv,当P=0时,即F=0或者v=0。从小球下落开始到B点弹簧仅有一次变为原长F=0,此时P=0。第一阶段:小球从A点到弹簧与直杆垂直时,弹簧弹力做负功,但重力大于弹力在竖直方向生的分力,小球向下加速运动;第二阶段:小球从弹簧与直杆垂直到弹簧变为原长时,弹力重力均做正功,速度增大;第三阶段:小球从弹簧变为原长再到B点弹力做负功,重力做正功,但弹力在竖直方向的的分力任小于重力,故小球做加速运动;即小球从A点到B点速度一直增加,不可能为零。故弹簧的功率P=Fv为零的位置仅有一个,故错误。

       C选项,由于在A、B两点弹簧弹力大小相等,因此弹簧的变化量相等,即弹簧的弹性势能不变,弹力对小球不做功,所以弹簧弹力对小球所做的正功等于小球克服弹簧弹力所做的功,故正确。

       D选项,由B选项可知弹力在第二阶段做正功,在第一、第三阶段做负功,如图所示,AC=CD,即只需判断DE和EB段的大小关系,弹簧从D到E,E到B,弹簧的变化量相同设为x,所以有x=DEcosθ1x=EBcosθ2,即DEcosθ1=EBcosθ2,因为θ1θ2,DE>EB,故不相等,错误。

考查方向

1、考查物体所受合外力及其受力分析。

2、考查弹簧弹力:F=kx

3、考查弹性势能的转化,及动能定理。

4、考查瞬时功率的公式P=Fv。

解题思路

1、首先分析小球在运动过程中所受合外力,判断合外力等于重力的位置个数。

2、根据瞬时功率公式P=Fv判断功率为零的位置个数。

3、根据动能定理判断弹簧弹力做功与小球克服弹力做功的大小关系。

易错点

1、对小球合外力的分析不到位。

2、对弹性势能的转化,及能量守恒定律分析不到位。

知识点

牛顿第二定律功率
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

8.有一系列斜面,倾角各不相同,它们的底端都在O点,如图所示。有一系列完全相同的滑块(可视为质点)从这些斜面上的ABCD……点同时由静止释放,下列判断正确的是()

A若各斜面均光滑,且这些滑块到达O点的速率相同,则ABCD……各点处在  同一水平线上

B若各斜面均光滑,且这些滑块到达O点的速率相同,则ABCD……各点处在同一竖直面内的圆周上

C若各斜面均光滑,且这些滑块到达O点的时间相同,则ABCD……各点处在同一竖直面内的圆周上

D若各斜面与这些滑块间有相同的动摩擦因数,且滑到O点的过程中,各滑块损失的机械能相同,则ABCD……各点处在同一竖直线上

正确答案

A,C,D

解析

        A选项,当滑块到达O点的速率相同时,根据动能定理:mv2=mgh,滑块的高度相同,即都在同一水平线上,A选项正确,B错误。

        C选项,滑块到达O点的时间相同时,根据匀加速运动公式x=gsinθt2(x表示ABCD……各点到圆心的距离),因为时间相同,设gt2=A,所以x=Asinθ,由几何知识可知,ABCD……各点在,以(0,A)为圆心,A为半径的圆上,故C选项正确。

       D选项,斜面与这些滑块间有相同的动摩擦因数时,各滑块损失的机械能等于物体客服摩擦力做功相等,即W=fx=mgxcosθ,xcosθ相等,又因为xcosθ表示斜面在水平面的投影长度,所以ABCD……各点水平面的投影长度,故在同一竖直线上,D选项正确。

考查方向

1、考查斜面上物体沿斜面下滑的物理模型。

2、考查动能定理。

3、考查匀加速直线运动的基本公式

解题思路

1、当滑块到达O点的速率相同时,根据动能定理判断滑块是否在同一高度上。

2、根据匀加速运动公式计算出ABCD……各点到圆心的距离与斜面倾角的关系,再根据几何知识判断ABCD……各点的位置关系。

3、根据物体克服摩擦力做功的公式计算出位移与倾角的关系。

易错点

对物理公式对应几何关系时不清楚。

知识点

匀变速直线运动的公式牛顿第二定律
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

19.如图甲所示,一长为l的轻绳,一端穿在过O点的水平转轴上,另一端固定一质量未知的小球,整个装置绕O点在竖直面内转动.小球通过最高点时,绳对小球的拉力F与其速度平方v2的关系如图乙所示,重力加速度为g,下列判断正确的是

A图象函数表达式为

B重力加速度

C绳长不变,用质量较小的球做实验,得到的图线斜率更大

D绳长不变,用质量较小的球做实验,图线b点的位置不变

正确答案

B,D

解析

A选项,小球在最高点时合外力提供向心力:,故错误。B选项,从图像可知当F=0时,v2=b,根据公式,当F=0时,v2=gl,所以b=gl,得,故B选项正确。C选项,根据公式可知图像斜率,故当l不变时,m越小,斜率越小,故错误。D选项,根据b=gl可知,当l不变时,b的位置不变,故D选项正确。

考查方向

1、考查物体做圆周运动向心力的公式

2、考查图像的斜率,截距的物理含义,及其表达式计算。

解题思路

1、根据合外力提供向心力:,得出图像的函数表达式。

2、根据函数表达式,解出图像与坐标轴的截距,及斜率的函数表达式。

易错点

容易误认为绳子拉力提供物体圆周运动的向心力。

知识点

牛顿第二定律向心力
1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

18.如图所示,足够长的 U 型光滑金属导轨平面与水平面呈 θ 角,其中 MN 与 PQ 平行 且间距为 L,导轨平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直,导轨电阻不计。金属棒 ab 由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨始终保持垂直且接触良好,ab 棒在 MN 与 PQ 之间部分的电阻为 R,当 ab 棒沿导轨下滑的距离为 x 时,棒的速度大小为 v。则在这一过程中

A金属棒 ab 运动的加速度大小始终为

B金属棒 ab 受到的最大安培力为

C通过金属棒 ab 横截面的电荷量为

D金属棒 ab 产生的焦耳热为

正确答案

C

解析

对金属棒进行受力分析,可知,金属棒下滑过程中,速度增大,安培力增大,合力减小,加速度减小,A错误;

当速度最大时,安培力等于重力,此时安培力最大,F,B错误;

通过ab横截面积的电荷量为:,C正确;

金属棒下滑过程中产生的热量等于克服安培力做功,安培力不是恒力,所以产生的热量不是线性变化的,D错误。

考查方向

牛顿运动定律、牛顿定律的应用电功率和焦耳定律安培力、安培力的方向法拉第电磁感应定律

解题思路

对金属棒进行受力分析,可知,金属棒下滑过程中,速度增大,安培力增大,合力减小,加速度减小;当速度最大时,安培力等于重力,此时安培力最大,F安=;通过ab横截面积的电荷量为:;金属棒下滑过程中产生的热量等于克服安培力做功,安培力不是恒力,所以产生的热量不是线性变化的。

易错点

B选项中v最大时,此时加速度a=0时,也就是合力为零时。即安培力等于重力。

知识点

牛顿第二定律功能关系通电直导线在磁场中受到的力法拉第电磁感应定律
1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

16.加图所示,物块A放在木板B上,AB的质量均为mAB之间的动摩擦因数为μB与地面之间的动摩擦因数为。若将水平力作用在A上,使A刚好要相对B滑动,此时A的加速度为a1;若将水平力作用在B上,使B刚好要相对A滑动,此时B的加速度为a2,则a1a2的比为

A1 : l

B2 : 3

C1 : 3

D3 : 2

正确答案

C

解析

A与B之间的最大静摩擦力fA=mgμ,B与地面之间的最大静摩擦力fB=mgμ,当F力作用在A上时,随着F力的增大,B与地面之间最先滑动。当A受到的静摩擦达到最大时,A、B加速度间开始相对滑动,此时A、B加速度相同,对B受力分析mgμmgμma1,得出a1。当F力作用在B上时,同样当A受到的静摩擦达到最大时,A、B加速度间开始相对滑动,此时A、B加速度相同,对A受力分析mgμma2,得出a2,故a1a2=1∶3。故C选项正确。

考查方向

1、考查牛顿第二运动定律力和运动的关系F合=ma。

2、考查两物体出现相对运动的临界条件条件:加速度相同。

3、考查最大静摩擦的计算公式:f=Nμ。

解题思路

1、分析A与B之间和B与地面之间的最大静摩擦力的大小,判断当水平力作用在A上时,判断是A、B间先滑动,还是B与地面之间先滑动。

2、再根据A、B刚要相对滑动时A、B加速度相同的条件解得A的加度度a1a2,得出a1a2的大小关系。

易错点

对两物体发生相对滑动的条件不清楚。

知识点

牛顿第二定律
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

20.如图所示,一质量为m的小球置于半径为R的光滑竖直圆轨道最低点A处,B为轨道最高点,CD为圆的水平直径两端点。轻质弹簧的一端固定在圆心O点,另一端与小球栓接,已知弹簧的劲度系数为,原长为L = 2R,弹簧始终处于弹性限度内,若给小球一水平初速度v0,已知重力加速度为g,则

A无论v0多大,小球均不会离开圆轨道

B若在则小球会在BD间脱离圆轨道

C只要,小球就能做完整的圆周运动

D只要小球能做完整圆周运动,则小球与轨道间最大压力与最小压力之差与v0无关

正确答案

A,C,D

解析

A选项,明确小球离开轨道的条件:当小球与轨道压力小于零时;对小球进行受力分析,小球收重力,弹簧弹力,或者受到轨道的支持力,我们把这些力按沿着弹簧的方向和垂直于弹簧的方向分解,设重力与弹簧的夹角θ,有:mgcosθ+N=kΔx=mg,所以N= mgmgcosθ≥0,当小球到最高点时,θ=0,N=0,当小球与轨道的压力一直存在时,小球不会脱离轨道,当压力为零时,小球在最高点,任然不会脱离轨道,故无论v0多大,小球均不会离开圆轨道,A选项正确,

B选项错误。

C选项,完成圆周运动的条件是:小球到最高点的时,所与的向心力大于等于合外力能提供的最小向心力;由题可知,小球在最高点时,当压力越大时,合外力提供的向心力越大,当压力为零时合外力提供的向心力最小,F最小合力=mg-F弹力=0,根据条件有≥F最小合力=0,即vB≥0;根据动能定理有:mvB2mv02=﹣2mgRmvB2mv02-2mgR≥0,解得v02,故C选项正确。

D选项,设小球在最高点时,受到轨道的压力为N1,最低点为N2,小球在最高点B点时合外力提供向心力:N1+mg-F弹力=,因为F弹力= kΔx=mg,所以N1 =;小球在最低点A点时,合外力提供向心力:N2-mg-F弹力= N2=+2mg;所以最大压力与最小压力之差= N2N1=2mg,根据动能定理:mvB2mv02=﹣2mgR,所以得出N2N1=2mg=6mg,所以,压力差与速度v0无关恒等于6mg,D选项正确。

考查方向

1、考查圆周运动中向心力与速度的关系:F向心=,以及物体“刚好完成圆周运动”的物理条件:小球与轨道之间的压力为零,除此之外的力的合力刚好等于物体所需的向心力。

2、考查弹簧弹力与伸长量之间的关系。

3、考查能量的转化、功能关系及动能定理。

解题思路

1、首先根据弹簧弹力的公式:F=kx计算出弹簧的弹力,当小球与轨道压力为零时,求出小球在最高点D点的合外力,根据合外力提供向心力,计算出小球在D点所需的最小速度vD,只要小球在最高点速度大于等于小球在D点所需的最小速度vD,小球便能完成完整的圆周运动。

2、再根据动能定理公式计算出小球在最低点的最小速度v0mvD2mv02=﹣2mgR

3、根据动能定理与合外力提供向心力的公式计算小球在A、D两点对轨道的压力差。

易错点

1、对小球“能完成圆周运动”的物理条件不清楚。

2、对小球离开圆轨道的条件不清楚。

知识点

牛顿第二定律匀速圆周运动
1
题型:简答题
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简答题 · 14 分

11.为了测试某汽车的刹车性能,驾驶员驾驶汽车以108km/h的速度在干燥的平直公路上匀速行驶,某时刻驾驶员收到刹车指令,经过一段短暂的反应时间后开始刹车,当车停止后,经测量发现,从驾驶员接到刹车指令到车停下来,汽车行驶的距离为90m。若用同样的方法测试该汽车在雨天的刹车性能,则汽车需要行驶156m的距离才能停下来。已知雨天时轮胎与地面间的动摩擦因数为轮胎与干燥地面间动摩擦因数的一半,若两次刹车过程中驾驶员的反应时间相同,试求该驾驶员的反应时间。

正确答案

t0=0.8s

解析

设路面干燥时,汽车与地面的动摩擦因数为,刹车时汽车的加速度大小为a,汽车运动的总位移s1,反应时间为t,由牛顿第二定律和运动学公式得

       ①

       ②

式中,m和分别为汽车的质量和刹车前的速度。

设在雨天行驶时,汽车与地面的动摩擦因数为,依题意有

=          ③

设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a,汽车运动的总位移s1,由牛顿第二定律和运动学公式得

        ④

       ⑤

联立①②③④⑤式并代入题给数据得t=0.8s

考查方向

1、考查牛顿第二运动定律。

2、考查匀加速直线的基本公式

解题思路

1、根据牛顿第二运动定律求出汽车刹车的减速度大小。

2、根据匀减速运动的基本公式求解该驾驶员的反应时间。

易错点

1、对题意理解不到位。

2、对基本公式记忆不熟。

知识点

匀变速直线运动规律的综合运用牛顿第二定律
下一知识点 : 牛顿第三定律
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