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2.杂技表演的安全网如图甲所示,网绳的结构为正方形格子,O、a、b、c、d等为网绳的结点,安全网水平张紧后,质量为m的运动员从高处落下,恰好落在O点上.该处下凹至最低点时,网绳dOe、bOg均为120°张角,如图乙所示,此时O点受到向下的冲击力大小为2F,则这时O点周围每根网绳承受的张力大小为( )
正确答案
解析
将运动员对O点的冲力分解成四个沿网绳的分力,根据对称性,作出图示平面内力的分解图,如图所示:
根据几何关系得,O点周围每根网绳承受的张力大小F′=F,选项A正确,选项BCD错误;综上本题选A。
考查方向
解题思路
将运动员对O点的冲力进行分解:分解成四个沿网绳的分力,根据几何关系求解O点周围每根网绳承受的张力大小。
易错点
本题关键掌握平行四边形定则的运用,当两个分力相等且互成120°张角时,分力与合力相等。
3.女航天员王亚平在“天宫一号”里通过一个实验成功展示了失重状态下液滴的表面张力引起的效应。在视频中可观察到漂浮的液滴处于相互垂直的两个椭球之间不断变化的周期性“脉动”中。假设液滴处于完全失重状态,液滴的上述“脉动”可视为液滴形状的周期性微小变化(振动)。已知液滴振动的频率表达式为,其中k为一个无单位的比例系数,r为液滴半径,ρ为液体密度,σ为液体表面张力系数(其单位为N/m),x是待定常数。对于待定常数x的大小,下列说法中可能正确的是( )
正确答案
解析
由题意可知液滴振动的频率表达式为,其中k为一个无单位的比例系数,若,把各量的单位代入表达式中来验证,则有:,而,f的单位为,选项A错误;当,把各量的单位代入表达式中来验证,则有:,而,f的单位为,选项B正确;当,把各量的单位代入表达式中来验证,则有:,而,f的单位为,选项C错误;当,把各量的单位代入表达式中来验证,则有:,而,f的单位为,选项D错误;综上本题选B
考查方向
解题思路
由题意可知,本题考查单位之间的换算关系,因频率的单位为s-1;根据半径、密度及表面张力的单位进行换算可明确公式是否正确。
易错点
本题关键是通过物理量之间的计算公式,导出各物理量的单位,也可以利用各物理量的单位反过来验证公式的正误。
4.一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动,其线速度大小为V。假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量质量为m的物体重力,物体静止时,弹簧测力计的示数为N,已知引力常量为G,则这颗行星的质量为( )
正确答案
解析
根据题意G=mg,所以, 根据万有引力提供向心力得:
,解得:,选项B正确,选项ACD错误。综上本题选B。
考查方向
解题思路
先求出该星球表面重力加速度,根据万有引力提供向心力公式即可求解。
易错点
本题关键是建立匀速圆周运动模型,由中心天体的万有引力提供向心力.重力加速度g是联系星球表面宏观物体运动和天体运动的桥梁。
1.一只蚂蚁早晨6:00从树的底部A点出发向上爬,下午6:00到达顶部的B点,第二天早晨6:00从树顶部的B点的出发向下爬,下午4:00回到底部A点。已知蚂蚁爬行速率是变化的,但是不往回爬。则它在两天的同一时刻在同一高度的机会( )
正确答案
解析
由题意可把问题看成两只蚂蚁都从清晨6:00,一个从树的底部A点出发向上爬,从树顶部的B点的出发向下爬,同时运动,因为从A点出发向上爬的蚂蚁到下午6:00到达顶部的B点,而从树顶部的B点的出发向下爬的蚂蚁,下午4:00回到底部A点,途中肯定相遇,且相遇一次,选项A正确,选项BCD错误。综上本题选A
考查方向
解题思路
本题可以看成两只蚂蚁都从清晨6点,一个从树的底部A点出发向上爬,从树顶部的B点的出发向下爬,同时运动,看是否能相遇即可求解。
易错点
本题关键理解题意,从蚂蚁上爬与下爬及所用时间上考虑,可以画出线段图。
5.一个物块从斜面底端冲上足够长的斜面后又返回到底端,初动能为Ek,它返回到底端时的速度为v,克服摩擦力做的功为Ek/2。若物块以2Ek的初动能冲上斜面,则( )
正确答案
解析
设以初动能为冲上斜面的初速度为,则以初动能为冲上斜面时,则初速度为,由牛顿第二定律可知,两次上滑加速度相同,根据运动学公式:
,可知第二次冲上斜面的位移是第一次的2倍,根据动能定理可知,上升过程中第二次克服摩擦力做功是第一次的2倍,以初动能为冲上斜面并返回的整个过程中运用动能定理得:,解得:,以初动能为冲上斜面并返回的整个过程中运用动能定理得:,解得:,即返回斜面底端时的动能为,联立可得:,选项AB正确,选项C错误;由过程分析可知,第二次冲上斜面的位移是第一次的2倍,所以整个上升与返回过程中克服摩擦力做功是第一次的2倍,往返克服摩擦力做功不相同,选项 D错误。综上本题选AB。
考查方向
解题思路
(1)初动能增大后,上升的高度也随之变大,可根据匀减速直线运动的速度位移公式求出上升的位移,进而表示出克服摩擦力所做的功;(2)对两次运动分别运用动能定理即可求解。
易错点
本题关键知道以不同的初动能冲上斜面时,运动的位移不同,因此摩擦力做的功也不同;
6.如图,轰炸机沿水平方向匀速飞行,到达山坡底端正上方时释放一颗炸弹,并垂直击中山坡上的目标A。已知A点高度为h,山坡倾角为θ,由此可算出( )
正确答案
解析
由图可得炸弹的水平位移为,设轰炸机的飞行高度为H,炸弹的飞行时间为t,初速度为,据题可知,炸弹垂直击中山坡上的目标A,则根据速度的分解有:, 又 ,联立以上三式得:,可以求出轰炸机的飞行高度H;炸弹的飞行时间,可以求出时间t;轰炸机的飞行速度等于炸弹平抛运动的初速度,即,可以求出轰炸机的飞行速度,选项ABC正确;由于炸弹的质量未知,则无法求出炸弹投出时的动能,选项D错误。综上本题选ABC。
考查方向
解题思路
轰炸机沿水平方向匀速飞行,释放的炸弹做平抛运动,因为平抛运动速度与水平方向夹角的正切值是位移与水平方向夹角正切值的2倍,速度方向的夹角得知位移与水平方向夹角的正切值,再通过水平位移求出竖直位移,从而得知轰炸机的飞行高度,炸弹的飞行时间,以及炸弹的初速度。
易错点
本题关键掌握平抛运动水平方向和竖直方向上的运动规律,知道平抛运动的一些推论。
8.如图所示,在光滑绝缘水平面上,两个带等量正电的点电荷M、N,分别固定在A、B两点,O为AB连线的中点,CD为AB的垂直平分线。在CO之间的F点由静止释放一个带负电的小球P(设不改变原来的电场分布),在以后的一段时间内,P在CD连线上做往复运动。若( )
正确答案
解析
小球P的带电量缓慢减小,它在电场中某点的电场力在不断地减小,由平衡位置向最大位移运动时,动能向电势能转化时,克服电场力做功需要经过更长的距离,所以它往复运动过程中的在振幅不断增大,选项A错误;由最大位移返回平衡位置时,电场力做的功在不断地减小,它往复运动过程中每次经过O点时的速率不断减小,选项B正确;如果M、N的带电荷量等量缓慢增大,则小球P所受电场力产生的加速度在同一位置时将更大,速度变化将更快,即周期将变小,选项C正确;同时,伴随M、N电荷量的增加,由于对P在同一位置的电场力变大,减速的距离减小,故振幅变小,选项D正确。综上本题选BCD。
考查方向
解题思路
在等量的正电荷的电场中,所有的点的电势都是正的,根据矢量的合成法则可以知道,在它们的连线中垂线上的点的电场强度的方向都是沿着中垂线指向外的,由此可以判断电场的情况和带电小球的运动的情况。
易错点
本题关键是知道等量同种点电荷的电场的分布及特点,利用电场线结合受力分析。
7.如图,一物体m在沿斜面向上的恒力F作用下,由静止从底端沿光滑的斜面向上做匀加速直线运动,经时间t力F做功为60J,此后撤去恒力F,物体又经t时间回到出发点,若以地面为零势能点,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
根据动能定理对整体运动过程:,得到物体回到出发点时的动能,选项 A正确;设撤去F时物体的速度大小为v,物体回到出发点时的速度大小为v′,取沿斜面向上方向为正方向,据题分析得,撤去F前后t时间内物体做匀减速直线运动的位移与没有撤去力F时,t时间内匀加速直线运动的位移大小相等,方向相反,则有:,解得:v′=2v,根据动量定理可得匀加速运动过程:
,匀减速运动过程:,联立解得:
,选项 B错误;匀加速运动过程:,将代入上式得:,解得:,则撤去力F时,物体的重力势能是,选项C正确;撤去F时物体的动能为:
,撤去力F时,物体的重力势能是,此时物体的动能小于重力势能,撤去力F后物体的动能先减小后增大,而重力势能先增大后减小,应该有动能与势能相同的位置,选项D错误。综上本题选AC。
考查方向
解题思路
根据动能定理求出物体回到出发点的动能;假设撤去F时物体的速度大小为v,撤去F后物体做匀减速直线运动,其位移与匀加速运动的位移大小相等,根据运动学公式求出物体回到出发点的速度,得到其动能.根据动量定理求解F的大小.根据F与mg的关系,由动能定理求解撤去力F时,物体的重力势能。
易错点
本题关键要抓住两个过程之间的位移关系和时间关系,确定末速度的关系。
在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳,实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次足通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条。(填字母代号)
9.实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列哪些说法是正确的______。
10.同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是_________。
A 两细绳必须等长
正确答案
解析
本实验的目的是为了验证力的平行四边形定则,即研究合力与分力的关系.根据合力与分力是等效的,本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同,选项A错误,B正确;
在白纸上标下第一次橡皮条和绳的结点的位置,第二次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置,表明两次效果相同,即两个拉力和一个拉力等效,而弹簧称不必拉到相同刻度,选项C错误,D正确。综上本题选BD。
考查方向
解题思路
该实验采用了“等效替代”的原理,即合力与分力的关系是等效的,要求两次拉橡皮筋时的形变量和方向是等效的,注意所有要求都要便于操作,有利于减小误差进行。
易错点
本题关键是理解实验原理,根据原理选择器材,安排实验步骤,分析实验误差,进行数据处理。
正确答案
解析
通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时,并非要求两细绳等长,选项A错误;测量力的实验要求尽量准确,为了减小实验中因摩擦造成的误差,操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行,选项B正确;用弹簧秤同时拉细绳时,拉力不能太太,也不能太小,选项C错误;为了更加准确的记录力的方向,拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,选项D正确。综上本题选BD。
考查方向
解题思路
本题理解实验原理,从实验操作的注意事项,误差分析上解答。
易错点
本题关键是理解实验原理,根据原理选择器材,安排实验步骤,分析实验误差,进行数据处理。
图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示.在小车质量M未知的情况下,某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.
11.完成下列实验步骤中的填空:
①平衡小车所受的阻力:撤去砂和砂桶,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列 的点.
②按住小车,在左端挂上适当质量的砂和砂桶,在小车中放入砝码.
③打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点迹的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m.
④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③.
⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s1,s2,….求出与不同m相对应的加速度a.
⑥以砝码的质量m为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上做出关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则与m应成 关系(填“线性”或“非线性”).
12.完成下列填空:
①本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,悬挂砂和砂桶的总质量应满足的条件是 .
②如图2所示是该同学在某次实验中利用打点计时器打出的一条纸带,A、B、C、D是该同学在纸带上选取的连续四个计数点.该同学用刻度尺测出AC间的距离为SⅠ,测出BD间的距离为SⅡ.a可用SⅠ、SⅡ和Δt(打点的时间间隔)表示为a= .
③图3为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为 ,小车的质量为 .
正确答案
①间隔均匀;⑥线性
解析
①平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动,打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀;⑥若加速度与小车和砝码的总质量成反比,若加速度与小车和砝码的总质量成反比,设比例系数为k,则有:,即:,则与m应成线性关系;
考查方向
解题思路
①平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动,打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀⑥由,即:,则与m应成线性关系;
易错点
本题关键掌握实验原理、注意事项和误差来源;遇到涉及图象的问题时,要先根据物理规律写出关于纵轴与横轴的函数表达式,再根据斜率和截距的概念求解。
正确答案
①砂和砂桶的总质量远小于小车及砝码的总质量;②;③;
解析
①设悬挂砂和砂桶的总质量为,设绳子上拉力为F,以整体为研究对象有:,解得,以为研究对象,有绳子的拉力,显然要小车所受的拉力近似不变,即,则可得:(M+m)>>m0时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于悬挂砂和砂桶的总的重力;即悬挂砂和砂桶的总质量应满足的条件是砂和砂桶的总质量远小于小车及砝码的总质量;
②在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点,则有,由△x=aT2得:,故;
③小车的质量为M,拉力为F,若牛顿定律成立则应满足,可知,由题可知:,,解得:;;
考查方向
解题思路
①为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,砂和砂桶的总质量应该远小于小车和砝码的总质量②由匀变速直线运动的推论得:△x=aT2解得加速;③牛顿第二定律找出与小车上砝码质量m的表达式,然后结合斜率与截距概念求解即可。
易错点
本题关键掌握实验原理、注意事项和误差来源;遇到涉及图象的问题时,要先根据物理规律写出关于纵轴与横轴的函数表达式,再根据斜率和截距的概念求解。
如图所示、四分之一圆轨道OA与水平轨道AB相切,它们与另一水平轨道CD在同一竖直面内,圆轨道OA的半径R=0.45 m,水平轨道AB长S1=3 m,OA与AB均光滑。一滑块从O点由静止释放,当滑块经过A点时,静止在CD上的小车在F=1.6 N的水平恒力作用下启动,运动一段时间后撤去F。当小车在CD上运动了S2=3.28 m时速度v=2.4 m/s,此时滑块恰好落入小车中。已知小车质量M=0.2 kg,与CD间的动摩擦因数=0.4。(取g=10m/s2)
14.恒力F的作用时间t.
15.AB与CD的高度差h。
正确答案
1s
解析
设小车在轨道CD上加速的距离为s,由动能定理得:;①
设小车在轨道CD上做加速运动时的加速度为a,由牛顿运动定律得:②
由运动学公式得:③
联立①②③式,代入数据得t=1s ④
则恒力F的作用时间为1s.
考查方向
解题思路
对CD段由动能定理、牛顿第二定律及位移和时间关系式联立可求得F作用的时间;
易错点
本题关键研究两个物体的运动情况,根据运动规律解答。
正确答案
0.8m;
解析
设小车在轨道CD上做加速运动的末速度为v′,撤去力F后小车做减速运动时的加速度为a'减速时间为t',由牛顿运动定律得:-μMg=Ma' ⑤
由运动学公式得:
v'=at ⑥
v=v'+a't'⑦
设滑块的质量为m,运动到A点的速度为vt,由动能定理得⑧
设滑块由A点运动到B点的时间为t1,由运动学公式得⑨
设滑块做平抛运动的时间为则⑩
由平抛规律得
联立②④⑤⑥⑦⑧⑨⑩式,代入数据得h=0.8m,即AB与CD的高度差为0.8m;
考查方向
解题思路
撤去F后小车做匀减速运动,小球先作圆周运动,再离开B后做平抛运动,两者相遇所经历的时间相同,则由小车的运动时间可求得小物体平抛的时间,则可求得物体下落的高度。
易错点
本题关键研究两个物体的运动情况,根据运动规律解答。
13.一辆实验小车可沿水平地面(图中纸面)上的长直轨道匀速向右运动.有一台发出细光束的激光器装在小转台M上,到轨道的距离MN为d=10 m,如图所示.转台匀速转动,使激光束在水平面内扫描,扫描一周的时间为T=60s.光束转动方向如图中箭头所示.当光束与MN的夹角为45°时,光束正好射到小车上.如果再经过Δt=2.5 s,光束又射到小车上,则小车的速度为多少?(结果保留两位数字)
正确答案
1.7m/s;或2.9m/s;
解析
根据题意,作出示意图,如图所示:
(1)光束射到小车上,小车正在接近N点,Δt时间内光束与MN之夹角从450变为300,由图可知,代入数值,解得:V=1.7m/s;
(2)光束射到小车上,小车正在远离N点,Δt时间内光束与MN之夹角从450变为600,由图可知,由代入数值,解得:;
考查方向
解题思路
当光束与MN的夹角为45°时,光束正好射到小车上,此时小车到N点的距离等于MN为d=10m,根据题意再经过△t=2.5(s),光束又射到小车上,因此要求小车的速度应先求出△t时间内光束转过的角度,再求出,△t时间内小车运动的距离,最后利用速度公式计算出小车的速度。
易错点
本题关键是画出情景图,分析出两种情况进行解答。