物理 西城区2016年高三期末试卷
精品
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单选题 本大题共12小题,每小题3分,共36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: 3分

1.关于某个物体受到的力与运动的关系,下列说法正确的是(   )

A物体受到的合力为零,速度一定为零

B物体受到的合力恒定,速度一定恒定

C物体受到的合力越大,速度一定越大

D物体受到的合力越大,加速度一定越大

正确答案

D

解析

根据牛顿第二定律,合力越大加速度越大,所以D选项正确,再根据加速度与速度之间的关系:二者夹角小于速度增大,等于速度不变,大于速度减小,所以合力与速度的关系不确定, ABC选项都不正确,所以只有D选项正确。

考查方向

本题主要考查了力和运动的关系。

易错点

(1)B项中容易错认为物体受到的合力恒定,速度一定恒定

(2)C项中容易错认为物体受到的合力越大,速度一定越大

知识点

加速度
1
题型: 单选题
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分值: 3分

10. 如图所示,在真空中有一对带电的平行金属板水平放置。一带电粒子沿平行于板面的方向,从左侧两极板中央射入电场中,恰能从右侧极板边缘处离开电场。不计粒子重力。若可以改变某个量,下列哪种变化,仍能确保粒子一定飞出电场(    )

A只增大粒子的带电量

B只增大电场强度

C只减小粒子的比荷

D只减小粒子的入射速度

正确答案

C

解析

带电粒子在电场中偏转做的是类平抛运动,水平方向上有,竖直方向上侧移量,加速度,以上各式联立解得侧移量,所以A只增大粒子的带电量,B只增大电场强度,D.只减小粒子的入射速度都会使侧移量增大,所以ABD错误,C只减少粒子的比荷则侧移量减小,所以一定能飞出,所以C项正确。

考查方向

本题考查的是带电粒子在电场中的偏转问题。

易错点

(1)带电粒子在电场中的偏转问题中侧移量平时多用电压表示,而B项中问的是场强。

(2)C项中粒子的比荷应是电荷量与质量之比,学生记不清是哪个量比哪个量。

知识点

带电粒子在匀强电场中的运动
1
题型: 单选题
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分值: 3分

4.在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小。仪器中有一根轻质金属丝悬挂着一个金属球,无风时金属球自由下垂,当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏离竖直方向一个角度并保持恒定,如图所示。关于风力大小F与小球质量m、偏角θ之间的关系,下列关系中正确的是(    )


AF = mgtanθ

BF = mgsinθ

C

D

正确答案

A

解析

受力分析后水平竖直建立坐标系,x方向上,Y方向上,两项联立解得.F = mgtanθ,所以A选项正确。

考查方向

本题主要考查了三力平衡、正交分解和绳的弹力。

易错点

正交分解时如何建坐标系和分解时找角度易错

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: 3分

5. 某同学站在体重计上,通过做下蹲、起立的动作来探究超重和失重现象。下列说法正确的是(    )

A下蹲过程中人始终处于超重状态

B起立过程中人始终处于超重状态

C下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态

D起立过程中人先处于超重状态后处于失重状态

正确答案

D

解析

下蹲过程过先向下加速然后再向下减速,所以先失重再超重,所以AC项都错误;起立过程过先向上加速然后再向上减速,所以先超重再失重,所以A项错误,D项正确;正确选项为D。

考查方向

本题主要考查了超重失重的概念和判断方法。

易错点

(1)下蹲过程过程容易错误的认为只有一个向下加速而得出只有一个失重过程。

(2)起立过程过程容易错误的认为只有一个向上加速而得出只有一个超重过程。

知识点

牛顿运动定律的应用-超重和失重
1
题型: 单选题
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分值: 3分

8.如图所示,用理想变压器为一个“6V、12W”的小灯泡供电,变压器原线圈中的输入电压为220V。闭合开关S,小灯泡恰好正常发光。则下列说法中错误的是(    )

A变压器原副线圈的匝数之比为110:3

B变压器原线圈中的输入电流为2A

C变压器原线圈中的输入功率为12W

D变压器副线圈中的输出功率为12W

正确答案

B

解析

根据灯泡恰好正常发光得到副线圈电压是6V,原线圈电压为220V,所以有,所以A项正确;灯泡恰好正常发光得到副线圈电流为是再根据解得原线圈中的输入电流为0.05A,所以B错误;理想变压器输出功率等于输入功率,都为12W,所以CD选项都是正确的,本题选说法中错误的所以选B。

考查方向

本题主要考查了理想变压器原副线圈电压电流和功率之间的关系

易错点

没有认识到小灯泡恰好正常发光说明灯泡两端的电压是6V,也就是副线圈电压

知识点

变压器的构造和原理
1
题型: 单选题
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分值: 3分

3. 如图所示,汽车在一水平公路上转弯时,汽车的运动可视为匀速圆周运动的一部分。下列关于汽车转弯时的说法正确的是(    )

A汽车处于平衡状态

B汽车的向心力由重力提供

C汽车的向心力由支持力提供

D汽车的向心力由摩擦力提供

正确答案

D

解析

匀速圆周运动有向心加速度,不是平衡状态,所以A错误;受力分析,可见是摩擦力提供向心力,所以D项正确。

考查方向

本题主要考查了圆周运动中向心力的来源。

易错点

(1)A项中错误的认为匀速圆周运动是平衡状态

(2)将汽车的运动抽象成质点后受力分析易错。

1
题型: 单选题
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分值: 3分

2.关于机械振动和机械波,下列说法正确的是(    )

A有机械振动必有机械波

B声音在空气中传播时是横波

C在机械波的传播中质点并不随波迁移

D质点的振动方向与波的传播方向总在同一直线上

正确答案

C

解析

机械波形成的条件两个振动和介质,所以A错误;声波是纵波,所以B错误;机械波的形成是由前一质点带动后一质点形成机械波,但质点并不随波迁移,所以C正确;横波质点振动方向和波传播方向垂直,纵波则相同,所以D错误。正确选项为C。

考查方向

本题主要考查了机械波的概念、特点、分类以及声波的的形成。

易错点

(1)A项中有机械振动必有机械波而忽略了形成机械波还必须有介质

(2)C项中错误的认为在机械波的传播中质点也随波迁移

知识点

波的形成和传播
1
题型: 单选题
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分值: 3分

6. 如图甲所示,弹簧振子以O点为平衡位置,在MN两点之间做简谐运动。振子的位移x随时间t的变化图象如图乙所示。下列判断正确的是(    )

A0.4s时振子的加速度为零

B0.8 s时振子的速度最大

C0.4 s和1.2 s时振子的加速度相同

D0.8s和1.6 s时振子的速度相同

正确答案

B

解析

从振动图象上可得0.4s位于正向最大位移处,所以加速度最大,所以A项错误;

从振动图象上可0.8s位于平衡位置分别向负向运动,所以质点的速度最大,所以B项正确;

从振动图象上可得0.4s和1.2 s分别位于正向和负向最大位移处,所以加速度大小相同但方向相反,加速度为矢量,所以C项错误;

从振动图象上可得0.8s和1.6 s位于平衡位置分别向负向和正向运动,所以速度大小相同但方向相反,速度为矢量,所以D选项错误。

考查方向

本题主要考查了简谐运动过程中速度和加速度问题和振动图象问题

易错点

(1)振动图象中速度和加速度方向的判定

(2)C项和D项中速度和加速度是矢量,容易忽略了方向而导致错误。

知识点

简谐运动的振动图象简谐运动的回复力和能量
1
题型: 单选题
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分值: 3分

7.如图所示,实线是一簇由负点电荷产生的电场线。一带正电的粒子仅在电场力作用下通过电场,图中虚线为粒子的运动轨迹,ab是轨迹上的两点。下列判断正确的是(    )

Aa点场强小于b点场强

Ba点电势大于b点电势

C带电粒子从ab动能减小

D带电粒子从ab电势能减小

正确答案

C

解析

电场线的疏密表示场强的大小,a点较密而b点较疏,所以a点场强小于b点场强,所以A项错误;

沿电场线的方向电势降低,所以B项错误;

从受力情况可得带电粒子从ab过程中电场力做负功,所以动能减小,电势能增大,所以C项正确,D项错误。

考查方向

本题主要考查了静电场的电场线,场强大小的判定,电势高低的判定和电势能、动能大小变化。这类问题是高考的热点,无论是全国卷是还是各省单独命题的卷都有这类问题,有时是在电场线中考查,有的是在等势面中考查。

易错点

(1)CD选项中动能和电势能的变化规律用动能定理判定做功的正负来判定时动能和电势能的变化,在判定正负功时易出错。

(2)电场力做正功动能是增加,反之减小,而电势能正好相反,电场力做正功电势能增加,反之减小,这一点二者容易混淆。

知识点

电场线电势能和电势
1
题型: 单选题
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分值: 3分

9. 如图所示,平行板电容器已经充电,静电计的金属球与电容器的一个极板连接,外壳与另一个极板连接,静电计指针的偏转指示电容器两极板间的电势差。实验中保持极板上的电荷量Q不变。设电容器两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ。下列关于实验现象的描述正确的是(    )

A保持S不变,增大d,则θ变大

B保持S不变,减小d,则θ不变

C保持d不变,减小S,则θ变小

D保持Sd不变,在两板间插入电介质,则θ变大

正确答案

A

解析

根据平行板电容器电容的决定式,保持S不变,增大d时得出电容变小,再根据平行板电容器电容的定义式,Q不变,C变小,所以两板间电压U变大,静电计测的是两板间的电压,θ变大,所以A正确;同理得出BCD错误。

考查方向

本题主要考查了平行板电容器的定义式和决定式的综合应用。

易错点

(1)不知道静电计的指针偏角是表示两平行板间的电压。

(2)没有注意到本题中条件电容器电荷量不变。

(3)不会将电容定义式和决定式结合起来使用。

知识点

电容器的动态分析
1
题型: 单选题
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分值: 3分

11. 如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图。由电子枪产生电子束,玻璃泡内充有稀薄的气体,在电子束通过时能够显示电子的径迹。前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场,磁场方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节。适当调节UI,玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹。下列调节方式中,一定能让圆形径迹半径增大的是(    )

A同时增大UI

B同时减小UI

C增大U,减小I

D减小U,增大I

正确答案

C

解析

带电粒子在电场中的加速时根据动能定理,带电粒子在电场中的做匀速圆周运动时根据洛伦兹力提供向心力,以上两式联立解得得出圆周运动的半径公式,A同时增大UI ,电压和磁感应强度都增大,所以半径不一定增大,所以A错误;  

B同时减小UI ,电压和磁感应强度都减小,所以半径不一定增大;所以B错误;

C增大U,减小I  ,电压增大和磁感应强度都减小, 半径一定增大,所以C正确, 

D减小U,增大I,电压减小和磁感应强度增大, 半径一定减小,所以D错误。

考查方向

本题主要考查了带电粒子在电场中的加速和带电粒子在磁场的匀速圆周运动。

易错点

(1)圆周运动的半径公式计算量较大容易出错

(2)不知道励磁线圈的电流I决定磁场的大小。

知识点

电子束的磁偏转原理及其应用
1
题型: 单选题
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分值: 3分

12. 如图所示为一个多量程多用电表的简化电路图。单刀多掷开关S可以与不同接点连接。下列说法正确的是(    )

A当S接1或2时为直流电流档,接1时量程较小

B当S接1或2时为直流电压档,接1时量程较大

C当S接3或4时为直流电流档,接3时量程较大

D当S接5或6时为直流电压档,接5时量程较小

正确答案

D

解析

当S接1或2时,表头与电阻并联所以是直流电流档,并联电阻越小,量程越大,所以接1时并联电阻小,量程较大,所以AB两项都错误;当S接3或4有内电源应为欧姆档,所以C错误;当S接5或6时,表头与电阻串联,串联电阻越大,量程越大,接5时电阻较小,所以接5时量程较小,D选项正确。

考查方向

本题主要考查了电流表和电压表的改装。

易错点

(1)本题中S接1时电路连接方式较复杂,容易出错。

(2)当S接3或4时电路中有接有电源,为欧姆档,如果没有注意到电源就容易出错。

知识点

多用电表的原理及其使用
多选题 本大题共4小题,每小题3分,共12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3分,选对但不全得1.5分,有选错的得0分。
1
题型: 多选题
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分值: 3分

13.两辆汽车在一条东西方向的平直公路上行驶,以向东为正方   向,两辆汽车的v-t图象如图所示。由图可知(    )

A两辆汽车都向东行驶

B乙车做匀减速直线运动

C6s时甲车的速度大于乙车

D0~7s内甲车的位移大于乙车

正确答案

A,B,C

解析

两速度图象都在第一象限为正值,所以两车运动方向相同是向东行驶,所以A正确;根据速度图象中斜率的正负表示加速度的方向,确定乙车加速度为负值且恒定,而速度为正值,两者方向相反,从而确定乙车做匀减速运动,所以B项正确;从图上可得6s时甲车的速度大于乙车,所以C项正确;速度图象中图象与时间轴围成的面积表示位移,甲车的位移,乙车的位移,所以两车位移相等,D项错误。

考查方向

本题主要考查了匀变速直线运动的速度图象斜率和面积表示的物理意义,这类问题是高考的热点。

易错点

(1)速度图象中速度的正负表示运动的方向

(2)速度图象中斜率的正负表示加速度的方向。

知识点

匀变速直线运动的图像
1
题型: 多选题
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分值: 3分

14. 如图所示为一台小型发电机示意图,磁场为水平方向。当线圈转到如图所示的水平位置时,下列判断正确的是(    )

A通过线圈的磁通量最大

B通过线圈的磁通量为零

C线圈中产生的电动势最大

D线圈中产生的电动势为零

正确答案

B,C

解析

图示位置是线圈与磁场平行时,穿过线圈的磁通量为0,穿过线圈的磁通量为0,两边运动方向与磁场方向垂直,线圈完全切割磁感线所以产生的电动势最大,所以BC项正确。

考查方向

本题考查了交变电流的产生

易错点

易与线圈处于于中性面时的磁能量和电动势值相混淆,记不清哪个最大哪个最小。

知识点

变压器的构造和原理
1
题型: 多选题
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分值: 3分

15. 如图所示,光滑绝缘的水平面上,一个边长为L的正方形金属框,在水平恒力F作用下运动,穿过方向如图的有界匀强磁场区域。磁场区域的宽度为d(d >L)。已知ab边进入磁场时,线框的加速度恰好为零。则线框进入磁场的过程和从磁场另一侧穿出的过程相比较,下列分析正确的是(    )

A线框中产生的感应电流方向相反

B所受的安培力方向相反

C两过程所用时间相等

D进入磁场的过程中线框产生的热量较少

正确答案

A,D

解析

根据右手定则判定也进入磁场过程感应电流方向是顺时针方向,穿出过程感应电流的方向是逆时针方向,所以产生的感应电流方向相反,所以A项正确;根据左手定则可判定进入和穿出过程所受的安培力都是向左的,方向相同,所以B选项错误;ab边进入磁场时,线框的加速度恰好为零,所以进入时做匀速直线运动,完全进入磁场后,穿过线圈的磁通量不再变化,线圈中不再产生感应电流,线圈也不受安培力,线圈在恒力F的作用下会加速运动,所以穿出磁场时速度比进入时要大,根据安培力公式和法拉第电磁感应定律得,所以安培力将大于拉力F,线圈将做减速运动,但最多减速到进入磁场时的速度,线圈又做匀速运动,所以穿出磁砀时的线圈的平均速度大于进入磁场时线圈的平均速度,而进出过程位移相等,所以穿出磁砀过程时间较短,所以C项错误;进入磁场过程线圈速度较小,所以所受的安培力较小,克服安培力所做的功较少,产生的热量也较少,所以D项正确。

考查方向

本题考查了利用右手定则判定感应电流的方向和利用左手定则判定安培力的方向,电磁感应中力和运动以及能量的转化,本题是一个综合性的问题考查的知识点较多,这也是高考中的热点。

易错点

(1)利用右手定则判定感应电流的方向和利用左手定则判定安培力的方向左右手定则容易混淆。

(2)线圈完全进入磁场后,穿过线圈的磁通量不再变化,线圈中不再产生感应电流,线圈也不受安培力,线圈在恒力F的作用下会加速运动,这个过程容易错误的认为成匀速度运动。

知识点

右手定则电磁感应中的能量转化
1
题型: 多选题
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分值: 3分

16.如图所示,两个半径相同的半圆形光滑轨道置于竖直平面内,左右两端点等高,分别处于沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中。两个相同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放。M、N为轨道的最低点。则下列分析正确的是(    )

A两个小球到达轨道最低点的速度

B两个小球第一次经过轨道最低点时对轨道的压力FM > FN

C小球第一次到达M点的时间小于小球第一次到达N点的时间

D磁场中小球能到达轨道另一端最高处,电场中小球不能到达轨道另一端最高处

正确答案

B,C,D

解析

在磁场中运动到最低点的过程洛伦兹力不做功,根据动能定理在电场中运动到最低点的过程电场力做负功,根据动能定理所以,A项错误;在M点时受力分析,洛伦兹力向向下,根据向心力公式,在N点时受力分析,根据向心力公式,所以FM > FN ,B项正确;设小球在磁场中和电场中下降的高度为h时速度分别为,由此可见不论h为多大都有,所以小球从磁场中运动到最低点M的平均速率大于从电场各运动到最低点N的平均速率,而两者路程相同,所以小球第一次到达M点的时间小于小球第一次到达N点的时间,C项正确;磁场中小球运动过程中洛伦兹力不做功,机械能守恒,所以能到达轨道另一端最高处,电场中小球电场力做了负功,电势能增大,机械能减小,所以不能到达轨道另一端最高处,D项正确。

考查方向

本题考查了带电体在磁场和电场中运动,圆周运动的向心力,动能定理和能量守恒定律的应用。

易错点

(1)A选项没有注意到在磁场中运动时洛伦兹力不做功,在电场中电场力做负功。

(2)B选项在分析在M点受力分析时洛伦兹力方几易出错。

(3)想不到用平均速率的方法分析运动时间的大小。

知识点

向心力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
简答题(综合题) 本大题共52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: 11分

19.如图所示,两根平行的光滑金属导轨MN、PQ放在水平面上,左端向上弯曲,导轨间距为L,电阻不计。水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B。导体棒a与b的质量均为m,电阻值分别为Ra=R,Rb=2R。b棒放置在水平导轨上足够远处,a棒在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放。运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直,重力加速度为g。

(1)求a棒刚进入磁场时受到的安培力的大小和方向;

(2)求最终稳定时两棒的速度大小;

(3)从a棒开始下落到最终稳定的过程中,求b棒上产生的内能。

正确答案

(1)  方向水平向左

(2)

(3)

解析

(1)设a棒刚进入磁场时的速度为v,

从开始下落到进入磁场,

根据机械能守恒定律    )  

a棒切割磁感线产生感应电动势E = BLv       

根据闭合电路欧姆定律            

 a棒受到的安培力F = BIL          

 联立以上各式解得  方向水平向左

(2)设两棒最后稳定时的速度为v ′,

从a棒开始下落到两棒速度达到稳定根据动量守恒定律mv = 2m v ′                

 解得 

(3)设a棒产生的内能为Ea ,

b棒产生的内能为Eb 根据能量守恒定律

两棒串联内能与电阻成正比Eb = 2Ea          

解得             

考查方向

本题主要考查了机械能守恒定律,法拉第电磁感应定律,闭合电路欧姆定律,安培力,动量守恒定律,能量守恒定律。

易错点

(1)闭合电路欧姆定律时电阻应是总电阻

(3)b棒上产生的内能易错求成电路中产生的总内能

知识点

动量守恒定律功能关系通电直导线在磁场中受到的力
1
题型:简答题
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分值: 9分

18.宇航员驾驶宇宙飞船到达月球,他在月球表面做了一个实验:在离月球表面高度为h处,将一小球以初速度v0水平抛出,水平射程为x。已知月球的半径为R,万有引力常量为G。不考虑月球自转的影响。求:

(1)月球表面的重力加速度大小g0 ;

(2)月球的质量M;

(3)飞船在近月圆轨道绕月球做匀速圆周运动的速度v。

正确答案

(1)

(2)

(3)

解析

(1)设飞船质量为m设小球落地时间为t,

根据平抛运动规律水平方向         

 竖直方向              

解得                    

(2)在月球表面忽略地球自转时有        

解得月球质量

由万有引力定律和牛顿第二定律  

 解得         

考查方向

本题主要考查了平抛运动,万有引力定律和天体的匀速圆周运动

易错点

飞船在近月轨道绕月球做匀速圆周运动时轨道半径等于月球半径,本题运算量较大易出现运动算错误。

知识点

万有引力定律及其应用
1
题型:简答题
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分值: 9分

17.如图所示,斜面AC长L= 1m,倾角θ =37°,CD段为与斜面平滑连接的水平地面。一个质量m = 2kg的小物块从斜面顶端A由静止开始滑下。小物块与斜面、地面间的动摩擦因数均为μ = 0.5。不计空气阻力,g = 10m/s2,sin37°= 0.6,cos37° = 0.8。求:

(1)小物块在斜面上运动时的加速度大小a;

(2)小物块滑到斜面底端C点时的速度大小v;

(3)小物块在水平地面上滑行的最远距离x。

正确答案

(1)a = 2m/s2

(2)v = 2m/s

(3)x = 0.4m

解析

(1)根据牛顿第二定律 mgsinθ -μmgcosθ = ma

解得             a = 2m/s2                  

(2) 根据匀变速直线运动规律 

解得       v = 2m/s            

(3) 根据动能定理        

 解得            x = 0.4m    

考查方向

本题考查了牛顿运动定律、运动学公式和动能定理

易错点

(2)用时求解速度时在计算时常忘记开方

(3)用动能定理求解位移时摩擦力做功为负值易错。

知识点

牛顿运动定律的综合应用
1
题型:简答题
|
分值: 11分

20.如图1所示,一根轻质弹簧上端固定在天花板上,下端挂一小球(可视为质点),弹簧处于原长时小球位于O点。将小球从O点由静止释放,小球沿竖直方向在OP之间做往复运动,如图2所示。小球运动过程中弹簧始终处于弹性限度内。不计空气阻力,重力加速度为g。

(1)在小球运动的过程中,经过某一位置A时动能为Ek1,重力势能为EP1,弹簧弹性势能为E弹1,经过另一位置B时动能为Ek2,重力势能为EP2,弹簧弹性势能为E弹2。请根据功是能量转化的量度,证明:小球由A运动到B 的过程中,小球、弹簧和地球组成的物体系统机械能守恒;

(2)已知弹簧劲度系数为k。以O点为坐标原点,竖直向下为x轴正方向,建立一维坐标系O-x,如图2所示。

a. 请在图3中画出小球从O运动到P的过程中,弹簧弹力的大小F随相对于O点的位移x变化的图象。根据F-x图象求:小球从O运动到任意位置x的过程中弹力所做的功W,以及小球在此位置时弹簧的弹性势能E弹;

b. 已知小球质量为m。求小球经过OP中点时瞬时速度的大小v。


正确答案

(1)证明过程见解析

(2)  

解析

(1)设重力做的功为WG,

弹力做的功为W弹根据动能定理WG + W弹 = Ek2 - Ek1

由重力做功与重力势能的关系WG  = Ep1 – Ep2     

由弹力做功与弹性势能的关系W弹 = E弹1- E弹2                        

联立以上三式可得Ek1 + Ep1 +E弹1 = Ek2 +Ep2 +E弹2

(2)a.  F-x图如右图所示,

图中的图线和x轴围成的面积表示功的大小,

所以弹力做功为 

由弹力做功与弹性势能的关系W弹 = 0 -E弹          

解得                       

b. 小球由O点到OP中点,

根据动能定理               

小球由O点到P点,根据机械能守恒定律           

解得

考查方向

本题主要考查了机械能守恒定律,弹性势能,动能定理,胡克定律,弹簧弹力变化与形变量的图象

易错点

弹力做的功的与弹性势能的关系为弹力做负功弹性势能增加所以有个负号,易丢掉负号。

知识点

功能关系机械能守恒定律
1
题型:简答题
|
分值: 12分

21.在粒子物理学的研究中,经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动。一粒子源产生离子束,已知离子质量为m,电荷量为+e 。不计离子重力以及离子间的相互作用力。

(1)如图1所示为一速度选择器,两平行金属板水平放置,电场强度E与磁感应强度B相互垂直。让粒子源射出的离子沿平行于极板方向进入速度选择器。求能沿图中虚线路径通过速度选择器的离子的速度大小v。

(2)如图2所示为竖直放置的两平行金属板A、B,两板中间均开有小孔,两板之间的电压UAB随时间的变化规律如图3所示。假设从速度选择器出来的离子动能为Ek=100eV,让这些离子沿垂直极板方向进入两板之间。两极板距离很近,离子通过两板间的时间可以忽略不计。设每秒从速度选择器射出的离子数为N0 = 5×1015个,已知e =1.6×10-19C。从B板小孔飞出的离子束可等效为一电流,求从t = 0到t = 0.4s时间内,从B板小孔飞出的离子产生的平均电流I。

(3)接(1),若在图1中速度选择器的上极板中间开一小孔,如图4所示。将粒子源产生的离子束中速度为0的离子,从上极板小孔处释放,离子恰好能到达下极板。求离子到达下极板时的速度大小v,以及两极板间的距离d。

正确答案

(1)

(2)I = 6×10-4A

(3)  

解析

(1)离子做匀速直线运动,根据受力平衡 Ee = Bev   解得

(2)A、B之间加正向电压时,离子能够通过B板小孔;A、B之间加反向电压时,电场力对离子做负功,电压小于100V时,离子能够通过B板小孔。由此可知,有离子通过B板小孔的时间 t ′= 0.3s  通过B板小孔的离子数   N ′ = Nt ′ = 1.5×1015个  根据 代入数据解得平均电流  I = 6×10-4A

(3)由题意可知,离子到达下极板时的速度方向为水平方向根据动能定理           

设某时刻离子竖直方向速度为。在很短时间内,离子在竖直方向通过的距离为△t,在水平方向受到的冲量为eB△t。离子从开始运动至到达下极板的过程水平方向,根据动量定理     ∑eB△t = mv    竖直方向,根据运动学规律 ∑△t = d    联立以上各式解得                    

考查方向

本题主要考查了带电粒子在电磁场中的运动,平衡条件,洛伦兹力,动能定理,动量定理,运动学公式以及微元法的应用

易错点

(1)中没有注意到临界电压的存在而将有离子通过B板小孔的时间的求错

(2)利用微元法求解竖直方向运动的距离和水平方向的洛伦兹力的冲量。

知识点

动能定理的应用带电粒子在混合场中的运动

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