物理:2021模拟高三名校大题天天练(八)
1.(12分)如图所示,在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘盘面上,离轴心r=20cm处放置一小物块A,其质量为m=2kg,A与盘面间相互作用的静摩擦力的最大值为其重力的k倍(k=0.5),试求:
⑴当圆盘转动的角速度ω=2rad/s时,
物块与圆盘间的摩擦力大小多大?方向如何?
⑵欲使A与盘面间不发生相对滑动,
则圆盘转动的最大角速度多大?(取g=10m/s2)
2.(10 分)如图所示,A物体用板托着,位于离地h=1.0m处,轻质细绳通过光滑定滑轮与A、B相连,绳子处于绷直状态,已知A物体质量M=1.5㎏,B物体质量m=1.0kg,现将板抽走,A将拉动B上升,设A与地面碰后不反弹,B上升过程中不会碰到定滑轮,
求:B物体在上升过程中离地的最大高度为多大?取g =10m/s2.
A
h
B
3.(15分)如图所示,某人乘雪橇从雪坡经A点滑至B点,接着沿水平路面滑至C点停止.人与雪橇的
总质量为70kg.表中记录了沿坡滑下过程中的有关数据,请根据图表中的数据解决下列问题:(取g=10m/s2)
(1)人与雪橇从A到B的过程中,损失的机械能为多少?
(2)设人与雪橇在BC段所受阻力恒定,求阻力的大小.
(3)人与雪橇从B到C的过程中,运动的距离。
位置 A B C
速度(m/s) 2.0 12.0 0
时刻(s)0 4 10
4.(14分)大气中存在可自由运动的带电粒子,其密度随离地面的距离的增大而增大,可以把离地面50㎞以下的大气看作是具有一定程度漏电的均匀绝缘体(即电阻率较大的物质);离地面50㎞以上的大气可看作是带电粒子密度非常高的良导体.地球本身带负电,其周围空间存在电场,离地面50㎞处与地面之间的电势差为4×105V.由于电场的作用,地球处于放电状态,但大气中频繁发生闪电又对地球充电,从而保证了地球周围电场恒定不变.统计表明,大气中每秒钟平均发生60次闪电,每次闪电带给地球的电量平均为30C.试估算大气的电阻率和地球漏电的功率.已知地球的半径r=6400㎞.
5.(18分)如图所示,ABC为光滑轨道,其中AB段水平放置,BC段为半径R的圆弧,AB与BC相切于B 点。
A处有一竖直墙面,一轻弹簧的一端固定于墙上,另一端与一质量为M的物块相连接,当弹簧处于原长状态时,物块恰能与固定在墙上的L形挡板相接触与B处但无挤压。
现使一质量为m的小球从圆弧轨道上距水平轨道高h处的D点由静止开始下滑。
小球与物块相碰后立即共速但不粘连,物块与L形挡板
相碰后速度立即减为零也不粘连。
(整个过程中,弹簧
没有超过弹性限度。
不计空气阻力,重力加速度为g)
(1) 试求弹簧获得的最大弹性势能;
(2) 求小球与物块第一次碰后沿BC上升的最大高度h’
(3) 若R>>h。
每次从小球接触物块至物块撞击L形挡板历时均为△t,则小球由D点出发经多长时间第
三次通过B点?
6.(18分)如下左图所示,真空中有两水平放置的平行金属板C、D,上面分别开有正对的小孔O1和O2,金属板C、D接在正弦交流电源上,两板间的电压u CD随时间t变化的图线如下右图所示。
t=0时刻开始,从D板小
孔O 1处连续不断飘入质量为m =3.2×10-25kg ,电荷量为q =1.6×10-19C 的带正电的粒子(设飘入速度很小,可视为零)。
在C 板外侧有以MN 为上边界CM 为左边界的匀强磁场,MN 与C 金属板平行,相距d =10cm ,O 2C 的长度L =10cm ,匀强磁场磁感应强度的大小为B =0.10T ,方向如图所示,粒子的重力及粒子间相互作用力忽略不计。
平行金属板C 、D 之间的距离足够小,粒子在两板间的运动时间可忽略不计。
求:⑴带电粒子经小孔O 2进入磁场后,能飞出磁场边界MN 的最小速度为多大?⑵从0到0.04s 末时间内哪些时间段飘入小孔O 1的粒子能穿过电场并飞出磁场边界MN ?⑶磁场边界MN 有粒子射出的长度范围有多长。
(计算结果保留三位有效数字)⑷在图中用阴影标出有粒子经过的磁场区域。
1.(12分)
解:⑴物块与圆盘间的摩擦力大小:N N r m f 6.12.0222
2=⨯⨯==ω……4分
方向为指向圆心。
…………2分
⑵
r m kmg m 2
ω=…………4分 最大角速度:
rad/s 5==
r kg
m ω…………2分
2.解:在A 下降B 上升的过程中,A 、B 系统机械能守恒,由机械能守恒定律得
222
1
21)(mv Mv h mg Mg +=-……………4分
解得 m
M h
mg Mg v +-=
)(2……………2分
代入数据有 v =2m/s ……………1分
A 着地后,
B 做竖直上抛运动,竖直上抛能上升的高度为:
g
v h 22
='……………3分
代入数据有 ='h 0.2m ……………1分 B 物体上升过程中距地面的最大高度为
h h H '+==1.2m ……………2分
3.解:(1)从A 到B 的过程中,人与雪橇损失的机械能为:
2
22
121B A mv mv mgh E -+=∆……………3分
代入数据解得:ΔE =9100J ……………2分
(2)人与雪橇在BC 段做减速运动的加速度大小:t
v v a C
B ∆-=……………2分 根据牛顿第二定律:ma F f =……………2分
由②③得:=f F 140N ……………1分 (3)由动能定理得:2
2
10B f mv x F -
=-……………3分 代入数据解得:=x 36m ……………2分
4.设每秒闪电的次数为n,每次闪电带给地球的 电量为q,则大气的漏电电流平均为I=nq① 大气的漏电电阻可由欧姆定律求得 U=IR ②
由题设条件,式中U=4×105V,设大气的电阻率为ρ,则有 R=ρ
S
λ③ 由题设条件,式中l=50㎞=5.0×104m S=4πr2④
解以上各式得 ρ=4π
U nq r 2
λ
⑤ 代入有关数值得 ρ=2.29×1012Ωm-
1⑥
地球的漏电功率 P=IU=nqU ⑦ 代入有关数值得 P=7.2×108 W ⑧ [思路点拨] 建立合理的等效电路模型是关键. 5、(1)小球运动至第一次碰前:
mgh =mv 02/2……………………………………………○
12’ 碰撞过程,动量守恒:
mv 0=(M +m )v 1…………………………………………○
22’ 碰后压缩弹簧过程中,M 、m 及弹簧系统机械能守恒:
E pm =(M +m )v 12/2……………………………………○32’ 由○
1、○
2、○3联立解得:
E pm =m
M gh
m +2…………………………………………○
42’ (2)第一次碰后小球向BC 轨道运动的初速度即为v 1,由机械能守恒得:
'2
12
1mgh mv =…………………………………………○
52’ 由○1、○2、○5联立解得:h m M m h 2
2
)
('+=…………○62’ (3)小球在BC 段运动可等效为单摆,其周期为:
T =g
R
π
2………………………………………………○
72’ 分析得小球第三次通过B 点历时为: t =
t T
∆+4
3……………………………………………○
82’ 由○
7○8联立解得:t =t g
R
∆+π23
…………………○
92’ 6.(1)设粒子飞出磁场边界MN 的最小速度为v 0,粒子在磁场中做匀速圆周运动,根据洛伦兹力提供向心力知:
qv 0B=mv 02/R 0 (2分)
粒子恰好飞出磁场,则有:R 0=d (2分) 所以最小速度 v 0=qBd/m=5×103m/s (2分)
(2)由于C 、D 两板间距离足够小,带电粒子在电场中运动时间可忽略不计,故在粒子通过电场过程中,两极板间电压可视为不变,设恰
能飞出磁场边界MN 的粒子在电场中运动时CD 板对应的电压为U 0,则根据动能定理知: qU 0=mv 02/2 (2分) 得:U 0=mv 02/2q=25V (2分)
根据图像可知:U CD =50sin50πt ,25V(或-25V)电压对应的时间分别为:1/300s 和1/60s(或7/300s 和11/300s),所以粒子在0到0.04s 内飞出磁场边界的时间为1/300s —1/60s(或7/300s —11/300s) (2分) (3)设粒子在磁场中运动的最大速度为v m ,对应的运动半径为R m ,则有: qU m =mv m 2/2 (2分) qv m B=mv m 2/R m (2分) 粒子飞出磁场边界时相对小孔向左偏移的最小距离为:
~ u CD
C D
N
B
O 2 O
x=R m-(R m2-d2)1/2=0.1×(21/2-1)m≈0.0414m (2分)
磁场边界MN有粒子射出的长度范围为:△x=d-x=0.0586m (2分)。