2015-2016学年安徽省黄山市屯溪一中高三(上)第四次月考物理试卷(12月份)
一、选择题(本大题共13小题,每小题3分,共39分,第8∽13题为多项选择).
1.如图所示,质量为M的斜面体B放在粗糙水平地面上,质量为m的物块A放在粗糙面体B上,现用一个沿斜面向上的力F拉A,在力F的作用下,物块A沿斜面向上匀速上滑,而斜面体B保持静止,已知斜面的倾角为θ,下面说法正确的是( )
A.物块A受到4个力的作用
B.斜面体B受到6个力的作用
C.地面对斜面体B的摩擦力大小Ff=Fcosθ
D.地面对斜面体B的支持力FN=(M+m)g
2.如图所示,小车上有一定滑轮,跨过定滑轮的绳上一端系一重球,另一端系在弹簧秤上,弹簧秤固定在小车上.开始时小车处在静止状态.当小车在水平恒力作用下匀加速向右运动时( )
A.弹簧秤读数及小车对地面压力均增大
B.弹簧秤读数及小车对地面压力均变小
C.弹簧秤读数变大,小车对地面的压力不变
D.弹簧秤读数不变,小车对地面的压力变大
3.如图所示,一玻璃管中注满清水,水中放一软木做成的小圆柱体(其直径略小于玻璃管的直径,轻重大小适宜,使它在水中能匀速上浮).将玻璃管的开口端用胶塞塞紧(图甲).现将玻璃管倒置(图乙),在小圆柱体上升的同时,使玻璃管水平向右匀加速移动,经过一段时间,玻璃管移至图丙中虚线所示位置,小圆柱体恰好运动到玻璃管的顶端.在下面四个图中,能正确反映小圆柱体运动轨迹的是( )
A. B. C. D.
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4.由于万有引力定律和库仑定律都满足平方反比规律,因此引力场和电场之间有许多相似的性质,在处理有关问题时可以将它们进行类比.例如电场中反映各点电场强弱的物理量是电场强度,其定义式为E=.在引力场中可以有一个类似的物理量用来反映各点引力场的强弱.设地球质量为M,半径为R,地球表面处重力加速度为g,引力常量为G.如果一个质量为m的物体位于距地心2R处的某点,则下列表达式中能反映该点引力场强弱的是( )
A.G B.G C.G D.G
5.某空间内有高度为d、宽度足够宽、方向水平向左的匀强电场.当在该空间内建立如图所示的坐标系后,在x轴上的P点沿y轴正方向连续射入相同的带电粒子(粒子重力不计),由于粒子的入射速率v不同,有的粒子将在电场中直接通过y轴,有的将穿出电场后再通过y轴.设粒子通过y轴时,离坐标原点的距离为h,从P到y轴所需的时间为t,则( )
A.由题设条件不能判断出粒子的带电性质
B.对h≤d的粒子,h越大,t越大
C.对h>d的粒子,h不同,在时间t内,电场力对粒子做的功不相等
D.不同h对应的粒子,进入电场时的速率v可能相同
6.如图所示,在等量异种点电荷的电场中,O点为两个点电荷连线的中点,A、B两点的位置关于O点对称,B、C两点位置关于负点电荷对称.将一个电子从A点移到无穷远的过程中,克服电场力做功为5ev,以无穷远的电势为0,下列说法中正确的是( )
A.电子在位置B点受到的电场力等于在位置C点受到的电场力
B.将电子从B点由静止释放后,通过A点时的动能为5ev
C.位置B点的电势为﹣5V
D.位置C点的电势为5V
7.一滑块以速率V1靠惯性沿固定斜面由底端向上运动,当它回到出发点时速率变为V2,且V2<V1,若滑块向上运动的位移中点为A,取斜面底端重力势能为零,则( )
A.上升过程机械能减小,下降时机械能增大
B.上升过程机械能增大,下降时机械能减小
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C.上升过程中动能和势能相等的位置在A点上方
D.上升过程中动能和势能相等的位置在A点下方
8.做匀加速直线运动的物体,先后经过A、B两点时的速度分别为v和7v,经历的时间为t,则( )
A.前半程速度增加3.5 v
B.前时间内通过的位移为
C.后时间内通过的位移为
D.后半程速度增加2v
9.一枚火箭由地面竖直向上发射,其v﹣t图象如图所示,则正确的是( )
A.火箭在t2﹣t3时间内向下运动
B.火箭能上升的最大高度为4v1t1
C.火箭上升阶段的平均速度大小为
D.火箭运动过程中的最大加速度大小为
10.如图所示,将质量为2m的重物悬挂在轻绳的一端,轻绳的另一端系一质量为m的小环,小环套在竖直固定的光滑直杆上,光滑定滑轮与直杆的距离为d.现将小环从与定滑轮等高的A处由静止释放,当小环沿直杆下滑距离也为d时(图中B处),下列说法正确的是(重力加速度为g).( )
A.小环刚释放时轻绳中的张力一定大于2mg
B.小环到达B处时,重物上升的高度约为0.4d
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C.小环在B处的速度与重物上升的速度大小之比等于
D.小环在从A到B的过程中重力势能减少了mgh
11.如图所示,从倾角为45°的固定斜面B点正上方,距B点的高度为h的A点处,静止释放一个质量为m的弹性小球,落在B点和斜面碰撞,碰撞后速度大小不变,方向变为水平,经过一段时间小球落在斜面上C点.空气阻力不计,重力加速度为g.则( )
A.小球落到C点时重力的瞬时功率为mg
B.小球从B点运动到C点的时间为
C.小球从B点运动到C点的时间为2
D.B点和C点间的高度差为4h
12.嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,包括着陆器和月球车.于2013年12月初由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射.它携带中国的第一艘月球车,并实现中国首次月面软着陆.下列说法中正确的是( )
A.嫦娥三号探测器的发射速度必须大于第二宇宙速度
B.嫦娥三号探测器在着陆前环绕月球运动的过程中的速度小于月球的第一宇宙速度
C.嫦娥三号探测器从环月轨道上运动到着陆前的运动过程中,探测器和月球组成的系统机械能守恒
D.如果测出嫦娥三号探测器在月球附近环绕月球运动一周的时间,就可以估算出月球的密度
13.如图所示,传送带以υ0的初速度匀速运动.将质量为m的物体无初速度放在传送带上的A端,物体将被传送带带到B端,已知物体到达B端之前已和传送带相对静止,则下列说法正确的是( )
A.传送带对物体做功为
B.传送带克服摩擦做功
C.电动机由于传送物体多消耗的能量为
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D.在传送物体过程产生的热量为
二、填空与实验题(每空2分,共16分)
14.两个小球从同一地点同时开始运动,一个做平抛运动,另一个做自由落体运动,拍得的频闪照片如图所示,并在照片上建立直角坐标系,根据比例算出各像点的实际坐标,标示在图上.
(1)根据此照片说明平抛运动的竖直分运动为 ;
(2)g取9.8m/s2,根据频闪照片计算出平抛运动小球抛出时的初速度 m/s;
(3)如果平抛运动的小球初速度为v0,经过图中标示的A、B两点时,速度的竖直分量分别为vAy、vBy,设小球的质量为m,则从A到B的过程中;增加的动能为 (用题中符号表示),为了验证平抛运动的过程中机械能守恒是否守恒,如果实验中根据图中的竖直坐标数据求出的加速度为9.78m/s2,小组同学又通过查阅资料知道当地的重力加速度为9.79m/s2,则在求解小球减小的重力势能时需要用到重力加速度g的值,应当取 .
15.物理小组测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图1,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点.
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(1)如图2是给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中数据计算的加速度a= (保留三位有效数字).
(2)为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有 .(填入所选物理量前的字母)
A.木板的长度l B.木板的质量m1C.滑块的质量m2
D.托盘和砝码的总质量m3 E.滑块运动的时间t
(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ= (用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦因数 (填“偏大”或“偏小”).写出支持你的看法的一个论据: .
三、计算题(共45分)
16.地球绕太阳的轨道可以认为是圆,已知地球的半径为R,地球赤道表面的重力加速度为g,地球绕太阳运转的周期为T,从太阳发出的光经过时间t0到达地球,光在真空中的传播速度为c.根据以上条件推算太阳的质量M与地球的质量m之比为多大.
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17.“神舟”五号飞船完成了预定的空间科学和技术实验任务后返回舱开始从太空向地球表面按预定轨道返回,返回舱开始时通过自身制动发动机进行调控减速下降,穿越大气层后,在一定的高度打开阻力降落伞进一步减速下落,这一过程中若返回舱所受空气摩擦阻力与速度的平方成正比,比例系数(空气阻力系数)为k,所受空气浮力恒定不变,且认为竖直降落.从某时刻开始计时,返回舱的运动v﹣t图象如图中的AD曲线所示,图中AB是曲线在A点的切线,切线交于横轴一点B,其坐标为(8,0),CD是曲线AD的渐进线,假如返回舱总质量为M=400kg,g=10m/s2,求
(1)在初始时刻v=160m/s,此时它的加速度是多大?
(2)推证空气阻力系数k的表达式并计算其值.
18.如图1所示,水平传送带的长度L=5m,皮带轮的半径R=0.1m,皮带轮以角速度ω顺时针匀速转动.现有一小物体(视为质点)以水平速度v0从A点滑上传送带,越过B点后做平抛运动,其水平位移为s.保持物体的初速度v0不变,多次改变皮带轮的角速度ω,依次测量水平位移s,得到如图2所示的s﹣ω图象.回答下列问题:
(1)当0<ω<10rad/s时,物体在A、B之间做什么运动?
(2)B端距地面的高度h为多大?
(3)物块的初速度v0多大?
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19.如图所示,在水平面上,一段直轨道右端连接有一段半径为R的1/4固定光滑圆弧轨道,直轨道上物体B左侧是光滑的,右侧BC之间是粗糙的,长度为2m.有一个质量为2.0kg的物体A压缩靠近左边墙面的弹簧,物体A与BC之间的动摩擦因数μ=0.5.质量为2.0kg的物体B被长度为l=0.5m的细线竖直悬挂,释放A以后,A运动到B处与B发生弹性碰撞(碰撞时A、B的速度交换).碰撞后B刚好能过最高点.
则:(1)物体B与物体A碰撞后的速度是多少?
(2)物体A最后停下的位置距离C点多远;
(3)如果增大开始时的A对弹簧的压缩量使得开始时弹簧的弹性势能增大,当初始时刻弹簧具有的弹性势能满足什么条件时,物体A将能第二次滑上圆弧轨道,且连接B的绳不会松弛.
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2015-2016学年安徽省黄山市屯溪一中高三(上)第四次月考物理试卷(12月份)
参考答案与试题解析
一、选择题(本大题共13小题,每小题3分,共39分,第8∽13题为多项选择).
1.如图所示,质量为M的斜面体B放在粗糙水平地面上,质量为m的物块A放在粗糙面体B上,现用一个沿斜面向上的力F拉A,在力F的作用下,物块A沿斜面向上匀速上滑,而斜面体B保持静止,已知斜面的倾角为θ,下面说法正确的是( )
A.物块A受到4个力的作用
B.斜面体B受到6个力的作用
C.地面对斜面体B的摩擦力大小Ff=Fcosθ
D.地面对斜面体B的支持力FN=(M+m)g
【考点】共点力平衡的条件及其应用;力的合成与分解的运用.
【专题】共点力作用下物体平衡专题.
【分析】分析:采用隔离法分析A、B的受力情况.由题意,斜面保持静止,所受的合力为零,物体匀速上滑,其合力也为零,将两个物体看成整体,分析受力情况,由平衡条件求解地面对斜面的支持力和摩擦力大小和方向.
【解答】解:A、物块A受到重力、斜面的支持力和滑动摩擦力、拉力共4个力作用.故A正确.
B、斜面体B受到重力、B的压力和滑动摩擦力、地面的支持力和静摩擦力共5个力作用.故B错误.
C、D以物体和斜面组成的整体为研究对象,分析受力情况:总重力(M+m)g、拉力F、地面的支持力FN和摩擦力Ff,作出力图,根据平衡条件得:
水平方向:Ff=Fcosθ,方向水平向左;
竖直方向:FN+Fsinθ=(M+m)g
解得:FN=(M+m)g﹣Fsinθ,Ff=Fcosθ.故C正确,D错误.
故选AC
【点评】本题两个物体的加速度都为零,可以作为整体进行研究,简单方便,也可以采用隔离法研究.
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2.如图所示,小车上有一定滑轮,跨过定滑轮的绳上一端系一重球,另一端系在弹簧秤上,弹簧秤固定在小车上.开始时小车处在静止状态.当小车在水平恒力作用下匀加速向右运动时( )
A.弹簧秤读数及小车对地面压力均增大
B.弹簧秤读数及小车对地面压力均变小
C.弹簧秤读数变大,小车对地面的压力不变
D.弹簧秤读数不变,小车对地面的压力变大
【考点】牛顿第二定律;物体的弹性和弹力.
【专题】牛顿运动定律综合专题.
【分析】以重球为研究对象,分别研究小车静止时和运动时轻绳的拉力,分析弹簧秤读数的变化.以整体为研究对象,研究地面对小车的支持力的变化,再由牛顿第三定律研究小车对地面压力的变化.
【解答】解:开始时小车处于静止状态,小球受重力mg、绳的拉力F绳1,由于小球静止,所以F绳1=mg,
当小车匀加速向右运动稳定时,小球也向右匀加速运动.小球受力如图:
由于小球向右做匀加速运动,所以小球的加速度水平向右,根据牛顿第二定律小球的合力也水平向右,根据力图几何关系得出:此时绳子的拉力F绳2>mg,所以绳中拉力变大,弹簧秤读数变大.
对整体进行受力分析:
开始时小车处于静止状态,整体所受地面的支持力等于本身重力.当小车匀加速向右运动稳定时,整体在竖直方向无加速度,也就是整体在竖直方向出于平衡状态,所以整体所受地面的支持力仍然等于本身重力.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
【点评】本题采用隔离法和整体法结合分析物体的受力情况,是常用的方法,比较简单.
3.如图所示,一玻璃管中注满清水,水中放一软木做成的小圆柱体(其直径略小于玻璃管的直径,轻重大小适宜,使它在水中能匀速上浮).将玻璃管的开口端用胶塞塞紧(图甲).现将玻璃管倒置(图乙),在小圆柱体上升的同时,使玻璃管水平向右匀加速移动,经过一段时间,玻璃管移至图丙中虚线所示位置,小圆柱体恰好运动到玻璃管的顶端.在下面四个图中,能正确反映小圆柱体运动轨迹的是( )
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A. B. C. D.
【考点】运动的合成和分解.
【专题】运动的合成和分解专题.
【分析】小圆柱参加了两个分运动,水平方向水平向右匀加速直线移动,竖直方向在管中匀速上浮,将分运动的速度合成可以得到合运动速度大小和方向的变化规律,进一步判断轨迹.
【解答】解:小圆柱参加了两个分运动,竖直方向在管中以v1匀速上浮,水平方向水平向右匀加速直线移动,速度v2不断变大,将v1与v2合成,如图
由于曲线运动的速度沿着曲线上该点的切线方向,又由于v1不变,v2不断变大,故θ不断变小,即切线方向与水平方向的夹角不断变小,故ABD均错误,C正确;
故选C.
【点评】本题关键由分运动速度合成出合速度后,得到合速度方向的变化规律,再结合轨迹讨论即可.
4.由于万有引力定律和库仑定律都满足平方反比规律,因此引力场和电场之间有许多相似的性质,在处理有关问题时可以将它们进行类比.例如电场中反映各点电场强弱的物理量是电场强度,其定义式为E=.在引力场中可以有一个类似的物理量用来反映各点引力场的强弱.设地球质量为M,半径为R,地球表面处重力加速度为g,引力常量为G.如果一个质量为m的物体位于距地心2R处的某点,则下列表达式中能反映该点引力场强弱的是( )
A.G B.G C.G D.G
【考点】库仑定律;万有引力定律及其应用.
【分析】通过与电场强度定义式E=类比,得出反映该点引力场强弱.
【解答】解:类比电场强度定义式E=,
该点引力场强弱ag===
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故选:C
【点评】通过知识的类比可以更好的理解物理规律.
运用黄金代换式GM=gR2求出问题是考试中常见的思路
5.某空间内有高度为d、宽度足够宽、方向水平向左的匀强电场.当在该空间内建立如图所示的坐标系后,在x轴上的P点沿y轴正方向连续射入相同的带电粒子(粒子重力不计),由于粒子的入射速率v不同,有的粒子将在电场中直接通过y轴,有的将穿出电场后再通过y轴.设粒子通过y轴时,离坐标原点的距离为h,从P到y轴所需的时间为t,则( )
A.由题设条件不能判断出粒子的带电性质
B.对h≤d的粒子,h越大,t越大
C.对h>d的粒子,h不同,在时间t内,电场力对粒子做的功不相等
D.不同h对应的粒子,进入电场时的速率v可能相同
【考点】带电粒子在匀强电场中的运动.
【专题】电场力与电势的性质专题.
【分析】根据电场力做功情况,判断电势能的变化情况;粒子在电场中做类平抛运动,若在电场中进入y轴,则电场力的方向偏转位移相同,所以运动时间也相等,做功也相等;若出电场后进入y轴,则h越大,沿着电场力方向偏转位移越小,做功越少.
【解答】解:A、由题意可知,粒子向左偏,电场力的方向向左,与电场线的方向相同,所以粒子带正电,故A错误;
B、粒子x轴方向做初速度为零的匀加速直线运动,则有:水平分位移 x=,当h≤d的粒子时,粒子受到电场力一样,加速度a也相同,x相同,因此运动时间t一定,故B错误;
C、对h>d的粒子,h越大,沿着电场力偏转位移越小,则对粒子做功越少,故C正确;
D、若在电场中直接通过y轴,水平分位移x相等,由x=知,运动时间t相等,竖直分位移h=v0t,则知不同h,v0不同;
若穿出电场后再通过y轴,通过电场时竖直分位移y相等.h越大,沿着电场力偏转位移x越小,由x=,可知t不等,由y=v0t,可知v0不同;总之,不同h对应的粒子,进入电场时的速率v一定不同.故D错误;
故选:C.
【点评】本题关键要掌握类平抛运动的处理方法,掌握运动的合成与分解的等时性,根据牛顿第二定律与运动学公式正确列式,再进行分析.
6.如图所示,在等量异种点电荷的电场中,O点为两个点电荷连线的中点,A、B两点的位置关于O点对称,B、C两点位置关于负点电荷对称.将一个电子从A点移到无穷远的过程中,克服电场力做功为5ev,以无穷远的电势为0,下列说法中正确的是( )
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A.电子在位置B点受到的电场力等于在位置C点受到的电场力
B.将电子从B点由静止释放后,通过A点时的动能为5ev
C.位置B点的电势为﹣5V
D.位置C点的电势为5V
【考点】电势能.
【专题】定性思想;推理法;电荷守恒定律与库仑定律专题.
【分析】A、根据点电荷电场强度公式E=,结合矢量叠加法则,即可求解;
BC、电子从A点移到无穷远的过程中,克服电场力做功为5ev,以无穷远的电势为0,根据W=qU,从而即可求解.
D、根据等量异种电荷的等势线的分布,即可求解.
【解答】解:A、根据点电荷电场强度的方向,可知,等量异种电荷在B的电场强度方向相同,而在C点电场强度方向相反,则两处的电场强度大小不变,因此电子在位置B点受到的电场力与在位置C点受到的电场力不相等,故A错误;
BC、一个电子从A点移到无穷远的过程中,克服电场力做功为5ev,以无穷远的电势为0,可知,A点的电势为5V,根据等量异种电荷的对称性,可知,B点的电势为﹣5V,那么电子从B点由静止释放后,通过A点时的动能为10ev,故B错误,C正确;
D、虽然B、C两点位置关于负点电荷对称,但等势线的不对称,则位置C点的电势不是5V,故D错误;
故选:C.
【点评】考查等量异种电荷的电场线与等势线的分布,掌握矢量合成法则的应用,理解电场力做功与电势能变化的关系.
7.一滑块以速率V1靠惯性沿固定斜面由底端向上运动,当它回到出发点时速率变为V2,且V2<V1,若滑块向上运动的位移中点为A,取斜面底端重力势能为零,则( )
A.上升过程机械能减小,下降时机械能增大
B.上升过程机械能增大,下降时机械能减小
C.上升过程中动能和势能相等的位置在A点上方
D.上升过程中动能和势能相等的位置在A点下方
【考点】功能关系;动能和势能的相互转化.
【分析】由物体回到出发点的速度可知物体应受到阻力,则可知机械能的变化;要找出动能和势能和同的点,可以先表示出A点的机械能,则比较出发点与A点的机械能的关系可得出动能和势能的关系,则可得出动能和势能相同的位置.
【解答】解:AB、由v2<v1可知,斜面与滑块间有摩擦,滑块无论上升还是下降时,都有机械能损失,故A错误,B错误;
C、D、不论上升还是下降过程中,因摩擦力做功一样,所以机械能变化量相等;
可先求出斜面中点A的动能EK1和势能EPA情况,滑块初始机械能E1=mv12 …①
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设向上运动的加速度为a,向上运动的最大位移是s,则:;
滑块在斜面中点A的速度vA=,在A点的机械能EA=mvA2+EPA…②
联立①②式得:EA=mv12 +EPA=E1+EPA
而因斜面与滑块间有摩擦,知E1>EA,所以EKA>EPA,故动能和势能相等的位置应出现在A点之上,故C正确,D错误;
故选:C.
【点评】本题应注意物体上升和下降时均做匀速直线运动,故利用了匀变速直线运动中的结论:位移中点时的速度v=,则可以直接表示出中点处的动能;
同时本题没有直接找出相等的点,而是先比较A点时的动能和势能再确定相等点的位置,此点由选项应该能判断出来.
8.做匀加速直线运动的物体,先后经过A、B两点时的速度分别为v和7v,经历的时间为t,则( )
A.前半程速度增加3.5 v
B.前时间内通过的位移为
C.后时间内通过的位移为
D.后半程速度增加2v
【考点】平均速度.
【专题】定量思想;方程法;直线运动规律专题.
【分析】解决本题需要掌握:匀变速直线运动的时间中点和位移中点的速度公式,明确公式适用条件和物理量意义.然后直接利用公式求解即可
【解答】解A、做匀加速直线运动的物体,位移中点的速度为,故速度增加值为4v,故A错误
B、在匀变速运动中,时间中点的速度等于全过程中的平均速度,所以前半时间的平均速度,前时间内通过的位移为═1.25vt,故B错误
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C、由B分析可得,后时间内的平均速度v2=故后时间内通过的位移为,故C正确
D、做匀加速直线运动的物体,位移中点的速度为=5v,故后半程速度增加量为7v﹣5v=2v.故D正确
故选:CD
【点评】本题考查了匀变速直线运动推论公式的应用,对于这些推论公式既要会推导也要明确其适用条件并能灵活应用
9.一枚火箭由地面竖直向上发射,其v﹣t图象如图所示,则正确的是( )
A.火箭在t2﹣t3时间内向下运动
B.火箭能上升的最大高度为4v1t1
C.火箭上升阶段的平均速度大小为
D.火箭运动过程中的最大加速度大小为
【考点】匀变速直线运动的图像.
【专题】定量思想;推理法;运动学中的图像专题.
【分析】速度的正负表示速度的方向,根据速度图象读出速度的正负,分析火箭的运动.图象与坐标轴所围“面积”表示位移,由数学知识求出火箭上升的最大高度.平均速度等于位移与所用时间的比值.图象的斜率等于加速度,由数学知识求出最大的加速度大小.
【解答】解:
A、在t2﹣t3时间内火箭的速度为正值,仍在上升.故A错误.
B、由图看出,在0﹣t3时间内火箭的速度都是正值,说明火箭一直在上升,图线与坐标轴所围“面积”的大小等于箭能上升的最大高度,由数学知识得:箭能上升的最大高度h=,v2=3v1,解得h=4v1t1.故B正确.
C、火箭上升阶段的平均速度大小为.故C错误.
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D、由图看出,在t2﹣t3时间内图线的斜率最大,则火箭的加速度最大,最大加速度大小为a=.故D正确.
故选:BD
【点评】本题要抓住速度图象的两个数学意义来分析其物理意义:斜率等于加速度,“面积”等于位移.
10.如图所示,将质量为2m的重物悬挂在轻绳的一端,轻绳的另一端系一质量为m的小环,小环套在竖直固定的光滑直杆上,光滑定滑轮与直杆的距离为d.现将小环从与定滑轮等高的A处由静止释放,当小环沿直杆下滑距离也为d时(图中B处),下列说法正确的是(重力加速度为g).( )
A.小环刚释放时轻绳中的张力一定大于2mg
B.小环到达B处时,重物上升的高度约为0.4d
C.小环在B处的速度与重物上升的速度大小之比等于
D.小环在从A到B的过程中重力势能减少了mgh
【考点】功能关系;机械能守恒定律.
【专题】定性思想;推理法;机械能守恒定律应用专题.
【分析】本题A的关键是由小环加速下落可知重物加速上升,再根据牛顿第二定律即可求解;题B的关键是明确重物上升的高度应等于绳子缩短的长度;题C和D的关键是明确小环在沿绳子的方向速度与重物速度相等,然后将小环的速度沿绳子与垂直于绳子方向正交分解即可.
【解答】解:A、由题意,释放时小环向下加速运动,则重物将加速上升,对重物由牛顿第二定律可知绳中张力一定大于重力2mg,所以A正确;
B、小环到达B处时,重物上升的高度应为绳子缩短的长度,即△h=d﹣d≈0.4d,所以B正确;
C、根据题意,沿绳子方向的速度大小相等,将小环A速度沿绳子方向与垂直于绳子方向正交分解应满足:vAcosθ=vB,即=2,所以C错误;
D、小环在从A到B的过程中重力做功W=mgh,则重力势能减少了mgh,故D正确.
故选:ABD
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【点评】应明确:①对与绳子牵连有关的问题,物体上的高度应等于绳子缩短的长度;②物体的实际速度即为合速度,应将物体速度沿绳子和垂直于绳子的方向正交分解,然后列出沿绳子方向速度相等的表达式即可求解.
11.如图所示,从倾角为45°的固定斜面B点正上方,距B点的高度为h的A点处,静止释放一个质量为m的弹性小球,落在B点和斜面碰撞,碰撞后速度大小不变,方向变为水平,经过一段时间小球落在斜面上C点.空气阻力不计,重力加速度为g.则( )
A.小球落到C点时重力的瞬时功率为mg
B.小球从B点运动到C点的时间为
C.小球从B点运动到C点的时间为2
D.B点和C点间的高度差为4h
【考点】平抛运动.
【专题】平抛运动专题.
【分析】根据匀变速直线运动的速度位移公式求出小球到达B点的速度,平抛运动的基本规律到达C点的竖直方向速度,求出重力瞬时功率.
从B点反弹后做平抛运动,根据平抛运动竖直位移与水平位移的比值等于斜面倾角的正切值,求出运动的时间,求出竖直分速度,根据位移速度公式求解BC之间的高度差.
【解答】解:A、B、C、小球下降过程中,做自由落体运动,落到斜面B点的速度为v,
满足:2gh=v2
解得:v=
然后小球以初速度v=做平抛运动,根据平抛运动的规律有:
tan45°==
解得;t=2,故B错误,C正确;
所以到达C点时的竖直方向速度为:vy=gt=2
所以小球落到C点时重力的瞬时功率为mgvy=2mg,故A错误;
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D、HBC==4h,故D正确.
故选:CD
【点评】解答本题要知道平抛运动竖直位移与水平位移的比值等于斜面倾角的正切值,运用平抛运动的规律解题.
12.嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,包括着陆器和月球车.于2013年12月初由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心发射.它携带中国的第一艘月球车,并实现中国首次月面软着陆.下列说法中正确的是( )
A.嫦娥三号探测器的发射速度必须大于第二宇宙速度
B.嫦娥三号探测器在着陆前环绕月球运动的过程中的速度小于月球的第一宇宙速度
C.嫦娥三号探测器从环月轨道上运动到着陆前的运动过程中,探测器和月球组成的系统机械能守恒
D.如果测出嫦娥三号探测器在月球附近环绕月球运动一周的时间,就可以估算出月球的密度
【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系;万有引力定律及其应用.
【专题】应用题;定性思想;推理法;人造卫星问题.
【分析】如果卫星的速度超过第二宇宙速度,卫星将脱离地球的吸引;
嫦娥三号探测器绕月球做圆周运动,万有引力提供向心力,应用万有引力公式与牛顿第二定律分析答题.
【解答】解:A、卫星的发射速度大于第二宇宙速度,将脱离地球的束缚,绕太阳运动,嫦娥三号探测器没有脱离地球的吸引,其发生速度小于第二宇宙速度,故A错误;
B、探测器绕月球做圆周运动,万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:G=m,解得:v=,由于探测器的轨道半径r大于月球半径R,因此它的速度小于月球的第一宇宙速度,故B正确;
C、嫦娥三号探测器从环月轨道上运动到着陆前的运动过程中,要开动发动机对探测减速,发动机对探测器做负功,探测器的机械能减少,探测器和月球组成的系统机械能不守恒,故C错误;
D、如果测出嫦娥三号探测器在月球附近环绕月球运动一周的时间,可以求出探测器绕月球做圆周运动的周期T,由牛顿第二定律得:G=mr,解得:M=,月球的平均速度:ρ===,可以估算出月球的密度,故D正确;
故选:BD.
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【点评】本题考查了万有引力定律的应用,知道探测器绕月球做圆周运动,万有引力提供向心力是解题的关键,应用万有引力公式与牛顿第二定律可以解题.
13.如图所示,传送带以υ0的初速度匀速运动.将质量为m的物体无初速度放在传送带上的A端,物体将被传送带带到B端,已知物体到达B端之前已和传送带相对静止,则下列说法正确的是( )
A.传送带对物体做功为
B.传送带克服摩擦做功
C.电动机由于传送物体多消耗的能量为
D.在传送物体过程产生的热量为
【考点】功能关系;牛顿第二定律.
【专题】定量思想;推理法;动量与动能定理或能的转化与守恒定律综合.
【分析】电动机多消耗的电能转变成内能和物体的动能,根据功能关系分析电动机多做的功.根据运动学公式求出物体与传送带相对运动时,传送带的位移与物体位移的关系,得出传送带克服摩擦力做的功.
【解答】解:A、物体受重力、支持力和摩擦力,根据动能定理,传送带对物体做的功等于动能的增加量,即为mv02,故A错误;
B、根据动能定理得:摩擦力对物体做功大小为mv02,在物体匀加速运动的过程中,由于传送带的位移大于物体的位移,则传送带克服摩擦力做的功大于摩擦力对物体做功,所以传送带克服摩擦力做的功大于mv02,故B错误;
C、在传送物体过程产生的热量等于滑动摩擦力与相对路程的乘积,即Q=f•△x;
假设加速时间为t,匀加速过程物体的位移为x1=v0t,传送带的位移为x2=v0t;根据动能定理,有f•x1=mv02,故热量Q=f•△x=f(x2﹣x1)=f•x1=mv02,电动机由于传送物体多消耗的能量等于物体动能增加量和摩擦产生的内能的和,则多消耗的能量为,故CD正确;
故选:CD
【点评】解决本题的关键在于要懂得物体在匀加速运动过程,电动机要增加功率,多消耗电能,运用功能关系和牛顿第二定律、运动学公式进行解答.
二、填空与实验题(每空2分,共16分)
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14.两个小球从同一地点同时开始运动,一个做平抛运动,另一个做自由落体运动,拍得的频闪照片如图所示,并在照片上建立直角坐标系,根据比例算出各像点的实际坐标,标示在图上.
(1)根据此照片说明平抛运动的竖直分运动为 自由落体运动 ;
(2)g取9.8m/s2,根据频闪照片计算出平抛运动小球抛出时的初速度 0.371 m/s;
(3)如果平抛运动的小球初速度为v0,经过图中标示的A、B两点时,速度的竖直分量分别为vAy、vBy,设小球的质量为m,则从A到B的过程中;增加的动能为 (用题中符号表示),为了验证平抛运动的过程中机械能守恒是否守恒,如果实验中根据图中的竖直坐标数据求出的加速度为9.78m/s2,小组同学又通过查阅资料知道当地的重力加速度为9.79m/s2,则在求解小球减小的重力势能时需要用到重力加速度g的值,应当取 9.79m/s2 .
【考点】研究平抛物体的运动.
【专题】实验题.
【分析】(1)根据两运动的照片,从而即可判定竖直方向做自由落体;
(2)根据竖直方向△x=gT2,求得时间T,在利用水平方向上做匀速直线运动,结合水平位移和时间间隔求出初速度的大小;
(3)根据动能的表达式,从而求得动能的增量,再运用重力势能表达式EP=mgh,从而即可求解.
【解答】解:(1)因为平抛运动和自由落体运动在竖直方向上始终保持一致,故平抛运动的竖直方向上运动为自由落体运动;
(2)由平抛运动的竖直方向运动规律可得,△x=gT2,
解得时间T==0.0143s,
小球的初速度v0==m/s=0.371m/s.
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(3)根据动能表达式,则有动能的增量:△EK==,
小球减小的重力势能时,需要用到重力加速度g的值,应当取当地的重力加速度为9.79m/s2.
故答案为:(1)自由落体运动;(2)0.371;(3);(4)9.79m/s2.
【点评】考查平抛运动的规律,掌握运动学公式的内容,注意求得初速度的方法,理解动能的增量,及重力势能的表达式中重力加速度的取值.
15.物理小组测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图1,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点.
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(1)如图2是给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中数据计算的加速度a= 0.496/s2 (保留三位有效数字).
(2)为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有 CD .(填入所选物理量前的字母)
A.木板的长度l B.木板的质量m1C.滑块的质量m2
D.托盘和砝码的总质量m3 E.滑块运动的时间t
(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ= (用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦因数 偏大 (填“偏大”或“偏小”).写出支持你的看法的一个论据: 因为纸带和打点计时器之间有摩擦 .
【考点】探究影响摩擦力的大小的因素.
【专题】实验题.
【分析】(1)利用逐差法△x=aT2可以求出物体的加速度大小,根据匀变速直线运动中某点的瞬时速度等于该过程中的平均速度大小可以求出某点的瞬时速度大小;
(2)根据牛顿第二定律有=ma,由此可知需要测量的物理量.
(3)根据牛顿第二定律的表达式,可以求出摩擦系数的表达式.由于木块滑动过程中受到空气阻力,因此会导致测量的动摩擦因数偏大.
【解答】解:(1)由匀变速运动的推论△x=aT2可知:
加速度a===
×10﹣2=0.496m/s2.
(2)①以系统为研究对象,由牛顿第二定律得:
m3g﹣f=(m2+m3)a,
滑动摩擦力:f=m2gμ,
解得:μ=,
要测动摩擦因数μ,
需要测出:滑块的质量m2 与托盘和砝码的总质量m3,故选:CD;
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(3)由(2)可知,动摩擦因数的表达式为:μ=,
由牛顿第二定律列方程的过程中,考虑了木块和木板之间的摩擦,
但没有考虑打点计时器给纸带的阻力、细线和滑轮间、以及空气等阻力,因此导致摩擦因数的测量值偏大.
故答案为:(1)0.495~0.497m/s2;
( 2)CD;
( 3),偏大,因为纸带和打点计时器之间有摩擦.
【点评】解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项,同时要熟练应用所学基本规律解决实验问题.
三、计算题(共45分)
16.地球绕太阳的轨道可以认为是圆,已知地球的半径为R,地球赤道表面的重力加速度为g,地球绕太阳运转的周期为T,从太阳发出的光经过时间t0到达地球,光在真空中的传播速度为c.根据以上条件推算太阳的质量M与地球的质量m之比为多大.
【考点】万有引力定律及其应用.
【分析】根据万有引力等于重力求出地球的质量,根据万有引力提供向心力求出太阳的质量,从而得出太阳的质量M与地球的质量m之比.
【解答】解:根据万有引力等于重力得:
m′g=,
解得地球的质量为:
m=
地球的轨道半径为:r=ct0,
根据万有引力提供向心力,有: =m′r,
解得太阳的质量为:
M=.
则: =.
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答:太阳的质量M与地球的质量m之比为.
【点评】解决本题的关键掌握万有引力的两个重要理论:1、万有引力提供向心力,2、万有引力等于重力,并能灵活运用.
17.“神舟”五号飞船完成了预定的空间科学和技术实验任务后返回舱开始从太空向地球表面按预定轨道返回,返回舱开始时通过自身制动发动机进行调控减速下降,穿越大气层后,在一定的高度打开阻力降落伞进一步减速下落,这一过程中若返回舱所受空气摩擦阻力与速度的平方成正比,比例系数(空气阻力系数)为k,所受空气浮力恒定不变,且认为竖直降落.从某时刻开始计时,返回舱的运动v﹣t图象如图中的AD曲线所示,图中AB是曲线在A点的切线,切线交于横轴一点B,其坐标为(8,0),CD是曲线AD的渐进线,假如返回舱总质量为M=400kg,g=10m/s2,求
(1)在初始时刻v=160m/s,此时它的加速度是多大?
(2)推证空气阻力系数k的表达式并计算其值.
【考点】牛顿第二定律;匀变速直线运动的图像.
【专题】牛顿运动定律综合专题.
【分析】(1)由速度﹣时间图象的斜率逐渐减小,可知返回舱加速度减小,做加速度减小的减速运动;在初始时刻v=160m/s,由切线的斜率求出加速度大小.
(2)由A点状态,由牛顿第二定律列出表达式,D点状态,由平衡条件列出表达式,求解k.
【解答】解:(1)在初始时刻v=160m/s时,加速度a==﹣20m/s2,则加速度大小为20m/s2.
(2)设浮力大小为F.
A点:由牛顿第二定律得 F+kvA2﹣Mg=Ma
D点:Mg=F+kvD2
联立上式得k=
代入解得k=0.31
答:(1)返在初始时刻v=160m/s,此时它的加速度是20m/s2.
(2)空气阻力系数k的表达式为k=,其值为k=0.31.
【点评】本题是实际问题,考查理论联系实际的能力,背景文字很长,要抓住有效信息,只要耐心、细心,定能正确作答.
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18.如图1所示,水平传送带的长度L=5m,皮带轮的半径R=0.1m,皮带轮以角速度ω顺时针匀速转动.现有一小物体(视为质点)以水平速度v0从A点滑上传送带,越过B点后做平抛运动,其水平位移为s.保持物体的初速度v0不变,多次改变皮带轮的角速度ω,依次测量水平位移s,得到如图2所示的s﹣ω图象.回答下列问题:
(1)当0<ω<10rad/s时,物体在A、B之间做什么运动?
(2)B端距地面的高度h为多大?
(3)物块的初速度v0多大?
【考点】牛顿第二定律;匀变速直线运动的速度与位移的关系;平抛运动.
【专题】传送带专题.
【分析】(1)平抛运动的初速度不同,水平位移不同,通过水平位移与角速度的关系知,当0<ω<10rad/s时,物块的速度大于皮带的速度,物体一直做匀减速运动.
(2)从图象中知,当ω=10rad/s时,物块匀减速运动到达B点的速度正好等于皮带的速度,根据水平位移求出时间,再根据时间求出高度.
(3)从图象中知,当ω>30rad/s时,水平位移不变,知物块一直做匀加速运动.有2μgL=vB,2﹣v02,当0<ω<10rad/s时,物块的速度大于皮带的速度,物体一直做匀减速运动.有2μgL=v02﹣vB2,分别求出vB,vB′,联立两方程,求出v0.
【解答】解:(1)物体的水平位移相同,说明物体离开B点的速度相同,物体的速度大于皮带的速度,一直做匀减速运动.
(2)当ω=10rad/s时,物体经过B点的速度为vB=Rω=1m/s
平抛运动:s=vBt
解得:t=1s
则h==5m.
故B端距离地面的高度为5m.
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(3)当ω>30rad/s时,水平位移不变,说明物体在AB之间一直加速,其末速度m/s
根据vt2﹣v02=2as
当0≤ω≤10rad/s时,2μgL=v02﹣vB2
当ω≥30rad/s时,2μgL=vB,2﹣v02
解得:
故物块的初速度为.
【点评】解决本题关键知道0<ω<10rad/s时,物块的速度大于皮带的速度,物体一直做匀减速运动.在ω>30rad/s时,水平位移不变,知物块一直做匀加速运动.
19.如图所示,在水平面上,一段直轨道右端连接有一段半径为R的1/4固定光滑圆弧轨道,直轨道上物体B左侧是光滑的,右侧BC之间是粗糙的,长度为2m.有一个质量为2.0kg的物体A压缩靠近左边墙面的弹簧,物体A与BC之间的动摩擦因数μ=0.5.质量为2.0kg的物体B被长度为l=0.5m的细线竖直悬挂,释放A以后,A运动到B处与B发生弹性碰撞(碰撞时A、B的速度交换).碰撞后B刚好能过最高点.
则:(1)物体B与物体A碰撞后的速度是多少?
(2)物体A最后停下的位置距离C点多远;
(3)如果增大开始时的A对弹簧的压缩量使得开始时弹簧的弹性势能增大,当初始时刻弹簧具有的弹性势能满足什么条件时,物体A将能第二次滑上圆弧轨道,且连接B的绳不会松弛.
【考点】机械能守恒定律;牛顿第二定律;向心力.
【专题】压轴题;定量思想;推理法;机械能守恒定律应用专题.
【分析】(1)由于B刚好能过最高点,则在最高点,重力提供向心力,从最高点到最低点的过程中,根据机械能守恒定律列式,联立方程即可求解;
(2)当A、B碰撞时,物体A、B在第一次碰撞之后速度互换,B做圆周运动时,A静止在于B发生弹性碰撞的位置,当B经过最高点回到最低点时,又与A发生弹性碰撞,速度互换,物体A在水平面BC上滑动的总路程为s,由动能定理列式求解;
(3)当开始时弹簧的弹性势能增大,则第一次碰撞后A的速度增大,当物体第一次冲上曲面后滑下,经过BC段与B碰撞,速度交换,由于绳子不能松弛,分B物体刚好能运动到圆心等高和B物体刚好能完成整个圆周运动两种情况讨论求解.
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【解答】解:(1)由于B刚好能过最高点,假设B在最高点的速度为v0,则由重力完全提供向心力,则有:,
可得:﹣﹣﹣﹣﹣①
假设B在最低点时的速度为,则由机械能守恒有:﹣﹣﹣﹣﹣②
联立①②可得: =5m/s
(2)当A、B碰撞时,物体A、B在第一次碰撞之后速度互换,B做圆周运动时,A静止在于B发生弹性碰撞的位置,当B经过最高点回到最低点时,又与A发生弹性碰撞,速度互换,则A又以向右做减速运动,设物体A在水平面BC上滑动的总路程为s.
由动能定理有:,
得: =2.5m
由于BC长度为2m,故物体停在距离C点0.5m的位置处.
(3)当开始时弹簧的弹性势能增大,则第一次碰撞后A的速度增大,当物体第一次冲上曲面后滑下,经过BC段与B碰撞,速度交换,由于绳子不能松弛,如果B物体刚好能运动到圆心等高,回到最低点速度为:,
物体A再次在BC面上运动距离s1,,
得s1=1m,物体到BC段中点停止,不能再上曲面CD;
如果B物体刚好能完成整个圆周运动,A再次运动到BC段的速度为v2,由第一问计算可知:v2=5m/s,物体能冲上斜面.
根据能量守恒有: =65J,
所以弹簧的弹性势能需要大于65J,物体才能第二次冲上斜面.
答:(1)物体B与物体A碰撞后的速度是5m/s;
(2)物体A最后停下的位置距离C点0.5m处;
(3)如果增大开始时的A对弹簧的压缩量使得开始时弹簧的弹性势能增大,当初始时刻弹簧具有的弹性势能大于65J时,物体A将能第二次滑上圆弧轨道,且连接B的绳不会松弛.
【点评】本题考查了动能定理、牛顿第二定律和运动学公式与圆周运动的综合,要求同学们能正确分析物体的运动情况,知道圆周运动向心力的来源,明确物体恰好通过最高点时,由重力提供向心力.
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