高中物理典型习题解析

高中物理典型习题解析

1、 甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体).甲罐的容积为v,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2v,罐中气体的压强为p.现经由过程连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等.求调配后

(i)两罐中气体的压强;

(ii)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比.


2在磁感应强度为 的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次α 衰变,放射出的α 粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R.以m、q 分别表示α 粒子的质量和电荷量,M 表示新核的质量,放射性原子核用


3如图所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨间距为

4、如图,一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F的大小不变,而方向与水平面成60°角,物块也恰好做匀速直线运动。学.科网物块与桌面间的动摩擦因数为(    )

5、如图,位于竖直水平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab和抛物线bc组成,圆弧半径Oa水平,b点为抛物线顶点。已知h=2m,,s=

(1)一小环套在轨道上从a点由静止滑下,当其在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,求圆弧轨道的半径;

(2)若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下,求环到达c点时速度的水平分量的大小。

6如图(a)所示,在光滑的水平面上有甲、乙两辆小车,质量为30 kg的小孩乘甲车以5 m/s的速度水平向右匀速运动,甲车的质量为15 kg,乙车静止于甲车滑行的前方,两车碰撞前后的位移随时间变化图象如图(b)所示.求:

(1)甲、乙两车碰撞后的速度大小;

(2)乙车的质量;

(3)为了避免甲、乙两车相撞,小孩至少以多大的水平速度从甲车跳到乙车上?

7、图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图,整个轨道在同一竖直平面内,表面粗糙的AB段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BCB点水平相切.点A距水面的高度为H,圆弧轨道BC的半径为R,圆心O恰在水面.一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB的任意位置滑下,不计空气阻力.

(1)若游客从A点由静止开始滑下,到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面上的D点,OD=2R,求游客滑到B点时的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf

(2)若游客从AB段某处滑下,恰好停在B点,又因受到微小扰动,继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道,求P点离水面的高度h.(提示:在圆周运动过程中任一点,质点所受的向心力与其速率的关系为Fm)

8、 空间存在一方向竖直向下的匀强电场,O、P是电场中的两点。从O点沿水平方向以不同速度先后发射两个质量均为m的小球A、B。A不带电,B的电荷量为q(q>0)。A从O点发射时的速度大小为v0,到达P点所用时间为t;B从O点到达P点所用时间为

(1)电场强度的大小;

(2)B运动到P点时的动能。

9、 如图所示,坐标系xOy的第一、第三象限内存在相同的匀强磁场,磁场方向垂直于xOy平面向里;第四象限内有沿y轴正方向的匀强电场,电场强度大小为E.一带电量为+q、质量为m的粒子,自y轴上的P点沿x轴正方向射入第四象限,经x轴上的Q点进入第一象限,随即撤去电场,以后仅保留磁场.已知OPdOQ=2d,不计粒子重力.

(1)求粒子过Q点时速度的大小和方向.

(2)若磁感应强度的大小为一确定值B0,粒子将以垂直y轴的方向进入第二象限,求B0.

10、一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向与筒的轴平行,筒的横截面如图所示.图中直径MN的两端分别开有小孔.筒绕其中心轴以角速度

11、如图,两平行金属导轨位于同一水平面上,相距,左端与一电阻R相连;整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向竖直向下。一质量为m的导体棒置于导轨上,在水平外力作用下沿导轨以速度匀速向右滑动,滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好。已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为,重力加速度大小为g,导轨和导体棒的电阻均可忽略。求

(1)电阻R消耗的功率;

(2)水平外力的大小。

12 、一简谐横波沿水平绳沿x轴负方向以v=20m/s的波速传播。已知t=0时的波形如图所示,绳上两质点MN的平衡位置分别是xM=5m、xN=35m。从该时刻开始计时,求:

(1)质点N第一次回到平衡位置的时间t

(2)平衡位置在x=20m的质点,其振动的位移随时间变化的表达式(用余弦函数表示);

(3)经过多长时间,质点MN振动的速度相同。

13如图,一竖直放置的气缸上端开口,气缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计他们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热气缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。求此时气缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。

14如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求

(i)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;

(ii)距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。

15完全由我国自行设计、建造的国产新型航空母舰已完成多次海试,并取得成功。航母上的舰载机采用滑跃式起飞,故甲板是由水平甲板和上翘甲板两部分构成,如图1所示。为了便于研究舰载机的起飞过程,假设上翘甲板

16、如图所示,质量相等的物块AB叠放在水平地面上,左边缘对齐.ABB与地面间的动摩擦因数均为μ。先敲击AA立即获得水平向右的初速度,在B上滑动距离L后停下。接着敲击BB立即获得水平向右的初速度,AB都向右运动,左边缘再次对齐时恰好相对静止,此后两者一起运动至停下.最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g.求:

(1)A被敲击后获得的初速度大小vA

(2)在左边缘再次对齐的前、后,B运动加速度的大小aBaB

(3)B被敲击后获得的初速度大小vB

17平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第Ⅲ现象存在沿y轴负方向的匀强电场,如图所示。一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍。粒子从坐标原点O离开电场进入磁场,最终从x轴上的P点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。不计粒子重力,问:

(1)粒子到达O点时速度的大小和方向;

(2)电场强度和磁感应强度的大小之比。

18电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为l,电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。首先开关S接1,使电容器完全充电。然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨。问:

(1)磁场的方向;

(2)MN刚开始运动时加速度a的大小;

(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少。

19一列简谐横波在t=

(i)波速及波的传播方向;

(ii)质点Q的平衡位置的x坐标。

20农村常用来喷射农药的压缩喷雾器的结构如图所示.A的容积为7.5L,装入药液后,药液上方空气的压强为10⁵Pa,体积为1.5L,关闭阀门K,用打气筒B每次打进10⁵Pa的空气0.25L.则:

(1)要使药液上方气体的压强为4×10⁵Pa,打气筒活塞应打几次?

(2)当A中有4×10⁵Pa的空气后,打开阀门K可喷射药液,直到不能喷射时,A容器剩余多少体积的药液?


精解精析


1.答案:(i)p (ii)23

解析:(i)假设乙罐中的气体被压缩到压强为p,其体积变为V1,由玻意耳定律有

p(2V)=pV1

现两罐气体压强均为p,总体积为(V+V1).设调配后两罐中气体的压强为p’,由玻意耳定律有

p(V+V1)=p’(V+2V) 

联立式可得

p’=

(ii)若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p,体积为V2,由玻意耳定律

p’V=pV2

设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为k,由密度的定义有

k=

联立③④⑤式可得k=

考查:气体的分压定律和克拉伯龙方程式PV =nRT(n=m/M)

2.答案:AD

解析:A由动量守恒定律,和粒子在磁场中的轨道半径

A正确;

B.α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,环形电流大小

B错误;

C.新核的运动周期

C错误

D.由于

根据质能方程

整理得

D正确。

故选AD。

考查:原子物理和动量守恒结合考察

3.答案:(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数

解析:(1)在绝缘涂层上,导体棒做匀速直线运动,受力平衡,如图所示,则有:

考查:安培力推导公式,能量守恒

4.答案:C

解析:开始时力F水平拉动物体匀速运动,可得:F=μmg….(1)

F的大小不变方向与水平面成60°角拉动物体时,仍然匀速直线运动  结合平衡关系,对物体受力分析, 如图所示利用正交分解的方法可知:

水平方向:F.cos60=f…..(2)

竖直方向:F.sin60+FN=mg…(3)

f=uFN…..(4)

联立可得:Fcos 60°=μ(mg-Fsin 60°)

考查:受力分析、正交分解,正交分解的考察

5.答案(1)

解析:(1)一小环套在bc段轨道运动时,与轨道之间无相互作用力,则说明下落到b点时的速度,使得小环套做平抛运动的轨迹与轨道bc重合,故有①,②,

因为物体滑到c点时与竖直方向的夹角等于(1)问中做平抛运动过程中经过c点时速度与竖直方向的夹角相等,设为,则根据平抛运动规律可知⑤,

考查:平抛运动、运动的合成与分解、动能定理

6.答案:(1)1 m/s 3 m/s (2)90 kg (3)6.7 m/s

(1)由图可知,碰撞后甲车的速度大小:

v1==-1 m/s,负号表示方向向左,

乙车的速度大小:v2== m/s=3 m/s;

(2)甲、乙两车碰撞过程中,三者组成的系统动量守恒,

以甲的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

(m+m)v0=(m+m)v1+mv2,代入数据解得:m=90 kg;

(3)设人跳向乙车的速度为v,系统动量守恒,

以甲的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:

人跳离甲车:(m+m)v0=mv+mv3

人跳至乙车:mv=(m+m)v4

为使二车避免相撞,应满足:v3≤v4

取“=”时,人跳离甲车的速度最小,

代入数据解得:v

考查:动量守恒,相对运动关系与图像

7.答案: (1) -(mgH-2mgR) (2)R


解析:(1)游客从B点做平抛运动,有2RvBt

R2

由①②式得vB=③

AB,根据动能定理,有

mg(HR)+Wf

由③④式得Wf=-(mgH-2mgR)⑤

(2)设OPOB间夹角为θ,游客在P点时的速度为vP,受到的支持力为N,从BP由机械能守恒定律,有

mg(RRcos θ)=

P点时,根据向心力公式,有mgcos θNm

N=0⑧

cos θ=⑨

由⑥⑦⑧⑨式解得h=.⑩

考查:动能定理,曲线运动

8.答案:(1);(2)

解析:(1)设电场强度的大小为E,小球B运动的加速度为a。根据牛顿定律、运动学公式和题给条件,有

mg+qE=ma①

解得

(2)设B从O点发射时的速度为v1,到达P点时的动能为Ek,O、P两点的高度差为h,根据动能定理有

且有

联立③④⑤⑥式得

考查:电偏和能量关系

9.答案:(1)v=2  θ=45°. (2)B0.     


解析:(1)设粒子在电场中运动的时间为t0,加速度的大小为a,粒子的初速度为v0,过Q点时速度的大小为v,沿y轴方向分速度的大小为vy,速度与x轴正方向间的夹角为θ,由牛顿第二定律得

qEma 

由运动学公式得

d

2dv0t0 ③

vyat0 ④

v

tan θ

联立①②③④⑤⑥式得

v=2

θ=45°. ⑧

(2)

设粒子做圆周运动的半径为R1,粒子在第一象限内的运动轨迹如图所示,O1为圆心,由几何关系可知△O1OQ为等腰直角三角形,得

R1      ⑨

由牛顿第二定律得

qvB0m

联立⑦⑨⑩式得

B0

考查:带电粒子在纯电场中的运动、运动的独立性与等时性,带电粒子在分立场中的运动。

10.答案:A

由粒子在磁场中的运动规律可知:

由圆周运动与几何关系可知

考查:带电粒子在磁场中运动的轨迹类问题,圆场区域。

11.答案:

考查:安培力推论:

电荷量推论:

安培力冲量推论:BqL=MV

12.答案:(1)0.75s(2) (3) 

解析:(1)机械波在均匀介质中匀速传播,波沿x轴负方向传播,平衡位置的振动状态距N

故该质点的振动表达式为

(3)当某质点位于平衡位置时,其两侧与它平衡位置间距相等的质点速度相同,平衡位置的振动状态传播到MN中点的距离

经过的时间

解得

考查:平移法,解决周期性问题

13.答案:

解析:(i)开始时活塞位于a处,加热后,汽缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动。设此时汽缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有

此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1V2。根据盖—吕萨克定律有

式中V1=SH⑤  V2=SH+h)⑥

从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为

考查:热力学第一定律与气体状态方程

14.答案:(i)

解析:(i)如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角i0时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l

n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有 ②

(ii)设与光轴距的光线在球面B点折射时的入射角和折射角分别为i1r1,由折射定律有

设折射光线与光轴的交点为C,在△OBC中,由正弦定理有

考查:本题主要考查光的折射定律的应用,解题关键是根据题意画出光路图,根据几何知识确定入射角与折射角,然后列方程求解

15.答案:(1)  (2)

解析:(1)舰载机由静止开始做匀加速直线运动,设其刚进入上翘甲板时的速度为v,则有

根据动能定理,有

联立①②式,代入数据,得

由牛顿第二定律,有

联立①④⑤式,代入数据,得

考查:运动学与中国科技进步与建设

16答案:(1)  (2)aB=3μg   aB′=μg  (3)

解析:(1)由牛顿运动定律知,A加速度的大小aA=μg

匀变速直线运动  2aAL=vA2

(2)设A、B的质量均为m

对齐前,B所受合外力大小F=3μmg

由牛顿运动定律F=maB,得aB=3μg

对齐后,A、B所受合外力大小F′=2μmg

由牛顿运动定律F′=2maB′,得aB′=μg

(3)经过时间tAB达到共同速度v,位移分别为xAxBA加速度的大小等于aA

v=aAtv=vBaBt

xBxA=L

考查:相对运动基本公式组

17.答案:(1),方向与x轴方向的夹角为45°角斜向上(2)

解析:(1)粒子在电场中由QO做类平抛运动,设O点速度v与+x方向夹角为αQ点到x轴的距离为L,到y轴的距离为2L,粒子的加速度为a,运动时间为t,根据类平抛运动的规律,有:

x方向:

y方向:

粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为:

解得:,即,粒子到达O点时速度方向与x轴方向的夹角为45°角斜向上。

粒子到达O点时的速度大小为

(2)设电场强度为E,粒子电荷量为q,质量为m,粒子在电场中受到的电场力为F,粒子在电场中运动的加速度:

设磁感应强度大小为B,粒子做匀速圆周运动的半径为R,洛伦兹力提供向心力,有:

根据几何关系可知:

整理可得:

考查:本题难度不大,但需要设出的未知物理量较多,容易使学生感到混乱,要求学生认真规范作答,动手画图

18.答案:(1)磁场的方向垂直于导轨平面向下 (2)(3)

解析:(1)电容器充电后上板带正电,下板带负电,放电时通过MN的电流由MN,欲使炮弹射出,安培力应沿导轨向右,根据左手定则可知磁场的方向垂直于导轨平面向下。

(2)电容器完全充电后,两极板间电压为E,根据欧姆定律,电容器刚放电时的电流:

炮弹受到的安培力:

根据牛顿第二定律:

解得加速度

(3)电容器放电前所带的电荷

开关S接2后,MN开始向右加速运动,速度达到最大值vm时,MN上的感应电动势:

最终电容器所带电荷量

设在此过程中MN的平均电流为,MN受到的平均安培力:

由动量定理,有:

又:

整理得:最终电容器所带电荷量

考查:本题难度较大,尤其是最后一个小题,给学生无从下手的感觉:动量定理的应用是关键。

19.答案:(1),波沿负方向传播(2)xQ=9 cm

解析:(1)由图a可以看出,改波的波长为

由图b可以看出周期T=2 s,故波速为=18 cm/s

(2)设质点PQ平衡位置的x坐标分别为、。由图(a)知,处,因此④

由图(b)知,在时Q点处于平衡位置,经,其振动状态向x轴负方向传播至P点处,由此及③式有

由④⑤式得,质点Q的平衡位置的x坐标为

考查:波动图象、振动图象、波动传播及其相关的知识点。

20.答案:(1)要使药液上方气体的压强为4×10⁵Pa,打气筒活塞应打18次;(2)当A中有4×10⁵Pa的空气后,打开阀门K可喷射药液,直到不能喷射时,A容器剩余多少体积的药液为1.5L.

解析:(1)设打n次气,以容器A中与打入的气体为研究对象,其状态参量为:

p₁=1×10⁵Pa,V₁=(1.5+0.25n)L,p₂=4×10⁵Pa,V₂=1.5L,

由玻意耳定律得:p₁V₁=p₂V₂,

代入数据解得:n=18次;

(2)当内外气压相等时,药液不再喷出,此时:p₃=1×10⁵Pa,V₃=?,

由玻意耳定律得:p₂V₂=p₃V₃,

代入数据解得:V₃=6L,

剩余药液的体积:△V=V₃-V₁=7.5-6=1.5L;

考查:气体定律与现实生活相联系是热点考察方向, 分析清楚气体状态变化过程、求出气体的状态参量、应用玻意耳定律即可正确解题


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