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 B 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BC在B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F向=m)
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OP=d,OQ=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M、N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M、N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A和B叠放在水平地面上,左边缘对齐.A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ。先敲击A,A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B,B立即获得水平向右的初速度,A、B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aB、aB‘;
(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)2∶3
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)=pV1①
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) ②
联立①②式可得
p’=③
(ii)若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p时,体积为V2,由玻意耳定律
p’V=pV2④
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=⑤
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为
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人+m甲)v0=(m人+m甲)v1+m乙v2,代入数据解得:m乙=90 kg;
(3)设人跳向乙车的速度为v人,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人+m甲)v0=m人v人+m甲v3,
人跳至乙车:m人v人=(m人+m乙)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人=
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2R=vBt①
R2②
由①②式得vB=③
从A到B,根据动能定理,有
mg(H-R)+Wf=
由③④式得Wf=-(mgH-2mgR)⑤
(2)设OP与OB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B到P由机械能守恒定律,有
mg(R-Rcos θ)=
过P点时,根据向心力公式,有mgcos θ-N=m⑦
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
qE=ma ①
由运动学公式得
d
2d=v0t0 ③
vy=at0 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
qvB0=m
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点
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V1和V2。根据盖—吕萨克定律有
式中V1=SH⑤ V2=S(H+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。
设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i1和r1,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t,A、B达到共同速度v,位移分别为xA、xB,A加速度的大小等于aA
则v=aAt,v=vB–aBt
且xB–xA=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Q到O做类平抛运动,设O点速度v与+x方向夹角为α,Q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M到N,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量
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上受到的平均安培力:
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P、Q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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