高中物理常见的物理模型,附带经典63道压轴题

设想一“水刀”的水射流横截面积为S,垂直入射的速度 v=800 m/s,水射流与材料接触后,速度为零,且不附着在材料上,水的密度ρ=1×103 kg/m3,则此水刀不能切割上述材料中的( )

【解析】以射到材料上的水量Δm为研究对象,以其运动方向为正方向,由动量定理得: -pS·Δt=-ρSv·Δt·v

得:p=ρv2=6.4×108 Pa

由表中数据可知:此“水刀”不能切割材料C和D. [答案] CD

10.如图甲所示,质量为2m的长木板静止地放在光滑的水平面上,另一质量为m的小铅块(可视为质点)以水平速度v0滑上木板的左端,恰能滑至木板的右端且与木板保持相对静止,铅块在运动过程中所受到的摩擦力始终不变.若将木板分成长度与质量均相等(即m1=m2=m)的两段1、2后,将它们紧挨着放在同一水平面上,让小铅块以相同的初速度v0由木板1的左端开始运动,如图乙所示,则下列说法正确的是( )

A.小铅块滑到木板2的右端前就与之保持相对静止

B.小铅块滑到木板2的右端后与之保持相对静止 C.甲、乙两图所示的过程中产生的热量相等

D.图甲所示的过程产生的热量大于图乙所示的过程产生的热量 【解析】长木板分两段前,铅块和木板的最终速度为:

v=mv01t3m=3v0

且有Q=fL=1mv1m(v0)2=1

02-×3mv022233

长木板分两段后,可定量计算出木板1、2和铅块的最终速度,从而可比较摩擦生热和相对滑动的距离;也可用图象法定性分析(如图丙所示)比较得到小铅块到达右端之前已与木板2保持相对静止,故图甲所示的过程产生的热量大于图乙所示的过程产生的热量.

[答案] AD

二、非选择题(共60分)

11.(5分)图示为伏安法测电阻的部分电路,电路其他部分不变,当开关S接a点时,电压表的示数U1=11 V,电流表的示数I1=0.2 A;当开关S接b点时,U2=12 V,I2=0.15 A.那么,为了提高测量的准确性,开关S应接______点(填“a”或“b”),Rx的测量值为________Ω.

[答案] b (2分) 80 (3分)

12.(10分)如图所示,光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切,轻弹簧的一端固定在水平轨道的左端,OP是可绕O点转动的轻杆,且摆到某处就能停在该处;另有一小钢球.现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能.

(1)还需要的器材是________、________.

(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对________能的测量,需要直接测量________和________.

(3)为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量间的关系,除以上器材外,还准备了几个轻弹簧,所有弹簧的劲度系数均不相同.试设计记录数据的表格.

[答案] (1)天平 刻度尺 (每空1分) (2)重力势 质量 上升高度 (每空1分) (3)设计表格如下 (5分)

小球的质量m=________kg,弹簧A 压缩量x(m) 上升高度h(m) E=mgh(J) 压缩量x=________cm,小球的质量m=________kg 弹簧 A B C 劲度系数k(N/m) 上升高度h(m) E=mgh(J) 13.(10分)如图所示,一劲度系数k=800 N/m的轻弹簧的两端各焊接着两个质量均为m=12 kg的物体A、B,A、B和轻弹簧静止竖立在水平地面上.现加一竖直向上的力F在上面的物体A上,使物体A开始向上做匀加速运动,经0.4 s物体B刚要离开地面,设整个过程中弹簧都处于弹性限度内,取g=10 m/s2.求:

(1)此过程中所加外力F的最大值和最小值.

(2)此过程中外力F所做的功.

【解析】(1)A原来静止时有:kx1=mg (1分)

当物体A刚开始做匀加速运动时,拉力F最小,设为F1. 对物体A有:F1+kx1-mg=ma (1分)

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当物体B刚要离开地面时,拉力F最大,设为F2. 对物体A有:F2-kx2-mg=ma (1分) 对物体B有:kx2=mg (1分)

对物体A有:x1

1+x2=2

at2 (1分)

解得:a=3.75 m/s2

联立解得:F1=45 N (1分),F2=285 N. (1分)

(2)在力F作用的0.4 s内,初末状态的弹性势能相等 (1分) 由功能关系得:

W=mg(x+x1

F12)+2

m(at)2=49.5 J. (2分)

[答案] (1)285 N 45 N (2)49.5 J

14.(12分)如图甲所示,倾角为θ、足够长的两光滑金属导轨位于同一倾斜的平面内,导轨间距为l,与电阻R1、R2及电容器相连,电阻R1、R2的阻值均为R,电容器的电容为C,空间存在方向垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度为B.一个质量为m、阻值也为R、长度为l的导体棒MN垂直于导轨放置,将其由静止释放,下滑距离s时导体棒达到最大速度,这一过程中整个回路产生的焦耳热为Q,则:

(1)导体棒稳定下滑的最大速度为多少?

(2)导体棒从释放开始到稳定下滑的过程中流过R1的电荷量为多少?

【解析】(1)当达到最大速度时,导体棒匀速运动,电容器中没有电流,设导体棒稳定下滑的最大速度为v,有:

E=Blv (1分)

I=ER+R

(1分) 2所以FB2l2v

安=BIl=2R

(2分)

导体棒的受力情况如图乙所示,根据受力平衡条件有:

F安=mgsin θ (1分)

解得:v=2mgRsin θ

B2l2. (2分)

(2)棒加速运动时电容器上的电压增大,电容器充电;当棒达到最大速度后,电容器上的电荷量最大并保持不变,所以流过R1的电荷量就是电容器所带的电荷量,则:

U=IREEBlvmgRsin θ

2=2RR=2=2=Bl (3分)

QRCU=mgRCsin θ

1=Bl. (2分)

[答案] (1)2mgRB2sin θl2 (2)mgRCsin θ

Bl

15.(13分)如图甲所示,一质量为m、电荷量为q的正离子,在D处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为B的匀强磁场中,此磁场方向垂直纸面向里.结果离子正好从距A点为d的小孔C沿垂直于电场方向进入匀强电场,此电场方向与AC平行且向上,最后离子打在G处,而G处到A点的距离为2d(直线DAG与电场方向垂直).不计离子重力,离子运动轨迹在纸面内.求:

(1)正离子从D处运动到G处所需时间. (2)正离子到达G处时的动能.

【解析】(1)正离子的运动轨迹如图乙所示,在磁场中做圆周运动的时间为:

t12πm1=3T=3Bq

(1分)

圆周运动半径r满足:r+rcos 60°=d (1分)

解得:r=2

3

d (1分)

设离子在磁场中运动的速度为v,则有:r=mv0

0Bq

(1分)

解得:v=2Bqd

03m

(1分)

离子从C运动到G所需的时间t2d3m

2=v= (2分)

0Bq

离子从D→C→G的总时间为:

t=t(9+2π)m

1+t2=3Bq

. (2分)

(2)设电场强度为E,对离子在电场中的运动过程,有:

qE=ma,d=1

at222

(1分)

由动能定理得:Eq·d=E1

kG-mv02 (1分)

222

解得:E=4Bqd

2kG9m

. (2分)

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[答案] (1)(9+2π)m4B2q2d2

3Bq (2)9m

16.(15分)如图甲所示,质量m1=2.0 kg 的物块A随足够长的水平传送带一起匀速运动,传送带的速度大小v带=3.0 m/s,方向如图所示;在A的右侧L=2.5 m 处将质量m2=3.0 kg的物块B无初速度放上传送带.已知在A、B碰后瞬间B相对传送带的速度大小为1.0 m/s,之后当其中某一物块相对传送带的速度为零时,传送带立即以大小为2.0 m/s2的加速度制动,最后停止运动.传送带的运动情况不受物块A、B的影响,且A、B碰撞的时间极短.设两物块与传送带间的动摩擦因数均为μ=0.10.求:

(1)物块B刚开始滑动时的加速度. (2)碰撞后两物块的速度. (3)两物块间的最大距离.

【解析】(1)物块B刚开始滑动时,加速度为: a=μm2gm=μg=1 m/s2,方向向右. (2分)

2

(2)设经t1时间,A、B两物块相碰,有: 12at2

1

+L=v带t1 解得:t1=1 s,t1′=5 s(由上述分析可知,t1′不合题意,舍去) 碰前B的速度v2=at1=1 m/s (2分)

由题意可知:碰后B的速度v2′=2 m/s或v2″=4 m/s 由动量守恒定律得:

m1v带+m2v2=m1v1′+m2v2′ m1v带+m2v2=m1v1″+m2v2″

解得:碰后A的速度v1′=1.5 m/s或v1″=-1.5 m/s

检验:由于121122m11v带+2m2v22<2m1v1′+2

2

m2v2″ 故v1″=-1.5 m/s、v2″=4 m/s这组数据舍去

所以碰后A的速度v1′=1.5 m/s,方向向右;B的速度v2′=2 m/s,方向向右. (3分)

(3)因碰后两物块均做加速度运动,加速度都为a=1 m/s2,所以B的速度先达到与传送带相同速度,设B达到与传送带速度相同的时间为t2.

有:v带=v2′+at2,t2=1 s

此时A的速度v3=v1′+at2=2.5 m/s<v带

故从t2之后A继续加速运动,B和传送带开始减速运动,直到A和传送达到某个共同速度v4

后,A所受的摩擦力换向,才开始减速运动.设A继续加速度的时间为t3,则:

vat1

4=v3+3=v带-a带t3,t3=6 s

A的速度vat8

4=v3+3=3

m/s (2分)

此时B的速度vv17

5=带-at3=6

m/s,之后A、B均做减速运动,因为在整个过程中B的速度始

终大于A的速度,所以当A、B都静止时两物块间的距离最大. (1分)

B碰后运动的总位移sv2带-v2′2

0-v2带

2=2a+2×(-a)

=7 m

或sv2′+v带v带v带

2=2t2+2×a

=7 m (2分)

2A碰后运动的总位移sv24-v1′

0-v2

41=2×a+2×(-a)

≈6 m (2分)

两物块间的最大距离s2m=s2-s1=1 m. (1分) [答案] (1)1 m/s,方向向左

(2)A的速度为1.5 m/s,方向向右;B的速度为2 m/s,方向向右 (3)1 m

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高三物理计算题训练(一)

1(20分)如图12所示,PR是一块长为L=4 m的绝缘平板固定在水平地面上,整个空间有一个平行于PR的匀强电场E,在板的右半部分有一个垂直于纸面向外的匀强磁场B,一个质量为m=0.1 kg,带电量为q=0.5 C的物体,从板的P端由静止开始在电场力和摩擦力的作用下向右做匀加速运动,进入磁场后恰能做匀速运动。当物体碰到板R端的挡板后被弹回,若在碰撞瞬间撤去电场,物体返回时在磁场中仍做匀速运动,离开磁场后做匀减速运动停在C点,PC=L/4,物体与平板间的

动摩擦因数为μ=0.4,取g=10m/s2

,求:

(1)判断物体带电性质,正电荷还是负电荷?

(2)物体与挡板碰撞前后的速度v1和v2 (3)磁感应强度B的大小 (4)电场强度E的大小和方向 图12

2(10分)如图2—14所示,光滑水平桌面上有长L=2m的木板C,质量mc=5kg,在其正中央并排放着两个小滑块A和B,mA=1kg,mB=4kg,开始时三物都静止.在A、B间有少量塑胶炸药,爆炸后A以速度6m/s水平向左运动,A、B中任一块与挡板碰撞后,都粘在一起,不计摩擦和碰撞时间,求: (1)当两滑块A、B都与挡板碰撞后,C的速度是多大? (2)到A、B都与挡板碰撞为止,C的位移为多少?

高三物理总复习

3(10分)为了测量小木板和斜面间的摩擦因数,某同学设计如图所示实验,在小木板上固定一个轻弹簧,弹簧下端吊一个光滑小球,弹簧长度方向与斜面平行,现将木板连同弹簧、小球放在斜面上,用手固定木板时,弹簧示数为F1,放手后,木板沿斜面下滑,稳定后弹簧示数为F2,测得斜面斜角为θ,则木板与斜面间动摩擦因数为多少?(斜面体固定在地面上)

4有一倾角为θ的斜面,其底端固定一挡板M,另有三个木块A、B和C,它们的质

量分别为mA=mB=m,mC=3 m,它们与斜面间的动摩擦因数都相同.其中木块A连接一轻弹簧放于斜面上,并通过轻弹簧与挡板M相连,如图所示.开始时,木块A静止在P处,弹簧处于自然伸长状态.木块B在Q点以初速度v0向下运动,P、Q间的距离为L.已知木块B在下滑过程中做匀速直线运动,与木块A相碰后立刻一起向下运动,但不粘连,它们到达一个最低点后又向上运动,木块B向上运动恰好能回

2v到Q点.若木块A静止于P点,木块C从Q点开始以初速度30向下运动,经历同样过程,最后木块

C停在斜面上的R点,求P、R间的距离L′的大小。

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