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20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题14:第7专题高考物理实验(2)经典考题
纵观近三年的高考实验题,会发现以下特点.
1.对力学实验的考查基本上以创新题出现,试题源于教材,又高于教材,总体来说其变化在于:同一实验可用于不同装置,同一装置可完成不同实验.
2.高考对电学实验的考查一般书本实验稍加变化来出题,以“电阻的测量”最为常见,包括测电阻率、测伏安特性等,当然也可能会有其他电学实验出现,如测电动势与内阻、电路故障等.
1.Ⅰ.在如图所示的电路中,1、2、3、4、5、6为连接点的标号.在开关闭合后,发现小灯泡不亮.现用多用电表检查电路故障,需要检测的有:电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点.
(1)为了检测小灯泡以及3根导线,在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的________挡.在连接点1、2同时断开的情况下,应当选用多用电表的________挡.
(2)在开关闭合情况下,若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势,则表明____________________________________可能有故障.
(3)将小灯泡拆离电路,写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤:____________________________________________________________________.
Ⅱ.某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如图甲所示.长直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上.在平板上标出A、B两点,B点处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间.
实验步骤如下:
①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量m;
②用直尺测量A、B之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2;
③将滑块从A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间t;
④重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值t-;
⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值cosα;
⑥多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,作出f-cosα关系曲线.
(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g):
①斜面倾角的余弦cosα=__________;
②滑块通过光电门时的速度v=________________;
③滑块运动时的加速度a=____________________;
④滑块运动时所受到的摩擦阻力f=____________.
(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图乙所示,读得d=__________.
[2009年高考全国理综卷Ⅰ]
【解析】Ⅰ.在1、2两点接好的情况下,应当选用多用电表的电压挡,在1、2同时断开的情况下,应选用欧姆挡.
(2)表明5、6两点可能有故障.
(3)①调到欧姆挡;②将红黑表笔相接,检查欧姆挡能否正常工作;③测量小灯泡的电阻,如电阻无穷大,表明小灯泡有故障.
Ⅱ.物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动,受重力、支持力和滑动摩擦力的作用.
根据三角形关系可得到cosα=s2-(h1-h2)2s
又v=xt=dt,根据运动学公式x=v22a,有s=v22a,即有a=d22st-2
根据牛顿第二定律得:
mgsinθ-f=ma
则有:f=mgh1-h2s-md22st-2.
(2)在游标卡尺中,主尺上是3.6cm,在游标尺上恰好是第1条刻度线与主尺对齐,再考虑到卡尺是10分度,所以读数为3.6cm+0.1×1mm=3.61cm或者3.62cm也对.
[答案]Ⅰ.(1)电压欧姆
(2)开关或连接点5、6
(3)①调到欧姆挡;
②将红、黑表笔相接,检查欧姆挡能否正常工作;
③测量小灯泡的电阻.如电阻无穷大,则表明小灯泡有故障.
Ⅱ.(1)①1ss2-(h1-h2)2
②dt-③d22st-2④mgh1-h2s-md22st-2
(2)3.62cm
【点评】在本实验中,r=dt-解出的为滑块画过去由门的平均速度,只是当滑块才较小时r趋近于瞬时速度,故滑块长度小点测量越准确.
2.Ⅰ.一水平放置的圆盘绕过其圆心的竖直轴匀速转动.盘边缘上固定一竖直的挡光片.盘转动时挡光片从一光电数字计时器的光电门的狭缝中经过,如图甲所示.图乙为光电数字计时器的示意图.光源A中射出的光可照到B中的接收器上.若A、B间的光路被遮断,显示器C上可显示出光线被遮住的时间.
挡光片的宽度用螺旋测微器测得,结果如图丙所示.圆盘直径用游标卡尺测得,结果如图丁所示.由图可知:
(1)挡光片的宽度为_________mm;
(2)圆盘的直径为___________cm;
(3)若光电数字计时器所显示的时间为50.0ms,则圆盘转动的角速度为________弧度/秒.(保留3位有效数字)
Ⅱ.图示为用伏安法测量电阻的原理图.图中,为电压表,内阻为4000Ω;为电流表,内阻为50Ω;E为电源,R为电阻箱,Rx为待测电阻,S为开关.
(1)当开关闭合后电压表读数U=1.6V,电流表读数I=2.0mA.若将Rx=UI作为测量值,所得结果的百分误差是__________.
(2)若将电流表改为内接,开关闭合后,重新测得电压表读数和电流表读数,仍将电压表读数与电流表读数之比作为测量值,这时结果的百分误差是________.
(百分误差=实际值-测量值实际值×100%)
[2008年高考四川理综卷]
【解析】Ⅰ.由螺旋测微器与游标卡尺的读数规则可得两者的读数.
d=10mm+24.2×0.01mm=10.242mm
D=242mm+4×0.05mm=242.20mm=24.220cm.
圆盘转动的角速度为ω=θt,而θ=dπD×2π,综合两式并代入数据可得:ω=1.69rad/s.
(1)测量值为R=UI=800Ω,因电流表外接,所以:
R=RxRVRx+RV
故真实值为Rx=1000Ω,对应的百分误差为:
A=1000-8001000=20%.
(2)电流表内接时,百分误差A′=1050-10001000=5%.
[答案]Ⅰ.(1)10.243(2)24.220(3)1.69
Ⅱ.(1)20%(2)5%
【点评】①无论是否显示单位,螺旋测微器和游标尺主尺最小刻度一定都为mm;
②内接法的测量值R测=Rx+RA,外接法的测量值R测=Rx∥RV
能力演练
1.(16分)Ⅰ.在“利用自由落体运动验证机械能守恒定律”的实验中,若打点计时器所接交变电流的频率为50Hz,得到的甲、乙两条实验纸带(如图所示)中应选________纸带更好.若已测得点2到点4间的距离为s1,点0到点3间的距离为s2,打点周期为T,要验证重物从开始下落到打点计时器打下点3这段时间内机械能守恒,则s1、s2和T应满足的关系为:T=________________.
Ⅱ.要测量一只量程已知的电压表的内阻,所备器材如下:
甲
A.待测电压表(量程为3V,内阻未知);
B.电流表(量程为3A,内阻为0.01Ω);
C.定值电阻R(阻值为2kΩ,额定电流为50mA);
D.蓄电池E(电动势略小于3V,内阻不计);
E.多用电表;
F.开关S1、S2,导线若干.
有一同学利用上面所给器材,进行如下实验操作.
(1)首先用多用电表进行粗测,选用“×100Ω”倍率,操作方法正确.若这时刻度盘上的指针位置如图甲所示,则测量的结果是________Ω.
(2)为了更精确地测出此电压表的内阻,该同学设计了如图乙、丙所示的实验电路,你认为其中较合理的电路图是________,理由是________________________.
乙丙
(3)用你选择的电路进行实验时,用所测物理量的符号表示电压表的内阻,即RV=________.
[答案]Ⅰ.甲s12gs24gs2或s122gs2(每空3分)
Ⅱ.(1)3000(3分)
(2)丙图乙中电流表测量时的示数太小,误差太大;图丙中R的阻值与电压表内阻接近,误差小(每空2分)
(3)U2U1-U2R(3分)
2.(17分)Ⅰ.某同学在做测定木块与木板间动摩擦因数的实验过程中,测滑动摩擦力时,他设计了两种实验方案.
方案一:木板固定在水平面上,用弹簧测力计水平拉动木块,如图甲所示.
方案二:用弹簧测力计水平地钩住木块,用力使木板在水平面上运动,如图乙所示.
甲乙
除了实验必需的弹簧测力计、木块、木板、细线外,该同学还准备了若干重均为2.00N的砝码.
(1)上述两种方案中,你认为更合理的方案是________(填“甲”或“乙”),理由是:(回答两个理由)
①____________________________________________;
②____________________________________________.
(2)该同学在木块上加砝码,改变木块对木板的压力,记录了5组实验数据,如下表所示.
实验次序12345
砝码个数01234
砝码对木块
的压力/N02.004.006.008.00
测力计示
数/N1.502.002.502.953.50
木块受到的
摩擦力/N1.502.002.502.953.50
请根据上述数据,在坐标纸上作出木块受到的摩擦力f和砝码对木块的压力F的关系图象(以F为横坐标).由图象可知,木块重为________N;木块与木板间的动摩擦因数为________.
Ⅱ.现有一块灵敏电流表,量程为200μA,内阻约为1000Ω,要精确测出其内阻R1,提供的器材有:
电流表(量程为1mA,内阻R2=50Ω);
电压表(量程为3V,内阻RV约为3kΩ);
滑动变阻器R(阻值范围为0~20Ω);
定值电阻R0(阻值R0=100Ω);
电源E(电动势约为4.5V,内阻很小);
单刀单掷开关S一个,导线若干.
(1)请将上述器材全部用上,设计出合理的、便于多次测量的实验电路图,并保证各电表的示数超过其量程的13.将电路图画在下面的虚框中.
(2)在所测量的数据中选一组,用测量量和已知量来计算表的内阻,表达式为R1=________,表达式中各符号表示的意义是________________________.
[答案]Ⅰ.(1)乙①乙方案测力计静止,读数误差小②乙方案木板可的不做匀速运动,便于控制(每空1分)
(2)如图甲所示(1分)6.00(2分)0.25(2分)
Ⅱ.(1)如图乙所示(5分)(供电部分用分压电路给1分;测量部分知道把表改装且正确给2分;知道将表当保护电阻使用给2分)
(2)I2(R0+R2)I1(3分)I2表示表的示数,I1表示表的示数,R2表示表内阻,R0表示定值电阻(1分)
3.(16分)Ⅰ.一量程为100μA的电流表的刻度盘如图所示.今在此电流表两端并联一电阻,其阻值等于该电流表内阻的149,使之成为一新的电流表,则图示的刻度盘上每一小格表示______________mA.
Ⅱ.已知弹簧振子做简谐运动的周期T=2πmk,其中m是振子的质量,k是弹簧的劲度系数(回复力系数).某同学设计了一个在太空站中利用弹簧振子测量物体质量的装置,如图所示,两轻弹簧分别与挡板P、Q相连,A是质量为M的带夹子的金属块,且与两弹簧固定相连,B是待测物体(可以被A上的夹子固定).
(1)为了达到实验目的,还需要提供的实验器材是:__________________.
(2)简要写出测量方法及所需测量的物理量(用字母表示)
①________________________________________;
②________________________________________.
(3)用所测物理量和已知物理量表示待测物体的质量的计算式为:mB=______________________________.
【解析】Ⅰ.改装后的量程为:
I′=I+IRAR0=100×(1+49)μA=5mA
故每小格ΔI=I′10=0.5mA.
[答案]Ⅰ.0.5(6分)
Ⅱ.(1)秒表(2分)
(2)①不放B时用秒表测出振子振动30次的时间t1(或者测出振子的周期T1)(2分)
②将B固定在A上,用秒表测出振子振动30次的时间t2(或者测出振子的周期T2)(2分)
(3)t22-t21t21M或T22-T21T21M(4分)
4.(16分)Ⅰ.小汽车正在走进我们的家庭,你对汽车了解吗?油耗标准是评价一辆汽车性能优劣的重要因素,而影响汽车油耗的一个重要原因是其在行进中所受到的空气阻力.人们发现,汽车在高速行驶过程中受到的空气阻力f(也称风阻)主要与两个因素有关:①汽车正面的投影面积S;②汽车行驶的速度v.
某研究人员在汽车风洞实验室中通过模拟实验得到下表所列数据:
(1)由上述数据可得,汽车所受的风阻f与汽车正面的投影面积S及汽车行驶的速度v之间的关系式为:f=________.(要求用k表示比例系数)
(2)由上述数据可求得k=________________.
(3)据推理或猜测,k的大小与________、________等因素有关.
Ⅱ.现有下列可供选用的器材及导线若干,要求尽可能精确地测量出待测电流表的满偏电流.
A.待测电流表(满偏电流约为700μA~800μA,内阻约为100Ω,已知表盘刻度均匀、总格数为N);
B.电流表(量程为0.6A,内阻为0.1Ω);
C.电压表(量程为3V,内阻为3kΩ);
D.滑动变阻器R(最大阻值为200Ω);
E.电源E(电动势为3V,内阻约为1.5Ω);
F.开关S一个.
(1)根据你的测量需要,“B.电流表”与“C.电压表”中应选择____________.(只需填写序号即可)
(2)在虚线框内画出你设计的实验电路图.
(3)测量过程中测出了多组数据,其中一组数据中待测电流表的指针偏转了n格,可算出满偏电流IAmax=__________________,式中除N、n外,其他字母符号代表的物理量分别是__________________________.
[答案]Ⅰ.(1)kSv2(2分)(2)0.26kg/m3(2分)
(3)空气密度车的外形车的表面情况(4分)
Ⅱ.(1)C(2分)(2)电路图如图所示(2分)
(3)NnURVU为电压表的示数,RV为电压表的内阻(每空2分)
5.(17分)Ⅰ.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中
(1)已知双缝到光屏之间的距离为600mm,双缝之间的距离为0.20mm,单缝到双缝之间的距离是100mm.某同学在用测量头测量时,先将从测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第1条)的中心,这时手轮上的示数如图甲所示.然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心,这时手轮上的示数如图乙所示.这两次的示数依次为________mm和________mm,由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为________nm.
(2)下列操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离的是________.
A.增大单缝和双缝之间的距离
B.增大双缝和光屏之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
Ⅱ.现有一块59C2型的小量程电流表(表头),满偏电流为50μA,内阻约为800~850Ω,要把它改装成1mA、10mA的两量程电流表,可供选择的器材有:
A.滑动变阻器R1(最大阻值为20Ω);
B.滑动变阻器R2(最大阻值为100kΩ);
C.电阻箱R′(最大阻值为9999Ω);
D.定值电阻R0(阻值为1kΩ);
E.电池E1(电动势为1.5V);
F.电池E2(电动势为3.0V);
G.电池E3(电动势为4.5V);
H.标准电流表(满偏电流为1.5mA);
I.单刀单掷开关S1和S2;
J.单刀双掷开关S3;
K.电阻丝及导线若干.
(所有电池的内阻均不计)
(1)采用如图甲所示的电路测量表头的内阻,为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为________;选用的电池为______.(填序号)
甲
(2)要将改装成两量程电流表,现有两种备选电路,如图乙、丙所示.图________为合理电路,另一电路不合理的原因是_______________________________________________.
(3)将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对(仅核对1mA量程),在下面的虚线框中画出所用电路图,图中待核对的电流表的符号用来表示.
【解析】Ⅰ.(1)测量头的读数原理与螺旋测微器的相同,所以图甲中的示数为0.640mm,图乙中的示数为10.295mm.设第1条亮条纹与第7条亮条纹间的距离为a,则a=10.295mm-0.640mm=9.655mm,由此得相邻两条亮条纹间的距离Δx=an-1,又因为Δx=Lλd,代入数据可解得光的波长λ=dΔxL=5.36×10-7m=536nm.
(2)根据相邻两条亮条纹间的距离公式Δx=Lλd可知,增大双缝和光屏之间的距离L、增大光的波长λ和减小双缝之间的距离d都可使相邻两条亮条纹间的距离增大.所以选项B正确.
[答案]Ⅰ.(1)0.64010.295536(5分)(2)B(3分)
Ⅱ.(1)BG(每空2分)
(2)乙图丙所示的电路在通电状态下更换量程,会造成两分流电阻都未并联在表头两端,以致流过表头的电流超过其满偏电流而烧坏表头(3分)
(3)电路图如图丁所示(2分)
丁
6.(18分)Ⅰ.听说水果也能做电池.某兴趣小组的同学用一个柠檬作为电源,连接电路如图甲所示.电路中R是电阻箱,其阻值可调且可读出其接入电路中电阻的大小.他们多次改变电阻箱的阻值,记录下相应的电流表的示数,算出电流的倒数,并将数据填在下面的表格中.
甲
外电阻R(Ω)电流I(mA)电流的倒数1I(mA-1)
90000.050219.92
80000.052818.93
60000.059416.84
50000.063315.80
40000.068014.71
20000.080012.50
(1)根据表格中的数据,在图乙所示的坐标纸中画出该实验的R-1I图象.
乙
(2)利用图象可求出该柠檬电池的电动势为________V,内阻为________Ω.
(3)完成实验后,该兴趣小组的同学初步得出了水果作为电池不实用的物理原因为:__________________________.
Ⅱ.某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.弧形轨道末端水平,离地面的高度为H.将钢球从轨道的不同高度h处由静止释放,钢球的落点距轨道末端的水平距离为s.
甲
(1)若轨道完全光滑,s2与h的理论关系应满足:s2=________________.(用H、h表示)
(2)该同学经实验测量得到一组数据,如下表所示.
h(×10-1m)2.003.004.005.006.00
s2(×10-1m-2)2.623.895.206.537.78
请在图乙所示的坐标纸上作出s2-h图象.
乙
(3)对比实验结果与理论计算得到的s2-h图象(图中已画出),自同一高度处由静止释放的钢球水平抛出的速率____________理论值.(填“小于”或“大于”)
(4)从s2-h图象中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著,你认为造成上述偏差的原因可能是:______________________________________________.
【解析】Ⅱ.(1)根据机械能守恒,可得钢球离开轨道时的速度为2hg,由平抛运动知识可求得钢球运动的时间为2Hg,所以s=vt=4Hh.
(2)依次描点,连线,注意不要画成折线.
(3)从图中看,同一h对应的s2值的理论值明显大于实际值,而在同一高度H下的平抛运动的水平射程由水平速率决定,可见实际水平速率小于理论速率.
(4)由于客观上,轨道与小球间存在摩擦,机械能减小,因此会导致实际值比理论值小;小球的转动也需要能量维持,而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成转动能的这一部分,也会导致实际速率明显小于理论速率(可能很少同学会考虑到这一点).
[答案]Ⅰ.(1)如图丙所示(2分)
丙
(2)0.94(0.90~0.98均对)10000(9000~11000均对)
(3)水果电池的内阻过大(每空2分)
Ⅱ.(1)4Hh(2分)(2)如图丁所示(4分)
丁
(3)小于(2分)
(4)小球与轨道间的摩擦,小球的转动(回答任一条即可)(2分)
一名优秀负责的教师就要对每一位学生尽职尽责,高中教师要准备好教案,这是每个高中教师都不可缺少的。教案可以让学生能够听懂教师所讲的内容,帮助高中教师营造一个良好的教学氛围。我们要如何写好一份值得称赞的高中教案呢?经过搜索和整理,小编为大家呈现“高考物理振动与波、光学、原子物理(2)经典考题冲刺专题复习”,仅供您在工作和学习中参考。
20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题12:第6专题振动与波、光学、原子物理(2)经典考题
本专题中的四部分内容在高考中一般都会以选择题出现,只是往往难度较低,题型相对单调,复习备考时应重基础,重在近年考题中总结命题的规律.
1.类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率.在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处.某同学对机械波和电磁波进行类比,总结出下列内容,其中不正确的是[2009年高考北京理综卷]()
A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用
B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
C.机械波的传播依赖于介质,而电磁波可以在真空中传播
D.机械波既有横波又有纵波,而电磁波只有纵波
【解析】波长、波速、频率的关系对任何波都是成立的,对电磁波当然成立,故A正确.干涉和衍射是波的特性,机械波、电磁波都是波,这些特性都具有,故B正确.机械波是机械振动在介质中传播形成的,所以机械波的传播需要介质;电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远地传播形成的,所以电磁波的传播不需要介质,故C正确.机械波既有横波又有纵波,但是电磁波只能是横波,其证据就是电磁波能够发生偏振现象,而偏振现象是横波才有的,D错误.故正确答案应为D.
[答案]D
2.科学家发现在月球上含有丰富的(氦3).它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为+→2+.关于聚变,下列表述正确的是[2009年高考广东物理卷]()
A.聚变反应不会释放能量
B.聚变反应产生了新的原子核
C.聚变反应没有质量亏损
D.目前核电站都采用聚变反应发电
【解析】聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核,聚变过程会有质量亏损,会放出大量的能量.但目前核电站都采用铀核的裂变反应.因此B正确.
[答案]B
【点评】同质量的核燃料聚变反应放出的能量远远超过裂变反应,而且聚变反应的产物往往无放射性.但由于聚变反应需要几百万摄氏度以上的高温以及难以控制反应速度,故目前还没能用于发电.
3.密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁,此过程中瓶内空气(不计分子势能)[2009年高考重庆理综卷]()
A.内能增大,放出热量
B.内能减小,吸收热量
C.内能增大,对外界做功
D.内能减小,外界对其做功
【解析】不计分子势能,空气的内能由温度决定,内能随温度降低而减小,A、C均错误;薄塑料瓶因降温而变扁,此时瓶内空气的体积减小,外界压缩空气做功,D正确;空气的内能减小、外界对空气做功,根据热力学第一定律可知空气向外界放热,B错误.
[答案]D
【点评】本类题型在高考对热学的考查中最常见.
4.氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a,从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b,则[2009年高考四川理综卷]()
A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线
B.氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线
C.在水中传播时,a光较b光的速度小
D.氢原子在n=2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离
【解析】γ射线的产生机理是原子核受激发,是原子核变化才产生的,A错误;根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差,从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出的光子能量小于a光子的能量,不可能为紫外线,B错误;根据跃迁规律可知从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射光子的能量大于从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射光子的能量,则可见光a的光子能量大于b的,又根据光子能量E=hν可得a光子的频率大于b的,则a的折射率大于b的,又v=Cn可得在水中传播时,a光较b光的速度小,C正确;欲使在n=2的能级处的氢原子发生电离,则吸收的能量一定不小于3.4eV,D错误.
[答案]C
5.一列简谐横波在某一时刻的波形图如图甲所示,图中P、Q两质点的横坐标分别为x=1.5m和x=4.5m.P点的振动图象如图乙所示.
在下列四幅图中,Q点的振动图象可能是[2009年高考全国理综卷Ⅰ]()
【解析】本题考查波的传播.该波的波长为4m,P、Q两质点间的距离为3m.若波沿x轴正方向传播,当P在平衡位置向上振动时,Q点此时应处于波峰,B正确;若波沿x轴负方向传播,P点处于向上振动时,Q点应处于波谷,C正确.
[答案]BC
【点评】高考对波的图象考查时要求较高,难度大,需要准确作图以帮助分析各点的振动情况.
6.在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图甲中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图甲所示.有一半径为r的圆柱形的平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合.已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为[2007年高考全国理综卷Ⅰ]()
甲
A.rB.1.5rC.2rD.2.5r
【解析】光从玻璃射向空气的临界角θ=arcsin1n=arcsin23,而入射角i>θ,将发生全反射,光路图如图乙所示.由几何关系得OB=rtan60°cot30°-r=2r.
乙
[答案]C
能力演练
一、选择题(10×4分)
1.目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素.下列有关放射性知识的说法中,正确的是()
A.衰变成要经过6次β衰变和8次α衰变
B.氡的半衰期为3.8天,若有4个氡原子核,则经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核
C.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
D.β射线与γ射线一样是电磁波,但穿透本领远比γ射线弱
【解析】由质量数守恒和电荷数守恒可知A正确;放射性同位素存在半衰期是一个统计规律,对于大量的原子核才成立,4个氡原子核经过3.8天后可能剩4个,也可能剩3个,还可能剩2个或1个都不剩,B错误;β衰变的方程为:→+,C正确;β射线是高速电子,不是电磁波,D错误.
[答案]AC
2.一列简谐横波沿x轴所在直线传播,图示为某时刻的波形图,其中A处到O的距离为0.5m,此时A处的质点沿y轴负方向运动,再经0.02s第一次到达波谷,则()
A.这列波的波长为1m
B.这列波的频率为100Hz
C.这列波的波速为25m/s
D.这列波的传播方向沿x轴负方向
【解析】由A点正沿y轴负方向振动可知波向x轴的负方向传播,D正确.又由题意及图象可知λ=1m,T=0.08s,故f=1T=12.5Hz,v=λT=12.5m/s.
[答案]AD
3.地面附近有一正在上升的空气团,它与外界的热交换忽略不计.已知大气压强随高度增加而降低,则该气团在此上升过程中(不计气团内分子间的势能)[2008年高考重庆理综卷]()
A.体积减小,温度降低B.体积减小,温度不变
C.体积增大,温度降低D.体积增大,温度不变
【解析】本题考查气体的有关知识,属于中等难度题目.随着空气团的上升,大气压强也随着减小,那么空气团的体积会增大,空气团对外做功,其内能会减小,因为不计分子势能,所以内能由其温度决定,则其温度会降低.所以空气团的体积增大、温度降低、压强减小.
[答案]C
4.“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式,它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子,使其内部的一个质子变成中子,并放出一个中微子,从而变成一个新核(称为子核)的过程.中微子的质量远小于质子的质量,且不带电,很难被探测到,人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的.若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”,衰变成子核并放出中微子,则下列说法正确的是()
A.母核的质量数等于子核的质量数
B.母核的电荷数大于子核的电荷数
C.子核的动量与中微子的动量相同
D.子核的动能大于中微子的动能
【解析】这一核反应中粒子的质量数不变,电荷数减少一个,选项A、B正确;子核与中微子的动量大小相等、方向相反,选项C错误;又由Ek=p22m,故子核的动能远小于中微子的动能,选项D错误.
[答案]AB
5.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐),图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈,将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转,观察到的现象是[2008年高考上海物理卷]()
A.当金属线圈旋转30°时,干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属线圈旋转45°时,干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属线圈旋转60°时,干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持不变
【解析】金属线圈的转动,改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状,由干涉原理可知,干涉条纹与金属线圈在该竖直平面内的转动无关,仍然是水平的干涉条纹,故D正确.
[答案]D
6.在应用电磁波的特性时,下列符合实际的是()
A.医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
B.医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒
C.人造卫星对地球拍摄时利用紫外线照相有较好的分辨率
D.人造气象卫星对地球拍摄时利用红外线照相是利用红外线透射率高和热效应强
【解析】紫外线的化学效应明显,还具有生理作用,故常用来对病房和手术室进行消毒;而X射线的穿透力强,生理作用、化学效应并不明显,不能用于手术室消毒,常用以透视,故B正确,A错误.
因为任何物质都会发出红外线,且发射的波长与温度有关,红外线的波长长,透过云雾和微尘能力强,故常用于拍摄气象云图.而地球周围传播的紫外线极少,无法用紫外线感光来拍摄地球的状况.
[答案]BD
7.如图所示,已知用光子能量为2.82eV的紫色光照射光电管中的金属涂层时,电流表的指针发生了偏转.若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时,电流表的示数恰好减小到0,电压表的示数为1V,则该金属涂层的逸出功约为()
A.2.9×10-19JB.4.5×10-19J
C.2.9×10-26JD.4.5×10-26J
【解析】由电场力做功的公式可知,当光电子的最大初动能Ek≤eU0时,光电流为零,故知Ek=1.6×10-19J,所以W=hν-Ek=2.9×10-19J.
[答案]A
8.下列关于分子运动和热现象的说法中,正确的是()
A.气体如果失去了容器的约束就会散开,这是因为气体分子存在斥力的缘故
B.100℃的水变成100℃的水蒸气,其分子之间的势能增加
C.对于一定量的气体(分子间的作用力不计),如果压强不变,体积增大,那么它一定从外界吸热
D.如果气体分子总数不变,气体温度升高,则压强必然增大
【解析】气体分子之间的引力大于斥力,但都小到可忽略不计,气体失去了容器的约束时会散开是因为气体分子热运动的缘故,故A错误;100°的水变成100℃的水蒸气的过程吸收热量,内能增加,但分子平均动能并没有增加,说明分子势能增加了,故B正确;气体的体积增大,分子密度变小,而压强保持不变,说明分子的平均动能增大,内能增大了,由ΔU=W+Q,W<0,得Q=ΔU+|W|,故C正确;气体的温度升高,分子的平均动能增大,若体积膨胀较大,分子密度变小,气体压强也可能减小或不变,D错误.
[答案]BC
9.一列简谐横波沿x轴正方向传播,其振幅为2cm.已知在t=0时刻相距30m的a、b两质点的位移都是1cm,但运动方向相反,其中a质点沿y轴负方向运动,如图所示.则()
A.a、b两质点的平衡位置间的距离为半波长的奇数倍
B.t=0时刻a、b两质点的加速度相同
C.a质点的速度最大时,b质点的速度为零
D.当b质点的位移为+2cm时,a质点的位移为负
【解析】a、b两质点的间距可能小于半个波长,或为nλ+Δx,A错误;t=0时刻a、b两质点的位移相同,故加速度相同,B正确;在a由此刻到达平衡位置的时间内,a的平均速率大于b的平均速率,故这一时间内b还没有到达波峰,当b到达波峰时a已处于x轴的下方,故C错误、D正确.
[答案]BD
10.图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图,图乙为质点P以此时刻为计时起点的振动图象.则从该时刻起()
A.经过0.35s后,质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离
B.经过0.25s后,质点Q的加速度大于质点P的加速度
C.经过0.15s后,波沿x轴的正方向传播了3m
D.经过0.1s后,质点Q的运动方向沿y轴的正方向
【解析】图乙描述的是图甲中P点的振动图象.由图乙不难看出P点的振动周期为0.2s,零时刻质点P处于平衡位置且将沿y轴负方向振动.因此,图甲的波动图象将沿x轴的正方向传播,Q点在该时刻将沿y轴正方向振动,由于在同一列波中各个质点的振动周期相同,经过0.35s(即74T)后,Q点将处于x轴下方某处但不是位于波谷位置,而P点将处于波峰位置,则选项A正确;经过0.25s(即54T)后,Q点将处于x轴上方某处但不是位于波峰位置,而P点将处于波谷位置,则该时刻Q点的加速度小于P点的加速度,故选项B错误;由v=λT可知波速为20m/s,经过0.15s(即34T)后,波沿x轴的正方向传播了3m,则选项C正确;经过0.1s(即12T)后,Q点的运动方向沿y轴的负方向,故选项D错误.
[答案]AC
二、非选择题(共60分)
11.(6分)有两位同学利用假期分别去参观北大和南大的物理实验室,各自在那里利用先进的DIS系统较准确地探究了“单摆的周期T与摆长L的关系”,他们通过校园网交换实验数据,并由计算机绘制了T2-L图象,如图甲所示.去北大的同学所测实验结果对应的图线是________(填“A”或“B”).另外,在南大做探究的同学还利用计算机绘制了两种单摆的振动图象(如图乙所示),由图可知,两单摆的摆长之比LaLb=________.
【解析】由T=2πLg,可得g=4π2LT2
因为g北>g南,故北大实验结果对应图线B.
又由图乙可知LaLb=(TaTb)2=49.
[答案]B(3分)49(3分)
12.(9分)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,已经准备的器材有:油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔和坐标纸.要完成本实验,还欠缺的器材有__________________.
已知油酸酒精溶液中油酸的体积比浓度为0.05%,1mL这样的溶液合80滴.现将1滴该溶液滴在水面上,这滴溶液中纯油酸的体积是________m3.
用彩笔描绘出油膜轮廓线后,印在坐标纸上,如图所示.已知坐标纸每一小格的边长为1cm,则油膜的面积为______m2.
根据上面的数据,估算油酸分子的直径是______m.(结果保留一位有效数字)
[答案]量筒、痱子粉(2分)6.25×10-12(2分)1.25×10-2(2分)5×10-10(3分)
13.(10分)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,准备了下列仪器:
A.白炽灯B.双窄缝片C.单窄缝片D.滤光片
E.毛玻璃光屏
(1)把以上仪器安装在光具座上,自光源起合理的顺序是________________(填字母).
(2)在某次实验中,用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹,其中亮纹a、c的位置利用测量头上的分划板确定,如图所示.其中表示a纹位置(如图甲所示)的手轮读数为________mm,表示c纹位置(如图乙所示)的手轮读数为________mm.
(3)已知双缝间的距离为0.18mm,双缝与屏的距离为500mm,则单色光的波长为________μm.
[答案](1)ADCBE(4分)
(2)1.790(2分)4.940(2分)(3)0.567(2分)
14.(11分)利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率.实验方法如下:在白纸上作一直线MN,并作出它的一条垂线AB,将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上,它的直径与直线MN重合,在垂线AB上插两个大头针P1和P2,如图甲所示,然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针,可以确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路,从而求出玻璃的折射率.实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外,还有量角器等.
甲
(1)某学生用上述方法测量玻璃的折射率,在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两枚大头针,但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内,无论从何处观察,都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像,原因是________________________________________________,他应采取的措施是______________________________________________.
(2)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路,在玻璃砖的右侧,最少应插________枚大头针.
(3)请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置(用“×”表示),并作出光路图.为了计算折射率,应该测量的量有:________(在光路图上标出),计算折射率的公式是________________.
[答案](1)光线P1P2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后到达圆弧面上的入射角大于临界角,发生全反射现象,光不能从圆弧面折射出来(2分)
向上移动半圆柱形玻璃砖,使到达圆弧面上的光线的入射角小于临界角(2分)
(2)1(2分)
(3)光路图如图乙所示(2分)
乙
入射角i和折射角r(2分)n=sinrsini(1分)
15.(12分)与其他能源相比,核能具有能量密度大、地区适应性强的优势.在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能.
(1)核反应方程式+→++aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种,X为待求粒子,a为X的个数.则X为________,a=________.以mU、mBa、mKr分别表示、、的质量,mn、mp分别表示中子、质子的质量,c为光在真空中传播的速度,则在上述核反应过程中放出的核能ΔE=_____________________________________.
(2)有一座发电功率P=1.00×106kW的核电站,核能转化为电能的效率η=40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应,已知每次核反应过程放出的核能ΔE=2.78×10-11J,的质量MU=390×10-27kg.求每年(1年=3.15×107s)消耗的的质量.
【解析】(1)依据核电荷数守恒和质量数守恒定律可判断:X为中子(),且a=3(2分)
据爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc2
可得:ΔE=[mU-(mBa+mKr+2mn)]c2.(4分)
(2)由题意知:P=1.00×106kW
t=3.15×107s
因为W=Pt(1分)
W总=Wη=Ptη(1分)
故核反应次数n=PtηΔE(1分)
每年消耗的质量为:
M总=nMU=PtηΔEMU=1104.77kg.(3分)
[答案](1)中子()3[mU-(mBa+mKr+2mn)]c2
(2)1104.77kg
16.(12分)太阳帆飞船是利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器,由于太阳光具有连续不断、方向固定等特点,借助太阳帆为动力的航天器无须携带任何燃料.在太阳光光子的撞击下,航天器的飞行速度会不断增加,并最终飞抵距地球非常遥远的天体.现有一艘质量为663kg的太阳帆飞船在太空中运行,其帆面与太阳光垂直.设帆能100%地反射太阳光,帆的面积为66300m2,且单位面积上每秒接受到的太阳辐射能量E0=1.35×103J,已知太阳辐射的光子的波长绝大多数集中在波长为2×10-7m~1×10-5m波段,计算时可取其平均波长1.0×10-7m,且不计太阳光反射时频率的变化.已知普朗克常量h=6.63×10-34Js.
(1)每秒钟射到帆面的光子数为多少?
(2)由于光子作用,飞船得到的加速度为多少?
【解析】每秒钟光照射到帆面上的能量E=E0S(2分)
光子的平均能量hν=hcλ(2分)
故每秒射到帆面上的光子数:
N=E0Sλhc=4.5×1025.(2分)
(2)每个光子的动量p=hλ(2分)
对光被反弹的过程运用动量定理有:Ft=2Ntp(2分)
又由牛顿第二定律:a=Fm=2Npm=9×10-4m/s2.
(2分)
[答案](1)4.5×1025个(2)9×10-4m/s2
一名优秀的教师就要对每一课堂负责,作为教师准备好教案是必不可少的一步。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来,帮助教师提高自己的教学质量。所以你在写教案时要注意些什么呢?急您所急,小编为朋友们了收集和编辑了“高考物理冲刺力与运动2专题复习”,仅供参考,欢迎大家阅读。
20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题02:第1专题力与运动(2)经典考题
在本专题中,正交分解、整体与隔离相结合是最重要也是最常用的思想方法,是高考中考查的重点.力的独立性原理、运动图象的应用次之,在高考中出现的概率也较大.
1.有一个直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑.AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图1-20甲所示).现将P环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是[1998年高考上海物理卷]()
图1-20甲
A.N不变,T变大B.N不变,T变小
C.N变大,T变大D.N变大,T变小
【解析】Q环的受力情况如图1-20乙所示,由平衡条件得:Tcosθ=mg.
P环向左移动后θ变小,T=mgcosθ变小.
图1-20乙图1-20丙
P环的受力情况如图1-20丙所示,由平衡条件得:
NP=mg+Tcosθ=2mg,NP与θ角无关.
故选项B正确.
[答案]B
【点评】①本例是正交分解法、隔离法的典型应用,以后的许多考题都由此改编而来.
②求解支持力N时,还可取P、Q组成的整体为研究对象,将整体受到的外力正交分解知竖直方向有:NQ=2mg.
2.如图1-21甲所示,在倾角为α的固定光滑斜面上有一块用绳子拴着的长木板,木板上站着一只猫.已知木板的质量是猫的质量的2倍.当绳子突然断开时,猫立即沿着板向上跑,以保持其相对斜面的位置不变.则此时木板沿斜面下滑的加速度为[2004年高考全国理综卷Ⅳ]()
图1-21甲
A.g2sinαB.gsinα
C.32gsinαD.2gsinα
【解析】绳子断开后猫的受力情况如图1-21乙所示,由平衡条件知,木板对猫有沿斜面向上的摩擦力,有:
f=mgsinα
图1-21乙图1-21丙
再取木板为研究对象,其受力情况如图1-21丙所示.由牛顿第二定律知:
2mgsinα+f′=2ma
解得:a=32gsinα.
[答案]C
【点评】①猫脚与木块之间的摩擦力使猫保持平衡状态.
②还可取猫、木板组成的整体为研究对象,由牛顿第二定律:3mgsinα=2ma求解,但这一方法高中不作要求.
3.如图1-22所示,某货场需将质量m1=100kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,为避免货物与地面发生撞击,现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道,使货物由轨道顶端无初速度滑下,轨道半径R=1.8m.地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B,长度均为l=2m,质量均为m2=100kg,木板上表面与轨道末端相切.货物与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.2.(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10m/s2)
[2009年高考山东理综卷]
图1-22
(1)求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力.
(2)若货物滑上木板A时,木板不动,而滑上木板B时,木板B开始滑动,求μ1应满足的条件.
(3)若μ1=0.5,求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间.
【解析】(1)设货物滑到圆轨道末端时的速度为v0,对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得:
mgR=12m1v20
设货物在轨道末端所受支持力的大小为FN,根据牛顿第二定律得,FN-m1g=m1v20R
联立以上两式并代入数据得FN=3000N
根据牛顿第三定律,货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为3000N,方向竖直向下.
(2)若滑上木板A时,木板不动,由受力分析得:
μ1m1g≤μ2(m1+2m2)g
若滑上木板B时,木板B开始滑动,由受力分析得:
μ1m1g>μ2(m1+m2)g
联立并代入数据得0.4<μ1≤0.6.
(3)μ1=0.5,由上问可得,货物在木板A上滑动时,木板不动,设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得μ1m1g=m1a1
设货物滑到木板A末端时的速度为v1,由运动学公式得:
v21-v20=-2a1l
联立并代入数据得v1=4m/s
设在木板A上运动的时间为t,由运动学公式得:
v1=v0-a1t
联立并代入数据得t=0.4s.
[答案](1)3000N,方向竖直向下(2)0.4<μ1≤0.6
(3)0.4s
【点评】象这样同时考查受力分析、动力学、运动学的题型在20xx届高考中出现的可能性最大.
4.如图1-23甲所示,P、Q为某地区水平地面上的两点,在P点正下方一球形区域内储藏有石油.假定区域周围岩石均匀分布,密度为ρ;石油密度远小于ρ,可将上述球形区域视为空腔.如果没有这一空腔,则该地区重力加速度(正常值)沿竖直方向;当存在空腔时,该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏离.重力加速度在原竖直方向(即PO方向)上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”.为了探寻石油区域的位置和石油储量,常利用P点附近重力加速度反常现象.已知引力常数为G.
图1-23甲
(1)设球形空腔体积为V,球心深度为d(远小于地球半径),PQ=x,求空腔所引起的Q点处的重力加速度反常.
(2)若在水平地面上半径L的范围内发现:重力加速度反常值在δ与kδ(k>1)之间变化,且重力加速度反常的最大值出现在半径为L的范围的中心,如果这种反常是由于地下存在某一球形空腔造成的,试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积.
[2009年高考全国理综卷Ⅱ]
【解析】(1)由牛顿第二定律得:a=F引m
故重力加速度g=GMr2
假设空腔处存在密度为ρ的岩石时,对Q处物体的引力产生的重力加速度为Δg=GM′d2+x2=GρVd2+x2
由力的独立原理及矢量的合成定则知,球形区域为空腔时Q点处的物体的重力加速度的矢量关系如图1-23乙所示
图1-23乙
即
故加速度反常Δg′=Δgcosθ=GρVd(d2+x2)3.
(2)由(1)解可得,重力加速度反常Δg′的最大值和最小值分别为:
(Δg′)max=GρVd2,(Δg′)min=
由题设有(Δg′)max=kδ、(Δg′)min=δ
联立以上各式得,地下球形空腔球心的深度和空腔的体积分别为:
d=,V=.
[答案](1)(2)
【点评】①对于本题大部分同学不知如何入手,其原因在于对力的独立性原理及矢量(加速度)的合成与分解理解不够深刻和熟练.
②本考题使大部分同学陷入一个思维误区,总在思考g=Gm,而不去思考g也是自由落体的加速度g=F引m,遵循矢量的平行四边形定则.
能力演练
一、选择题(10×4分)
1.如图所示,A、B是两个长方形物块,F是作用在物块B上沿水平方向的力,A和B以相同的速度在水平地面C上做匀速直线运动(空气阻力不计).由此可知,A、B间的动摩擦因数μ1和B、C间的动摩擦因数μ2有可能是()
A.μ1=0,μ2=0B.μ1=0,μ2≠0
C.μ1≠0,μ2=0D.μ1≠0,μ2≠0
【解析】本题中选A、B整体为研究对象,由于A、B在推力F的作用下做匀速直线运动,可知地面对B的摩擦力一定水平向左,故μ2≠0;对A进行受力分析可知,水平方向不受力,μ1可能为零,故正确答案为BD.
[答案]BD
2.如图所示,从倾角为θ、高h=1.8m的斜面顶端A处水平抛出一石子,石子刚好落在这个斜面底端的B点处.石子抛出后,经时间t距斜面最远,则时间t的大小为(取g=10m/s2)()
A.0.1sB.0.2sC.0.3sD.0.6s
【解析】由题意知,石子下落的时间t0=2hg=0.6s
又因为水平位移x=hcotθ
故石子平抛的水平初速度v0=xt0=hcotθt0
当石子的速度方向与斜面平行时,石子距斜面最远
即gtv0=tanθ
解得:t=h2g=0.3s.
[答案]C
3.在轻绳的两端各拴一个小球,一人用手拿着上端的小球站在3楼的阳台上,放手后让小球自由下落,两小球相继落地的时间差为T.如果站在4楼的阳台上,同样放手让小球自由下落,则两小球相继落地的时间差将()
A.不变B.增大C.减小D.无法判断
【解析】两小球都做自由落体运动,可在同一v-t图象中作出速度随时间变化的关系曲线,如图所示.设人在3楼的阳台上释放小球后,两球落地的时间差为Δt1,图中阴影部分的面积为Δh;若人在4楼的阳台上释放小球后,两球落地的时间差为Δt2,要保证阴影部分的面积也是Δh,从图中可以看出一定有Δt2<Δt1.
[答案]C
4.如图甲所示,小球静止在小车中的光滑斜面A和光滑竖直挡板B之间,原来小车向左匀速运动.现在小车改为向左减速运动,那么关于斜面对小球的弹力NA的大小和挡板B对小球的弹力NB的大小,以下说法正确的是()
甲
A.NA不变,NB减小B.NA增大,NB不变
C.NB有可能增大D.NA可能为零
【解析】小球的受力情况如图乙所示,有:
乙
NAcosθ=mg
NAsinθ-NB=ma
故NA不变,NB减小.
[答案]A
5.小球从空中自由下落,与水平地面第一次相碰后弹到空中某一高度,其速度随时间变化的关系如图所示,则()
A.小球第一次反弹后的速度大小为3m/s
B.小球碰撞时速度的改变量为2m/s
C.小球是从5m高处自由下落的
D.小球反弹起的最大高度为0.45m
【解析】第一次反弹后的速度为-3m/s,负号表示方向向上,A正确.碰撞时速度的改变量Δv=-8m/s,B错误.下落的高度h1=12×5×0.5m=1.25m,反弹的高度h2=12×3×0.3=0.45m,D正确.
[答案]AD
6.如图甲所示,四个质量、形状相同的斜面体放在粗糙的水平面上,将四个质量相同的物块放在斜面顶端,因物块与斜面的摩擦力不同,四个物块运动情况不同.A物块放上后匀加速下滑,B物块获一初速度后匀速下滑,C物块获一初速度后匀减速下滑,D物块放上后静止在斜面上.若在上述四种情况下斜面体均保持静止且对地面的压力依次为F1、F2、F3、F4,则它们的大小关系是()
甲
A.F1=F2=F3=F4B.F1>F2>F3>F4
C.F1<F2=F4<F3D.F1=F3<F2<F4
【解析】斜面的受力情况如乙图所示,其中,f1、N分别为斜面对物块的摩擦力和支持力的反作用力
乙
N=mgcosθ
f2可能向左,也可能向右或为零.
a图中,f1<mgsinθ,故
F=Mg+mgcosθcosθ+f1sinθ<(M+m)g
b图中,f1=mgsinθ,故F=Mg+mgcosθcosθ+f1sinθ=(M+m)g
c图中,f1>mgsinθ,故F=Mg+mgcosθcosθ+f1sinθ>(M+m)g
d图中,f1=mgsinθ,故F=(M+m)g.
[答案]C
7.把一钢球系在一根弹性绳的一端,绳的另一端固定在天花板上,先把钢球托起(如图所示),然后放手.若弹性绳的伸长始终在弹性限度内,关于钢球的加速度a、速度v随时间t变化的图象,下列说法正确的是()
A.甲为a-t图象B.乙为a-t图象
C.丙为v-t图象D.丁为v-t图象
【解析】由题图可知,弹性绳处于松弛状态下降时钢球做自由落体运动,绷紧后小球做简谐运动;当小球上升至绳再次松弛时做竖直上抛运动,故v~t图象为图甲,a~t图象为图乙.
[答案]B
8.如图所示,足够长的水平传送带以速度v沿顺时针方向运动,传送带的右端与光滑曲面的底部平滑连接,曲面上的A点距离底部的高度h=0.45m.一小物块从A点静止滑下,再滑上传送带,经过一段时间又返回曲面.g取10m/s2,则下列说法正确的是()
A.若v=1m/s,则小物块能回到A点
B.若v=2m/s,则小物块能回到A点
C.若v=5m/s,则小物块能回到A点
D.无论v等于多少,小物块均能回到A点
【解析】小物块滑上传送带的初速度v0=2gh=3m/s
当传送带的速度v≥3m/s时,小物块返回曲面的初速度都等于3m/s,恰好能回到A点,当传送带的传送速度v<3m/s时,小物块返回曲面的初速度等于v,不能回到A点.
[答案]C
9.如图甲所示,质量为m的物体用细绳拴住放在粗糙的水平传送带上,物体距传送带左端的距离为L.当传送带分别以v1、v2的速度逆时针转动(v1<v2),稳定时绳与水平方向的夹角为θ,绳中的拉力分别为F1,F2;若剪断细绳时,物体到达左端的时间分别为t1、t2,则下列说法正确的是()
甲
A.F1<F2B.F1=F2
C.t1一定大于t2D.t1可能等于t2
【解析】绳剪断前物体的受力情况如图乙所示,由平衡条件得:FN+Fsinθ=mg
乙
f=μFN=Fcosθ
解得:F=μmgμsinθ+cosθ,F的大小与传送带的速度无关绳剪断后m在两速度的传送带上的加速度相同
若L≤v212μg,则两次都是匀加速到达左端,t1=t2
若L>v212μg,则物体在传送带上先加速再匀速到达左端,在速度小的传送带上需要的时间更长,t1>t2.
[答案]BD
10.静电透镜是利用静电场使电子束会聚或发散的一种装置,其中某部分静电场的分布如图甲所示.图中虚线表示这个静电场在xOy平面内的一族等势线,等势线形状关于Ox轴、Oy轴对称.等势线的电势沿x轴正方向增加,且相邻两等势线的电势差相等.一个电子经过P点(其横坐标为-x0)时,速度与Ox轴平行,适当控制实验条件,使该电子通过电场区域时仅在Ox轴上方运动.在通过电场区域过程中,该电子沿y轴方向的分速度vy随位置坐标x变化的示意图是图乙中的()
甲
乙
【解析】在x轴负方向,电子所受的电场力向右偏下,则电子的竖直分速度沿y轴负方向不断增加,到达x=0时竖直分速度最大,到达x轴正方向后,电子所受的电场力向右偏上,则其竖直分速度沿y轴负方向不断减小;又由于在x轴负方向的电子运动处的电场线比在x轴正方向电子运动处的电场线密,相应的电子的加速度大,故电子在x轴正方向经过与x轴负方向相同的水平距离时,y轴方向的分速度不能减为零,D正确.
[答案]D
二、非选择题(共60分)
11.(6分)在某次实验中得到小车做直线运动的s-t关系如图所示.
(1)由图可以确定,小车在AC段和DE段的运动分别为()
A.AC段是匀加速运动,DE段是匀速运动
B.AC段是加速运动,DE段是匀加速运动
C.AC段是加速运动;DE段是匀速运动
D.AC段是匀加速运动;DE段是匀加速运动
(2)在与AB、AC、AD对应的平均速度中,最接近小车在A点的瞬时速度是________段中的平均速度.
[答案](1)C(2)AB(每空3分)
12.(9分)当物体从高空下落时,其所受阻力会随物体速度的增大而增大,因此物体下落一段距离后将保持匀速运动状态,这个速度称为此物体下落的收尾速度.研究发现,在相同环境下,球形物体的收尾速度仅与球的半径和质量有关.下表是某次研究的实验数据.
小球编号ABCDE
小球的半径(×10-3m)0.50.51.522.5
小球的质量(×10-6kg)254540100
小球的收尾速度(m/s)1640402032
(1)根据表中的数据,求出B球与C球达到收尾速度时所受的阻力之比.
(2)根据表中的数据,归纳出球形物体所受的阻力f与球的速度大小及球的半径之间的关系.(写出有关表达式,并求出比例系数,重力加速度g取9.8m/s2)
(3)现将C球和D球用轻质细线连接,若它们在下落时所受的阻力与单独下落时的规律相同,让它们同时从足够高的同一高度下落,试求出它们的收尾速度,并判断它们落地的顺序(不需要写出判断理由).
【解析】(1)球在达到收尾速度时处于平衡状态,有:
f=mg
则fB∶fC=mB∶mC
代入数据解得:fB∶fC=1∶9.
(2)由表中A、B两球的有关数据可得,阻力与速度成正比,即f∝v
由表中B、C两球的有关数据可得,阻力与球的半径的平方成正比,即f∝r2
得:f=kvr2
其中k=4.9Ns/m3.
(3)将C球和D球用细线连接后,应满足:
mCg+mDg=fC+fD
即mCg+mDg=kv(r2C+r2D)
代入数据解得:v=27.2m/s
比较C、D两小球的质量和半径,可判断出C球先落地.
[答案](1)1∶9(3分)
(2)f=kvr2,k=4.9Ns/m3(3分)
(3)27.2m/sC球先落地(3分)
13.(10分)将一平板支撑成一斜面,一石块可以沿着斜面往不同的方向滑行,如图所示.如果使石块具有初速度v,方向沿斜面向下,那么它将做匀减速运动,经过距离L1后停下来;如果使石块具有同样大小的速度,但方向沿斜面向上,它将向上运动距离L2后停下来.现在平板上沿水平方向钉一光滑木条(图中MN所示),木条的侧边与斜面垂直.如果使石块在水平方向以与前两种情况同样大小的初速度紧贴着光滑木条运动,求石块在水平方向通过的距离L.
【解析】设斜面的倾斜角为θ,石块与斜面间的动摩擦因数为μ,故石块沿斜面减速下滑时的加速度为:
a1=μgcosθ-gsinθ(2分)
沿斜面减速上滑时的加速度a2=μgcosθ+gsinθ
(2分)
紧贴光滑木条水平运动时的加速度a3=μgcosθ
(2分)
由题意可得:
v2=2a1L1
v2=2a2L2
v2=2a3L(3分)
解得:L=2L1L2L1+L2.(1分)
[答案]2L1L2L1+L2
14.(10分)如图所示,一固定的斜面倾角为30°,一边与地面垂直,顶上有一定滑轮.一柔软的细线跨过定滑轮,两端分别与物块A和B连结,A的质量为4m,B的质量为m.开始时将B按在地面上不动,然后放开手,让A沿斜面下滑而B上升.物块A与斜面间无摩擦.当A沿斜面下滑s距离后,细线突然断了,求物块B上升的最大高度.(不计细线与滑轮之间的摩擦)
【解析】设细线断前物块的加速度大小为a,细线的张力为T,由牛顿第二定律得:
4mgsin30°-T=4ma(2分)
T-mg=ma(2分)
解得:a=15g(1分)
故线断瞬间B的速度大小vB=2as=25gs(2分)
线断后B再上升的最大高度h=v2B2g=15s(1分)
物块B上升的最大高度h总=s+h=65s.(2分)
[答案]65s
15.(12分)在光滑的绝缘水平面上有一质量m=1.0×10-3kg、电荷量q=+1.0×10-10C的带电小球静止在O点,以O点为原点在该水平面内建立直角坐标系xOy(如图所示).现突然加一个沿x轴正方向、场强大小E=2.0×106V/m的匀强电场使小球运动,并开始计时.在第1s末所加电场方向突然变为沿y轴正方向,大小不变;在第2s末电场突然消失,求第3s末小球的位置.
一位同学这样分析:第1s内小球沿x轴做初速度为零的匀加速直线运动,可求出其位移x1;第2s内小球沿y轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动,可求出其位移y2及其速度v,第3s内小球沿y轴正方向做匀速直线运动,可求出其位移s,最后小球的横坐标是x1,纵坐标是y2+s.
你认为他的分析正确吗?如果认为正确,请按他的思路求出第3s末小球的位置;如果认为不正确,请指出错误之处并求出第3s末小球的位置.
【解析】该同学的分析不正确.因为第1s末小球有沿x方向的初速度,所以第2s内小球做类平抛运动,第3s内也不沿y轴正方向运动.(3分)
第1s内小球做初速度为零的匀加速直线运动,有:
a1x=Fm=qEm(1分)
x1=12a1xt21=qEt212m
=1.0×10-10×2.0×106×122×1.0×10-3m=0.1m(1分)
v1x=a1xt1=qEt1m
第2s内小球做类平抛运动,有:
a2y=qEm(1分)
y2=12a2yt22=qEt222m
=1.0×10-10×2.0×106×122×1.0×10-3m=0.1m(1分)
v2y=a2t2=qEt2m
x2=v1xt2=qEt1t2m
=1.0×10-10×2.0×106×1×11.0×10-3m=0.2m(1分)
第3s内小球做匀速直线运动,沿x方向速度为v1x,沿y方向速度为v2y,有:
x3=v1xt3=qEt1t3m
=1.0×10-10×2.0×106×1×11.0×10-3m=0.2m(1分)
y3=v2yt3=qEt2t3m
=1.0×10-10×2.0×106×1×11.0×10-3m=0.2m(1分)
第3s末小球的位置坐标为:
x=x1+x2+x3=0.5m(1分)
y=y2+y3=0.3m.(1分)
[答案]略
16.(13分)如图所示,长L=1.5m、高h=0.45m、质量M=10kg的长方体木箱在水平面上向右做直线运动.当木箱的速度v0=3.6m/s时,对木箱施加一个方向水平向左的恒力F=50N,并同时将一个质量m=1kg的小球轻放在距木箱右端L3处的P点(小球可视为质点,放在P点时相对于地面的速度为零),经过一段时间,小球脱离木箱落到地面.已知木箱与地面的动摩擦因数μ=0.2,而小球与木箱之间的摩擦不计.取g=10m/s2,求:
(1)小球从开始离开木箱至落到地面所用的时间.
(2)小球放上P点后,木箱向右运动的最大位移.
(3)小球离开木箱时木箱的速度.
【解析】(1)小球离开木箱后做自由落体运动,设其落到地面所用的时间为t,由h=12gt2得:
t=2hg=2×0.4510s=0.3s.(2分)
(2)小球放上木箱后相对地面静止
由F+μFN=Ma1(1分)
FN=(M+m)g(1分)
得木箱的加速度:
a1=F+μ(M+m)gM=50+0.2(10+1)×1010m/s2
=7.2m/s2(2分)
木箱向右运动的最大位移s1=v202a1=3.622×7.2m=0.9m.
(1分)
(3)由于s1=0.9m<1m,故木箱在向右运动期间,小球不会从木箱的左端掉下(1分)
得木箱向左运动的加速度:
a2=F-μ(M+m)gM=50-0.2(10+1)×1010m/s2
=2.8m/s2(2分)
设木箱向左运动s2时,小球从木箱的右端掉下,有:
s2=s1+L3=0.9m+0.5m=1.4m(1分)
设木箱向左运动所用的时间为t2,则由s2=12a2t22得:
t2=2s2a2=2×1.42.8s=1s(1分)
小球刚离开木箱时木箱的速度方向向左,大小为:
v2=a2t2=2.8×1m/s=2.8m/s.(1分)
[答案](1)0.3s(2)0.9m(3)2.8m/s
俗话说,磨刀不误砍柴工。高中教师要准备好教案,这是高中教师的任务之一。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来,让高中教师能够快速的解决各种教学问题。优秀有创意的高中教案要怎样写呢?小编收集并整理了“高考物理备考复习圆周运动中的临界问题教案”,大家不妨来参考。希望您能喜欢!
§6.8.《圆周运动中的临界问题》学案
【学习目标】
1.熟练处理水平面内的临界问题
2.掌握竖直面内的临界问题
【自主学习】
一.水平面内的圆周运动
例1:如图8—1所示水平转盘上放有质量为m的物快,当物块到转轴的距离为r时,若物块始终相对转盘静止,物块和转盘间最大静摩擦力是正压力的倍,求转盘转动的最大角速度是多大?
拓展:如o点与物块连接一细线,求当①1=时,细线的拉力T②2=时,细线的拉力T
图8—1
注:分析物体恰能做圆周运动的受力特点是关键
二.竖直平面内圆周运动中的临界问题
图8—2甲图8—2乙图8—3甲图8—3乙
1.如图8—2甲、乙所示,没有支撑物的小球在竖直平面作圆周运动过最高点的情况
○1临界条件
○2能过最高点的条件,此时绳或轨道对球分别产生______________
○3不能过最高点的条件
2.如图8—3甲、乙所示,为有支撑物的小球在竖直平面做圆周运动过最高点的情况
竖直平面内的圆周运动,往往是典型的变速圆周运动。对于物体在竖直平面内的变速圆周运动问题,中学阶段只分析通过最高点和最低点的情况,并且经常出现临界状态,下面对这类问题进行简要分析。
○1能过最高点的条件,此时杆对球的作用力
○2当0V时,杆对小球,其大小
当v=时,杆对小球
当v时,杆对小球的力为其大小为____________
讨论:绳与杆对小球的作用力有什么不同?
例2.长度为L=0.50m的轻质细杆OA,A端有一质量为m=3.0kg的小球,如图8—4所示,小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,通过最高点时小球的速率是2.0m/s,(g=10m/s)则此时细杆OA受的()
A.6.0N的拉力B.6.0N的压力C.24N的压力D.24N的拉力
【针对训练】
1.汽车与路面的动摩擦因数为,公路某转弯处半径为R(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)问:若路面水平,汽车转弯不发生侧滑,汽车最大速度应为多少?
2.长为L的细绳,一端系一质量为m的小球,另一端固定于某点,当绳竖直时小球静止,现给小球一水平初速度v,使小球在竖直平面内做圆周运动,并且刚好过最高点,则下列说法中正确的是:()
A.小球过最高点时速度为零
B.小球开始运动时绳对小球的拉力为m
C.小球过最高点时绳对小的拉力mg
D.小球过最高点时速度大小为
3.如图8—5所示,细杆的一端与小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动,先给小球一初速度,使它做圆周运动。图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对小球的作用力可能是:()
A.a处为拉力b处为拉力
B.a处为拉力b处为推力
C.a处为推力b处为拉力
D.a处为推力b处为拉力
A
图8—4图8—5
4.以下说法中正确的是:()
A.在光滑的水平冰面上,汽车可以转弯
B.火车转弯速率小于规定的数值时,内轨将会受压力作用
C.飞机在空中沿半径为R的水平圆周盘旋时,飞机的翅膀一定处于倾斜状态
D.汽车转弯时需要的向心力由司机转动方向盘所提供的力
【能力训练】
1.如图8—6所示A、B、C三个物体放在旋转圆台上,动摩擦因数均为,A的质量为2m,B、C质量均为m,A、B离轴为R,C离轴为2R,则当圆台旋转时,(设A、B、C都没有滑动):()
A.C物的向心加速度最大B.B物的静摩擦力最小
C.当圆台转速增加时,C比A先滑动D.当圆台转速增加时,B比A先滑动
2.如图8—7所示,物体与圆筒壁的动摩擦因数为,圆筒的半径为R,若要物体不滑下,圆筒的角速度至少为:()
A.B.C.D.
图8—6图8—7图8—8
3.把盛水的水桶拴在长为L的绳子一端,使这水桶在竖直平面做圆周运动,要使水桶转到最高点时不从桶里流出来,这时水桶的线速度至少应该是:()
A.B.C.D.2E.0
4.如图8—8所示,小球在光华圆环内滚动,且刚好通过最高点,则求在最低点的速率为:()
A.4grB.2C.2grD.
5.汽车在倾斜的弯道上拐弯,弯道的倾角为,半径为r,则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是:()
A.B.C.D.
6.如图8—9所示,长为L的轻杆一端固定一个小球,另一端固定在光滑水平轴上,使小球在竖直平面内做圆周运动,关于小球在过最高点的速度,下列叙述中正确的是:()
A.的极小值为
B.由零逐渐增大,向心力也逐渐增大
C.当由值逐渐增大时,杆对小球的弹力也逐渐增大
D.当由值逐渐减小时,杆对小球的弹力也逐渐增大
7.如图8—10所示,质量为m的物体随水平传送带一起匀速运动,A为传送带的终端皮带轮,皮带轮半径为r,要使物体通过终端时,能水平抛出,皮带轮的转速至少为:()
A.B.C.D.
8.用绝缘细线拴住一带正电的小球,在方向竖直向上的匀强电场中的竖直平面内做圆周运动,则正确的说法是:()
A.当小球运动到最高点a时,线的张力一定最小
B.当小球运动到最低点b时,小球的速度一定最大
C.小球可能做匀速圆周运动
D.小球不可能做匀速圆周运动A
m
aa
图8—9图8—10图8—11
9.童非,江西人,中国著名体操运动员,首次在单杠项目实现了“单臂大回环”,用一只手抓住单杠,伸展身体,以单杠为轴做圆周运动,假设童非质量为65kg,那么,在完成“单臂大回环”的过程中,童非的单臂至少要能够承受多大的力?(g=10m/s)
10.如图8—11所示,质量为m=100g的小物块,从距地面h=2.0m出的斜轨道上由静止开始下滑,与斜轨道相接的是半径r=0.4m的圆轨道,若物体运动到圆轨道的最高点A时,物块对轨道恰好无压力,求物块从开始下滑到A点的运动过程中克服阻力做的功。(g=10m/s)
【学后反思】
___________________________________________________________________________________________________________________。
《圆周运动中的临界问题》学案参考答案:
例1=拓展:○1T1=0○2T=例2.B
针对训练:1.V=2.D3.AB4.BC
能力训练:1.ABC2.D3.A4.D5.C6.BC7.C8.C9.5mg10.1J
文章来源:http://m.jab88.com/j/71910.html
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