海南省高考物理二轮复习专项练习-06解答题能力提升训练
一、电磁感应
1.间距为L的金属导轨倾斜部分光滑,水平部分粗糙并平滑相接,导轨上端有电源和开关,倾斜导轨与水平面夹角,处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,水平导轨处于垂直竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小均为。两相同导体棒、与水平导轨的动摩擦因数,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,两棒的质量均为,接入电路的电阻均为。棒仅在水平导轨上运动,两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并接触良好,且不会碰撞。忽略金属导轨的电阻,重力加速度为。
(1)锁定水平导轨上的棒,闭合开关,棒静止在倾斜导轨上,求通过棒的电流;断开开关,同时解除棒的锁定,当棒下滑距离为时,棒开始运动,求棒从解除锁定到开始运动过程中产生的焦耳热;
(2)此后棒在下滑过程中电流达到稳定,求此时棒与棒速度大小之差;
(3)棒中电流稳定之后继续下滑,从棒运动到水平导轨开始计时,时刻棒速度为0,加速度不为0;此后某时刻棒的加速度为0,速度不为0,求从t1时刻到某时刻,棒与的路程之差。
2.如图所示,间距为L的水平平行轨道与倾角α=53°、足够长的平行光滑倾斜轨道在P、Q两点相连,轨道均由电阻不计的金属材料制成。轨道间存在两个匀强磁场区域,磁感应强度大小均为B,以PQ为边界左侧区域I磁场的长度为d,方向竖直向下,右侧区域II磁场垂直于倾斜轨道平面向上。水平轨道左端连接阻值为R的电阻,倾斜轨道下端连接阻值为的电阻。一质量为m、电阻为R的金属杆a从图中位置开始向右运动,并以速度v0与静止在区域I左侧边缘处的相同金属杆b发生弹性碰撞。碰撞后,金属杆b立刻进入磁场并以速度离开区域I,然后通过P、Q两点(在两点上方有约束装置保证金属杆滑到倾斜轨道过程中无机械能损失)进入区域II,在区域II中加速时间t后达到稳定速度。金属杆与轨道始终垂直且接触良好,金属杆与水平轨道间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,sin53°=0.8。求:
(1)金属杆b在区域I内运动过程中,左侧电阻R产生的焦耳热Q;
(2)金属杆b在区域I内运动过程中,流过金属杆b的电荷量q0;
(3)金属杆b在区域II内运动过程中的最终稳定速度大小及在区域II中加速时间t内流过金属杆b的电荷量q1。
3.光滑的水平长直轨道放在匀强磁场中,轨道宽,一导体棒长也为,质量,电阻静止在导轨上,它与导轨接触良好。当开关与a接通时,电源可提供恒定的电流,电流方向可根据需要进行改变,开关与b接通时,电阻,若开关的切换与电流的换向均可在瞬间完成,求:
①当棒中电流由M流向N时,棒的加速度的大小和方向是怎样的;
②当开关始终接a,要想在最短时间内使棒向左移动而静止,则棒的最大速度是多少;
③要想棒在最短时间内向左移动而静止,则棒中产生的焦耳热是多少。
4.如图,间距为l的光滑平行金属导轨,水平放置在方向竖直向下的匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B,导轨左端接有阻值为R的定值电阻,一质量为m的金属杆放在导轨上。金属杆在水平外力作用下以速度v0向右做匀速直线运动,此时金属杆内自由电子沿杆定向移动的速率为u0。设金属杆内做定向移动的自由电子总量保持不变,金属杆始终与导轨垂直且接触良好,除了电阻R以外不计其它电阻。
(1)求金属杆中的电流和水平外力的功率;
(2)某时刻撤去外力,经过一段时间,自由电子沿金属杆定向移动的速率变为,求:
(i)这段时间内电阻R上产生的焦耳热;
(ii)这段时间内一直在金属杆内的自由电子沿杆定向移动的距离。
二、机械能及其守恒定律
5.某自动包装系统的部分结构简化后如图所示,足够长的传送带固定在竖直平面内,半径为,圆心角的圆弧轨道与平台平滑连接,平台与顺时针匀速转动的水平传送带平滑连接,工件A从圆弧顶点无初速度下滑,在平台上滑入静止的空箱B并与其瞬间粘连成一个整体,随后一起滑上传送带,与传送带共速后进入下一道工序。已知工件A质量为,空箱B的质量为,A、B及粘连成的整体均可视为质点,整体与传送带间的动摩擦因数恒定,在传送带上运动的过程中因摩擦产生的热量,忽略轨道及平台的摩擦,,重力加速度。求:
(1)工件A滑到圆弧轨道最低点时受到的支持力;
(2)工件A与空箱B在整个碰撞过程中损失的机械能;
(3)传送带的速度大小。
6.某游乐项目装置简化如图,A为固定在地面上的光滑圆弧形滑梯,半径,滑梯顶点a与滑梯末端b的高度,静止在光滑水平面上的滑板B,紧靠滑梯的末端,并与其水平相切,滑板质量,一质量为的游客,从a点由静止开始下滑,在b点滑上滑板,当滑板右端运动到与其上表面等高平台的边缘时,游客恰好滑上平台,并在平台上滑行停下。游客视为质点,其与滑板及平台表面之间的动摩擦系数均为,忽略空气阻力,重力加速度,求:
(1)游客滑到b点时对滑梯的压力的大小;
(2)滑板的长度L
三、气体、固体和液体
7.如图,竖直放置的汽缸内有一横截面积的活塞,活塞质量忽略不计,活塞与汽缸无摩擦且密封良好。若活塞保持静止,气缸内密封一定质量的理想气体,气体温度,气体体积。设大气压强,重力加速度 。
(1)若加热气体,使活塞缓慢上升,当气体体积变为,求气体温度;
(2)若往活塞上轻放质量为的重物,且活塞下降过程中气体温度T0不变,求稳定后的气体体积。
8.某饮料瓶内密封一定质量理想气体,时,压强。
(1)时,气压是多大?
(2)保持温度不变,挤压气体,使之压强与(1)时相同时,气体体积为原来的多少倍?
9.足够长的玻璃管水平放置,用长的水银封闭一段长为的空气柱(空气视为理想气体),大气压强为,环境温度为,将玻璃管缓慢顺时针旋转到竖直,则:
①空气柱是吸热还是放热
②空气柱长度变为多少
③当气体温度变为时,空气柱长度又是多少?
四、抛体运动
10.如图所示,风洞实验室可以产生竖直向上的恒定风力。在风洞中O点将一个质量为m=1kg的小球以初速度v0=4m/s水平向右抛出,一段时间后小球经过右上方的P点。已知OP=5m,OP与水平方向的夹角为θ=37°,sin37°=0.6,重力加速度g取10m/s2。求:
(1)小球到P点时的速度大小;
(2)小球从O到P的过程中恒定风力的冲量大小;
(3)小球从O到P的过程中到OP的最远距离。
五、磁场
11.如图所示,U形金属杆上边长为,质量为,下端插入导电液体中,导电液体连接电源,金属杆所在空间有垂直纸面向里的匀强磁场。
(1)若插入导电液体部分深,闭合电键后,金属杆飞起后,其下端离液面高度,设杆中电流不变,求金属杆离开液面时的速度大小和金属杆中的电流有多大;
(2)若金属杆下端刚与导电液体接触,改变电动势的大小,通电后金属杆跳起高度,通电时间,求通过金属杆截面的电荷量。
12.如图,在xOy坐标系中有三个区域,圆形区域Ⅰ分别与x轴和y轴相切于P点和S点。半圆形区域Ⅱ的半径是区域Ⅰ半径的2倍。区域Ⅰ、Ⅱ的圆心连线与x轴平行,半圆与圆相切于Q点,QF垂直于x轴,半圆的直径MN所在的直线右侧为区域Ⅲ。区域Ⅰ、Ⅱ分别有磁感应强度大小为B、的匀强磁场,磁场方向均垂直纸面向外。区域Ⅰ下方有一粒子源和加速电场组成的发射器,可将质量为m、电荷量为q的粒子由电场加速到。改变发射器的位置,使带电粒子在OF范围内都沿着y轴正方向以相同的速度沿纸面射入区域Ⅰ。已知某粒子从P点射入区域Ⅰ,并从Q点射入区域Ⅱ(不计粒子的重力和粒子之间的影响)
(1)求加速电场两板间的电压U和区域Ⅰ的半径R;
(2)在能射入区域Ⅲ的粒子中,某粒子在区域Ⅱ中运动的时间最短,求该粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中运动的总时间t;
(3)在区域Ⅲ加入匀强磁场和匀强电场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,电场强度的大小,方向沿x轴正方向。此后,粒子源中某粒子经区域Ⅰ、Ⅱ射入区域Ⅲ,进入区域Ⅲ时速度方向与y轴负方向的夹角成74°角。当粒子动能最大时,求粒子的速度大小及所在的位置到y轴的距离。
六、恒定电流
13.虚接是常见的电路故障,如图所示,电热器A与电热器B并联。电路中的C处由于某种原因形成了虚接,造成了该处接触电阻0~240Ω之间不稳定变化,可等效为电阻,已知MN两端电压,A与B的电阻,求:
(1)MN间电阻R的变化范围;
(2)当,电热器B消耗的功率(保留3位有效数字)
七、全反射
14.某种透明材料做成的装置由一个半径为R的半球体与一个半径为R的圆柱体组成,过半球球心O的纵截面如图所示。一束单色激光平行于纸面以与直径DA夹角α=60°的方向射向球心O、在AB面恰好发生全反射,最后从BC面射出(不考虑二次反射)。
(1)作出光路图并求透明材料的折射率;
(2)求从BC面射出时光线折射角的正弦值。
八、牛顿运动定律
15.如图所示,有一固定的光滑圆弧轨道,半径,一质量为的小滑块B从轨道顶端滑下,在其冲上长木板C左端时,给木板一个与小滑块相同的初速度,已知,B、C间动摩擦因数,C与地面间的动摩擦因数,C右端有一个挡板,C长为。
求:
(1)滑到的底端时对的压力是多大?
(2)若未与右端挡板碰撞,当与地面保持相对静止时,间因摩擦产生的热量是多少?
(3)在时,B与C右端挡板发生碰撞,且碰后粘在一起,求从滑上到最终停止所用的时间。
九、动量及其守恒定律
16.如图,一长木板在光滑的水平面上以速度v0向右做匀速直线运动,将一小滑块无初速地轻放在木板最右端。已知滑块和木板的质量分别为m和2m,它们之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。
(1)滑块相对木板静止时,求它们的共同速度大小;
(2)某时刻木板速度是滑块的2倍,求此时滑块到木板最右端的距离;
(3)若滑块轻放在木板最右端的同时,给木板施加一水平向右的外力,使得木板保持匀速直线运动,直到滑块相对木板静止,求此过程中滑块的运动时间以及外力所做的功。
十、机械振动与机械波
17.一列沿x轴正方向传播的简谐横波,其波源的平衡位置在坐标原点,波源在0 ~ 4s内的振动图像如图(a)所示,已知波的传播速度为0.5m/s。
(1)求这列横波的波长;
(2)求波源在4s内通过的路程;
(3)在图(b)中画出t = 4s时刻的波形图。
十一、圆周运动
18.有一个角度可变的轨道,当倾角为时,A恰好匀速下滑,现将倾角调为,从高为h的地方从静止下滑,过一段时间无碰撞地进入光滑水平面,与B发生弹性正碰,B被一根绳子悬挂,与水平面接触但不挤压,碰后B恰好能做完整的圆周运动,已知A的质量是B质量的3倍,求:
①A与轨道间的动摩擦因数;
②A与B刚碰完B的速度大小;
③绳子的长度L。
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
《海南省高考物理二轮复习专项练习-06解答题能力提升训练》参考答案
1.(1),
(2)
(3)
【详解】(1)锁定水平导轨上的棒,闭合开关,棒静止在倾斜导轨上,导轨倾斜部分光滑,则棒只受重力、导轨给的支持力、安培力;根据平衡条件可得
又
解得通过棒的电流为
断开开关,同时解除棒的锁定,设当棒下滑距离为时速度为,棒开始运动,此时回路中的电流为,此时对cd棒有
棒切割磁场,产生电动势,
回路电流
对cd棒有
棒从解除锁定到开始运动过程中,导体棒、电阻相同,通过的电流相同,则棒产生的焦耳热与ab棒产生的焦耳热相等,整个过程根据能量守恒可得
联立解得棒产生的焦耳热为
(2)棒从解除锁定到开始运动过程中,棒受到的安培力向左,则cd棒向左运动,则cd棒切割磁场,端为高电势,故回路总电动势
电路中电流
对棒
对棒
有
当电流达到稳定时,两棒的速度差恒定,此时两棒的加速度相等,联立解得此时、棒的速度大小之差为
(3)分析可知从开始到时刻,两棒整体所受的合外力为零,故该过程系统动量守恒,设时刻ab棒的速度为,棒速度为0,可知
解得
设某时刻棒的加速度为0时,ab棒速度为,cd棒速度为,此时棒的加速度为零,可得①
其中
分析可知此时两导体棒产生的电动势方向相反,可得②
从时刻到棒的加速度为0时,对两棒分别根据动量定理有,
通过导体棒的电荷量
则可得,
两式相加得③
同时有 ④
联立①②③④可得从开始到cd棒加速度为0时刻,、的路程之差为
2.(1)
(2)
(3),
【详解】(1)根据动量守恒和能量守恒定律可得,
可得,
即金属杆a静止在区域边缘,金属杆b以v0进入区域I,以离开区域I,对金属杆b利用动能定理可得
电路中金属杆a与两定值电阻并联,然后与金属杆b串联,则回路产生的总焦耳热
电阻R产生的焦耳热
解得
(2)金属杆b从进入区域I到离开的过程中,通过金属杆b的电荷量,,
磁通量变化量
通过金属杆b的电荷量
(3)金属杆b在区域II内运动过程中有最大速度时有,,
联立可得
在金属杆b在区域II加速时间t内,由动量定理有
通过金属杆b的电荷量
联立得
3.①,方向向右;②;③
【详解】①当电流从M流向N时,由左手定则可判断安培力向右,故加速度方向向右。
根据牛顿第二定律有
代入数据可得
②
开关始终接a时,电流N到M,经过时间后电流变为M到N,再经时间速度减为零,前 s,则有
后s,则有
根据
联立解得
③若导体棒达到一定速度时开关接b,产生的感应电流大小恰为1A时,则有,
可知此刻的速度为
棒达到最大速度后开关接b由安培力能提供的加速度大小会比开关接a提供的加速度更大。故最短时间先接a一段时间,电流由N到M,再接到b端一段时间,再接到a端一段时间,电流由M到N,最后直到棒静止
第一段,则有,,
第二段,则有由动量定理
且
则有
第二段末的加速度与第三段相同,则第三段,,
又
解得 v'=1m/s,,
故
4.(1),;(2)(i),(ii)
【详解】(1)金属棒切割磁感线产生的感应电动势
E = Blv0
则金属杆中的电流
由题知,金属杆在水平外力作用下以速度v0向右做匀速直线运动则有
根据功率的计算公式有
(2)(i)设金属杆内单位体积的自由电子数为n,金属杆的横截面积为S,则金属杆在水平外力作用下以速度v0向右做匀速直线运动时的电流由微观表示为
解得
当电子沿金属杆定向移动的速率变为时,有
解得
v′ =
根据能量守恒定律有
解得
(ii)由(i)可知在这段时间内金属杆的速度由v0变到,设这段时间内一直在金属杆内的自由电子沿杆定向移动的距离为d,规定水平向右为正方向,则根据动量定理有
由于
解得
5.(1),方向竖直向上;
(2)
(3)或
【详解】(1)工件A从开始到滑到圆弧轨道最低点间,根据机械能守恒
解得
在最低点根据牛顿第二定律
解得,方向竖直向上;
(2)根据题意工件A滑入空箱B后粘连成一个整体,根据动量守恒
解得
故A与B整个碰撞过程中损失的机械能为
(3)第一种情况,当传送带速度小于时,AB粘连成的整体滑上传送带后先减速后匀速运动,设AB与传送带间的动摩擦因数为,对AB根据牛顿第二定律
设经过时间后AB与传送带共速,可得
该段时间内AB运动的位移为
传送带运动的位移为
故可得
联立解得,另一解大于舍去;
第二种情况,当传送带速度大于时,AB滑上传送带后先加速后匀速运动,设经过时间后AB与传送带共速,同理可得
该段时间内AB运动的位移为
传送带运动的位移为
故可得
解得,另一解小于舍去。
6.(1);(2)
【详解】(1)设游客滑到b点时速度为,从a到b过程,根据机械能守恒
解得
在b点根据牛顿第二定律
解得
根据牛顿第三定律得游客滑到b点时对滑梯的压力的大小为
(2)设游客恰好滑上平台时的速度为,在平台上运动过程由动能定理得
解得
根据题意当滑板右端运动到与其上表面等高平台的边缘时,游客恰好滑上平台,可知该过程游客一直做减速运动,滑板一直做加速运动,设加速度大小分别为和,得
根据运动学规律对游客
解得
该段时间内游客的位移为
滑板的位移为
根据位移关系得滑板的长度为
7.(1)
(2)
【详解】(1)活塞缓慢上升过程中,气体做等压变化,根据盖-吕萨克定律
代入数值解得
(2)设稳定后气体的压强为,根据平衡条件有
分析可知初始状态时气体压强与大气压相等为,整个过程根据玻意耳定律
联立解得
8.(1);(2)0.97
【详解】(1)瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为
,
温度变化过程中体积不变,故由查理定律有
解得
(2)保持温度不变,挤压气体,等温变化过程,由玻意耳定律有
解得
9.①放热;②;③
【详解】①②以封闭气体为研究对象,气体做等温变化,设玻璃管横截面积为,玻璃管水平时
玻璃管竖起来后
根据
解得
气体体积减小,外界对气体做功,但其温度不变,内能不变,根据热力学第一定律可知气体向外放热;
③空气柱长度为;由等压变化得
其中
解得
10.(1)
(2)16N s
(3)0.6m
【详解】(1)根据题意可知小球做类平抛运动,设经过时间t运动到P点,则
水平向右做匀速直线运动,则
代入数据得
竖直向上做初速度为零的匀加速直线运动
代入数据得
到P点时竖直方向的速度
小球在P点时的速度
(2)设恒定风力为F,竖直方向根据牛顿第二定律得
代入数据得
小球从O到P的过程中恒定风力的冲量
(3)小球的运动可以分解为沿OP方向和垂直OP方向,如图所示
垂直OP方向的初速度
垂直OP方向的加速度
设垂直OP方向的速度减为0时的位移为x,则
小球从O到P的过程中离OP的最远距离0.6m。
11.(1),4.17A;(2)0.085C
【详解】(1)对金属杆,跳起的高度为,竖直上抛运动由运动学关系式
解得
通电过程金属杆收到的安培力大小为
由动能定理得
解得
(2)对金属杆,通电时间,由动量定理有
由运动学公式
通过金属杆截面的电荷量
联立解得
12.(1),;(2);(3),
【详解】(1)根据动能定理得
解得
粒子进入区域I做匀速圆周运动,根据题意某粒子从P点射入区域Ⅰ,并从Q点射入区域Ⅱ,故可知此时粒子的运动轨迹半径与区域Ⅰ的半径R相等,粒子在磁场中运动洛伦兹力提供向心力
解得
(2)带电粒子在OF范围内都沿着y轴正方向以相同的速度沿纸面射入区域Ⅰ,由(1)可得,粒子的在磁场中做匀速圆周运动,轨迹半径均为R,因为在区域Ⅰ中的磁场半径和轨迹半径相等,粒子射入点、区域Ⅰ圆心O1、轨迹圆心O'、粒子出射点四点构成一个菱形,有几何关系可得,区域Ⅰ圆心O1和粒子出射点连线平行于粒子射入点与轨迹圆心O'连线,则区域Ⅰ圆心O1和粒子出射点水平,根据磁聚焦原理可知粒子都从Q点射出,粒子射入区域II,仍做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力
解得
如图,要使粒子在区域Ⅱ中运动的时间最短,轨迹所对应的圆心角最小,可知在区域Ⅱ中运动的圆弧所对的弦长最短,即此时最短弦长为区域Ⅱ的磁场圆半径,根据几何知识可得此时在区域Ⅱ和区域Ⅰ中运动的轨迹所对应的圆心角都为,粒子在两区域磁场中运动周期分别为
故可得该粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中运动的总时间为
(3)如图,将速度分解为沿y轴正方向的速度及速度,因为可得,故可知沿y轴正方向的速度产生的洛伦兹力与电场力平衡,粒子同时受到另一方向的洛伦兹力,故粒子沿y正方向做旋进运动,根据角度可知
故当方向为竖直向上时此时粒子速度最大,即最大速度为
圆周运动半径
根据几何关系可知此时所在的位置到y轴的距离为
13.(1);(2)
【详解】(1)根据电路可知当时MN间电阻R的阻值最小,为
当时MN间电阻R的阻值最大,为
故MN间电阻R的变化范围为
(2)当,通过电热器B的电流为
此时电热器B消耗的功率为
解得
14.(1)
(2)
【详解】(1)根据题意作出光路图
根据几何关系可知
根据全反射临界角公式有
解得
(2)由几何关系可知
所以光从BC射出,根据折射定律有
解得
15.(1)30N;(2)1.6J;(3)
【详解】(1)滑块下滑到轨道底部,有
解得
在底部,根据牛顿第二定律
解得
由牛顿第三定律可知B对A的压力是。
(2)当B滑上C后,对B分析,受摩擦力向左,根据牛顿第二定律得
解得加速度向左为
对C分析,受B向右的摩擦力和地面向左的摩擦力
根据牛顿第二定律
解得其加速度向左为
由运动学位移与速度关系公式,得B向右运动的距离
C向右运动距离
由功能关系可知,B、C间摩擦产生的热量
可得
(3)由上问可知,若B还末与C上挡板碰撞,C先停下,用时为,有
解得
B的位移为
则此刻的相对位移为
此时
由,一定是C停下之后,B才与C上挡板碰撞。设再经时间B与C挡板碰撞,有
解得
碰撞时B速度为
碰撞时由动量守恒可得
解得碰撞后B、C速度为
之后二者一起减速,根据牛顿第二定律得
后再经后停下,则有
故从滑上到最终停止所用的时间总时间
16.(1)v共 = ;(2)x = ;(3)t = ,W = mv02
【详解】(1)由于地面光滑,则木板与滑块组成的系统动量守恒,有
2mv0 = 3mv共
解得
v共 =
(2)由于木板速度是滑块的2倍,则有
v木 = 2v滑
再根据动量守恒定律有
2mv0 = 2mv木 + mv滑
联立化简得
v滑 = v0,v木 = v0
再根据功能关系有
- μmgx = × 2mv木2 + mv滑2 - × 2mv02
经过计算得
x =
(3)由于木板保持匀速直线运动,则有
F = μmg
对滑块进行受力分析,并根据牛顿第二定律有
a滑 = μg
滑块相对木板静止时有
v0 = a滑t
解得
t =
则整个过程中木板滑动的距离为
x′ = v0t =
则拉力所做的功为
W = Fx′ = mv02
17.(1)λ = 2m;(2)s = 16cm;(3)
【详解】(1)由题知图(a)为波源的振动图像,则可知
A = 4cm,T = 4s
由于波的传播速度为0.5m/s,根据波长与速度关系有
λ = vT = 2m
(2)由(1)可知波源的振动周期为4s,则4s内波源通过的路程为
s = 4A = 16cm
(3)由题图可知在t = 0时波源的起振方向向上,由于波速为0.5m/s,则在4s时根据
x = vt = 2m
可知该波刚好传到位置为2m的质点,且波源刚好回到平衡位置,且该波沿正方向传播,则根据“上坡、下坡”法可绘制出t = 4s时刻的波形图如下图所示
18.①;②;③0.6h
【详解】①倾角为时匀速运动,根据平衡条件有
得
②③A从高为h的地方滑下后速度为,根据动能定理有
A与B碰撞后速度分别为和,根据动量守恒、能量守恒有
B到达最高点速度为,根据牛顿第二定律有
根据能量守恒有
解得
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页