2019-2020学年高一下学期第五单元训练卷
物 理 (一)
注意事项:
1.答题前,先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上,并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答:每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答:用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4.考试结束后,请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项是符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.如图所示,降落伞在匀速下降过程中遇到水平方向吹来的风,若风速越大,则降落伞( )
A.下落的时间越短 B.下落的时间越长
C.落地时速度越小 D.落地的时间不变
2.如图所示,小物块A与水平圆盘保持相对静止,跟着圆盘一起做匀速圆周运动,下列关于A的受力情况说法正确的是( )
A.受重力、支持力
B.受重力、支持力和指向圆心的摩擦力
C.受重力、支持力、与运动方向相同的摩擦力和向心力
D.受重力、支持力、与运动方向相反的摩擦力和向心力
3.如图所示,跷跷板上的A、B两点的角速度分别为ωA和ωB,线速度大小分别为vA和vB,则( )
A.ωA<ωB,vAB.ωA=ωB,vA=vB
C.ωA=ωB,vA>vB
D.ωA>ωB,vA>vB
4.在抗洪抢险中,战士驾驶摩托艇救人。假设江岸是平直的,洪水沿江向下游流去,水流速度为v1,摩托艇在静水中的航速为v2,战士救人的地点A离岸边最近处O的距离为d。如果战士想在最短时间内将人送上岸,则摩托艇登陆的地点离O点的距离为( )
A. B.0 C. D.
5.有一种玩具的结构如图所示,竖直放置的光滑圆铁环的半径R=20 cm,环上有一个质量为m的穿孔的小球,仅能沿环做无摩擦滑动。如果圆环绕着通过环心的竖直轴O1O2以10 rad/s的角速度旋转(g取10 m/s2),则小球相对环静止时和环心O的连线与O1O2的夹角θ可能是( )
A.30° B.45° C.60° D.75°
6.距地面高5 m的水平直轨道上A、B两点相距2 m,在B点用细线悬挂一小球,离地高度为h,如图所示。小车始终以4 m/s的速度沿轨道匀速运动,经过A点时将随车携带的小球由轨道高度自由卸下,小车运动至B点时细线被轧断,最后两球同时落地。不计空气阻力,取重力加速度的大小g=10 m/s2。可求得h等于( )
A.1.25 m B.2.25 m C.3.75 m D.4.75 m
7.如图所示,高为h=1.25 m的平台上,覆盖着一层薄冰。现有一质量为60 kg的滑雪爱好者,以一定的初速度v向平台边缘滑去,着地时的速度方向与水平地面的夹角为45°(重力加速度g取10 m/s2)。由此可知以下判断正确的是( )
A.滑雪者离开平台边缘时的速度大小是5.0 m/s
B.滑雪者着地点到平台边缘的水平距离是2.5 m
C.滑雪者在空中运动的时间为0.5 s
D.着地时滑雪者的瞬时速度为5 m/s
8.铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的。弯道处要求外轨比内轨高,其内外轨高度差h的设计不仅与r有关,还与火车在弯道上的行驶速率v有关。则( )
A.v一定时,r越小则要求h越大
B.v一定时,r越大则要求h越大
C.r一定时,v越小则要求h越大
D.r一定时,v越大则要求h越大
9.如图所示,在高H=10 m处将小球A以v1=20 m/s的速度水平抛出,与此同时地面上有个小球B以v2=10 m/s的速度竖直上抛,两球在空中相遇,不计空气阻力,取g =10 m/s2,则( )
A.从它们抛出到相遇所需的时间是0.5 s
B.从它们抛出到相遇所需的时间是1 s
C.两球抛出时的水平距离为5 m
D.两球抛出时的水平距离为20 m
10.横截面为直角三角形的两个斜面如图紧靠在一起,固定在水平面上,两个三角形全等,且竖直边长是底边长的一半。小球从左边斜面的顶点以不同的初速度向右平抛,最后落在斜面上,其中三次的落点分别是a、b、c,则( )
A.落在a点的小球飞行时间最长
B.落在c点的小球抛出时的初速度最小
C.无论小球抛出时初速度多大,落到两个斜面上时都不可能与斜面垂直碰撞
D.落在b点的小球飞行过程中速度变化最快
二、实验题(本题共2小题,每小题8分,共16分)
11.在做“研究平抛运动”的实验中,为了确定小球在不同时刻在空中所通过的位置,实验时用了如图所示的装置。
先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A;将木板向远离槽口的方向平移距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞在木板上得到痕迹B;将木板再向远离槽口的方向平移距离x,小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,再得到痕迹C。
若测得木板每次移动距离x=10.00 cm,A、B间距离y1=5.02 cm,B、C间距离y2=14.82 cm。请回答以下问题(g=9.80 m/s2)
(1)为什么每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放?
________________________________________________________________________。
(2)根据以上直接测量的物理量来求得小球初速度的表达式为v0=______________。(用题中所给字母表示)
(3)小球初速度的值为v0=________m/s。
12.某同学在做“研究平抛物体的运动”的实验时,让小球多次从斜槽上滚下,在坐标纸上依次记下小球的位置如图所示(O为小球的抛出点)。
(1)在图中描出小球的运动轨迹。
(2)从图中可看出,某一点的位置有明显的错误,其产生的原因可能是该次实验中,小球从斜槽上滚下时的初始位置比其他几次偏________(选填“高”或“低”)。
(3)某同学从图象中测得的三组数据如表所示,则此小球做平抛运动的初速度v0=________m/s。
x/cm
10.00
20.00
30.00
y/cm
5.00
20.00
45.00
三、计算题(本题共4小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须写出数值和单位)
13.(8分)如图所示,光滑水平桌面上的O处有一光滑的圆孔,一根轻绳一端系一质量为m的小球,另一端穿过小孔拴一质量为M的木块。当m以某一角速度在桌面上做匀速圆周运动时,木块M恰能静止不动,这时小球做圆周运动的半径为r,求此时小球做匀速圆周运动的角速度。
14.(10分)在雪灾中,有的灾区救援物资只能靠飞机空投。如图所示,一架装载救援物资的飞机,在距水平地面h=500 m的高处以v=100 m/s的水平速度飞行。地面上A、B两点间的距离x=100 m,飞机在离A点的水平距离x0=950 m时投放救援物资,不计空气阻力(g取10 m/s2)。求:
(1)救援物资从离开飞机到落到地面所经历的时间;
(2)通过计算说明,救援物资能否落在A、B区域内?
15.(13分)如图所示,一辆质量为4 t的汽车匀速经过一半径为50 m的凸形桥。(g=10 m/s2)
(1)汽车若能安全驶过此桥,它的速度范围为多少?
(2)若汽车经最高点时对桥的压力等于它重力的一半,求此时汽车的速度多大?
16.(13分)如图所示,已知绳长为L=20 cm,水平杆L′=0.1 m,小球质量m=0.3 kg,整个装置可绕竖直轴转动,问:
(1)要使绳子与竖直方向成45°角,该装置必须以多大的角速度转动才行?
(2)此时绳子的张力为多少?
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物 理(一)答 案
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项是符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.D
由可知下落时间与风速无关,下落时间不变,故A、B错误,D正确;由合速度可知风速越大,水平方向速度越大,落地时的速度越大,故C错误。
2.B
物块A随圆盘一起做匀速圆周运动,受重力、支持力和指向圆心的静摩擦力,重力和支持力平衡,靠静摩擦力提供向心力,故选B。
3.C
A、B两点为同轴转动,故角速度相同ωA=ωB,因为 根据可知vA>vB,故C正确,ABD错误。
4. C
如图所示,战士想在最短时间上岸,船头需垂直河岸行驶,即v2的方向,由几何关系可知=,所以,x=。
5.C
小球受重力G与圆环的支持力FN,两力的合力提供向心力。根据牛顿第二定律有mgtan θ=mω2r,r=Rsin θ,即cos θ===,得θ=60°。
6. A.1.25 m B.2.25 m C.3.75 m D.4.75 m
A
经过A点,将球自由卸下后,A球做平抛运动,则有H=gt12,解得t1=1s,小车从A点运动到B点的时间t2=xAB/v=0.5s,因为两球同时落地,则细线被轧断后B处小球做自由落体运动的时间为t3=t1-t2=0.5s,则h=gt32=1.25m,故选A。
7.ABC
由h=1.25 m得着地时v⊥==5 m/s,由速度与竖直方向夹角为45°可知,水平初速度v0=v⊥=5 m/s,则水平位移x=v0t=v0=2.5 m,在空中运动的时间t==0.5 s,落地时的瞬时速度v==5 m/s。
8.AD
设轨道平面与水平方向的夹角为θ,由mgtan θ=m,得tan θ=。可见v一定时,r越大,tan θ越小,内外轨的高度差h越小,故选项A正确,B错误;当r一定时,v越大,tan θ越大,内外轨的高度差越大,故C错误,D正确。
9.BD
两球相遇时有,解得t=1 s,故A错误,B正确;两球抛出时的水平距离,故C错误,D正确。
10.AC
根据平抛运动规律,下落高度决定飞行时间,所以落点在a点的小球飞行时间最长,选项A正确;由v0=,t=,落在c点小球水平位移最大,运动时间最短,则抛出的初速度最大,选项B错误;因为平抛运动可等效为从水平位移中点处做直线运动,故小球不可能垂直落到左边的斜面上;如图所示,假设小球落在右边斜面处的速度与斜面垂直,则tanθ==,因x=v0t,y=vyt=v0t,则需x=y,由于两斜面的竖直边是底边长的一半,故小球不可能垂直落在右边的斜面上,选项C正确;由于三个小球均为平抛运动,速度变化快慢相等,都是重力加速度,选项D错误。
二、实验题(本题共2小题,每小题8分,共16分)
11.(1)为了保证小球每次做平抛运动的初速度相同 (2)x (3)1.00
(1)每次从斜槽上紧靠挡板处由静止释放小球,是为了使小球离开斜槽末端时有相同的初速度。
(2)根据平抛运动在水平方向上为匀速直线运动,则小球从A到B和从B到C运动时间相等,设为T;竖直方向由匀变速直线运动推论有y2-y1=gT2,且v0T=x。解以上两式得:v0=x。
(3)代入数据解得v0=1.00 m/s。
12.(1)见解析图 (2)低 (3)1.0
(1)如图所示。
(2)从轨迹上可以看出,第四个点偏离到轨迹左侧,与轨迹上同一高度的点比较,在下落相同高度时,水平位移偏小,说明平抛运动的初速度偏小,即小球从斜槽上滚下时的初始位置比其他几次偏低。
(3)根据x=v0t,y=gt2可得v0=x,代入其中一组数据可得v0=1.0 m/s。
三、计算题(本题共4小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须写出数值和单位)
13.(8分)
m受重力、支持力、轻绳拉力的共同作用,而重力与支持力平衡,所以轻绳拉力F充当向心力,即F=mrω2。
木块M静止,所以轻绳拉力F=Mg,即Mg=mrω2
所以ω=。
14.(10分)
(1)救援物资离开飞机后以初速度v做平抛运动,由h=gt2
得下落时间t== s=10 s。
(2)在这10 s内物资在水平方向通过的距离x1=vt=100×10 m=1 000 m
大于x0小于x0+x,故救援物资能落在A、B区域内。
15.(13分)
(1)汽车经最高点时受到桥面对它的支持力FN,设汽车的行驶速度为v。
则mg-FN=m
当FN=0时,v=
此时汽车从最高点开始离开桥面做平抛运动,汽车不再安全,故汽车过桥的安全速度
v<= m/s=22.4 m/s。
(2)设汽车对桥的压力为mg时汽车的速度为v′,则
mg-mg=m
v′==15.8 m/s。
16.(13分)
小球绕杆做圆周运动,其轨道平面在水平面内,轨道半径r=L′+Lsin 45°,绳的拉力与重力的合力提供小球做圆周运动的向心力。对小球受力分析如图所示,设绳对小球的拉力为F,重力为mg,则绳的拉力与重力的合力提供小球做圆周运动的向心力。
对小球由牛顿第二定律可得
mgtan 45°=mω2r
r=L′+Lsin 45°
联立以上两式,将数值代入可得:ω=6.4 rad/s
F==4.16 N。
2019-2020学年高一下学期第五单元训练卷
物 理 (二)
注意事项:
1.答题前,先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上,并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答:每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答:用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4.考试结束后,请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项是符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.一个质点受到两个互成锐角的力F1和F2的作用,由静止开始运动,若运动中保持两个力的方向不变,但F1突然增大ΔF,则质点此后(? ? )
A.有可能做匀速圆周运动 B.一定做匀变速直线运动
C.可能做变加速曲线运动 D.在相等时间内速度变化一定相等
2.一船在静水中的速度是10 m/s,要渡过宽为240 m、水流速度为8 m/s的河流,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6。则下列说法中正确的是(? ? )
A.此船过河的最短时间是30 s
B.船垂直到达正对岸的实际航行速度是6 m/s
C.船头的指向与上游河岸的夹角为53°船可以垂直到达正对岸
D.此船不可能垂直到达正对岸
3.如图所示,有两条位于同一竖直平面内的水平轨道,轨道上有两个物体A和B,它们通过一根绕过定滑轮O的不可伸长的轻绳相连接,物体A以速率vA=10 m/s匀速运动,在绳与轨道成30°角时,物体B的速度大小vB为( )
A.5 m/s B. m/s
C.20 m/s D. m/s
4.质量为2 kg的质点在xOy平面上做曲线运动,在x方向的速度图象和y方向的位移图象如图所示,下列说法正确的是(? ? )
A.质点所受的合外力为3 N
B.质点的初速度为3 m/s
C.质点初速度的方向与合外力方向垂直
D.2 s末质点速度大小为6 m/s
5.羽毛球运动员林丹曾在某综艺节目中表演羽毛球定点击鼓,如图是他表演时的羽毛球场地示意图。图中甲、乙两鼓等高,丙、丁两鼓较低但也等高。若林丹各次发球时羽毛球飞出位置不变且均做平抛运动,则(? ? )
A.击中甲、乙的两球初速度v甲=v乙
B.击中甲、乙的两球初速度v甲>v乙
C.假设某次发球能够击中甲鼓,用相同速度发球可能击中丁鼓
D.击中四鼓的羽毛球中,击中丙鼓的初速度最大
6.冬奥会上的花样滑冰赛场,运动员高超优美的滑姿让观众们大饱眼福。如图为男运动员以一只脚为支点,手拉女队员保持如图所示姿式原地旋转,此时女队员脚与手臂上A、B两点角速度大小分别为ωA、ωB,线速度大小分别为vA、vB,向心加速度大小aA、aB,向心力大小分别为FA、FB,则(? ? )
A.ωA < ωB B.vA > vB C.aA < aB D.FA >FB
7.一质量为2.0×103 kg的汽车在水平公路上行驶,路面对轮胎的径向最大静摩擦力为1.4×104 N,当汽车经过半径为80 m的弯道时,下列判断正确的是(? ? )
A.汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力
B.汽车转弯的速度为20 m/s时所需的向心力为1.4×104 N
C.汽车转弯的速度为20 m/s时汽车不会发生侧滑
D.汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0 m/s2
8.如图所示,从某高度水平抛出一小球,经过时间t到达一竖直墙面时,速度与竖直方向的夹角为θ,不计空气阻力,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.小球水平抛出时的初速度大小为gttan θ
B.小球在t时间内的位移方向与水平方向的夹角为
C.若小球初速度增大,则平抛运动的时间变短
D.若小球初速度增大,则tan θ减小
9.如图所示,某同学用硬塑料管和一个质量为m的铁质螺丝帽研究匀速圆周运动,将螺丝帽套在塑料管上,手握塑料管使其保持竖直并在水平方向做半径为r的匀速圆周运动,则只要运动角速度合适,螺丝帽恰好不下滑,假设螺丝帽与塑料管间的动摩擦因数为μ,认为最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力。则在该同学手转塑料管使螺丝帽恰好不下滑时,下列分析正确的是(? ? )
A.螺丝帽的重力与其受到的最大静摩擦力平衡
B.螺丝帽受到塑料管的弹力方向水平向外,背离圆心
C.此时手转动塑料管的角速度
D.若塑料管的转动加快,螺丝帽有可能相对塑料管发生运动
10.如图甲所示,小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动。当小球运动到圆形管道的最高点时,管道对小球的弹力与最高点时的速度平方的关系如图乙所示(取竖直向下为正方向)。MN为通过圆心的一条水平线。不计小球半径、管道的粗细,重力加速度为g。则下列说法中正确的是(? ? )
A.管道的半径为
B.小球的质量为
C.小球在MN以下的管道中运动时,内侧管壁对小球可能有作用力
D.小球在MN以上的管道中运动时,外侧管壁对小球一定有作用力
二、填空题(本题共2个小题,每小题8分,共16分)
11.利用单摆验证小球平抛运动的规律,设计方案如图所示,在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断;MN为水平木板,已知悬线长为L,悬点到木板的距离OO′=h(h>L)。
(1)电热丝P必须放在悬点正下方的理由是:_____________________________________。
(2)将小球向左拉起后自由释放,最后小球落到木板上的C点,O′C=x,则小球做平抛运动的初速度为v0为________。
12.在“探究平抛运动规律”的实验中,可以描绘出小球平抛运动的轨迹,实验简要步骤如下:
A.让小球多次从斜槽上的________位置滚下,在一张印有小方格的纸上记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置,如图中所示的a、b、c、d;
B.按图所示安装好器材,注意斜槽末端____________,记下平抛初位置O点和过O点的竖直线;
C.取下白纸以O为原点,以竖直线为y轴建立平面直角坐标系,用平滑曲线画出小球做平抛运动的轨迹。
(1)完成上述步骤,将正确的答案填在横线上。
(2)上述实验步骤的合理顺序是____________。
(3)已知图中小方格的边长l=2.5 cm,则小球平抛的初速度为v0=______ m/s,小球在b点的速率为______m/s。(取g=10 m/s2)
三、计算题(本题共4小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须写出数值和单位)
13.(8分)如图所示,半径为R,内径很小的光滑半圆管竖直放置。两个质量均为m的小球a、b以不同的速度进入管内,a通过最高点A时,对管壁上部的压力为3mg,b通过最高点A时,对管壁下部的压力为0.75mg,求a、b两球落地点间的距离。
14.(10分)如图所示,在距地面高为H=45 m处,有一小球A以初速度v0=10 m/s水平抛出。与此同时,在A的正下方有一物块B也以相同的初速度v0同方向滑出,B与地面间的动摩擦因数μ=0.5,A、B均可看成质点,g取10 m/s2,空气阻力不计。求:
(1)A球的水平射程;
(2)A球落地时,A、B之间的距离。
15.(12分)如图所示,在光滑的圆锥顶用长为L的细线悬挂一质量为m的小球,圆锥的顶角为2θ,当圆锥和球一起以角速度ω匀速转动时,球压紧锥面,此时细线的张力是多少?若要使小球离开锥面,则小球的角速度至少为多少?
16.(14分)如图所示,距地面高h1=1.25 m的水平传送带,两轮轮心间距为L1=10 m,以v0=4 m/s的速度顺时针运动。在距传送带右侧x=2 m处的地面上,有一高h2=0.45 m、长L2=1 m的接收槽,两侧竖直、底面松软。一质量m=1 kg的小物块轻放在传送带的左端,从右端沿水平方向离开传送带。物块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,不计接收槽侧壁的厚度,重力加速度大小g=10 m/s2。
(1)求小物块从传送带左端运动到右端的时间;
(2)为使小物块落入接收槽且不碰到槽侧壁,传送带的速度应调整为多少?
2019-2020学年高一下学期第五单元训练卷
物 理(二)答 案
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项是符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.D
2.B
合运动和分运动之间具有等时性,所以当船速垂直河岸时用时最少:;故A错误;因为,则船头指向斜上游方向,可以使河岸方向的速度为零,合速度垂直河岸从而垂直过河,设船头的指向与上游河岸的夹角为θ,有;可得,即,故C、D均错误;垂直过河时,,故B正确。
3.D
物体B的运动可分解为沿绳BO方向靠近定滑轮O使绳BO段缩短的运动和绕定滑轮(方向与绳BO垂直)的运动,故可把物体B的速度分解为如图所示的两个分速度,由图可知vB∥=vBcos α,由于绳不可伸长,所以绳OA段伸长的速度等于绳BO段缩短的速度,所以有vB∥=vA,故vA=vBcos α,所以vB== m/s,选项D正确。
4.A
当t=0时通过速度图线可以看出x轴方向的分速度为3m/s,在y轴上,通过位移图线可以看出在y轴方向的分运动为匀速直线运动,速度为vy=4 m/s,因此质点的初速度为5 m/s,大于3m/s,故B错误;y轴上匀速运动,所受合力为零,在x轴加速度为1.5m/s2,由牛顿第二定律可知x轴所受合力为3N,物体所受合外力为3N,故A正确;质点初速度方向与x轴成锐角,与合外力方向不垂直,故C错误;在2s末x轴分速度为6 m/s,y轴分速度为4 m/s,合速度大于6m/s,故D错误。
5.B
由图可知中,甲、乙高度相同,所以球到达鼓用时相同,但由于离林丹的水平距离不同,甲的水平距离较远,所以由v=x/t可知,击中甲、乙的两球初速度v甲>v乙;故A错误,B正确;由图可知,甲、丁两球不在同一直线上,所以用相同速度发球不可能到达丁鼓,故C错误;由于丁与丙高度相同,但由图可知,丁离林丹的水平距离最大,所以丁的初速度一定大于丙的初速度,故D错误。
6.B
A、B两点同轴转动,角速度相同,故,A错误;因为,根据可知,B正确;因为,根据可知,C错误;女队员脚与手臂上A、B两点质量关系不知道,无法判断向心力的大小,D错误。
7.CD
汽车转弯时受到重力,地面的支持力,以及地面给的摩擦力,其中摩擦力充当向心力,A错误;当最大静摩擦力充当向心力时,速度为临界速度,大于这个速度则发生侧滑,根据牛顿第二定律可得,解得,所以汽车转弯的速度为20m/s时,所需的向心力小于1.4×104N,汽车不会发生侧滑,B错误,C正确;汽车能安全转弯的向心加速度,即汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0m/s2,D正确。
8.AC
小球到达竖直墙面时沿竖直方向和水平方向上的分速度大小分别为vy=gt,vx=vytanθ=gttanθ,所以水平抛出时的初速度为gttanθ,A项正确;设小球在t时间内的位移方向与水平方向的夹角为α,则tanα=,B项错误;由于小球到墙的距离一定,初速度增大,运动的时间变短,C项正确;若小球初速度增大,由小球到墙的时间变短,由tanθ=可知,tanθ增大,D项错误。
9.AC
螺丝帽受到竖直向下的重力、水平方向的弹力和竖直向上的最大静摩擦力,螺丝帽在竖直方向上没有加速度,根据牛顿第二定律得知,螺丝帽的重力与最大静摩擦力平衡,故A正确。螺丝帽做匀速圆周运动,由弹力提供向心力,所以弹力方向水平向里,指向圆心,故B错误。根据牛顿第二定律得:N=mω2r,fm=mg,又fm=μN,联立得到,故C正确。若杆的转动加快,角速度ω增大,螺丝帽受到的弹力N增大,最大静摩擦力增大,螺丝帽不可能相对杆发生运动,故D错误。
10.AB
由图可知:当 , 此时 解得: ,故A错;当 时,此时 ,所以 ,故B对;小球在水平线MN以下的管道中运动时,由于向心力的方向要指向圆心,则管壁必然要提供指向圆心的支持力,只有外壁才可以提供这个力,所以内侧管壁对小球没有力,故C错;小球在水平线MN以上的管道中运动时,重力沿径向的分量必然参与提供向心力,故可能是外侧管壁受力,也可能是内侧管壁对小球有作用力,还可能均无作用力,做D错。
二、填空题(本题共2个小题,每小题8分,共16分)
11.(1)见解析 (2)x
(1)使小球运动到悬点正下方时悬线被烧断,此时小球速度v0为水平方向,以保证小球做平抛运动。
(2)小球做平抛运动的下落高度H=h-L,满足h-L=gt2,x=v0t,由此得v0=x。
12.(1)同一 水平 (2)BAC (3)1.0 1.25
由表格可以看出,a、b、c、d四点水平方向之间的距离都是2个方格边长,所以它们相邻两点之间的时间间隔相等,根据Δybc-Δyab=gt2,得t==== s=0.05 s。平抛运动的初速度等于水平方向匀速运动的速度,即v0=== m/s=1.0 m/s,b点竖直方向的分速度vby== m/s=0.75 m/s,故b点的速率vb==1.25 m/s。
三、计算题(本题共4小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须写出数值和单位)
13.(8分)
两个小球在最高点时,受重力和管壁的作用力,这两个力的合力提供向心力,离开轨道后两球均做平抛运动,a、b两球落地点间的距离等于它们平抛运动的水平位移之差。
对a球:3mg+mg=m
对b球:mg-0.75mg=m
解得:va=,vb=
由平抛运动规律可得落地时它们的水平位移为:
sa=vat=va=4R
sb=vbt=vb=R
故a、b两球落地点间的距离为:sa-sb=3R。
14.(10分)
(1)A球抛出后做平抛运动,竖直方向有:H=
解得:t=3 s
A球从抛出到落地的水平位移:xA=v0t
解得:xA=30m
(2)物块B做匀减速直线运动:μmBg=mBa
解得:a=5 m/s2
物块B滑动的时间:t′==2s<3 s
在此期间B运动的距离:xB==10 m
所以A球落地时,A、B之间的距离:xAB=xA-xB=20 m。
15.(12分)
对小球进行受力分析,如图所示,在水平方向上,根据牛顿第二定律,有:
FTsinθ-FNcosθ=mω2r
在竖直方向上,根据平衡条件,有
FNsinθ+FTcosθ-mg=0
又r=Lsinθ
由以上几式可解得FT=mgcosθ+mω2Lsin2θ
当小球刚要离开锥面,即FN=0(临界条件)时,有
F′Tsinθ=mω′2r
F′Tcosθ-mg=0
解得ω′=
即小球的角速度至少为。
16.(14分)
(1)放上物块时,加速度
加速到4m/s,
位移
匀速运动的时间
所以小物块从传送带左端到右端的时间。
(2)物块若一直加速到右端有
得
若物块从接收槽左边缘进入:
解得,
若物块在接收槽右底角:
解得,。
所以为使小物块落入接收槽且不碰到槽侧壁,传送带的速度v应满足:5 m/s≤v≤6 m/s。