物理临界状态的假设解决物理试题的专项培优 易错 难题练习题(含答案)含详细答案
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物理 临界状态的假设解决物理试题的专项 培优易错试卷练习题含答案一、临界状态的假设解决物理试题1.如图甲所示,小车B 紧靠平台的边缘静止在光滑水平面上,物体A (可视为质点)以初速度v 0从光滑的平台水平滑到与平台等高的小车上,物体和小车的v -t 图像如图乙所示,取重力加速度g =10m /s 2,求:(1)物体A 与小车上表面间的动摩擦因数; (2)物体A 与小车B 的质量之比; (3)小车的最小长度。
【答案】(1)0.3;(2)13;(3)2m 【解析】 【分析】 【详解】(1)根据v t -图像可知,A 在小车上做减速运动,加速度的大小21241m /s 3m /s 1v a t ==∆-∆=若物体A 的质量为m 与小车上表面间的动摩擦因数为μ,则1mg ma μ=联立可得0.3μ=(2)设小车B 的质量为M ,加速度大小为2a ,根据牛顿第二定律2mg Ma μ=得13m M = (3)设小车的最小长度为L ,整个过程系统损失的动能,全部转化为内能22011()22mgL mv M m v μ=-+解得L=2m2.如图所示,C﹑D两水平带电平行金属板间的电压为U,A﹑B为一对竖直放置的带电平行金属板,B板上有一个小孔,小孔在C﹑D两板间的中心线上,一质量为m﹑带电量为+q的粒子(不计重力)在A板边缘的P点从静止开始运动,恰好从D板下边缘离开,离开时速度度大小为v0,则A﹑B两板间的电压为A.2v2m qUq-B.222mv qUq-C.2mv qUq-D.22mv qUq-【答案】A【解析】【分析】【详解】在AB两板间做直线加速,由动能定理得:2112ABqU mv=;而粒子在CD间做类平抛运动,从中心线进入恰好从D板下边缘离开,根据动能定理:220111222qUmv mv=-;联立两式可得:22ABmv qUUq-=;故选A.【点睛】根据题意分析清楚粒子运动过程是解题的前提与关键,应用动能定理、牛顿第二定律与运动学公式即可解题.3.如图所示,带电粒子(不计重力)以初速度v0从a点垂直于y轴进入匀强磁场,运动过程中经过b点,Oa=Ob。
高考物理临界状态的假设解决物理试题(大题培优易错试卷)附详细答案一、临界状态的假设解决物理试题1.一带电量为+q 、质量为m 的小球从倾角为θ的光滑的斜面上由静止开始下滑.斜面处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向如图所示,求小球在斜面上滑行的速度范围和滑行的最大距离.【答案】m gcosθ/Bq , m 2gcos 2θ/(2B 2q 2sinθ) 【解析】 【分析】 【详解】带正电小球从光滑斜面下滑过程中受到重力m g 、斜面的支持力N 和洛伦兹力f 的作用于小球下滑速度越来越大,所受的洛伦兹力越来越大,斜面的支持力越来越小,当支持力为零时,小球运动达到临界状态,此时小球的速度最大,在斜面上滑行的距离最大 故cos mg qvB θ= 解得:cos mg v qBθ=,为小球在斜面上运动的最大速度 此时小球移动距离为:22222cos 2(2sin )v m g s a B q θθ==.2.如图所示,圆心为O 、半径为r 的圆形区域外存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外,磁感应强度大小为B 。
P 是圆外一点,OP =3r ,一质量为m 、电荷量为q (q>0)的粒子从P 点在纸面内沿着与OP 成60°方向射出(不计重力),求: (1)若粒子运动轨迹经过圆心O ,求粒子运动速度的大小; (2)若要求粒子不能进入圆形区域,求粒子运动速度应满足的条件。
【答案】3Bqr ;(2)(332)v m ≤+或(332)v m ≥-【解析】【分析】 【详解】(1)设粒子在磁场中做圆周运动的半径为R ,圆心为O ',依图题意作出轨迹图如图所示:由几何知识可得:OO R '=()222(3)6sin OO R r rR θ'=+- 解得3R r =根据牛顿第二定律可得2v Bqv m R=解得3Bqrv m=(2)若速度较小,如图甲所示:根据余弦定理可得()22211196sin r R R r rR θ+=+-解得1332R =+若速度较大,如图乙所示:根据余弦定理可得()22222296sin R r R r rR θ-=+-解得2332R =-根据BqRv m=得1(332)v m =+,2(332)v m =-若要求粒子不能进入圆形区域,粒子运动速度应满足的条件是(332)v m ≤+或(332)v m≥-3.用一根细线一端系一小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥顶上,如图所示。
物理临界状态的假设解决物理试题的专项培优 易错 难题练习题(含答案)含详细答案一、临界状态的假设解决物理试题1.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.()1此时绳的张力是多少?()2若要小球离开锥面,则小球的角速度至少为多少?【答案】(1)()22cos sin T mg m l θωθ=+(2)cos gl ωθ= 【解析】(1)小球此时受到竖直向下的重力mg ,绳子的拉力T ,锥面对小球的支持力N ,三个力作用,合力充当向心力,即合力2sin F m l ωθ= 在水平方向上有,sin cos T N ma F ma θθ-==,, 在竖直方向上:cos sin T N mg θθ+= 联立四个式子可得()22cos sin T mg m l θωθ=+(2)重力和拉力完全充当向心力时,小球对锥面的压力为零, 故有向心力tan F mg θ=,2sin F m l ωθ=,联立可得cos gl ωθ=,即小球的角速度至少为cos gl ωθ=;2.中国已进入动车时代,在某轨道拐弯处,动车向右拐弯,左侧的路面比右侧的路面高一些,如图所示,动车的运动可看作是做半径为R 的圆周运动,设内外路面高度差为h ,路基的水平宽度为d ,路面的宽度为L ,已知重力加速度为g ,要使动车轮缘与内、外侧轨道无挤压,则动车拐弯时的速度应为( )A.gRhLB.gRhdC.2gRD.gRdh【答案】B【解析】【详解】把路基看做斜面,设其倾角为θ,如图所示当动车轮缘与内、外侧轨道无挤压时,动车在斜面上受到自身重力mg和斜面支持力N,二者的合力提供向心力,即指向水平方向,根据几何关系可得合力F=mg tanθ,合力提供向心力,根据牛顿第二定律,有mg tanθ=2 v mR计算得v=tangR ,根据路基的高和水平宽度得tanθ=h d带入解得v=gRhd,即动车拐弯时的速度为gRhd时,动车轮缘与内、外侧轨道无挤压,故B正确,ACD错误。
高考物理临界状态的假设解决物理试题(大题培优 易错 难题)及详细答案一、临界状态的假设解决物理试题1.如图所示,带电荷量为+q 、质量为m 的物块从倾角为θ=37°的光滑绝缘斜面顶端由静止开始下滑,磁感应强度为B 的匀强磁场垂直纸面向外,重力加速度为g ,求物块在斜面上滑行的最大速度和在斜面上运动的最大位移.(斜面足够长,取sin 37°=0.6,cos 37° =0.8)【答案】最大速度为:4mg 5qB ;最大位移为:222815m gq B 【解析】 【分析】 【详解】经分析,物块沿斜面运动过程中加速度不变,但随速度增大,物块所受支持力逐渐减小,最后离开斜面.所以,当物块对斜面的压力刚好为零时,物块沿斜面的速度达到最大,同时位移达到最大,即qv m B =mgcos θ 物块沿斜面下滑过程中,由动能定理得21sin 2mgs mv θ=联立解得:22m m 22cos 48,52sin 15m v mg mg m gv s qB qB g q B θθ====2.今年入冬以来,我国多地出现了雾霾天气,给交通安全带来了很大的危害.某地雾霾天气中高速公司上的能见度只有72m ,要保证行驶前方突发紧急情况下汽车的安全,汽车行驶的速度不能太大.已知汽车刹车时的加速度大小为5m/s 2.(1)若前方紧急情况出现的同时汽车开始制动,汽车行驶的速度不能超过多大?(结果可以带根号)(2)若驾驶员从感知前方紧急情况到汽车开始制动的反应时间为0.6s ,汽车行驶的速度不能超过多大? 【答案】(1)125;(2)24m/s .【解析】试题分析:(1)根据速度位移公式求出求出汽车行驶的最大速度;(2)汽车在反应时间内的做匀速直线运动,结合匀速直线运动的位移和匀减速直线运动的位移之和等于72m ,运用运动学公式求出汽车行驶的最大速度.解:(1)设汽车刹车的加速度a=﹣5m/s 2,要在s=72m 内停下,行驶的速度不超过v 1,由运动学方程有:0﹣v 12=﹣2as ① 代入题中数据可得:v 1=12m/s(2)设有汽车行驶的速度不超过v 2,在驾驶员的反应时间t 0内汽车作匀速运动的位移s 1: s 1=v 2t 0 ② 刹车减速位移s 2=③s=s 1+s 2 ④由②~④式并代入数据可得:v 2=24m/s 答:(1)汽车行驶的速度不能超过m/s ;(2)汽车行驶的速度不能超过24m/s .【点评】解决本题的关键知道在反应时间内汽车做匀速直线运动,刹车后做匀减速直线运动,抓住总位移,结合运动学公式灵活求解.3.质量为m 的光滑圆柱体A 放在质量也为m 的光滑“ V ”型槽B 上,如图,α=60°,另有质量为M 的物体C 通过跨过定滑轮的不可伸长的细绳与B 相连,现将C 自由释放,则下列说法正确的是( )A .当M= m 时,A 和B 保持相对静止,共同加速度为0.5g B .当M=2m 时,A 和B 保持相对静止,共同加速度为0.5gC .当M=6m 时,A 和B 保持相对静止,共同加速度为0.75gD .当M=5m 时,A 和B 之间的恰好发生相对滑动 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】D.当A 和B 之间的恰好发生相对滑动时,对A 受力分析如图根据牛顿运动定律有:cot 60mg ma ︒=解得cot 603a g g =︒=B 与C 为绳子连接体,具有共同的运动情况,此时对于B 和C 有:()Mg M m a =+所以3M a g g M m ==+,即3MM m=+ 解得3 2.3713M m m =≈-选项D 错误;C.当 2.37M m >,A 和B 将发生相对滑动,选项C 错误;A. 当 2.37M m <,A 和B 保持相对静止。
高考物理临界状态的假设解决物理试题(大题培优易错试卷)及详细答案一、临界状态的假设解决物理试题1.如图甲所示,小车B 紧靠平台的边缘静止在光滑水平面上,物体A (可视为质点)以初速度v 0从光滑的平台水平滑到与平台等高的小车上,物体和小车的v -t 图像如图乙所示,取重力加速度g =10m /s 2,求:(1)物体A 与小车上表面间的动摩擦因数; (2)物体A 与小车B 的质量之比; (3)小车的最小长度。
【答案】(1)0.3;(2)13;(3)2m 【解析】 【分析】 【详解】(1)根据v t -图像可知,A 在小车上做减速运动,加速度的大小21241m /s 3m /s 1v a t ==∆-∆=若物体A 的质量为m 与小车上表面间的动摩擦因数为μ,则1mg ma μ=联立可得0.3μ=(2)设小车B 的质量为M ,加速度大小为2a ,根据牛顿第二定律2mg Ma μ=得13m M = (3)设小车的最小长度为L ,整个过程系统损失的动能,全部转化为内能22011()22mgL mv M m v μ=-+解得L =2m2.一足够长的矩形区域abcd 内充满磁感应强度为B,方向垂直纸而向里的匀强磁场,矩形区域的左边界ad 宽为L,现从ad 中点O 垂直于磁场射入一带电粒亍,速度大小为v 方向与ad 边夹角为30°,如图所示.已知粒子的电荷量为q,质量为m(重力不计). 求:(1)若拉子带负电,且恰能从d 点射出磁场,求v 的大小;(2)若粒子带正电,使粒子能从ab 边射出磁场,求拉子从ab 边穿出的最短时间.【答案】(1)2BqLm ;(2)56m qB【解析】 【分析】(1)根据牛顿第二定律,由洛伦兹力提供向心力,结合几何关系可确定半径的范围,即可求解;(2)根据题意确定运动轨迹,再由圆心角与周期公式,即可确定最短运动的时间; 【详解】(1)由图可知:R = 2L据洛伦兹力提供向心力,得:20v qvB m R= 则02qBR qBLv m m== (2)若粒子带正电,粒子的运动轨迹如图,当粒子的速度大于与R 1相对应的速度v 1时,粒子从cd 边射出,由几何关系可知R 1=L ;由洛伦兹力等于向心力可知:2111v qv B m R =从图中看出,当轨迹的半径对应R 1时从ab 边上射出时用时间最短,此时对应的圆心角为=18030=150θ- 由公式可得:22R mT v qBππ== ; 由1=360t Tθ解得156π=mt qB【点睛】考查牛顿第二定律的应用,掌握几何关系在题中的运用,理解在磁场中运动时间与圆心角的关系.注意本题关键是画出正确的运动轨迹.3.如图所示,带电荷量为+q 、质量为m 的物块从倾角为θ=37°的光滑绝缘斜面顶端由静止开始下滑,磁感应强度为B 的匀强磁场垂直纸面向外,重力加速度为g ,求物块在斜面上滑行的最大速度和在斜面上运动的最大位移.(斜面足够长,取sin 37°=0.6,cos 37° =0.8)【答案】最大速度为:4mg 5qB ;最大位移为:222815m gq B 【解析】 【分析】 【详解】经分析,物块沿斜面运动过程中加速度不变,但随速度增大,物块所受支持力逐渐减小,最后离开斜面.所以,当物块对斜面的压力刚好为零时,物块沿斜面的速度达到最大,同时位移达到最大,即qv m B =mgcos θ 物块沿斜面下滑过程中,由动能定理得21sin 2mgs mv θ=联立解得:22m m 22cos 48,52sin 15m v mg mg m gv s qB qB g q B θθ====4.一辆货车运载着圆柱形光滑的空油桶。
【物理】物理临界状态的假设解决物理试题的专项培优 易错 难题练习题(含答案)含答案一、临界状态的假设解决物理试题1.在平直的公路上A 车正以4/A v m s =的速度向右匀速运动,在A 车的正前方7m 处B车此时正以10/B v m s =的初速度向右匀减速运动,加速度大小为22/m s ,则A 追上B 所经历的时间是( ) A .7 s B .8 sC .9 sD .10 s【答案】B 【解析】试题分析:B 车速度减为零的时间为:001052Bv t s s a --===-,此时A 车的位移为:04520A A x v t m m ==⨯=,B 车的位移为:21002524B B v x m m a --===-,因为7A B x x m <+,可知B 停止时,A 还未追上,则追及的时间为:725784B A x t s s v ++===,故B 正确. 考点:考查了追击相遇问题【名师点睛】两物体在同一直线上运动,往往涉及到追击、相遇或避免碰撞等问题,解答此类问题的关键条件是:①分别对两个物体进行研究;②画出运动过程示意图;③列出位移方程;④找出时间关系、速度关系、位移关系;⑤解出结果,必要时要进行讨论.2.如图所示,长为L 的轻质细长物体一端与小球(可视为质点)相连,另一端可绕O 点使小球在竖直平面内运动。
设小球在最高点的速度为v ,重力加速度为g ,不计空气阻力,则下列说法正确的是( )A .v gLB .v 若增大,此时小球所需的向心力将减小C .若物体为轻杆,则当v 逐渐增大时,杆对球的弹力也逐渐增大D .若物体为细绳,则当v gL 0开始逐渐增大 【答案】D 【解析】 【分析】【详解】A .若物体为轻杆,通过最高点的速度的最小值为0,物体所受重力和支持力相等,A 错误;B .v 增大,根据2vF m r=向可知向心力将增大,B 错误;C .若物体为轻杆,在最高点重力提供向心力20v mg m L=解得0v gL =当速度小于gL 时,根据牛顿第二定律2v mg N m L-=随着速度v 增大,杆对球的弹力在逐渐减小,C 错误;D .若物体为细绳,速度为gL 时,重力提供向心力,所以绳子拉力为0,当v 由gL 逐渐增大时,根据牛顿第二定律2v T mg m L+=可知绳子对球的拉力从0开始逐渐增大,D 正确。
高考物理 临界状态的假设解决物理试题 培优易错试卷练习(含答案)含答案一、临界状态的假设解决物理试题1.一带电量为+q 、质量为m 的小球从倾角为θ的光滑的斜面上由静止开始下滑.斜面处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向如图所示,求小球在斜面上滑行的速度范围和滑行的最大距离.【答案】m gcosθ/Bq , m 2gcos 2θ/(2B 2q 2sinθ) 【解析】 【分析】 【详解】带正电小球从光滑斜面下滑过程中受到重力m g 、斜面的支持力N 和洛伦兹力f 的作用于小球下滑速度越来越大,所受的洛伦兹力越来越大,斜面的支持力越来越小,当支持力为零时,小球运动达到临界状态,此时小球的速度最大,在斜面上滑行的距离最大 故cos mg qvB θ= 解得:cos mg v qBθ=,为小球在斜面上运动的最大速度 此时小球移动距离为:22222cos 2(2sin )v m g s a B q θθ==.2.小明同学站在水平地面上,手握不可伸长的轻绳一端,绳的另一端系有质量为m =0.3kg 的小球,甩动手腕,使球在竖直平面内做圆周运动.当球在某次运动到最低点时,绳恰好达到所能承受的最大拉力F 而断掉,球飞行水平距离s 后恰好无碰撞地落在临近的一倾角为α=53°的光滑斜面上并沿斜面下滑,已知斜面顶端与平台的高度差h =0.8 m .绳长r =0.3m(g 取10 m/s 2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6)求:(1)绳断时小球的速度大小v 1和小球在圆周最低点与平台边缘的水平距离s 是多少. (2)绳能承受的最大拉力F 的大小.【答案】(1)3m/s ,1.2m (2)12N【解析】 【详解】(1)由题意可知:小球落到斜面上并沿斜面下滑,说明此时小球速度方向与斜面平行,否则小球会弹起,所以有v y =v 0 tan53°又v y 2=2gh ,代入数据得:v y =4m/s ,v 0=3m/s故绳断时球的小球做平抛运动的水平速度为3m/s ; 由v y =gt 1得:10.4s y v t g==则s =v 0 t 1=3×0.4m=1.2m(2)由牛顿第二定律:21mv F mg r-= 解得:F =12N3.如图甲,小球用不可伸长的轻绳连接绕定点O 在竖直面内圆周运动,小球经过最高点的速度大小为v ,此时绳子拉力大小为F ,拉力F 与速度的平方的关系如图乙所示,图象中的数据a 和b 以及重力加速度g 都为已知量,以下说法正确的是( )A .数据a 与小球的质量有关B .数据b 与小球的质量无关C .比值只与小球的质量有关,与圆周轨道半径无关D .利用数据a 、b 和g 能够求出小球的质量和圆周轨道半径 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 A.当时,此时绳子的拉力为零,物体的重力提供向心力,则有:解得:解得:与物体的质量无关,A错误;B.当时,对物体受力分析,则有:解得:b=mg与小球的质量有关,B错误;C.根据AB可知:与小球的质量有关,与圆周轨道半径有关,C错误;D. 若F=0,由图知:,则有:解得:当时,则有:解得:D正确.4.质量为m的光滑圆柱体A放在质量也为m的光滑“ V”型槽B上,如图,α=60°,另有质量为M的物体C通过跨过定滑轮的不可伸长的细绳与B相连,现将C自由释放,则下列说法正确的是( )A .当M= m 时,A 和B 保持相对静止,共同加速度为0.5g B .当M=2m 时,A 和B 保持相对静止,共同加速度为0.5gC .当M=6m 时,A 和B 保持相对静止,共同加速度为0.75gD .当M=5m 时,A 和B 之间的恰好发生相对滑动 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】D.当A 和B 之间的恰好发生相对滑动时,对A 受力分析如图根据牛顿运动定律有:cot 60mg ma ︒= 解得cot 603a g g =︒=B 与C 为绳子连接体,具有共同的运动情况,此时对于B 和C 有:()Mg M m a =+所以3M a g g M m ==+,即3MM m=+ 解得3 2.3713M m =≈-选项D 错误;C.当 2.37M m >,A 和B 将发生相对滑动,选项C 错误;A. 当 2.37M m <,A 和B 保持相对静止。
高考物理培优 易错 难题(含解析)之临界状态的假设解决物理试题附答案解析一、临界状态的假设解决物理试题1.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.()1此时绳的张力是多少?()2若要小球离开锥面,则小球的角速度至少为多少?【答案】(1)()22cos sin T mg m l θωθ=+(2)cos gl ωθ= 【解析】(1)小球此时受到竖直向下的重力mg ,绳子的拉力T ,锥面对小球的支持力N ,三个力作用,合力充当向心力,即合力2sin F m l ωθ= 在水平方向上有,sin cos T N ma F ma θθ-==,, 在竖直方向上:cos sin T N mg θθ+= 联立四个式子可得()22cos sin T mg m l θωθ=+(2)重力和拉力完全充当向心力时,小球对锥面的压力为零, 故有向心力tan F mg θ=,2sin F m l ωθ=,联立可得cos gl ωθ=,即小球的角速度至少为cos gl ωθ=;2.壁厚不计的圆筒形薄壁玻璃容器的侧视图如图所示。
圆形底面的直径为2R ,圆筒的高度为R 。
(1)若容器内盛满甲液体,在容器中心放置一个点光源,在侧壁以外所有位置均能看到该点光源,求甲液体的折射率;(2)若容器内装满乙液体,在容器下底面以外有若干个光源,却不能通过侧壁在筒外看到所有的光源,求乙液体的折射率。
【答案】(1)5n≥甲;(2)2n>乙【解析】【详解】(1)盛满甲液体,如图甲所示,P点刚好全反射时为最小折射率,有1sinnC=由几何关系知222sin2RCRR=⎛⎫+ ⎪⎝⎭解得5n=则甲液体的折射率应为5n≥甲(2)盛满乙液体,如图乙所示,与底边平行的光线刚好射入液体时对应液体的最小折射率,A点1sinnC='乙由几何关系得90Cα'=︒-B点恰好全反射有Cα'=解各式得2n=乙则乙液体的折射率应为2n>乙3.如图所示,圆心为O、半径为r的圆形区域外存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外,磁感应强度大小为B。
高考物理 临界状态的假设解决物理试题 培优 易错 难题练习(含答案)一、临界状态的假设解决物理试题1.水平传送带上A 、B 两端点间距L =4m ,半径R =1m 的光滑半圆形轨道固于竖直平面内,下端与传送带B 相切。
传送带以v 0=4m/s 的速度沿图示方向匀速运动,m =lkg 的小滑块由静止放到传送带的A 端,经一段时间运动到B 端,滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,g =10m/s 2。
(1)求滑块到达B 端的速度;(2)求滑块由A 运动到B 的过程中,滑块与传送带间摩擦产生的热量;(3)仅改变传送带的速度,其他条件不变,计算说明滑块能否通过圆轨道最高点C 。
【答案】(1)v B =4m/s ; (2)Q =8J ; (3)不能通过最高点 【解析】 【分析】本题考查了动能定理和圆周运动。
【详解】⑴滑块在传送带上先向右做加速运动,设当速度v = v 0时已运动的距离为x 根据动能定理201-02mgx mv μ=得x=1.6m <L所以滑块到达B 端时的速度为4m/s 。
⑵设滑块与传送带发生相对运动的时间为t ,则0v gt μ=滑块与传送带之间产生的热量0()Q mg v t x μ=-解得Q = 8J⑶设滑块通过最高点C 的最小速度为C v 经过C 点,根据向心力公式2C mv mg R= 从B 到C 过程,根据动能定理2211222C B mg R mv mv -⋅=- 解得经过B 的速度50B v =m/s从A 到B 过程,若滑块一直加速,根据动能定理2102m mgL mv μ=-解得40m v =m/s由于速度v m <v B ,所以仅改变传送带的速度,滑块不能通过圆轨道最高点。
2.一根细线一端系一小球(可视为质点),另一端固定在光滑圆锥顶上,如图所示,设小球在水平面内做匀速圆周运动的角速度为ω,细线的张力为F T ,则F T 随ω2变化的图象是( )A .B .C .D .【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】由题知小球未离开圆锥表面时细线与竖直方向的夹角为θ,用L 表示细线长度,小球离开圆锥表面前,细线的张力为F T ,圆锥对小球的支持力为F N ,根据牛顿第二定律有F T sin θ-F N cos θ=mω2L sin θ F T cos θ+F N sin θ=mg联立解得F T =mg cos θ+ω2mL sin2θ小球离开圆锥表面后,设细线与竖直方向的夹角为α,根据牛顿第二定律有F T sin α=mω2L sin α解得F T =mLω2故C 正确。
物理临界状态的假设解决物理试题的专项培优 易错 难题练习题(含答案)含详细答案一、临界状态的假设解决物理试题1.如图所示,M 、N 为两块带等量异种电荷的平行金属板,两板间电压可取从零到某一最大值之间的各种数值。
静止的带电粒子带电荷量为+q ,质量为m (不计重力),从点P 经电场加速后,从小孔Q 进入N 板右侧的匀强磁场区域,磁感应强度大小为B ,方向垂直于纸面向外,CD 为磁场边界上的一绝缘板,它与N 板的夹角θ=45°,孔Q 到板的下端C 的距离为L ,当M 、N 两板间电压取最大值时,粒子恰垂直打在CD 板上,求:(1)两板间电压的最大值U m ;(2)CD 板上可能被粒子打中区域的长度s ; (3)粒子在磁场中运动的最长时间t m 。
【答案】(1)两板间电压的最大值m U 为222qB L m;(2)CD 板上可能被粒子打中的区域的长度x 为(22)L ; (3)粒子在磁场中运动的最长时间m t 为mqBπ。
【解析】 【分析】(1)粒子恰好垂直打在CD 板上,根据粒子的运动的轨迹,可以求得粒子运动的半径,由半径公式可以求得电压的大小;(2)当粒子的运动的轨迹恰好与CD 板相切时,这是粒子能达到的最下边的边缘,在由几何关系可以求得被粒子打中的区域的长度.(3)打在QE 间的粒子在磁场中运动的时间最长,均为半周期,根据周期公式即可求解。
【详解】(1)M 、N 两板间电压取最大值时,粒子恰垂直打在CD 板上,所以圆心在C 点,CH=QC=L ,故半径R 1=L ,又因211v qvB m R =2m 112qU mv =所以22m 2qB L U m=(2)设轨迹与CD 板相切于K 点,半径为R 2,在△AKC 中:22sin 45R R L ︒=- 所以2(21)R L =-即KC 长等于2(21)R L =-所以CD 板上可能被粒子打中的区域即为HK 的长度12(21)(22)x HK R R LL L -===-=﹣﹣ (3)打在QE 间的粒子在磁场中运动的时间最长,均为半周期:2mT qBπ=所以m 12m t T qBπ==【点睛】本题考查带电粒子在匀强磁场中的运动,要掌握住半径公式、周期公式,画出粒子的运动轨迹后,几何关系就比较明显了。
2.如图甲所示,小车B 紧靠平台的边缘静止在光滑水平面上,物体A (可视为质点)以初速度v 0从光滑的平台水平滑到与平台等高的小车上,物体和小车的v -t 图像如图乙所示,取重力加速度g =10m /s 2,求:(1)物体A 与小车上表面间的动摩擦因数; (2)物体A 与小车B 的质量之比; (3)小车的最小长度。
【答案】(1)0.3;(2)13;(3)2m 【解析】 【分析】 【详解】(1)根据v t -图像可知,A 在小车上做减速运动,加速度的大小21241m /s 3m /s 1v a t ==∆-∆=若物体A 的质量为m 与小车上表面间的动摩擦因数为μ,则1mg ma μ=联立可得0.3μ=(2)设小车B 的质量为M ,加速度大小为2a ,根据牛顿第二定律2mg Ma μ=得13m M = (3)设小车的最小长度为L ,整个过程系统损失的动能,全部转化为内能22011()22mgL mv M m v μ=-+解得L =2m3.如图所示,带电荷量为+q 、质量为m 的物块从倾角为θ=37°的光滑绝缘斜面顶端由静止开始下滑,磁感应强度为B 的匀强磁场垂直纸面向外,重力加速度为g ,求物块在斜面上滑行的最大速度和在斜面上运动的最大位移.(斜面足够长,取sin 37°=0.6,cos 37° =0.8)【答案】最大速度为:4mg 5qB ;最大位移为:222815m gq B 【解析】 【分析】 【详解】经分析,物块沿斜面运动过程中加速度不变,但随速度增大,物块所受支持力逐渐减小,最后离开斜面.所以,当物块对斜面的压力刚好为零时,物块沿斜面的速度达到最大,同时位移达到最大,即qv m B =mgcos θ 物块沿斜面下滑过程中,由动能定理得21sin 2mgs mv θ=联立解得:22m m 22cos 48,52sin 15m v mg mg m gv s qB qB g q B θθ====4.如图所示,圆心为O 、半径为r 的圆形区域外存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外,磁感应强度大小为B 。
P 是圆外一点,OP =3r ,一质量为m 、电荷量为q (q>0)的粒子从P 点在纸面内沿着与OP 成60°方向射出(不计重力),求: (1)若粒子运动轨迹经过圆心O ,求粒子运动速度的大小; (2)若要求粒子不能进入圆形区域,求粒子运动速度应满足的条件。
【答案】3Bqr;(2)(332)v m ≤+或(332)v m ≥-【解析】 【分析】 【详解】(1)设粒子在磁场中做圆周运动的半径为R ,圆心为O ',依图题意作出轨迹图如图所示:由几何知识可得:OO R '=()222(3)6sin OO R r rR θ'=+- 解得3R r =根据牛顿第二定律可得2v Bqv m R=解得3Bqrv m=(2)若速度较小,如图甲所示:根据余弦定理可得()22211196sin r R R r rR θ+=+-解得1332R =+若速度较大,如图乙所示:根据余弦定理可得()22222296sin R r R r rR θ-=+-解得2332R =-根据BqRv m=得1(332)v m =+,2(332)v m =-若要求粒子不能进入圆形区域,粒子运动速度应满足的条件是(332)v m ≤+或(332)v m≥-5.用一根细线一端系一小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥顶上,如图所示。
设小球在水平:面内做匀速圆周运动的角速度为ω,线所受拉力为T ,则下列T 随2ω变化的图像可能正确的是( )A .B .C .D .【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】对小球受力分析如图当角速度较小时,小球在光滑锥面上做匀速圆周运动,根据向心力公式可得2sin cos sin T N mL θθθω-=⋅cos sin T N mg θθ+=联立解得22cos sin T mg mL θθω=+⋅当角速度较大时,小球离开光滑锥面做匀速圆周运动,根据向心力公式可得2sin sin T mL ααω=⋅则2T mL ω=综上所述,ABD 错误,C 正确。
故选C 。
6.如图所示,AB 为竖直转轴,细绳AC 和BC 的结点C 系一质量为m 的小球,两绳能承担的最大拉力均为2mg 。
当AC 和BC 均拉直时∠ABC =90°,∠ACB =53°,BC =1m .ABC 能绕竖直轴AB 匀速转动,因而C 球在水平面内做匀速圆周运动.当小球的线速度增大时,两绳均会被拉断,则最先被拉断那根绳及另一根绳被拉断时的速度分别为(已知g =10m/s 2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)( )A .AC 绳 5m/sB .BC 绳 5m/s C .AC 绳 5.24m/sD .BC 绳 5.24m/s【答案】B 【解析】 【分析】当小球线速度增大时,BC 逐渐被拉直,小球线速度增至BC 刚被拉直时,对小球进行受力分析,合外力提供向心力,求出A 绳的拉力,线速度再增大些,T A 不变而T B 增大,所以BC 绳先断;当BC 绳断之后,小球线速度继续增大,小球m 作离心运动,AC 绳与竖直方向的夹角α增大,对球进行受力分析,根据合外力提供向心力列式求解。
【详解】当小球线速度增大时,BC 逐渐被拉直,小球线速度增至BC 刚被拉直时,根据牛顿第二定律得: 对小球有T A sin ∠ACB ﹣mg =0 ①T A cos ∠ACB +T B =2v m l②由①可求得AC 绳中的拉力 T A =54mg ,线速度再增大些,T A 不变而T B 增大,所以BC 绳先断。
当BC 绳刚要断时,拉力为T B =2mg ,T A =54mg ,代入②得 225cos 24v v mg ACB mg m m r l∠+== 解得v =5.24m/s当BC 线断后,AC 线与竖直方向夹角α因离心运动而增大,当使球速再增大时,角α随球速增大而增大,当α=60°时,T AC =2mg ,AC 也断, 则有T AC sin53°2sin 60AC v m L =︒代入数据解得v =5m/s故BC 线先断;AC 线被拉断时球速为5.0m/s . 故选B 。
【点评】解决本题的关键搞清向心力的来源,抓住临界状态的特点,运用牛顿第二定律进行求解.7.火车以速率v 1向前行驶,司机突然发现在前方同一轨道上距车为s 处有另一辆火车,它正沿相同的方向以较小的速率v 2做匀速运动,于是司机立即使车做匀减速运动,该加速度大小为a ,则要使两车不相撞,加速度a 应满足的关系为 A .B .C .D .【答案】D 【解析】试题分析:两车速度相等时所经历的时间:12v v t a-=,此时后面火车的位移为:221212v v x a-=前面火车的位移为:212222v v v x v t a -==,由12x x s =+解得:212()2v v a s-=,所以加速度大小满足的条件是:212()2v v a s-≥,故选项D 正确.考点:匀变速直线运动的位移与时间的关系、匀变速直线运动的速度与时间的关系 【名师点睛】速度大者减速追速度小者,速度相等前,两者距离逐渐减小,若不能追上,速度相等后,两者距离越来越大,可知只能在速度相等前或相等时追上.临界情况为速度相等时恰好相碰.8.如图所示,长为L 的轻质细长物体一端与小球(可视为质点)相连,另一端可绕O 点使小球在竖直平面内运动。
设小球在最高点的速度为v ,重力加速度为g ,不计空气阻力,则下列说法正确的是( )A .v gLB .v 若增大,此时小球所需的向心力将减小C .若物体为轻杆,则当v 逐渐增大时,杆对球的弹力也逐渐增大D .若物体为细绳,则当v gL 0开始逐渐增大 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】A .若物体为轻杆,通过最高点的速度的最小值为0,物体所受重力和支持力相等,A 错误;B .v 增大,根据2vF m r=向可知向心力将增大,B 错误;C .若物体为轻杆,在最高点重力提供向心力20v mg m L=解得0v gL =当速度小于gL时,根据牛顿第二定律2v-=mg N mL随着速度v增大,杆对球的弹力在逐渐减小,C错误;D.若物体为细绳,速度为gL时,重力提供向心力,所以绳子拉力为0,当v由gL逐渐增大时,根据牛顿第二定律2vT mg m+=L可知绳子对球的拉力从0开始逐渐增大,D正确。