备战高考物理——临界状态的假设解决物理试题的推断题综合压轴题专题复习及详细答案
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高考物理——临界状态的假设解决物理试题的推断题综合压轴题专题复习含答案一、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 Bθθ====2.如图所示,直线Oa 和Ob 的夹角为30︒,在两直线所夹的空间内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁场向右的区域无限大,磁感应强度为B 。
在P 点有速度相等的正、负离子沿垂直于Oa 方向射入磁场。
两离子的运动轨迹均与Ob 相切,若不计两离子间的相互作用力,则正、负两种离子的比荷之比为( )A .3B 3C .1:3D .3:1 【答案】D 【解析】 【详解】如图所示,由左手定则知磁场中的正离子向左偏转、负离子向右偏转。
洛伦兹力提供向心力,正离子有2v q vB m r=正正负离子有2v q vB m R=负负由几何关系知sin 30sin 30r Rr R ︒︒++= 解以上三式得3:1q q m m =负正负正 故选D 。
3.近年来我国高速铁路发展迅速,现已知某新型国产列车某车厢质量为m ,如果列车要进入半径为R 的弯道,如图所示,已知两轨间宽度为L ,内外轨高度差为h ,重力加速度为g ,该弯道处的设计速度最为适宜的是( )A 22gRh L h-B 22gRL L h-C .22gR L h h-D .gRLh【答案】A 【解析】 【详解】列车转弯时的向心力由列车的重力和轨道对列车的支持力的合力提供,方向沿水平方向,根据牛顿第二定律可知222v mg m R L h⋅=-解得22gRh v L h=-故A 正确。
高考物理——临界状态的假设解决物理试题的推断题综合压轴题专题复习及答案一、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。
全国备战高考物理临界状态的假设解决物理试题的推断题综合备战高考模拟和真题分类汇总及详细答案一、临界状态的假设解决物理试题1.一足够长的矩形区域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.2.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v 0,则A ﹑B 两板间的电压为A .20v 2m qU q-B .2022mv qU q -C .20mv qU q -D .202mv qU q-【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:2112AB qU 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:220111222qU mv mv =-;联立两式可得:202AB mv qU U q-=;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.火车以某一速度v 通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,下面分析正确的是( )A .轨道半径2v R g=B .若火车速度大于v 时,外轨将受到侧压力作用,其方向平行轨道平面向外C .若火车速度小于v 时,外轨将受到侧压力作用,其方向平行轨道平面向内D .当火车质量改变时,安全速率也将改变 【答案】B 【解析】 【详解】AD .火车以某一速度v 通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,其所受的重力和支持力的合力提供向心力由图可以得出(θ为轨道平面与水平面的夹角)tan F mg θ=合合力等于向心力,故2tan v mg m Rθ=解得tan v gR θ=与火车质量无关,AD 错误;B .当转弯的实际速度大于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力,火车有离心趋势,故其外侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压,外轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向外,B 正确;C .当转弯的实际速度小于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力,火车有向心趋势,故其内侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压,内轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向内,C 错误。
高考物理——临界状态的假设解决物理试题的推断题综合压轴题专题复习含答案一、临界状态的假设解决物理试题1.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/s2.(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)125m/s;(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/s2,要在s=72m内停下,行驶的速度不超过v1,由运动学方程有:0﹣v12=﹣2as ①代入题中数据可得:v1=12m/s(2)设有汽车行驶的速度不超过v2,在驾驶员的反应时间t0内汽车作匀速运动的位移s1:s1=v2t0 ②刹车减速位移s2=③s=s1+s2 ④由②~④式并代入数据可得:v2=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.2.如图所示,用长为L=0.8m的轻质细绳将一质量为1kg的小球悬挂在距离水平面高为H=2.05m的O点,将细绳拉直至水平状态无初速度释放小球,小球摆动至细绳处于竖直位置时细绳恰好断裂,小球落在距离O点水平距离为2m的水平面上的B点,不计空气阻力,取g=10m/s2求:(1)绳子断裂后小球落到地面所用的时间;(2)小球落地的速度的大小;(3)绳子能承受的最大拉力。
高考物理——临界状态的假设解决物理试题的推断题综合压轴题专题复习及答案一、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.质量为m 2=2Kg 的长木板A 放在水平面上,与水平面之间的动摩擦系数为0.4;物块B (可看作质点)的质量为m 1=1Kg ,放在木板A 的左端,物块B 与木板A 之间的摩擦系数为0.2.现用一水平向右的拉力F 作用在木板A 的右端,让木板A 和物块B 一起向右做匀加速运动.当木板A 和物块B 的速度达到2 m/s 时,撤去拉力,物块B 恰好滑到木板A 的右端而停止滑动,最大静摩擦力等于动摩擦力,g=10m/s 2,求:(1)要使木板A 和物块B 不发生相对滑动,求拉力F 的最大值; (2)撤去拉力后木板A 的滑动时间; (3)木板A 的长度。
【答案】(1)18N (2)0.4s (3)0.6m 【解析】 【详解】(1)当木板A 和物块B 刚要发生相对滑动时,拉力达到最大 以B 为研究对象,由牛顿第二定律得1111m g m a μ=可得2112m/s a g μ==.再以整体为研究对象,由牛顿第二定律得212121 ))F m m g m m a μ-+=+(( 故得最大拉力18F N =;(2)撤去F 后A 、B 均做匀减速运动,B 的加速度大小仍为1a ,A 的加速度大小为2a ,则 2121122)m m g m g m a μμ+-=(解得225m/s a =故A 滑动的时间220.45v t s s a === (3)撤去F 后A 滑动的距离22122m=0.4m 225v x a ==⨯B 滑动的距离22212m=1m 222v x a ==⨯故木板A 的长度210.6m L x x =-=.【点睛】解题的关键是正确对滑块和木板进行受力分析,清楚滑块和木板的运动情况,根据牛顿第二定律及运动学基本公式求解。
高考物理—临界状态的假设解决物理试题的推断题综合压轴题专题复习附答案解析一、临界状态的假设解决物理试题1.一倾角为α的光滑绝缘斜面体固定在水平面上,整个装置处于垂直纸面向里的磁场中,如图所示.一质量为m,电荷量为q的带正电小球从斜面上由静止释放.已知磁感应强度为B,重力加速度为g.求:(1)小球离开斜面时的速率;(2)小球在斜面上滑行的位移大小.【答案】(1)cosmgvqBα=(2)2222cos2sinm gxq Bαα=【解析】(1)小球在斜面上运动,当F N=0时,离开斜面mg cosα=qvBcosmgvqB α=(2)小球在斜面上做匀加速直线运动mg sinα=mav2=2ax解得2222cos2sinm gxq Bαα=2.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(2L ; (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。
高考物理压轴题专题复习——临界状态的假设解决物理试题的推断题综合含答案一、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.质量为m 2=2Kg 的长木板A 放在水平面上,与水平面之间的动摩擦系数为0.4;物块B (可看作质点)的质量为m 1=1Kg ,放在木板A 的左端,物块B 与木板A 之间的摩擦系数为0.2.现用一水平向右的拉力F 作用在木板A 的右端,让木板A 和物块B 一起向右做匀加速运动.当木板A 和物块B 的速度达到2 m/s 时,撤去拉力,物块B 恰好滑到木板A 的右端而停止滑动,最大静摩擦力等于动摩擦力,g=10m/s 2,求:(1)要使木板A 和物块B 不发生相对滑动,求拉力F 的最大值; (2)撤去拉力后木板A 的滑动时间; (3)木板A 的长度。
【答案】(1)18N (2)0.4s (3)0.6m 【解析】 【详解】(1)当木板A 和物块B 刚要发生相对滑动时,拉力达到最大 以B 为研究对象,由牛顿第二定律得1111m g m a μ=可得2112m/s a g μ==.再以整体为研究对象,由牛顿第二定律得212121 ))F m m g m m a μ-+=+(( 故得最大拉力18F N =;(2)撤去F 后A 、B 均做匀减速运动,B 的加速度大小仍为1a ,A 的加速度大小为2a ,则 2121122)m m g m g m a μμ+-=(解得225m/s a =故A 滑动的时间220.45vt s s a === (3)撤去F 后A 滑动的距离22122m=0.4m 225v x a ==⨯B 滑动的距离22212m=1m 222v x a ==⨯故木板A 的长度210.6m L x x =-=.【点睛】解题的关键是正确对滑块和木板进行受力分析,清楚滑块和木板的运动情况,根据牛顿第二定律及运动学基本公式求解。
高考物理压轴题专题复习—临界状态的假设解决物理试题的推断题综合附详细答案一、临界状态的假设解决物理试题1.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 tangRtanθ=h d带入解得v gRhdgRhd压,故B正确,ACD错误。
故选B。
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 =gL2v 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 gL 0,当v gL 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的推断题综合压轴题专题复习含答案解析一、临界状态的假设解决物理试题1.平面OM 和平面ON 之间的夹角为30°,其横截面(纸面)如图所示,平面OM 上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B ,方向垂直于纸面向外。
一带电粒子的质量为m ,电荷量为q (q >0)。
粒子沿纸面以大小为v 的速度从OM 的某点向左上方射入磁场,速度与OM 成30°角。
已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON 只有一个交点,并从OM 上另一点射出磁场。
不计粒子重力。
则粒子离开磁场的出射点到两平面交线O 的距离为A .2mv qBB .3mvC .2mv qBD .4mv qB【答案】D 【解析】 【详解】 、粒子进入磁场做顺时针方向的匀速圆周运动,轨迹如图所示,根据洛伦兹力提供向心力,有2v qvB m R=解得mv R qB =根据轨迹图知22mvPQ R qB==, ∠OPQ =60°则粒子离开磁场的出射点到两平面交线O 的距离为4 2mvOP PQqB==,则D正确,ABC错误。
故选D。
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 tangRθtanθ=h d带入解得v gRhdgRhd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的推断题综合压轴题专题复习含答案解析一、临界状态的假设解决物理试题1.质量为m 2=2Kg 的长木板A 放在水平面上,与水平面之间的动摩擦系数为0.4;物块B (可看作质点)的质量为m 1=1Kg ,放在木板A 的左端,物块B 与木板A 之间的摩擦系数为0.2.现用一水平向右的拉力F 作用在木板A 的右端,让木板A 和物块B 一起向右做匀加速运动.当木板A 和物块B 的速度达到2 m/s 时,撤去拉力,物块B 恰好滑到木板A 的右端而停止滑动,最大静摩擦力等于动摩擦力,g=10m/s 2,求:(1)要使木板A 和物块B 不发生相对滑动,求拉力F 的最大值; (2)撤去拉力后木板A 的滑动时间; (3)木板A 的长度。
【答案】(1)18N (2)0.4s (3)0.6m 【解析】 【详解】(1)当木板A 和物块B 刚要发生相对滑动时,拉力达到最大 以B 为研究对象,由牛顿第二定律得1111m g m a μ=可得2112m/s a g μ==.再以整体为研究对象,由牛顿第二定律得212121 ))F m m g m m a μ-+=+(( 故得最大拉力18F N =;(2)撤去F 后A 、B 均做匀减速运动,B 的加速度大小仍为1a ,A 的加速度大小为2a ,则 2121122)m m g m g m a μμ+-=(解得225m/s a =故A 滑动的时间220.45v t s s a === (3)撤去F 后A 滑动的距离22122m=0.4m 225v x a ==⨯B 滑动的距离22212m=1m 222v x a ==⨯故木板A 的长度210.6m L x x =-=.【点睛】解题的关键是正确对滑块和木板进行受力分析,清楚滑块和木板的运动情况,根据牛顿第二定律及运动学基本公式求解。
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 sinα=mω2L sinα解得F T=mLω2故C正确。
备战高考物理——临界状态的假设解决物理试题的推断题综合压轴题专题复习及详细答案一、临界状态的假设解决物理试题1.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/s2.(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)125m/s;(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/s2,要在s=72m内停下,行驶的速度不超过v1,由运动学方程有:0﹣v12=﹣2as ①代入题中数据可得:v1=12m/s(2)设有汽车行驶的速度不超过v2,在驾驶员的反应时间t0内汽车作匀速运动的位移s1:s1=v2t0 ②刹车减速位移s2=③s=s1+s2 ④由②~④式并代入数据可得:v2=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.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/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6)求:(1)绳断时小球的速度大小v1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.平面OM 和平面ON 之间的夹角为30°,其横截面(纸面)如图所示,平面OM 上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B ,方向垂直于纸面向外。
一带电粒子的质量为m ,电荷量为q (q >0)。
粒子沿纸面以大小为v 的速度从OM 的某点向左上方射入磁场,速度与OM 成30°角。
已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON 只有一个交点,并从OM 上另一点射出磁场。
不计粒子重力。
则粒子离开磁场的出射点到两平面交线O 的距离为A .2mv qBB .3mv qBC .2mv qBD .4mv qB【答案】D 【解析】 【详解】 、粒子进入磁场做顺时针方向的匀速圆周运动,轨迹如图所示,根据洛伦兹力提供向心力,有2v qvB m R=解得mv R qB =根据轨迹图知22mvPQ R qB==, ∠OPQ =60°则粒子离开磁场的出射点到两平面交线O 的距离为42mvOP PQ qB==, 则D 正确,ABC 错误。
故选D 。
4.一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 sinθ-F N cosθ=mω2L sinθF T cosθ+F N sinθ=mg联立解得F T=mg cosθ+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 sinα=mω2L sinα解得F T=mLω2故C正确。
故选C。
5.火车以某一速度v通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,下面分析正确的是()A.轨道半径2v RgB.若火车速度大于v时,外轨将受到侧压力作用,其方向平行轨道平面向外C.若火车速度小于v时,外轨将受到侧压力作用,其方向平行轨道平面向内D.当火车质量改变时,安全速率也将改变【答案】B【解析】【详解】AD.火车以某一速度v通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,其所受的重力和支持力的合力提供向心力由图可以得出(θ为轨道平面与水平面的夹角)tan F mg θ=合合力等于向心力,故2tan v mg m Rθ=解得tan v gR θ=与火车质量无关,AD 错误;B .当转弯的实际速度大于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力,火车有离心趋势,故其外侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压,外轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向外,B 正确;C .当转弯的实际速度小于规定速度时,火车所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力,火车有向心趋势,故其内侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压,内轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向内,C 错误。
故选B 。
6.如图甲所示,用大型货车运输规格相同的圆柱形水泥管道,货车可以装载两层管道,底层管道固定在车厢里,上层管道堆放在底层管道上,如图乙所示。
已知水泥管道间的动摩擦因数为μ,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,货车紧急刹车时的加速度大小为0a 。
每根管道的质量为m ,重力加速度为g ,最初堆放时上层管道最前端离驾驶室为d ,则下列分析判断正确的是( )A .货车沿平直路面匀速行驶时,图乙中管道A 、B 之间的弹力大小为mg B .若0a g μ>,则上层管道一定会相对下层管道发生滑动C .若023a g >则上层管道一定会相对下层管道发生滑动 D .若03a g μ=要使货车在紧急刹车时上管道不撞上驾驶室,货车在水平路面上匀速行驶的最大速度为323gdμ【答案】C 【解析】 【详解】A.货车匀速行驶时上层管道A 受力平衡,在其横截面内的受力分析如图所示其所受B 的支持力大小为N ,根据平衡条件可得2cos30N mg ︒=解得33N mg =故A 错误;BC.当紧急刹车过程中上层管道相对下层管道静止时,上层管道A 所受到的静摩擦力为0f ma =最大静摩擦力为max 2f N μ=随着加速度的增大,当0max ma f >时,即03g 23a μ>时,上层管道一定会相对下层管道发生滑动,故C 正确B 错误;D.若03g a μ=,紧急刹车时上层管道受到两个滑动摩擦力减速,其加速度大小为1233a g μ=,要使货车在紧急刹车时上管道不撞上驾驶室,货车在水平路面上匀速行驶的速度,必须满足22001022v v d a a -≤ 解得023v gd μ≤故D 错误。
故选C 。
7.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 =gL2v 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 gL 0,当v gL 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。
故选D 。
8.用长为L 的细杆拉着质量为m 的小球在竖直平面内作圆周运动,如下图下列说法中正确的是( )A.小球运动到最高点时,速率必须大于或等于gLB.小球运动到最高点时,速率可以小于gL,最小速率为零C.小球运动到最高点时,杆对球的作用力可能是拉力,也可能是支持力,也可能无作用力D.小球运动到最低点时,杆对球的作用力一定是拉力【答案】BCD【解析】【详解】小球在最高点的最小速度为零,此时小球重力和支持力相等.故A错误,B正确.当小球在最高点压力为零时,重力提供向心力,有2vmg mL=,解得v gL=,当速度小于v时,杆对小球有支持力,方向向上;当速度大于v时,杆对小球有拉力,方向向下,故C 正确.小球在最低点时,合力提供向心力,知合力方向向上,则杆对球的作用力一定向上.故D正确.9.图甲为 0.1kg的小球从最低点A冲入竖直放置在水平地面上、半径为0.4m半圆轨道后,小球速度的平方与其高度的关系图像。
已知小球恰能到达最高点C,轨道粗糙程度处处相同,空气阻力不计。
g取210m/s,B为AC轨道中点。
下列说法正确的是()A.图甲中x=4B.小球从A运动到B与小球从B运动到C两个阶段损失的机械能相同C.小球从A运动到C的过程合外力对其做的功为–1.05JD.小球从C抛出后,落地点到A的距离为0.8m【答案】ACD【解析】【分析】【详解】A.当h=0.8m时,小球运动到最高点,因为小球恰能到达最高点C,则在最高点2vmg mr=解得100.4m/s=2m/s v gr ==⨯则24x v ==故A 正确;B . 小球从A 运动到B 对轨道的压力大于小球从B 运动到C 对轨道的压力,则小球从A 运动到B 受到的摩擦力大于小球从B 运动到C 受到的摩擦力,小球从B 运动到C 克服摩擦力做的功较小,损失的机械能较小,胡B 错误; C . 小球从A 运动到C 的过程动能的变化为22k 0111Δ0.1(425)J 1.05J 222E mv mv =-=⨯⨯-=- 根据动能定理W 合=n E k 可知,小球从A 运动到C 的过程合外力对其做的功为–1.05J ,故C 正确;D .小球在C 点的速度v =2m/s ,小球下落的时间2122r gt =440.4s 0.4s 10r t g ⨯=== 则落地点到A 点的距离20.4m 0.8m x vt '==⨯=故D 正确。