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答案
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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,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。
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。
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。
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。
高考物理压轴题专题临界状态的假设解决物理试题的经典推断题综合题含详细答案一、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.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。
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临界状态的假设解决物理试题的经典推断题综合题及答案一、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,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 g l 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 g l ωθ=,即小球的角速度至少为cos g l ωθ=;3.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。
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。
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附详细答案一、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.火车转弯时,如果铁路弯道内外轨一样高,外轨对轮绝(如图a 所示)挤压的弹力F 提供了火车转弯的向心力(如图b 所示),但是靠这种办法得到向心力,铁轨和车轮极易受损.在修筑铁路时,弯道处的外轨会略高于内轨(如图c 所示),当火车以规定的行驶速度转弯时,内、外轨均不会受到轮缘的挤压,设此时的速度小为,以下说法中正确的是A .该弯道的半径B .当火车质量改变时,规定的行驶速度也将改变C .当火车速率大于时,外轨将受到轮缘的挤压D .当火车速率小于时,外轨将受到轮缘的挤压 【答案】C 【解析】 【详解】火车拐弯时不侧向挤压车轮轮缘,靠重力和支持力的合力提供向心力,设转弯处斜面的倾角为θ,根据牛顿第二定律得:mgtanθ=mv 2/R ,解得:R= v 2/ g tanθ,故A 错误;根据牛顿第二定律得:mgta nθ=mv 2/R, 解得:gRtan θ,与质量无关,故B 错误;若速度大于规定速度,重力和支持力的合力不够提供,此时外轨对火车有侧压力,轮缘挤压外轨.故C 正确;若速度小于规定速度,重力和支持力的合力提供偏大,此时内轨对火车有侧压力,轮缘挤压内轨.故D 错误.故选C .点睛:火车拐弯时以规定速度行驶,此时火车的重力和支持力的合力提供圆周运动所需的向心力.若速度大于规定速度,重力和支持力的合力不够提供,此时外轨对火车有侧压力;若速度小于规定速度,重力和支持力的合力提供偏大,此时内轨对火车有侧压力.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。
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,在倾角为30°的光滑斜面上端系有一劲度系数为20N/m 的轻质弹簧,弹簧下端连一个质量为2千克的小球,球被一垂直于斜面的挡板A 挡住,此时弹簧没有形变.若挡板A 以4m/s 2的加速度沿斜面向下匀加速运动,则( )A .小球向下运动0.4m 时速度最大B .小球向下运动0.1m 时与挡板分离C .小球速度最大时与挡板分离D .小球从一开始就与挡板分离 【答案】B 【解析】试题分析:对球受力分析可知,当球受力平衡时,速度最大,此时弹簧的弹力与物体重力沿斜面的分力相等,由胡克定律和平衡条件即可求得小球向下运动的路程.从开始运动到小球与挡板分离的过程中,挡板A 始终以加速度a=4m/s 2匀加速运动,小球与挡板刚分离时,相互间的弹力为零,由牛顿第二定律和胡克定律结合求得小球的位移.解:A 、球和挡板分离前小球做匀加速运动;球和挡板分离后做加速度减小的加速运动,当加速度为零时,速度最大,此时物体所受合力为零. 即 kx m =mgsin30°, 解得:x m =由于开始时弹簧处于原长,所以速度最大时小球向下运动的路程为0.5m .故A 错误. 设球与挡板分离时位移为x ,经历的时间为t ,从开始运动到分离的过程中,m 受竖直向下的重力,垂直斜面向上的支持力F N ,沿斜面向上的挡板支持力F 1和弹簧弹力F .根据牛顿第二定律有:mgsin30°﹣kx ﹣F 1=ma ,保持a 不变,随着x 的增大,F 1减小,当m 与挡板分离时,F 1减小到零,则有: mgsin30°﹣kx=ma , 解得:x=m=0.1m ,即小球向下运动0.1m 时与挡板分离.故B 正确.C 、因为速度最大时,运动的位移为0.5m ,而小球运动0.1m 与挡板已经分离.故C 、D 错误.故选B .【点评】解决本题的关键抓住临界状态:1、当加速度为零时,速度最大;2、当挡板与小球的弹力为零时,小球与挡板将分离.结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解.3.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0233a g μ>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0g 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123a 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 。
4.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.5.质量为m ,带电量为+q 的滑块从光滑、绝缘斜面上由静止下滑,如图所示,匀强磁场方向垂直纸面向外,磁感强度为B ,则滑块在斜面上滑行过程中(设斜面足够长),滑块( )A .在斜面上滑行的最大速度为mgqBB .在斜面上滑行的最大速度为cos mg qBθC .作变加速直线运动D .在斜面上滑动的最大距离为2222sin m gq B θ【答案】BC 【解析】AB. 滑块沿斜面下滑时,受重力、支持力、垂直于斜面向上的洛伦兹力.洛伦兹力F=qvB ,随速度的增大而增大,当F N =0,即qvB=mgcosθ时速度达到最大,滑块开始离开斜面;所以在斜面上滑行的最大速度为cos mg v qBθ=,所以A 错误,B 正确; C D. 由于沿斜面方向的力不变,牛顿第二定律得:mg sinθ=ma ,加速度a=gsinθ,作匀加速直线运动;故C 正确,D 错误. 故选BC.点睛:对物体进行受力分析,当物体对斜面的压力为零时,物体开始离开斜面,由平衡条件求出物体此时的速度;由牛顿第二定律求出物体的加速度.6.如图所示,用一根长为l =1m 的细线,一端系一质量为m =1kg 的小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥体顶端,锥面与竖直方向的夹角θ=37°,当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为ω时,细线的张力为F T .(g 取10m/s 2,结果可用根式表示)求:(1)若要小球离开锥面,则小球的角速度ω0至少为多大? (2)若细线与竖直方向的夹角为60°,则小球的角速度ω′为多大? 【答案】(112.5?/s (2)25/rad s . 【解析】试题分析:(1)小球刚好离开锥面时,小球只受到重力和拉力,小球做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:20tan sin mg m l θωθ=解得:12.5rad/s cosglωθ==(2)同理,当细线与竖直方向成600角时由牛顿第二定律及向心力公式得:'2tan sinmg m lθωθ=解得:20rad/scosglωα='=考点:牛顿第二定律;匀速圆周运动【名师点睛】此题是牛顿第二定律在圆周运动中的应用问题;解题时要分析临界态的受力情况,根据牛顿第二定律,利用正交分解法列出方程求解.7.如图所示,在边界OP、OQ之间存在竖直向下的匀强电场,直角三角形abc区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场。
从O点以速度v0沿与Oc成60°角斜向上射入一带电粒子,粒子经过电场从a点沿ab方向进人磁场区域且恰好没有从磁场边界bc飞出,然后经ac和aO 之间的真空区域返回电场,最后从边界OQ的某处飞出电场。
已知Oc=2L,ac=3L,ac垂直于cQ,∠acb=30°,带电粒子质量为m,带电量为+g,不计粒子重力。
求:(1)匀强电场的场强大小和匀强磁场的磁感应强度大小;(2)粒子从边界OQ飞出时的动能;(3)粒子从O点开始射入电场到从边界OQ飞出电场所经过的时间。
【答案】(1)238mvEqL=032mvBqL=(2)24kmvE=(3)2043233Lvπ+【解析】【详解】(1)从O点到a点过程的逆过程为平抛运动水平方向:012cosL v tθ=竖直方向:21132at L=加速度:qEam=2038mv E qL=,104L t v =, 粒子进入磁场后运动轨迹如图所示,设半径为r ,由几何关系得,3sin 30rr L ︒+=, 洛伦兹力等于向心力:2v qvB m r =0cos602v v v ︒==解得:3mv B =在磁场内运动的时间:2023rLt vππ==.(2)粒子由真空区域进入电场区域从边界飞出过程,由动能定理得,21(32)2k qE L r E mv -=-解得:204k mv E = (3)粒子经过真空区域的时间,304833LL t v v ==.粒子从真空区域进入电场区域到从边界飞出经过的时间为2441(32)2t L r at -=,40433Ltv =. 粒子从入射直至从电场区域边界飞出经过的时间123402043233t t t t t L v π++=+++=.8.如图所示,斜面上表面光滑绝缘,倾角为θ,斜面上方有一垂直纸面向里的匀强磁场.磁感应强度为B ,现有一个质量为m 、带电荷量为+q 的小球在斜面上被无初速度释放,假设斜面足够长.则小球从释放开始,下滑多远后离开斜面.【答案】2222cos 2sin m g q B θθ【解析】 【分析】 【详解】小球沿斜面下滑,在离开斜面前,受到的洛伦兹力F 垂直斜面向上,其受力分析图沿斜面方向:mg sinθ=ma ; 垂直斜面方向:F +F N -mg cosθ=0. 其中洛伦兹力为F =Bqv .设下滑距离x 后小球离开斜面,此时斜面对小球的支持力F N =0,由运动学公式有v 2=2ax ,联立以上各式解得2222cos 2sin m g x q B θθ=9.如图所示,一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道,管道里有一个直径略小于管道内径的小球,小球在管道内做圆周运动,从B 点脱离后做平抛运动,经过0.3秒后又恰好垂直与倾角为45°的斜面相碰到。