高考物理数学物理法解题技巧和训练方法及练习题

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高考物理数学物理法解题技巧和训练方法及练习题一、数学物理法1.如图所示,在竖直分界线MN 的左侧有垂直纸面的匀强磁场,竖直屏与MN 之间有方向向上的匀强电场。

在O 处有两个带正电的小球A 和B ,两小球间不发生电荷转移。

若在两小球间放置一个被压缩且锁定的小型弹簧(不计弹簧长度),解锁弹簧后,两小球均获得沿水平方向的速度。

已知小球B 的质量是小球A 的1n 倍,电荷量是小球A 的2n 倍。

若测得小球A 在磁场中运动的半径为r ,小球B 击中屏的位置的竖直偏转位移也等于r 。

两小球重力均不计。

(1)将两球位置互换,解锁弹簧后,小球B 在磁场中运动,求两球在磁场中运动半径之比、时间之比;(2)若A 小球向左运动求A 、B 两小球打在屏上的位置之间的距离。

【答案】(1)2n ,21n n ;(2)123rr n n -【解析】 【详解】(1)两小球静止反向弹开过程,系统动量守恒有A 1B mv n mv =①小球A 、B 在磁场中做圆周运动,分别有2A A A mv qv B r =,21B2B Bn mv n qv B r =②解①②式得A2Br n r = 磁场运动周期分别为A 2πmT qB=,1B 22πn m T n qB =解得运动时间之比为AA2BB122Tt nTt n==(2)如图所示,小球A经圆周运动后,在电场中做类平抛运动。

水平方向有A AL v t=③竖直方向有2A A A12y a t=④由牛顿第二定律得AqE ma=⑤解③④⑤式得2AA()2qE Lym v=⑥小球B在电场中做类平抛运动,同理有22B1B()2n qE Lyn m v=⑦由题意知By r=⑧应用几何关系得B A2y y r y∆=+-⑨解①⑥⑦⑧⑨式得123ry rn n∆=-2.如图所示,圆心为O1、半径4cmR=的圆形边界内有垂直纸面方向的匀强磁场B1,边界上的P点有一粒子源,能沿纸面同时向磁场内每个方向均匀发射比荷62.510C/kgqm=⨯、速率5110m/sv=⨯的带负电的粒子,忽略粒子间的相互作用及重力。

其中沿竖直方向PO 1的粒子恰能从圆周上的C 点沿水平方向进入板间的匀强电场(忽略边缘效应)。

两平行板长110cm L =(厚度不计),位于圆形边界最高和最低两点的切线方向上,C 点位于过两板左侧边缘的竖线上,上板接电源正极。

距极板右侧25cm L =处有磁感应强度为21T B =、垂直纸面向里的匀强磁场,EF 、MN 是其左右的竖直边界(上下无边界),两边界间距8cm L =,O 1C 的延长线与两边界的交点分别为A 和O 2,下板板的延长线与边界交于D ,在AD 之间有一收集板,粒子打到板上即被吸收(不影响原有的电场和磁场)。

求:(1)磁感应强度B 1的方向和大小;(2)为使从C 点进入的粒子出电场后经磁场偏转能打到收集板上,两板所加电压U 的范围; (3)当两板所加电压为(2)中最大值时,打在收集板上的粒子数与总粒子数的比值η。

(可用反三解函数表示,如π1arcsin 62=)【答案】(1)11B =T ,方向垂直纸面向里;(2)1280V 2400V U ≤≤;(3)17arcsinarcsin168π+【解析】 【分析】 【详解】 (1)由题可知,粒子在圆形磁场区域内运动半径r R =则21v qvB m R=得11T B =方向垂直纸面向里。

(2)如图所示211()22L qU y mR v=⋅且要出电场04cm y ≤≤在磁场B 2中运动时22v qvB mr=合,cos v v a =合 进入B 2后返回到边界EF 时,进出位置间距2cos y r a ∆=得22mv y qB ∆=代入得8cm y ∆=说明与加速电场大小无关。

要打到收集板上,设粒子从C 点到EF 边界上时所发生的侧移为y 0,需满足04cm 8cm y ≤≤且110222L y L y L=+ 得2cm 4cm y ≤≤sin r r a L +≤且12tan y a L =得150cm 4y ≤≤综上需满足152cm cm 4y ≤≤即两板所加电压U 满足1280V 2400V U ≤≤(3)由(2)可知,两板间加最大电压2400V 时,带电粒子出电场时的偏转距离为154cm ,则要打到收集板上,粒子应从PO 1左侧的θ角和右侧的β角之间出射,其中1sin 16θ=,7sin 8β= 即能打到收集板上的粒子数占总粒数的比值17arcsinarcsin 168πη+=3.如图所示,一束平行紫光垂直射向半径为1m R =的横截面为扇形的玻璃砖薄片(其右侧涂有吸光物质),经折射后在屏幕S 上形成一亮区,已知屏幕S 至球心距离为(21)m D =+,玻璃半球对紫光的折射率为2n =,不考虑光的干涉和衍射。

求:(1)若某束光线在玻璃砖圆弧面入射角30θ=o ,其折射角α; (2)亮区右边界到P 点的距离d 。

【答案】(1)π4α=;(2)1m 【解析】 【分析】 【详解】(1)据折射定律得sin sin n αθ=得π4α=(2)如图,紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E到G的距离d就是所求宽度。

设紫光临界角为C∠,由全反射的知识得1sin Cn∠=得π4C∠=OAF△中π4AOF AFO∠=∠=πcos4ROF=GF D OF=-得1mGF=FGE△中π4GFE GEF∠=∠=d GE GF==得1md=4.某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛,比赛路径如图所示.可视为质点的赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直半圆轨道,并通过半圆轨道的最高点C,才算完成比赛.B是半圆轨道的最低点,水平直线轨道和半圆轨道相切于B点.已知赛车质量m=0.5kg,通电后以额定功率P=2W工作,进入竖直圆轨道前受到的阻力恒为F f =0.4N ,随后在运动中受到的阻力均可不计,L =10.00m ,R =0.40m ,(g 取10m/s 2).求:(1)要使赛车能通过C 点完成比赛,通过C 点的速度至少多大? (2)赛车恰能完成比赛时,在半圆轨道的B 点对轨道的压力多大 (3)要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间t ?(4)若电动机工作时间为t 0=5s ,当R 为多少时赛车既能完成比赛且飞出的水平距离又最大,水平距离最大是多少?【答案】(1)2m/s (2)25/m s ,30N (3)t =4.5s (4)R =0.3m ,1.2m 【解析】 【分析】赛车恰好通过最高点时,靠重力提供向心力,根据牛顿第二定律求出通过C 点的最小速度.根据机械能守恒定律求出赛车在B 点的最小速度,根据牛顿第二定律求出赛车对轨道的压力.对A 到B 过程运用动能定理,求出电动机从A 到B 至少工作的时间.根据动能定理求出赛车到达最高点的速度,结合平抛运动的规律求出水平位移,通过数学知识求出水平位移的最大值. 【详解】(1)当赛车恰好过C 点时在B 点对轨道压力最小,赛车在B 点对有:2Cv mg m R=解得:100.4m/s 2m/s C v gR ==⨯=...①(2)对赛车从B 到C 由机械能守恒得:2211222B C mv mv mg R =+⋅…② 赛车在B 处,由牛顿第二定律可得:2N Bv F mg m R-=…③由①②③得:525m/s B v gR ==N 630N F mg ==由牛顿第三定律知,对轨道的压力大小等于30N ;(3)对赛车从A 到B 由动能定理得:2102f B Pt F L mv -=- 解得:4.5s t =(4)对赛车从A 到C 由动能定理得:20012'2f Pt F L mg R mv --⋅=, 赛车飞出C 后有:212'2R gt =0x v t =解得:x =所以当'0.3m R =时,x 最大:max 1.2m x =答:(1)要使赛车能通过C 点完成比赛,通过C 点的速度至少为2m/s ; (2)赛车恰能完成比赛时,在半圆轨道的B 点对轨道的压力等于30N ; (3)要使赛车完成比赛,电动机至少工作 4.5s t =;(4)若电动机工作时间为t 0=5s ,当R 为0.3m 时赛车既能完成比赛且飞出的水平距离又最大,最大水平距离max 1.2m x =.5.如图所示,在xOy 平面的第一、第四象限有方向垂直于纸面向里的匀强磁场;在第二象限有一匀强电场,电场强度的方向沿y 轴负方向。

原点O 处有一粒子源,可在xOy 平面内向y 轴右侧各个方向连续发射大量速度大小在00~v 之间,质量为m ,电荷量为q +的同种粒子。

在y 轴正半轴垂直于xOy 平面放置着一块足够长的薄板,薄板上有粒子轰击的区域的长度为0L 。

已知电场强度的大小为294mv E qL =,不考虑粒子间的相互作用,不计粒子的重力。

(1)求匀强磁场磁感应强度的大小B ;(2)在薄板上02L y =处开一个小孔,粒子源发射的部分粒子穿过小孔进入左侧电场区域,求粒子经过x 轴负半轴的最远点的横坐标;(3)若仅向第四象限各个方向发射粒子:0t =时,粒子初速度为0v ,随着时间推移,发射的粒子初速度逐渐减小,变为2v 时,就不再发射。

不考虑粒子之间可能的碰撞,若穿过薄板上2L y =处的小孔进入电场的粒子排列成一条与y 轴平行的线段,求t 时刻从粒子源发射的粒子初速度大小()v t 的表达式。

【答案】(1)002mv B qL =;(2)03x L =-;(3)000π2sin()6v v v t L =+或者000()π2sin()6v v t vt L =+【解析】 【详解】(1)速度为0v 的粒子沿x 轴正向发射,打在薄板的最远处,其在磁场中运动的半径为0r ,由牛顿第二定律2000mv qv B r =①02L r =② 联立,解得2mv B qL =③ (2)如图a 所示速度为v的粒子与y轴正向成α角射出,恰好穿过小孔,在磁场中运动时,由牛顿第二定律2mvqvBr=④而4sinLrα=⑤粒子沿x轴方向的分速度sinxv vα=⑥联立,解得2xvv=⑦说明能进入电场的粒子具有相同的沿x轴方向的分速度。

当粒子以速度为0v从O点射入,可以到达x轴负半轴的最远处。

粒子进入电场时,沿y轴方向的初速度为y v,有220032y xv v v v=-=⑧2122yL qEv t tm-=-⑨最远处的横坐标xx v t=-⑩联立,解得3x L=-(3)要使粒子排成一排,粒子必须在同一时刻进入电场。

粒子在磁场在运动轨迹如图b所示周期相同,均为π2πLmTBq v==又2sin 2v v v vα==粒子在磁场中的运动时间2π22πt T α-'=以0v 进入磁场的粒子,运动时间最长,满足π6α=,其在磁场中运动时间 m 56t T =以不同速度射入的粒子,要同时到达小孔,有m t t t '+=联立,解得000π2sin()6v v v t L =+或者000()π2sin()6v v t v t L =+6.如图所示,一半径为R =30.0cm ,横截面为六分之一圆的透明柱体水平放置,O 为横截面的圆心,该柱体的BO 面涂有反光物质,一束光竖直向下从A 点射向柱体的BD 面,入射角i =45°,进入柱体内部后,经过一次反射恰好从柱体的D 点射出。