1选择题
一物体从静止开始做匀加速直线运动,第3s内的位移为5m,则物体的加速度为( )
- A. 1 m/s²
- B. 2 m/s²
- C. 3 m/s²
- D. 4 m/s²
答案:B
解析:本题考查匀变速直线运动规律。第3s内的位移等于前3s位移减去前2s位移,即 (1)/(2)a(3²) - (1)/(2)a(2²) = 5 ,解得 a = 2 m/s² 。易错点:误将第3s内位移当作第3s末的位移或计算前几秒位移时公式用错。
2选择题
如图所示,质量为m的物块在水平恒力F作用下,沿粗糙水平面从静止开始运动,经时间t撤去力F,又经时间2t物块停止。物块与水平面间的动摩擦因数为μ,则( )
- A. 撤去力F瞬间,物块的速度为Ft/3m
- B. 物块在0~t内的加速度大小为(F-μmg)/m
- C. 物块在0~3t内的平均速度大小为Ft/6m
- D. 物块在0~3t内的总位移为Ft²/2m
答案:C
解析:本题结合牛顿定律与运动学。0 t内: a₁ = (F - μ mg)/m ,速度 v = a₁ t ;t 3t内: a₂ = μ g (减速),且 v = a₂ · 2t ,联立可解。平均速度 v̅ = (总位移)/(总时间) 。易错点:忽略摩擦力在撤去F前后方向一致,或计算平均速度时未用总位移除以总时间。
3选择题
在“探究平抛运动的特点”实验中,让小球从斜槽上某点由静止释放,小球飞出后做平抛运动。用频闪照相记录小球位置,得到如图所示的A、B、C三点(时间间隔相等)。若已知当地重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
- A. 只需测量AB、BC的竖直高度差,即可求出小球平抛的初速度
- B. 若A点不是抛出点,则不能用公式Δy=gT²求时间间隔
- C. 小球在B点的竖直分速度等于AC段竖直位移的平均速度
- D. 若小球所受空气阻力不可忽略,则实验测得的重力加速度将偏大
答案:C
解析:本题考查平抛运动实验分析。A错,还需水平位移;B错,Δy=gT²适用于任何匀变速直线运动,与是否抛出点无关;C对,B点的竖直分速度等于AC段竖直位移的平均速度;D错,空气阻力使竖直加速度小于g,测得值偏小。易错点:混淆平抛运动水平与竖直方向的运动性质,或对实验原理理解不透。
4选择题
如图所示,真空中A、B两点固定有等量异种点电荷,O为AB中点,C、D为AB中垂线上的两点,且OC=OD。将一正试探电荷从C点沿中垂线移动到D点,下列说法正确的是( )
- A. 试探电荷的电势能先增大后减小
- B. 试探电荷所受电场力方向始终沿中垂线指向O点
- C. C、D两点的电场强度相同
- D. C、D两点的电势相等
答案:D
解析:本题考查等量异种电荷的电场分布。A错,中垂线上各点电势为零,试探电荷电势能始终为零;B错,正电荷受力沿电场线切线方向,从C到D,电场力方向先斜向上后斜向下,并非始终指向O;C错,场强方向不同;D对,中垂线是等势线。易错点:误认为中垂线上场强方向均指向O,或混淆电势与电势能。
5填空题
一质量为m的带电粒子以速度v₀垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场,不计重力,粒子做匀速圆周运动的半径R=______,周期T=______。
答案:R = (mv₀)/(qB);T = (2π m)/(qB)
解析:本题考查带电粒子在匀强磁场中的运动。洛伦兹力提供向心力:qv₀B = m v₀²/R,解得R = mv₀/(qB);周期T = 2πR/v₀ = 2πm/(qB)。易错点:忘记洛伦兹力公式中的电荷量q,或误将周期与半径关系记错。
6填空题
如图所示,边长为L的正方形导线框abcd,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω匀速转动。从图示位置(线框平面与磁场平行)开始计时,则线框中产生的感应电动势瞬时值表达式为e=______;当t=π/(2ω)时,电动势的瞬时值为______。
答案:e = BL²ω cos(ωt);0
解析:本题考查交流电的产生。图示位置为中性面,但线框平面与磁场平行,此时磁通量为零,感应电动势最大,表达式为e = E_m cos(ωt) = BL²ω cos(ωt)。当t=π/(2ω)时,ωt=π/2,cos(π/2)=0,故e=0。易错点:混淆中性面与平行面,导致初相位判断错误。
7解答题
如图所示,在竖直平面内,一质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂于O点。小球在水平恒力F作用下,从最低点A由静止开始运动,当绳与竖直方向成θ角时,小球速度为v。求:
(1) 此过程中小球所受合力做的功;
(2) 此时轻绳对小球的拉力大小。
答案:(1) 由动能定理,合力做功 W_合 = ΔEk = 1/2 mv² - 0 = 1/2 mv²。
(2) 小球在θ位置时,沿半径方向(指向O点)的合力提供向心力。受力分析:重力mg(竖直向下)、拉力T(沿绳指向O)、水平恒力F(水平向右)。将力沿绳方向和垂直绳方向分解,沿绳方向(向心方向):T - mg cosθ - F sinθ = m v²/L,解得 T = mg cosθ + F sinθ + m v²/L。
解析:本题综合考查动能定理与圆周运动。第(1)问直接应用动能定理,注意合力做功等于动能变化量。第(2)问需进行受力分析,特别是水平恒力F在沿绳方向的分力为F sinθ。易错点:(1)误将合力做功理解为某个力做功;(2)受力分析漏掉F或其分力,或向心力方向判断错误。
8解答题
如图所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ水平固定,间距为L,电阻不计。导轨间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。质量均为m、电阻均为R的导体棒a、b垂直导轨放置,a棒固定,b棒在水平恒力F作用下从静止开始运动。经过时间t,b棒达到最大速度。求:
(1) b棒的最大速度v_m;
(2) 时间t内,b棒上产生的焦耳热Q_b。
答案:(1) 当b棒速度最大时,加速度为零,受力平衡:F = F_安 = BIL,感应电动势 E = BLv_m,电流 I = E/(2R) = BLv_m/(2R),代入得 F = B·(BLv_m/(2R))·L = B²L²v_m/(2R),解得 v_m = 2FR/(B²L²)。
(2) 对b棒,由动能定理:F·x - W_安 = 1/2 m v_m² - 0。其中W_安为安培力做的功,其大小等于电路中产生的总焦耳热Q_总,且Q_总 = Q_a + Q_b。由于a、b棒串联,电流相等,时间相等,故Q_a = Q_b,即Q_总 = 2Q_b。又由能量守恒,F做的功一部分转化为b棒动能,另一部分转化为焦耳热:F·x = 1/2 m v_m² + Q_总。联立解得 Q_总 = F·x - 1/2 m v_m²,而Q_b = Q_总/2。但需先求位移x。由动量定理:(F - F_安)dt = m dv,即 ∫(F - B²L²v/(2R)) dt = m v_m,积分得 F·t - (B²L²/(2R))·x = m v_m,代入v_m可解得x,进而求得Q_b。具体计算:由动量定理:Ft - (B²L²/(2R))·x = m v_m,解得 x = [Ft - m v_m]·(2R)/(B²L²)。代入v_m,得 x = [Ft - m·2FR/(B²L²)]·(2R)/(B²L²) = 2FRt/(B²L²) - 4mFR²/(B⁴L⁴)。则Q_总 = F·x - 1/2 m v_m² = F·[2FRt/(B²L²) - 4mFR²/(B⁴L⁴)] - 1/2 m·[2FR/(B²L²)]² = 2F²Rt/(B²L²) - 4mF²R²/(B⁴L⁴) - 2mF²R²/(B⁴L⁴) = 2F²Rt/(B²L²) - 6mF²R²/(B⁴L⁴)。故Q_b = Q_总/2 = F²Rt/(B²L²) - 3mF²R²/(B⁴L⁴)。
解析:本题是典型的力电综合题,考查电磁感应、牛顿定律、能量守恒与动量定理。第(1)问是平衡问题,注意两棒电阻串联。第(2)问较复杂,需综合运用动量定理和能量关系,并注意电路中两棒电阻相等,产生的焦耳热也相等。易错点:(1)误以为最大速度时电流为零;(2)在计算焦耳热时,忘记安培力做功等于总焦耳热,且需区分总热与单棒热;(3)动量定理中安培力的冲量表达错误。