高中物理競賽輔導(dǎo)輔導(dǎo)九.DOC

高中物理競賽輔導(dǎo) 輔導(dǎo)九1我國將于2008年下半年發(fā)射圍繞地球做圓周運(yùn)動的“神舟七號”載人飛船。 屆時，神舟七號將重點(diǎn)突破航天員出艙活動（太空行走如圖甲）技術(shù)。從神舟七號開始，我國進(jìn)入載人航天二期工程。在這一階段里，將陸續(xù)實(shí)現(xiàn)航天員出艙行走、空間交會對接等科學(xué)目標(biāo)。（1）若已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g?！吧裰?號”載人飛船上的宇航員離開飛船后身上的速度計(jì)顯示其對地心的速度為，求該宇航員距離地球表面的高度。（2）已知宇航員及其設(shè)備的總質(zhì)量為M，宇航員通過向后噴出氧氣而獲得反沖力，每秒鐘噴出的氧氣質(zhì)量為m。為了簡化問題，設(shè)噴射時對氣體做功的功率恒為P，在不長的時間內(nèi)宇航員及其設(shè)備的質(zhì)量變化很小，可以忽略不計(jì)。求噴氣秒后宇航員獲得的動能。AB2.(20分)如圖所示，為一個實(shí)驗(yàn)室模擬貨物傳送的裝置，A是一個表面絕緣質(zhì)量為1kg的小車，小車置于光滑的水平面上，在小車左端放置一質(zhì)量為0.1kg帶電量為q=110-2C的絕緣貨柜，現(xiàn)將一質(zhì)量為0.9kg的貨物放在貨柜內(nèi)在傳送途中有一水平電場，可以通過開關(guān)控制其有、無及方向先產(chǎn)生一個方向水平向右，大小E1=3102N/m的電場，小車和貨柜開始運(yùn)動，作用時間2s后，改變電場，電場大小變?yōu)镋2=1102N/m，方向向左，電場作用一段時間后，關(guān)閉電場，小車正好到達(dá)目的地，貨物到達(dá)小車的最右端，且小車和貨物的速度恰好為零。已知貨柜與小車間的動摩擦因數(shù)=0.1，（小車不帶電，貨柜及貨物體積大小不計(jì)，g取10m/s2）求：第二次電場作用的時間；小車的長度；小車右端到達(dá)目的地的距離3.如圖所示，質(zhì)量為M =2 kg的小車A靜止在光滑水平面上，A的右端停放有一個質(zhì)量為m =0.4 kg帶正電荷q =0.8 C的小物體B整個空間存在著垂直紙面向里磁感應(yīng)強(qiáng)度B =0.5T的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)從小車的左端，給小車A一個水平向右的瞬時沖量I =26 Ns，使小車獲得一個水平向右的初速度，物體與小車之間有摩擦力作用，設(shè)小車足夠長，求：（1）瞬時沖量使小車獲得的動能（2）物體B的最大速度（3）在A與B相互作用過程中系統(tǒng)增加的內(nèi)能（g =10m/s2）4.如圖所示，光滑水平面MN上放兩相同小物塊A、B，左端擋板處有一彈射裝置P，右端N處與水平傳送帶理想連接，傳送帶水平部分長度L=8m，沿逆時針方向以恒定速度v=6m/s勻速轉(zhuǎn)動。物塊A、B（大小不計(jì)）與傳送帶間的動摩擦因數(shù)。物塊A、B質(zhì)量mA=mB=1kg。開始時A、B靜止，A、B間壓縮一輕質(zhì)彈簧，貯有彈性勢能Ep=16J?，F(xiàn)解除鎖定，彈開A、B。求： （1）物塊B沿傳送帶向右滑動的最遠(yuǎn)距離。（2）物塊B滑回水平面MN的速度。（3）若物體B返回水平面MN后與被彈射裝置P彈回的A在水平面上相碰，且A、B碰后互換速度，則彈射裝置P必須給A做多少功才能讓AB碰后B能從Q端滑出。1：【解析】（1）設(shè)地球質(zhì)量為M0，在地球表面，對于質(zhì)量為m的物體有， （2分）離開飛船后的宇航員繞地球做勻速圓周運(yùn)動，有 （2分）聯(lián)立解得 r= （2分）該宇航員距離地球表面的高度 h=r-R=-R （2分）（2）因?yàn)閲娚鋾r對氣體做功的功率恒為P，而單位時間內(nèi)噴氣質(zhì)量為m，故在t時間內(nèi)，據(jù)動能定理可求得噴出氣體的速度為： （2分）另一方面探測器噴氣過程中系統(tǒng)動量守恒，則： （2分）又宇航員獲得的動能， （2分）聯(lián)立解得 （2分）2：（20分）解答：（1）貨物（1分） 小車（1分） 經(jīng)t1=2s 貨物運(yùn)動（1分） 小車運(yùn)動（1分） 貨物V1=a1t1=22=4m/s 向右 小車V2=a2t1=12=2m/s 向右 經(jīng)2秒后，貨物作勻減速運(yùn)動 向左（1分） 小車加速度不變，仍為a2=1m/s2 向右，當(dāng)兩者速度相等時，貨柜恰好到達(dá)小車最右端，以后因?yàn)閝E2=f=(m0+m1)g，貨柜和小車一起作為整體向右以向右作勻減速直到速度都為0（1分） 共同速度為V=V1a1 t2 V=V2+a2t2t2= V=m/s（1分） 貨物和小車獲得共同速度至停止運(yùn)動用時 （1分） 第二次電場作用時間為t=t2+t3=6s（2分） （2）小車在t2時間內(nèi)位移S3=V2t2+a2t22=m（2分） 貨柜在t2時間內(nèi)位移為S4=V1t2a1t22=m（2分） 小車長度L=S1-S2+S4-S3=m（2分） （或用能量守恒qE1S1-qE2S4= L=m（2分） （3）小車右端到達(dá)目的地的距離為S3.【解析】（1）瞬時沖量和碰撞是一樣的，由于作用時間極短，可以忽略較小的外力的影響，而且認(rèn)為，沖量結(jié)束后物體B的速度仍為零，沖量是物體動量變化的原因，根據(jù)動量定理即可求得小車獲得的速度，進(jìn)而求出小車的動能I = Mv0，v0 = I / M = 13m / s，Ek = Mv02 / 2 = 169J（2）小車A獲得水平向右的初速度后，由于A、B之間的摩擦，A向右減速運(yùn)動B向右加速運(yùn)動，由于洛倫茲力的影響，A、B之間摩擦也發(fā)生變化，設(shè)A、B剛分離時B的速度為vB，則：BqvB = mg，即vB = mg / Bq = 10m / s若A、B能相對靜止。設(shè)共同速度為v由Mv0 = (M + m)v ，解得 v = 10.8m / s因vBv，說明A、B在沒有達(dá)到共同速度前就分離了，所以B的最大速度為vB = 10m / s（3）由于洛倫茲力的影響，A、B之間的摩擦力逐漸減少，因此無法用Q = fs求摩擦產(chǎn)生的熱量，只能根據(jù)機(jī)械能的減少等于內(nèi)能的增加來求解由于B物體在達(dá)到最大速度時，兩個物體已經(jīng)分離，就要根據(jù)動量守恒定律求這時A的速度，設(shè)當(dāng)物體B的速度最大時物體A的速度為vAA、B系統(tǒng)水平方向動量守恒：Mv0 = MvA + mvBvA = (Mv0 mvB) / M = 11m/sQ =E = Mv02 / 2 MvA2 / 2 mvB2 / 2 = 28J4.【解析】試題包括四個物理過程：彈簧解除鎖定，AB相互彈開的過程，系統(tǒng)動量、機(jī)械能守恒。B滑上傳送帶勻減速運(yùn)動的過程，用動能定理或動力學(xué)方法都可以求解。B隨傳送帶勻加速返回的過程，此過程可能有多種情況，一直勻加速，先勻加速再勻速。B與A的碰撞過程。遵守動量守恒定律。（1）解除鎖定彈開AB過程中，系統(tǒng)機(jī)械能守恒： 由動量守恒有： mAvA=mBvB 由得： m/s m/s B滑上傳送帶勻減速運(yùn)動，當(dāng)速度減為零時，滑動的距離最遠(yuǎn)。由動能定理得： 所以m （2）物塊B沿傳送帶向左返回時，先勻加速運(yùn)動，物塊速度與傳送帶速度相同時一起勻速運(yùn)動，物塊B加速到傳送帶速度v需要滑動的距離設(shè)為，由 得9m 說明物塊B滑回水平面MN的速度沒有達(dá)到傳送帶速度， =4m/s （3）設(shè)彈射裝置給A做功為， AB碰后速度互換，B的速度 = B要滑出平臺Q端，由能量關(guān)系有：. 又mA=mB所以，由得 解得 W 8 J 24(18分) 如圖13所示，M、N為兩對圓弧塑料導(dǎo)軌，分別粘接在U形金屬導(dǎo)軌上層的C、D、E、F點(diǎn)，三導(dǎo)軌平滑連接且寬均為L=1 m，導(dǎo)軌下層距離水平地面高為H=0.2 m，在其上方放置一單向?qū)щ姟①|(zhì)量為m2=1kg的金屬桿2(已知金屬桿2在P端電勢高于Q端電勢時有電流通過，反之無電流通過)，整個裝置放在豎直向上的 勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.1T已知質(zhì)量為m1=0.5kg的金屬桿1在M軌道上從高為h=0.8m處由靜止釋放沿導(dǎo)軌M滑下，經(jīng)U形金屬導(dǎo)軌上層水平部分后滑上塑料導(dǎo)軌N，金屬桿1與U形金屬導(dǎo)軌上層水平部分接觸良好，多次反復(fù)運(yùn)動后使金屬桿2脫離軌道著地，著地點(diǎn)到下層軌道右端水平距離為s=0.2 m處，金屬桿1和金屬桿2導(dǎo)電時的電阻之和為R=2(忽略一切摩擦和導(dǎo)軌的電阻)，取g=10ms2求：(1)流過金屬桿的最大電流；(2)當(dāng)金屬桿2離開下層導(dǎo)軌后金屬桿1的最大速度及上升的最大高度；(3)此過程中電路產(chǎn)生的焦耳熱電磁感應(yīng)與電路【預(yù)測題8】如圖所示，固定的豎直光滑金屬導(dǎo)軌間距為L，上端接有阻值為R的電阻，處在方向水平、垂直導(dǎo)軌平面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒與下端固定的豎直輕質(zhì)彈簧相連且始終保持與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略，彈簧的勁度系數(shù)為k。初始時刻，彈簧恰好處于自然長度，使導(dǎo)體棒以初動能Ek沿導(dǎo)軌豎直向下運(yùn)動，且導(dǎo)體棒在往復(fù)運(yùn)動過程中，始終與導(dǎo)軌垂直。（1）求初始時刻導(dǎo)體棒所受安培力的大小F；（2）導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動一段時間后，最終將靜止。設(shè)靜止時彈簧的彈性勢能為Ep，則從初始時刻到最終導(dǎo)體棒靜止的過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q為多少？【解析】（1）設(shè)導(dǎo)體棒的初速度為v0，由動能的定義式 得 設(shè)初始時刻產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律得： 設(shè)初始時刻回路中產(chǎn)生的電流為I，由閉合電路的歐姆定律得： 設(shè)初始時刻導(dǎo)體棒受到的安培力為F，由安培力公式得： （2）從初始時刻到最終導(dǎo)體棒靜止的過程中，導(dǎo)體棒減少的機(jī)械能一部分轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，另一部分通過克服安培力做功轉(zhuǎn)化為電路中的電能，因在電路中只有電阻，電能最終全部轉(zhuǎn)化為電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q。 當(dāng)導(dǎo)體棒靜止時，棒受力平衡，此時導(dǎo)體棒的位置比初始時刻降低了h，則 由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律得： 【點(diǎn)評】本題通過彈簧模型和導(dǎo)軌模型結(jié)合起來，考查學(xué)生運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律、安培力、力的平衡、能量守恒定律等知識點(diǎn)處理相關(guān)問題。壓軸題 【點(diǎn)評】本題是一道動量、能量與動力學(xué)相結(jié)合的試題。試題的物理情景考生并不陌生，是對“傳送帶”類試題的創(chuàng)新。此類試題能夠很好地將主干知識和基本方法揉合在一起進(jìn)行考查，是一道難得的試題。從題目包含的考點(diǎn)看，涉及到受力分析、牛頓運(yùn)動定律、運(yùn)動學(xué)公式，動量、能量守恒等多個主干知識點(diǎn)，從題目包含的物理過程看，涉及到碰撞、勻變速運(yùn)動等基本物理過程。試題較好地體現(xiàn)了大綱規(guī)定的對考生理解、推理、分析綜合、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題等能力的考查要求。【預(yù)測題10】如圖，光滑斜面的傾角= 30，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長l1 = l m，bc邊的邊長l2= 0.6 m，線框的質(zhì)量m = 1 kg，電阻R = 0.1，線框通過細(xì)線與重物相連，重物質(zhì)量M = 2 kg，斜面上ef線（efgh）的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 0.5 T，如果線框從靜止開始運(yùn)動，進(jìn)入磁場最初一段時間是勻速的，ef線和gh的距離s = 11.4 m，（取g = 10.4m/s2），求：（1）線框進(jìn)入磁場前重物M的加速度；（2）線框進(jìn)入磁場時勻速運(yùn)動的速度v；（3）ab邊由靜止開始到運(yùn)動到gh線處所用的時間t；（4）ab邊運(yùn)動到gh線處的速度大小和在線框由靜止開始到運(yùn)動到gh線的整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱?！窘馕觥浚?）線框進(jìn)入磁場前，線框僅受到細(xì)線的拉力FT，斜面的支持力和線框重力，重物M受到重力和拉力FT。對線框，由牛頓第二定律得FT mg sin= ma.聯(lián)立解得線框進(jìn)入磁場前重物M的加速度=5m/s2（2）因?yàn)榫€框進(jìn)入磁場的最初一段時間做勻速運(yùn)動所以重物受力平衡Mg = FT，線框abcd受力平衡FT= mg sin+ FAab邊進(jìn)入磁場切割磁感線，產(chǎn)生的電動勢E = Bl1v形成的感應(yīng)電流 受到的安培力聯(lián)立上述各式得，Mg = mg sin+ 代入數(shù)據(jù)解得v=6 m/s（3）線框abcd進(jìn)入磁場前時，做勻加速直線運(yùn)動；進(jìn)磁場的過程中，做勻速直線運(yùn)動；進(jìn)入磁場后到運(yùn)動到gh線，仍做勻加速直線運(yùn)動。進(jìn)磁場前線框的加速度大小與重物的加速度相同，為a = 5 m/s2該階段運(yùn)動時間為進(jìn)磁場過程中勻速運(yùn)動時間線框完全進(jìn)入磁場后線框受力情況同進(jìn)入磁場前，所以該階段的加速度仍為a = 5