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- 2021-05-31 发布
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人大附中2020学年度第一学期期中高二年级物理练习
一、单项选择本题
1.如图所示,用一个与水平面成角的恒力F拉质量为m的木箱,木箱沿光滑水平面前进,在作用时间t内,下列说法正确的是( )
A. F的冲量大小为
B. 木箱重力的冲量大小为
C. 地面支持力的冲量大小必为0
D. 木箱的动量变化率大小为F
【答案】B
【解析】
【详解】A.F的冲量大小为,故A错误
B.木箱重力的冲量大小为,故B正确
C.地面支持力的冲量不为0,故C错误
D.木箱的动量变化率大小合外力大小,不为F,故D错误
故选B
2.如图所示,著名网球运动员李娜挥拍将质量为m的网球击出。如果网球被拍子击打前的瞬时的速度大小为,被拍子击打后瞬时的速度大小为、方向与击打前相反、重力影响可忽略,则此过程中拍子对网球作用力的冲量( )
A. 大小为,方向与击打前瞬时的速度方向相同
B. 大小为,方向与击打前瞬时的速度方向相同
C. 大小为,方向与击打后瞬时的速度方向相同
D. 大小为,方向与击打后瞬时的速度方向相同
【答案】C
【解析】
【详解】设打前瞬时的速度方向为正,根据动量定理:得:,正负代表方向,故选C
3.如图所示的弹簧振子以O点为平衡位置在B、C之间振动,取水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移x的正方向,简谐运动中,振子每次经过同一位置时,下列物理量可能不同的是( )
A. 位移 B. 回复力
C. 动能 D. 动量
【答案】D
【解析】
【详解】因为振子每次经过同一位置时,速度方向可能不同,所以动量可能不同,故选D
4.取水平向右的方向为振子离开平衡位置的位移x的正方向,从某时刻计时,得到如图所示的振动曲线,由曲线所给的信息可知下列说法正确的是( )
A. 振子运动的周期为8s
B. 时,振子在O点,并向B点运动
C. 末时质点的加速度沿C→O的方向
D. 质点在a点对应的状态比d点时对应的状态的相位超前
【答案】A
【解析】
【详解】A.根据图像可以得到周期为8s,故A正确
B.时,振子向正向运动,所以向C运动,故B错误
C.末时振子到达B点,加速度沿B→O方向,故C错误
D.根据图像判断出a、d相位差不到,故D错误
故选A
5.如图所示,一个单摆由不可长的轻细棉线和摆球(可视为质点)组成,摆球质量为m,最大摆角为(),不计空气阻力,在其自由摆动时的周期为T。下列选项中的措施(在其他条件不变时)能使单摆自由振动的周期大于T的是( )
A. 减小最大摆角 B. 增大摆球的质量
C. 使摆球带正电q,并施加竖直向上的匀强电场 D. 使摆球带正电q,并在悬点O处放一绝缘的正点电荷Q
【答案】C
【解析】
【详解】A.单摆周期公式:与摆角无关,故A错误
B.单摆周期公式:与质量无关,故B错误
C.摆球带正电q,并施加竖直向上的匀强电场E,等效于减小了重力加速度,所以T变大,故C正确
D.摆球带正电q,并在悬点O处放一绝缘的正点电荷Q
,电场力始终沿半径方向,对竖直方向没影响,故D错误
故选C
6.声波属于机械波,下列有关声波的描述中正确的是( )
A. 同一列声波在各种介质中的波长是相同的
B. 声波的频率越高,它在空气中传播的速度越快
C. 在一个周期内,振动质元沿波传播方向走过的路程等于一个波长
D. 超声波(>20000Hz)在空气中碰到物理考卷卷面尺寸的障碍物时不容易发生明显衍射
【答案】D
【解析】
【详解】A.在不同介质中,波速不同,但频率相同,所以波长不同,故A错误
B.声波在同种介质中传播速度相同,故B错误
C.任一振动质点都只在自己的平衡位置附近振动,并不随波向前移动,故C错误
D.波发生明显衍射的条件是:孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或者比波长更小,超声波的波长比卷面小的多,所以不容易发生明显衍射,故D正确
故选D
7.类比是一种有效的学习方法,通过归类和比较,有助于掌握新知识,提高学习效率。在类比过程中,既要找出共同之处,又要抓住不同之处。某同学对机械波和电磁波进行类比,发现电磁波可以在真空传播而机械波不能,但电磁波与机械波一样也可以产生干涉现象。
如图所示,AI机器人比赛要求按规定直线OO1行走,某兴趣小组设想如下方案:在O点两侧适当距离对称放置两个信号发射源S1和S2,信号源可以各发射相同频率的电磁波信号,信号发射后可以向四周各个方向传播,用波的干涉原理来引导机器人走规定直线。下列说法正确的是( )
A. 机器人在OO1上逐渐远离O点的过程中接收到的信号强度(以振幅反映)持续减弱
B. 机器人在OO1上逐渐远离O点的过程中接收到的信号强度(以振幅反映)保持不变
C. 机器人在OO1上逐渐远离O点的过程中接收到的信号强度(以振幅反映)持续增强
D. 机器人在OO1上逐渐远离O点的过程中接收到的信号强度(以振幅反映)交替变化
【答案】A
【解析】
【详解】两列波的频率必须相同,中垂线是加强区,但机器人离波源越来越远,所以接收到的信号强度(以振幅反映)持续减弱,故选D
8.如图所示,质量为m的小球从距离地面高H的A点由静止开始释放,落到地面上后又陷入泥潭中,由于受到阻力作用,到达距地面深度为h的B点时速度减为零。不计空气阻力,重力加速度为g。关于小球下落的整个过程,下列说法正确的有( )
A. 小球的机械能减少了mg(H+h)
B. 小球克服阻力做的功为mgh
C. 小球所受阻力的冲量大于
D. 小球动量的改变量等于所受阻力的冲量
【答案】AC
【解析】
A.小球在整个过程中,动能变化量为零,重力势能减小,,则小球的机械能减小了,所以A错误;
B.对全过程运用动能定理得,,则小球克服阻力做功,故B错误;
C.根据运动学规律,落到地面的速度,对进入泥潭的过程运用动量定理得:
,可知阻力的冲量为:,即大于,故C正确;
D.对全过程分析,运用动量定量知,动量的变化等于重力的冲量和阻力冲量的矢量和,故D错误。
点睛:解决本题的关键掌握动能定理和动量定理的运用,运用动能定理解题不需考虑速度的方向,运用动量定理解题需考虑速度的方向。
9.强台风往往造成巨大灾难。2020年9月16日17时,第22号台风“山竹”强台风级在广东登陆,登陆时中心附近最大风力达,空气的密度,当这登陆的台风正对吹向一块长10m、宽4m的玻璃幕墙时,假定风遇到玻璃幕墙后速度变为零,由此可估算出台风对玻璃幕墙的冲击力F大小最接近( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】假设经过t时间,由动量定理得:,代入数据:,故选C
10.作图能力是高中物理学习中一项非常重要的能力。对于解决涉及复杂过程的力学综合问题,我们往往可以通过画状态图或图将物理过程展现出来,帮助我们进行过程分析、寻找物理量之间的关系。
如图所示,光滑水平面上有一静止的足够长的木板M,一小木块m(可视为质点)从左端以某一初速度向右侧运动。若固定木板,最终小木块停在距左侧处(如图8甲所示)。若不固定木板,最终小木块也会相对木板停止滑动,这种情形下,木块刚相对木板停止滑动时的状态图可能正确的是图中的( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
【详解】A.根据能量守恒,末态物块对地位移一定小于,故A错误
B.小物块匀减速的末速度等于木板加速的末速度,停止相对滑动,所以木板的位移一定小于物块的位移,故B正确
C.根据选项B的分析,故C错误
D.根据A的分析,故D错误
故选B
二、不定项选择题
11.一洗衣机在正常工作时非常平稳,当切断电源后发现先是振动越来越剧烈、然后振动逐渐减弱,这一过程中洗衣机振幅随波轮转速(国际单位制中,转速与波轮对洗衣机施加的力的频率数值上相等)变化的关系图线如图所示,对这一现象下列说法正确的是( )
A. 正常工作时,洗衣机波轮的转速数值上大于洗衣机的固有频率
B. 正常工作时,洗衣机波轮的转速数值上小于洗衣机的固有频率
C. 当洗衣机振动最剧烈时,洗衣机的固有频率最大
D. 当洗衣机振动最剧烈时,波轮转速数值上恰等于洗衣机的固有频率
【答案】AD
【解析】
【详解】A.当波轮振动频率等于洗衣机固有频率时,发生共振,振幅最大,所以根据图像可知,正常工作时,洗衣机波轮的转速数值上大于洗衣机的固有频率,故A正确
B.根据选项A的分析,故B错误
C.固有频率是自身属性,故C错误
D.当波轮振动频率等于洗衣机固有频率时,发生共振,振动最剧烈,故D正确
故选AD
12.如图所示,用轻弹簧相连的物块a和b放在光滑的水平面上,物块a紧靠竖直墙壁,物块c以初速度向物块b运动并在极短时间内与b粘在一起,由物块a、b、c和弹簧所组成的系统,在下列依次进行的过程中,机械能守恒但动量不守恒的是( )
A. c刚与b接触→c与b粘在一起
B. b和c整体向左运动→弹簧压缩量第一次最大
C. 弹簧压缩量第一次最大中簧→弹簧第一次恢复原长
D. 弹簧第一次恢复原长→弹簧伸长量第一次达最大
【答案】BC
【解析】
【详解】A.c与b粘在一起,发生的是完全非弹性碰撞,动量守恒,机械能损失最大,故A错误
B.b和c整体向左运动→弹簧压缩量第一次最大,动能转化成弹簧的弹性势能,动量减小,符合机械能守恒但动量不守恒,故B正确
C.弹簧压缩量第一次最大中簧→
弹簧第一次恢复原长,弹性势能转化成动能,机械能守恒,但是动量增加,故C正确
D.弹簧第一次恢复原长→弹簧伸长量第一次达最大,动量守恒,机械能守恒,故D错误
故选BC
13.如图所示,沿x轴正方向传播的一列简谐横波在时刻的波形图为一正弦曲线,其波速为,则下列说法中正确的是( )
A. c点、d点的振动相位总是相同
B. 时刻图中质点b的加速度在增大
C. 从时刻开始,经0.01s质点b位于平衡位置上方,并向上做减速运动
D. 从时刻开始,经0.01s质点a通过的路程为40cm,时刻a相对平衡位置的位移为零
【答案】BC
【解析】
【详解】A.根据图像分析,c点、d点的振动相位不同,故A错误
B.波向x轴正方向传播,所以b在向y轴负方向运动,加速度增大,故B正确
C.经过0.01s即半个周期,b位于平衡位置上方,并向上做减速运动,故C正确
D.经过0.01s即半个周期,a相对平衡位置的位移大小为20cm,故D错误
故选BC
14.如图所示,一辆质量为M的小车静止在光滑的水平面上,在小车两侧立柱的横梁上固定一条长为L不可伸长的水平轻细绳,细绳另一端系有质量为m的小球,小球由静止释放,此后小车做往复运动。不计一切摩擦和空气阻力,重力加速度为g。那么,在小车往复运动的过程中( )
A. 在任意时刻,小球和小车在水平方向的动量一定大小相等、方向相反
B. 小球第一次在O点右侧能到达的最高点,可能比初始释放点低,原因是M、m的大小关系未知,可能出现到右侧最高点时小球的速度为零而小车的速度不为零
C. 小车运动的动能最大时,小球的重力势能最小
D. 小车往复运动的振幅恒为
【答案】AC
【解析】
【详解】A.系统水平方向动量守恒,故A正确
B.系统水平方向动量守恒,所以小球到右侧最高点时,小车速度一定为零,故B错误
C.小球到最低点时,小车运动的动能最大,小球的重力势能最小,故C正确
D.根据水平方向动量守恒结合人船模型分析,小车向左运动最大位移为,所以振幅应为,故D错误
故选AC
三、填空题
15.如图甲所示,用半径相同的1、2两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为m1的1球从斜槽上某一固定位置S由静止开始滚下,进入水平轨道后,从轨道末端水平抛出,落到位于水平地面的复写纸上,在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹,再把质量为m2的2球放在水平轨道末端,让1球仍从位置S由静止滚下,1球和2球碰撞后,分别在白纸上留下各自的落点痕迹,重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置,未放2球时,1
球的落点是P点,O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点,如图乙所示。
(1)在这个实验中,为了尽量减小实验误差,两个小球的质量应满足m1____ m2(选填“>”、“<”或“=”);
(2)关于本实验的实验操作,下列说法中正确的是________。(填选项前的字母)
A.如果小球每次从同一位置由静止释放,每次的落点一定是重合的
B.重复操作时发现小球的落点并不重合,说明实验操作中出现了错误
C.用半径尽量小的圆把10个落点圈起来,这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置
D.仅调节斜槽上固定位置S,它的位置越低,线段OP的长度越大
(3)本实验中除了要测量OP、OM、ON的值以外,其他必须要测量的物理量,以下正确的有_________。(填选项前的字母)
A.必须测量小球1的质量m1和小球2的质量m2
B必须测量小球1开始释放的高度h
C必须测量抛出点距地面的高度H
D必须测量小球平抛运动的飞行时间
(4)当所测物理量满足表达式_____________[用第(3)问中已知和选定测量的物理量表示时,即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。
(5)若两球碰撞时不仅得到(4)的结论-碰撞遵循动量守恒定律,而且满足机械能守恒定律,则改变小球1的质量m1和小球2的质量m2的值(但总保证两球半径相同,且1球不反弹),由上述两条物理规律可以预测___________(填选项前的字母)
A.MN与OP大小关系不确定,有时会有MNOP,有时会有MN=OP
B.MN与OP大小关系确定,总会有MN=OP
C.MN与OP大小关系确定,总会有 MN<OP
D.不可能超过2
E.可能超过3
【答案】 (1). >; (2). C; (3). A; (4). (5). BE
【解析】
【详解】(1)为了减小误差,入射小球不反弹,所以两个小球的质量应满足m1> m2
(2)由于存在偶然误差,为了减小偶然误差,采取多次取平均的原则,故C正确;S位置越低,平抛速度越小,OP越短,故D错误,故选C
(3)根据平抛:,以及动量守恒:联立解得:所以还需测量两球质量。故选A
(4)根据(3)的分析表达式为
(5)根据动量守恒,能量守恒:,联立求解:,,因为平抛运动时间相同,所以MN=OP;通过以上分析所以E正确,故选BE
16.用单摆测定重力加速度的实验装置如图所示。
(1)组装单摆时,应在下列器材中选用________(选填选项前的字母)。
A.长度为1m左右的细线
B.长度为30cm左右的细线
C.直径为1.8cm的塑料泡沫球
D.直径为1.8cm的铁球
(2)测出悬点O到小球球心的距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用的时间t,则重力加速度g=__________(用L、n、t和必要的数学常量表示)。
(3)用多组实验数据作出T2-L图像,也可以求出重力加速度g。已知三位同学作出的T2-L图线的示意图如图中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都过原点,图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线b,下列分析正确的是____ (选填选项前的字母)
A出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L
B.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次
C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值
(4)该同学在做完实验后,已测得当地重力加速度(用g表示),想研究单摆摆动时摆线中的拉力变化规律和能量变化特点。重新组装单摆装置后,实验时用拉力传感器测得摆线中的拉力大小随时间变化的F-t图象如图所示,图中,F1、F2、t0已知。设摆球在最低点时EP=0,那么当摆线中的拉力大小是F1时摆球所在的位置是__,振动过程中摆球机械能E的表达式是E=__(限选用F1、F2、t0、g和必要的数学常量表示)。
【答案】 (1). AD; (2). ; (3). B; (4). 最低点; (5).
【解析】
【详解】(1)为了减小实验误差,故选AD
(2)根据单摆周期公式得
(3)A.图像a相对于b向x轴左移,所以原因可能是误将悬点到小球上端的距离记为摆长L,故A错误
B.根据(2)分析,误将49次全振动记为50次,n变大,g变大,T2-L图像斜率为,斜率变小,为图c,故B正确
C.T2-L图像斜率为,所以c图的g值大于图线b对应的g值,故C错误
故选B
(4)通过分析,拉力最大,摆球在最低点;
,,,联立解得:
四、计算与论述
17.一竖直悬挂的弹簧振子,下端装有一记录笔,在竖直面内放置有一记录纸,当振子上下振动时,始终保证以速率v水平向左匀速拉动记录纸,通过纸移动的空间距离间接反映运动时间的方法,记录振子的运动。记录笔在纸上留下如图17所示的图像,已知该图像是经过一定的平移操作后是一个正弦函数图像。记录笔与记录纸之间的摩擦和空气阻力都可忽略不计。y1、y2、x0、2x0为纸上印迹的已知位置坐标。
(1)写出振子的平衡位置的纵坐标yC;
(2)求振子振动的周期T,并给出一个类似本题记录振动的方法的应用;
(3
)若记录笔与记录纸之间的摩擦力和空气阻力很小但不可忽略,在答题纸相关区域定性画出记录纸上可能出现的图线;
【答案】(1);(2),应用:心电图,示波器显示等;(3)
【解析】
【详解】(1)根据简谐运动对称性结合题给图像,可知平衡位置纵坐标
(2)由图像可知,振子在一个周期内沿x方向的位移为,水平速度为v,故由题意知,振子的周期
类似方法的应用:心电图仪、地震监测仪、示波器显示、沙摆实验等
(3)弱阻尼振动图像如图:
18.如图所示,一列简谐横波沿x轴传播,实线和虚线分别表示前后间隔△t=0.2s的两个时刻的波形图,图中a点是实线与x轴的交点。
(1)如果波是向x轴正方向传的,周期是多少?
(2)如果波是向x轴负方向传播的,且该波的周期大于0.2s,则
a.波速是多少?
b.画出图中a质点的振动位移y随时间t变化的y-t
图像,(要求至少画出一个周期内的图像,图像包含必要的基础信息)
【答案】(1);(2)a.2.25m/s,
b.
【解析】
【详解】(1)由波形图可知波长
由题意波向x轴正方向传播,可得
则波速 (n=0,1,2…)
周期 (n=0,1,2…)
(2)a.由波形图可知波长,
由题意波向x轴负方向传播,可得
则波速 (n=0,1,2…)
周期 (n=0,1,2…)
因,故
波速
b.a点的振动图像如图
19.
像子弹这样高速运动物体的速度通常很难测量,但我们可以借助物理学设计方案帮助我们测量。如图19所示,有一种测子弹速度的方案如下:利用长为L的细线下吊着一个质量为M的沙袋(大小可忽略不计)一颗质量为m、子弹水平射入沙袋并在极短时间内留在其中,然后随沙袋一起摆动,摆线与竖直方向的最大偏角是(小于90°)。已知重力加速度为g。不计空气阻力。
(1)求子弹刚射入沙包后和沙包的共同速度v的大小;
(2)求子弹射入沙包前瞬时的速度v0的大小;
(3)子弹在沙包中相对运动的过程(时间极短)系统产生的内能Q与子弹初动能E0的比值定义为。即:,在子弹质量和沙包质量不变的情况下,
a.子弹射入并留在沙袋中的过程与子弹能深入距离有关吗?给出结论并论证;
b.改变子弹的速度,子弹可能打穿沙包后继续以一定速度向前运动,这种情况下的值会比子弹留在沙包中大吗?给出结论并论证。
【答案】(1),(2);(3)a,无关,b,不会比子弹留在沙包中大
【解析】
【详解】(1)对象:<沙包+子弹>
过程:子弹刚射入沙包后→摆线与竖直方向成最大偏角,
规律:机械能守恒定律
列式:
解得:……
(2)对象:<沙包+子弹>
过程:子弹刚射入沙包前→子弹刚射入沙包后,
规律:动量守恒定律
列式:
解得:
(3)a. 与子弹能深入得距离无关……
子弹在沙包中相对运动的过程,系统产生的内能
,只与M、m有关,与子弹能深入得距离无关……
b. 不会比留在沙包中大……
若打穿沙包,设刚打穿瞬时,子弹速度为v1,沙包的速度为v2,则有
对<沙包+子弹>系统,由动量守恒定律有:
解得,可得
子弹在沙包中相对运动的过程,系统产生的内能
20.如图所示,一劲度系数为k的绝缘轻弹簧的左端固定,右端与一带正电的
小球相连接,小球套在光滑绝缘的水平杆上,小球的电量为+q,质量为m,小球所在的空间有一个足够大的水平向右的强电场、电场强度大小为E,小球静止在水平杆上的O点。现将小球拉到O点右侧距离为A的位置,由静止释放,此后运动过程中始终未超过弹簧的
弹性限度。规定平衡位置为电势能和弹簧弹性势能的零点。以平衡位置为坐标原点建立如图所示的水平向右的一维坐标系Ox。
(1)从运动与相互作用观点出发,解决以下问题:
a.求小球处于平衡状态时弹簧相对原长的伸长量s;
b.证明小球做简谐运动;
(2)图像法和比较法是研究物理问题的重要方法,例如:①从教科书中我们明白了由v-t图像求直线运动位移的思想和方法;②从机械能的学习,我们理解了重力做功的特点并进而引入重力势能,由此可以得到重力做功与重力势能变化量之间的关系。请你借鉴此方法,从功与能量的观点出发,解决以下问题:
a.小球运动过程中,小球相对平衡位置的位移为x时,证明系统具有的电势能EP电和弹性势能Ep弹的总和EP的表达式为。
b.根据小球运动过程中速度v与相对平衡位置的位移x的关系式,画出小球运动过程中速度随振动位移变化的v-x图像,并求解小球在运动过程中回复力做正功的功率P的最大值;
(3)已知小球运动的周期为(此结论仅允许本问使用)。结合第(2)问的能量分析,从冲量、动量的观点出发,解决以下问题:
小球从x=+A处由静止释放至第一次达到平衡位置的过程中,求:
a.弹簧对左端固定点的弹力冲量I的大小;
b.弹簧对小球的弹力对时间的平均值的大小。
【答案】(1)a,,b,;(2)a,由能量守恒证明;b,;
(3)a,,b.
【解析】
【详解】(1)a.对小球,由平衡条件
b.设小球偏离平衡位置x时的回复力为,故小球做简谐运动
(2)a.电势能
弹性势能
电势能和弹性势能总和
b.由能量守恒定律,
整理得:
故图是椭圆。
故回复力功率,利用均值不等式可求最值
(3)a.左端固定点对弹簧的弹力冲量
由(2)中所得的关系,可得
解得
牛顿第三定律,弹簧对左端固定点的弹力冲量
b.,解得