(二)必做题
15.(12分)某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系” 的实验,如图,图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功记为W,当用2条、3条……,完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。
⑴除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和 ⑵木板倾斜的目的是为了 ⑶若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是( ) A.橡皮筋处于原长状态 B.橡皮筋仍处于伸长状态 C.小车在两个铁钉的连线处 D.小车已过两个铁钉的连线 ⑷在正确操作情况下,打在纸带上的点,并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的 部分进行测量(根据下面所示的纸带回答);
⑸下面是本实验的数据记录表,
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橡皮筋 做功 |
10个间隔距离 x(m) |
10个间隔时间 T(s) |
小车获得速度 vn(m/s) |
小车速度的平方vn2(m/s)2 |
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1 |
W |
0.2880 |
0.2 |
1.44 |
2.07 |
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2 |
2W |
0.4176 |
0.2 |
2.09 |
4.36 |
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3 |
3W |
0.4896 |
0.2 |
2.45 |
5.99 |
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4 |
4W |
0.5904 |
0.2 |
2.95 |
8.71 |
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5 |
5W |
0.6480 |
0.2 |
3.24 |
10.50 |
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从理论上讲,橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝ 。请运用表中测定的数据在上图所示的坐标系中作出相应的图象,并验证理论的正确性。
16.(12分) 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象,用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压):
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I/(A) |
0.12 |
0.21 |
0.29 |
0.34 |
0.38 |
0.42 |
0.45 |
0.47 |
0.49 |
0.50 |
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U(V) |
0.20 |
0.40 |
0.60 |
0.80 |
1.00 |
1.20 |
1.40 |
1.60 |
1.80 |
2.00 |
(1)在左下框中画出实验电路图.可用的器材有:电压表、电流表、滑线变阻器(变化范围0-10Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若干.
(2)在右下图中画出小灯泡的U-I曲线.
(3)若将该小灯泡接在电动势是1.5V,内阻是2.0Ω的电池两端,小灯泡的实际功率是多少?(简要叙述你的方法,若需作图,可直接画在答题卷上的图中)
17.
(15分)我国2007年10月底成功发射的“嫦娥一号”探月卫星简化的路线示意图如图所示,卫星由地面发射后,经过发射轨道进入停泊轨道,然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道,再次调速后进入工作轨道,卫星开始对月球进行探测。11月7日卫星经过约180万公里的长途飞行后完成所有变轨操作,准确进入工作轨道,工作轨道为周期为T=127min,高度为h=200km的极月圆轨道,已知月球的平均直径为D=3476km,万有引力恒量G=6.67×10-11N·m2/kg2.
(1)卫星掠过月球时,为了使月球俘获卫星,即从“地月转移轨道”进入“工作轨道”,卫星上的发动机必须向_____________________(填“与运动相同的方向”或“与运动相反的方向”)喷气从而使卫星_____________· (填“加速”或“减速” )
(2)请估算月球质量.(结果保留一位有效数字)
18.
(16分)如图11甲所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN和PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.2m,电阻R=0.4Ω,导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆,导轨电阻忽略不计,整个装置处在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场的方向竖直向下,现用一外力F沿水平方向拉杆,使之由静止开始运动,若理想电压表示数U随时间t变化关系如图乙所示。求:⑴金属杆在5s末的运动速率。⑵第4s末时外力F的功率。
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19.(18分)如图14所示,正方形区域abcd边长L=8cm,内有平行于ab方向指向BC边的匀强电场,场强E=3750 V/m,一带正电的粒子电量q=10-10C,质量m=10-20kg,沿电场中心线RO飞入电场,初速度v0=2×106m/s,粒子飞出电场后经过界面CD、PS间的无电场区域后,进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域,一进入该区域即开始做匀速圆周运动(设点电荷左侧的电场分布以界面PS为界限,且不受PS影响)。已知cd、PS相距12cm,粒子穿过PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏MN上。不计粒子重力(静电力常数k=9×109Nm2/C2),试求:
(1)粒子穿过界面PS时偏离中心线OR的距离y;
(2)粒子穿过界面PS时的速度大小与方向;
(3)O点与PS面的距离x;
(4)点电荷Q的电性及电量大小。
20、(18分)如图所示,光滑水平面上有一个质量M=4.0kg的平板车,车的上表面右侧是一段长L=1.0m的水平轨道,水平轨道左侧连一半径R=0.25m的1/4光滑圆弧轨道,圆弧轨道与水平轨道在O¢点相切。车右端固定一个尺寸可以忽略、处于锁定状态的压缩弹簧,一质量m=1.0kg的小物块紧靠弹簧,小物块与水平轨道间的动摩擦因数m=0.5。整个装置处于静止状态,现将弹簧解除锁定,小物块被弹出,恰能到达圆弧轨道的最高点A,g取10m/s2。求:
(1)解除锁定前弹簧的弹性势能?
(2)小物块第二次经过O¢点时的速度大小?
(3)最终小物块与车相对静止时距O¢点的距离?