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1、計算題押題練(三)
1.如圖所示,豎直放置的固定平行光滑導軌ce、df的上端連一阻值R0=3 Ω的電阻,導體棒ab水平放置在一水平支架MN上并與豎直導軌始終保持垂直且接觸良好,在導軌之間有圖示方向磁場,磁感應(yīng)強度隨時間變化的關(guān)系式為B=2t(T),abdc為一正方形,導軌寬L=1 m,導體棒ab的質(zhì)量m=0.2 kg,電阻R=1 Ω,導軌電阻不計。(g取10 m/s2)求:
(1)t=1 s時導體棒ab對水平支架MN壓力的大??;
(2)t=1 s以后磁場保持恒定,某時刻撤去支架MN使ab從靜止開始下落,求ab下落過程中達到的最大速度vm的大小以及ab下落速度v=1 m/s時的加速度大小。
2、
解析:(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得感應(yīng)電動勢:
E=S=2×1 V=2 V
根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得:
I== A=0.5 A
t=1 s時,B=2 T,
此時導體棒ab受到的安培力
F安=BIL=2×0.5×1 N=1 N,
由左手定則可知方向豎直向上
根據(jù)平衡條件得:FN=mg-F安=1 N。
由牛頓第三定律得導體棒ab對水平支架MN的壓力FN′=FN=1 N,方向豎直向下。
(2)t=1 s時,B=2 T,撤去支架MN后,ab向下做切割磁感線運動,受豎直向下的重力和豎直向上的安培力作用,當F安與ab棒的重力相等時達到最大速度
由:E=BLvm,I=,F(xiàn)安=
3、BIL=mg,
聯(lián)立得:=mg
代入數(shù)據(jù)解得:vm=2 m/s
當v=1 m/s時,由牛頓第二定律得mg-=ma
代入數(shù)據(jù)解得:a=5 m/s2。
答案:(1)1 N (2)2 m/s 5 m/s2
2.如圖所示,勁度系數(shù)為k=100 N/m的輕質(zhì)彈簧水平放置,左端固定在豎直墻壁上,右端與質(zhì)量為m=3 kg的小物塊相連,小物塊另一側(cè)與一根不可伸長的輕質(zhì)細線相連,細線另一端固定在天花板上,當細線與豎直方向成53°時,小物塊處于靜止狀態(tài)且恰好對水平地面無壓力。(g取10 m/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6)求:
(1)此時細線的拉力大??;
(2)若小物塊與水平
4、地面間的動摩擦因數(shù)μ=,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則剪斷細線瞬間小物塊的加速度;
(3)剪斷細線后,經(jīng)過一段時間小物塊獲得最大動能,則此過程因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能。
解析:(1)由受力平衡有:mg=Tcos 53°,解得:T=50 N。
(2)剪斷細線瞬間,地面對物塊產(chǎn)生支持力,有:FN=mg
彈簧的彈力在剪斷細線瞬間未發(fā)生改變,有:F彈=Tsin 53°
由牛頓第二定律有:F彈-μFN=ma
解得:a=10 m/s2,方向水平向左。
(3)當F彈′=μFN時,物塊動能最大,設(shè)此時彈簧伸長量為x1
則有:F彈′=μFN=kx1,解得:x1=0.1 m
開始彈簧的伸長量為x,則有:
5、F彈=Tsin 53°=kx,
解得:x=0.4 m
由功能關(guān)系可得產(chǎn)生的內(nèi)能:Q=μFN(x-x1)=3 J。
答案:(1)50 N (2)10 m/s2,方向水平向左 (3)3 J
3.如圖所示,OPQS為xOy平面內(nèi)邊長為L的正方形,正方形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場;MN為與x軸平行且相距為L的足夠長的熒光屏,熒光屏與y軸交點為C;在x軸與熒光屏之間存在沿y軸向上、電場強度大小為E的勻強電場。一束速度大小不同的電子從P點沿x軸正方向進入磁場后,均從OS邊穿出磁場。已知電子的質(zhì)量為m、電荷量為e,不計電子間的相互作用。求:
(1)這束電子的速度范圍;
6、(2)電子打在熒光屏上形成亮線的長度;
(3)現(xiàn)撤去電場,保持其他條件不變,求打到C點的電子在磁場中的運動時間。
解析:(1)從O點穿出磁場的電子的速度滿足
ev1B=m,解得v1=
從S點穿出磁場的電子的速度滿足
ev2B=m,解得v2=
能夠穿出磁場的電子的速度范圍是v1≤v≤v2,
即≤v≤。
(2)從S點穿出磁場的電子打在MN上的點的坐標為(L,-L)
從O點穿出磁場的電子在電場中做平拋運動
豎直方向:L=at2,
水平方向:Δx=v1t
又eE=ma,
解得Δx=BL
所求距離為x=L+Δx=L+BL。
(3)設(shè)此時打到C點的電子從D點穿出磁場,該電子在磁場中的運動半徑為r,如圖所示:
由幾何關(guān)系L=r+rsin θ,rcos θ=Ltan θ,解得θ=30°
電子在磁場中轉(zhuǎn)過的圓心角為α=120°
電子在磁場中運動的周期為T==
打到C點的電子在磁場中的運動時間為t=T=。
答案:(1)≤v≤ (2)L+BL (3)
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