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專題13 物理大題解題思路及模板
溫馨提醒:考生需吃透物理大題涉及相關(guān)定理、定律、公式,在具體題目中理清物理情景,明確已知,對定理、定律、公式具體化,根據(jù)題意靈活求解,問題便可巧妙得到迎刃而解!
解決物理問題三把鑰匙:?運動學(xué)規(guī)律及牛頓運動定律;?動能定理及機械能守恒定律;
?動量定理及動量守恒定律。注:其間若涉及能量轉(zhuǎn)化,應(yīng)巧用能量轉(zhuǎn)化與守恒處理問題。
答案
P46
熱點突破提升練十三
【題型一】 直線運動
思路整合:
靈
活
求
解
自由落體運動:
理清物理情景受力分析(滑動摩擦力)判斷運動狀態(tài),結(jié)合“牛二”:運動學(xué)(勻變速)公式
【母題精練】
1.如圖所示,公路上有一輛公共汽車以10 m/s的速度勻速行駛,為了平穩(wěn)??吭谡九_,在距離站臺P左側(cè)位置50 m處開始剎車做勻減速直線運動。同時一個人為了搭車,從距站臺P右側(cè)位置30 m處從靜止正對著站臺跑去,假設(shè)人先做勻加速直線運動,速度達到4 m/s后勻速運動一段時間,接著做勻減速直線運動,最終人和車到達P位置同時停下,人加速和減速時的加速度大小相等。求:
(1)汽車剎車的時間;
(2)人的加速度的大小。
2.質(zhì)量為10 kg的物體在F=200 N的水平推力作用下,從粗糙斜面的底端由靜止開始沿斜面運動,斜面固定不動,與水平地面的夾角θ=37°,力F作用2 s后撤去,物體在斜面上繼續(xù)上滑了1.25 s后,速度減為零。(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g=10 m/s2)。求:
(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ;
(2)物體的總位移x。
3.如圖甲所示,一物塊在傾角為α的斜面上,在平行于斜面的拉力F的作用下從靜止開始運動,作用2 s后撤去拉力,物塊經(jīng)0.5 s速度減為零,并由靜止開始下滑,運動的v-t圖象如圖乙所示,已知物塊的質(zhì)量為1 kg,g=10 m/s2,=5.57,求:
(1)物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字);
(2)拉力F的大小。
4.如圖所示,木板與水平地面間的夾角θ可以隨意改變,當θ=30°時,可視為質(zhì)點的一小木塊恰好能沿著木板勻速下滑。若讓該小木塊從木板的底端每次都以v0的速度沿木板向上運動,隨著θ的改變,小木塊沿木板滑行的距離將發(fā)生改變。已知重力加速度為g。求:
(1)小木塊與木板間的動摩擦因數(shù);
(2)當θ=60°角時,小木塊沿木板向上滑行的距離;
(3)當θ=60°角時,小木塊由底端沿木板向上滑行再回到原出發(fā)點所用的時間。
5. 為提高冰球運動員的加速能力,教練員在冰面上與起跑線距離s0和s1(s10區(qū)域內(nèi)加上沿y軸正方向大小為E=Bv0的勻強電場,在x0=a處垂直于x軸放置一熒光屏,計算說明熒光屏上發(fā)光區(qū)的形狀和范圍。
14.如圖,兩水平面(虛線)之間的距離為H,其間的區(qū)域存在方向水平向右的勻強電場。自該區(qū)域上方的A點將質(zhì)量為m、電荷量分別為q和–q(q>0)的帶電小球M、N先后以相同的初速度沿平行于電場的方向射出。小球在重力作用下進入電場區(qū)域,并從該區(qū)域的下邊界離開。已知N離開電場時的速度方向豎直向下;M在電場中做直線運動,剛離開電場時的動能為N剛離開電場時的動能的1.5倍。不計空氣阻力,重力加速度大小為g。求
(1)M與N在電場中沿水平方向的位移之比;
(2)A點距電場上邊界的高度;
(3)該電場的電場強度大小。
15.如圖,O、A、B為同一豎直平面內(nèi)的三個點,OB沿豎直方向,∠BOA=60°,OB=OA。將一質(zhì)量為m的小球以一定的初動能自O(shè)點水平向右拋出,小球在運動過程中恰好通過A點。使此小球帶電,電荷量為q(q>0),同時加一勻強電場,場強方向與△OAB所在平面平行?,F(xiàn)從O點以同樣的初動能沿某一方向拋出此帶電小球,該小球通過了A點,到達A點時的動能是初動能的3倍;若該小球從O點以同樣的初動能沿另一方向拋出,恰好通過B點,且到達B點時的動能為初動能的6倍,重力加速度大小為g。求
(1)無電場時,小球到達A點時的動能與初動能的比值;
(2)電場強度的大小和方向。
【題型四】 電磁感應(yīng)
感應(yīng)電動勢計算式:(1)(法拉第電磁感應(yīng)定律)
(2)(導(dǎo)體棒切割磁感線,且B、L、互相兩兩垂直,電流方向用右手定則或楞次定律判定)
(3)(導(dǎo)體棒一端為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動)
(導(dǎo)體棒中點為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動)
(導(dǎo)體棒上某點為軸垂直磁感線以角速度勻速轉(zhuǎn)動,且)
磁場對電流作用:安培力(方向用左手定則判斷)
即
求一段時間內(nèi)流過某負載的電荷量: (其中)
注:電磁感應(yīng)綜合型問題必然涉及能量轉(zhuǎn)化與守恒,同學(xué)們須根據(jù)題意巧列能量轉(zhuǎn)化與守恒方程,一般是間相互轉(zhuǎn)化。
答案
P62
【母題精練】
1.如圖所示,勻強磁場中有一矩形閉合線圈abcd,線圈平面與磁場垂直.已知線圈的匝數(shù)N=100,邊長ab=1.0 m、bc=0.5 m,電阻r=2 Ω.磁感應(yīng)強度B在0~1 s 內(nèi)從零均勻變化到0.2 T.在1 s~5 s內(nèi)從0.2 T均勻變化到-0.2 T,取垂直紙面向里為磁場的正方向.求:
(1)0.5 s時線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢的大小E和感應(yīng)電流的方向;
(2)在1 s~5 s內(nèi)通過線圈的電荷量q;
2.如圖,兩平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面上,相距l(xiāng),左端與一電阻R相連;整個系統(tǒng)置于勻強磁場中,磁感應(yīng)強度大小為B,方向豎直向下.一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒置于導(dǎo)軌上,在水平外力作用下沿導(dǎo)軌以速率v勻速向右滑動,滑動過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好.已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度大小為g,導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略.求:
(1)電阻R消耗的功率;
(2)水平外力的大小.
3.如圖所示,兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ=30°的斜面上,導(dǎo)軌電阻不計,間距L=0.4 m.導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN,Ⅰ中的勻強磁場方向垂直斜面向下,Ⅱ中的勻強磁場方向垂直斜面向上,兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B=0.5 T.在區(qū)域Ⅰ中,將質(zhì)量m1=0.1 kg,電阻R1=0.1 Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上,ab剛好不下滑.然后,在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2=0.4 kg,電阻R2=0.1 Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上,由靜止開始下滑.cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸,取g=10 m/s2.問
(1)cd下滑的過程中,ab中的電流方向;
(2)ab剛要向上滑動時,cd的速度v多大;
(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中,cd滑動的距離x=3.8 m,此 過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少.
4. 如圖,水平面(紙面)內(nèi)間距為l的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻,質(zhì)量為m、長度為l的金屬桿置于導(dǎo)軌上,t=0時,金屬桿在水平向右、大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運動,t0時刻,金屬桿進入磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域,且在磁場中恰好能保持勻速運動。桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計,兩者始終保持垂直且接觸良好,兩者之間的動摩擦因數(shù)為μ。重力加速度大小為g。求:
(1)金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢的大小;
(2)電阻的阻值。
5.如圖5所示,光滑平行的水平金屬導(dǎo)軌MNPQ相距l(xiāng),在M點和P點間接一個阻值為R的電阻,在兩導(dǎo)軌間OO1O1′O′矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導(dǎo)軌平面豎直向下、寬為d的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B.一質(zhì)量為m,電阻為r的導(dǎo)體棒ab,垂直擱在導(dǎo)軌上,與磁場左邊界相距d0.現(xiàn)用一大小為F、水平向右的恒力拉ab棒,使它由靜止開始運動,棒ab在離開磁場前已經(jīng)做勻速直線運動(棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好的接觸,導(dǎo)軌電阻不計).求:
圖5
(1)棒ab在離開磁場右邊界時的速度;
(2)棒ab通過磁場區(qū)的過程中整個回路所消耗的電能.
6.如圖所示,兩條足夠長的平行金屬導(dǎo)軌相距L,與水平面的夾角為θ,整個空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小均為B,虛線上方軌道光滑且磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上,虛線下方軌道粗糙且磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下.當導(dǎo)體棒EF以初速度v0沿導(dǎo)軌上滑至最大高度的過程中,導(dǎo)體棒MN一直靜止在導(dǎo)軌上,若兩導(dǎo)體棒質(zhì)量均為m、電阻均為R,導(dǎo)軌電阻不計,重力加速度為g,在此過程中導(dǎo)體棒EF上產(chǎn)生的電熱為Q,求:
(1)導(dǎo)體棒MN受到的最大摩擦力;
(2)導(dǎo)體棒EF上升的最大高度.
7.小明設(shè)計的電磁健身器的簡化裝置如圖所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng)=0.50 m,傾角θ=53°,導(dǎo)軌上端串接一個R=0.05 Ω的電阻.在導(dǎo)軌間長d=0.56 m的區(qū)域內(nèi),存在方向垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=2.0 T.質(zhì)量m=4.0 kg的金屬棒CD水平置于導(dǎo)軌上,用絕緣繩索通過定滑輪與拉桿GH相連.CD棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距s=0.24 m.一位健身者用恒力F=80 N拉動GH桿,CD棒由靜止開始運動,上升過程中CD棒始終保持與導(dǎo)軌垂直.當CD棒到達磁場上邊界時健身者松手,觸發(fā)恢復(fù)裝置使CD棒回到初始位置(重力加速度g取10 m/s2,sin 53°=0.8,不計其他電阻、摩擦力以及拉桿和繩索的質(zhì)量).求:
(1)CD棒進入磁場時速度v的大??;
(2)CD棒進入磁場時所受的安培力FA的大小;
(3)在拉升CD棒的過程中,健身者所做的功W和電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.
8.如圖甲所示,兩根足夠長平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L,導(dǎo)軌平面與水平面夾角為α,金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上,且始終與導(dǎo)軌接觸良好,金屬棒的質(zhì)量為m.導(dǎo)軌處于勻強磁場中,磁場的方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向上,磁感應(yīng)強度大小為B.金屬導(dǎo)軌的上端與開關(guān)S、定值電阻R1和電阻箱R2相連.不計一切摩擦,不計導(dǎo)軌、金屬棒的電阻,重力加速度為g.現(xiàn)在閉合開關(guān)S,將金屬棒由靜止釋放.
(1)判斷金屬棒ab中電流的方向;
(2)若電阻箱R2接入電路的阻值為0,當金屬棒下降高度為h時,速度為v,求此過程中定值電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q;
(3)當B=0.40 T,L=0.50 m,α=37°時,金屬棒能達到的最大速度vm隨電阻箱R2阻值的變化關(guān)系,如圖乙所示.取g=10 m/s2,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80.求R1的阻值和金屬棒的質(zhì)量m.
9.如圖,MN、PQ為兩根足夠長的水平放置的平行金屬導(dǎo)軌,間距L=1 m;整個空間以O(shè)O′為邊界,左側(cè)有垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小B1=1 T,右側(cè)有方向相同、磁感應(yīng)強度大小B2=2 T的勻強磁場。兩根完全相同的導(dǎo)體棒a、b,質(zhì)量均為m=0.1 kg,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.2,其在導(dǎo)軌間的電阻均為R=1 Ω。開始時,a、b棒均靜止在導(dǎo)軌上,現(xiàn)用平行于導(dǎo)軌的恒力F=0.8 N向右拉b棒。假定a棒始終在OO′左側(cè)運動,b棒始終在OO′右側(cè)運動,除導(dǎo)體棒外其余電阻不計,滑動摩擦力和最大靜摩擦力大小相等,g取10 m/s2。
(1)a棒開始滑動時,求b棒的速度大??;
(2)當b棒的加速度為1.5 m/s2時,求a棒的加速度大??;
(3)已知經(jīng)過足夠長的時間后,b棒開始做勻加速運動,求該勻加速運動的加速度大小,并計算此時a棒中電流的熱功率。
10.如圖所示,兩平行光滑金屬導(dǎo)軌傾斜放置且固定,兩導(dǎo)軌間距為L,與水平面間的夾角為θ,導(dǎo)軌下端有垂直于軌道的擋板,上端連接一個阻值R=2r的電阻,整個裝置處在磁感應(yīng)強度為B、方向垂直導(dǎo)軌向上的勻強磁場中,兩根相同的金屬棒ab、cd放在導(dǎo)軌下端,其中棒ab靠在擋板上,棒cd在沿導(dǎo)軌平面向上的拉力作用下,由靜止開始沿導(dǎo)軌向上做加速度為a的勻加速運動。已知每根金屬棒質(zhì)量為m、電阻為r,導(dǎo)軌電阻不計,棒與導(dǎo)軌始終接觸良好。求:
(1)經(jīng)多長時間棒ab對擋板的壓力變?yōu)榱悖?
(2)棒ab對擋板壓力為零時,電阻R的電功率;
(3)棒ab運動前,拉力F隨時間t的變化關(guān)系。
11.如圖所示,四條水平虛線等間距的分布在同一豎直面上,間距均為h。在Ⅰ、Ⅱ兩區(qū)間分布著完全相同,方向水平向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小按B-t圖變化?,F(xiàn)有一個長方形金屬線框ABCD,質(zhì)量為m,電阻為R,AB=CD=L,AD=BC=2h。用一輕質(zhì)的細線把線框ABCD豎直懸掛,AB邊與M2N2重合(仍位于磁場中)。t0(未知)時刻磁感應(yīng)強度為B0(已知),且此時刻細線恰好松弛。之后剪斷細線,當CD邊到達磁場Ⅱ區(qū)的中間位置時線框恰好勻速運動??諝庾枇Σ挥嫞亓铀俣葹間。
(1)求t0的值;
(2)求線框AB邊到達M4N4時的速率v;
(3)從剪斷細線到整個線框通過兩個磁場區(qū)域的過程中產(chǎn)生的熱量。
12.半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),一長為r、質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體 捧AB置于圓導(dǎo)軌上面,BA的延長線通過圓導(dǎo)軌中心O,裝置的俯視圖如圖所示.整個裝置位于一勻強磁場中,磁感應(yīng)強度的大小為B,方向豎直向下.在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點和外圓導(dǎo)軌的D點之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫出).直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度ω繞O逆時針勻速轉(zhuǎn)動,在轉(zhuǎn)動過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸.設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略.重力加速度大小為g.求
(1)通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大??;
(2)外力的功率.
13.如圖,兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面(紙面)內(nèi),其左端接一阻值為R的電阻;一與導(dǎo)軌垂直的金屬棒置于兩導(dǎo)軌上;在電阻、導(dǎo)軌和金屬棒中間有一面積為S的區(qū)域,區(qū)域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場,磁感應(yīng)強度大小B1隨時間t的變化關(guān)系為B1=kt,式中k為常量;在金屬棒右側(cè)還有一勻強磁場區(qū)域,區(qū)域左邊界MN(虛線)與導(dǎo)軌垂直,磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0,方向也垂直于紙面向里。某時刻,金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開始向右運動,在t0時刻恰好以速度v0越過MN,此后向右做勻速運動。金屬棒與導(dǎo)軌始終相互垂直并接觸良好,它們的電阻均忽略不計。求:
(1)在t=0到t=t0時間間隔內(nèi),流過電阻的電荷量的絕對值;
(2)在時刻t(t>t0)穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小。
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