高考物理临界状态的假设解决物理试题(大题培优易错试卷)附答案

高考物理临界状态的假设解决物理试题（大题培优易错试卷）附答案一、临界状态的假设解决物理试题1.如图所示为一玻璃砖的横截面，其中 OAB是半径为R的扇形， AOB45,OBD为等腰直角三角形.一束光线从距 。点R的P点垂直于OD边射人，光线恰好在BD边上2TOC\o"1-5"\h\z发生全反射，最后从AB边上某点第一次射出玻璃砖.已知光在真空中的传播速度为 c,求：pyJA 7ff |（1）玻璃砖对该光线的折射率；（2）光从P点射人到第一次射出玻璃砖过程中，光在玻璃砖中传播的时间.【答案】（1）n短;（2）t（而2拒）r2c【解析】【分析】【详解】（1）作出光路如图所示，由几何关系得OP2sinOEPOE2又光线恰好发生全反射，所以 OEPC1 2sinC-=—n2解得玻璃砖对该光线的折射率n.、,20p(2)由几何关系知，BD边与OA边平行，光线在OA边上也恰好发生全反射因此PEEGGFQHsinQOH0p(2)由几何关系知，BD边与OA边平行，光线在OA边上也恰好发生全反射因此PEEGGFQHsinQOHQHOQOHQOH30Rcos30因此光在玻璃中传播的路程PEEFFQEFOHPEEFFQEFOHc另有n=-v则光在玻璃中传播的时间ns2、2)ns2c答：(1)玻璃砖对该光线的折射率J2;(2)光在玻璃砖中传播的时间.(622)t R・2c2.如图甲所示，小车B紧靠平台的边缘静止在光滑水平面上，物体A(可视为质点)以初速度V0从光滑的平台水平滑到与平台等高的小车上，物体和小车的 v-t图像如图乙所示，取重力加速度g=10m/s2,求：(1)物体A与小车上表面间的动摩擦因数；(2)物体A与小车B的质量之比；(3)小车的最小长度。【解析】【分析】【详解】(1)根据vt图像可知，A在小车上做减速运动，加速度的大小V41 2 2a1一 m/s3m/st1若物体A的质量为m与小车上表面间的动摩擦因数为 ，则mgma1联立可得0.3(2)设小车B的质量为M,加速度大小为a2,根据牛顿第二定律mgMa2得m1M3⑶设小车的最小长度为L,整个过程系统损失的动能，全部转化为内能一I1一2 1 2mgL-mvo-(Mm)v解得L=2m.小明同学站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为 m=0.3kg的小球，甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动 .当球在某次运动到最低点时，绳恰好达到所能承受的最大拉力F而断掉，球飞行水平距离 s后恰好无碰撞地落在临近的一倾角为a=53。的光滑斜面上并沿斜面下滑，已知斜面顶端与平台的高度差 h=0.8m.绳长r=0.3m(g取10m/s2,sin53=0.8,cos53=0.6)求：(1)绳断时小球的速度大小 V1和小球在圆周最低点与平台边缘的水平距离 s是多少.(2)绳能承受的最大拉力 F的大小.【答案】(1)3m/s,1.2m(2)12N【解析】【详解】(1)由题意可知：小球落到斜面上并沿斜面下滑，说明此时小球速度方向与斜面平行，否则小球会弹起，所以有vy=votan53°又Vy2=2gh,代入数据得：vy=4m/s,vo=3m/s故绳断时球的小球做平抛运动的水平速度为 3m/s;由vy=gt1得：t1vy0.4sg则s=vot[=3X0.4m=1.2m(2)由牛顿第二定律:2Fmgmv1Fmgr解得:F=12N.火车转弯时，如果铁路弯道内外轨一样高，外轨对轮绝(如图a所示)挤压的弹力F提供了火车转弯的向心力(如图 b所示)，但是靠这种办法得到向心力，铁轨和车轮极易受损.在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨(如图 c所示)，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度小为 U,以下说法中正确的是

B.当火车质量改变时，规定的行驶速度也将改变C.当火车速率大于口时，外轨将受到轮缘的挤压D.当火车速率小于U时，外轨将受到轮缘的挤压【答案】C【解析】【详解】火车拐弯时不侧向挤压车轮轮缘，靠重力和支持力的合力提供向心力，设转弯处斜面的倾角为也根据牛顿第二定律得： mgtan。=mV/R,解得：R=v2/gtan§故A错误；根据牛顿第二定律得：mgtani0=mv/R,解得：v=JgRtan,与质量无关，故B错误；若速度大于规定速度，重力和支持力的合力不够提供，此时外轨对火车有侧压力，轮缘挤压外轨.故 C正确；若速度小于规定速度，重力和支持力的合力提供偏大，此时内轨对火车有侧压力，轮缘挤压内轨.故D错误.故选C点睛：火车拐弯时以规定速度行驶，此时火车的重力和支持力的合力提供圆周运动所需的向心力.若速度大于规定速度，重力和支持力的合力不够提供，此时外轨对火车有侧压力；若速度小于规定速度，重力和支持力的合力提供偏大，此时内轨对火车有侧压力..一根细线一端系一小球（可视为质点），另一端固定在光滑圆锥顶上，如图所示，设小球在水平面内做匀速圆周运动的角速度为 w,细线的张力为Ft,则Ft随库变化的图象是()

()【答案】C【解析】【分析】【详解】由题知小球未离开圆锥表面时细线与竖直方向的夹角为 0,用L表示细线长度，小球离开圆锥表面前，细线的张力为 Ft,圆锥对小球白支持力为 Fn,根据牛顿第二定律有FTsin0—Fncos0=miw2Lsin0Ftcos0+FNSin0=mg联立解得2Ft=mgcos0+3mLsin20小球离开圆锥表面后，设细线与竖直方向的夹角为 “，根据牛顿第二定律有FTsina=mco2Lsina解得2

FT=mLw故C正确。故选Co.如图所示，C、D两水平带电平行金属板间的电压为 U,A、B为一对竖直放置的带电平D板下边缘离开，离开行金属板，B板上有一个小孔，小孔在C、D两板间的中心线上，一质量为m、带电量为十q的粒子（不计重力）在A板边缘的PD板下边缘离开，离开时速度度大小为v°,则A、B两板间的电压为“2mV。qU^A♦2qB.22mv0“2mV。qU^A♦2qB.22mv0qU2qC.“2mv0qUD.22mv0qU【分析】【详解】1 2在AB两板间做直线加速，由动能定理得： qUAB—mv1；而粒子在CD间做类平抛运2动，从中心线进入恰好从D板下边缘离开，根据动能定理： 9U—mv(2—mv2；联立2 2 2两式可得：UABmv0qU；故选A.2q【点睛】根据题意分析清楚粒子运动过程是解题的前提与关键，应用动能定理、牛顿第二定律与运动学公式即可解题..火车以某一速度v通过某弯道时，内、外轨道均不受侧压力作用，下面分析正确的是()2A.轨道半径R—g.若火车速度大于v时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向外C.若火车速度小于v时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向内D.当火车质量改变时，安全速率也将改变【答案】B【解析】【详解】AD.火车以某一速度v通过某弯道时，内、外轨道均不受侧压力作用，其所受的重力和支持力的合力提供向心力由图可以得出( 。为轨道平面与水平面的夹角)F合mgtanG、/合力等于向心力，故2vmgtanm—解得vgRtan与火车质量无关，AD错误；B.当转弯的实际速度大于规定速度时，火车所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的

向心力，火车有离心趋势，故其外侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压，外轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向外，B正确；C.当转弯的实际速度小于规定速度时，火车所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力，火车有向心趋势，故其内侧车轮轮缘会与铁轨相互挤压，内轨受到侧压力作用方向平行轨道平面向内，C错误。故选B。.一辆货车运载着圆柱形光滑的空油桶。在车厢底，一层油桶平整排列，相互紧贴并被牢牢固定。上一层只有一只桶C,自由地摆放在A、B之间，和汽车一起保持静止，如图所示，当C与车共同向左加速时A对C的支持力变大B对A对C的支持力变大B对C的支持力不变C.当向左的加速度达到D.当向左的加速度达到【答案】D【解析】【详解】对C进行受力分析，如图所示,,32匚3g时，C将脱离Ag时，C将脱离AR1设B对C的支持力与竖直方向的夹角为 0,根据几何关系可得： sin——=-，所以2R20=30;°同理可得，A对C的支持力与竖直方向的夹角也为 30°;AB.原来C处于静止状态，根据平衡条件可得：NBSin30=NASin30令C的加速度为a,根据正交分解以及牛顿第二定律有：NBsin30-NAsin30==ma可见A对C的支持力减小、B对C的支持力增大，故AB错误；CD.当A对C的支持力为零时，根据牛顿第二定律可得:mgtan30=ma解得：3aTg则C错误，D正确；故选Do.如图所示，带电粒子(不计重力)以初速度 vo从a点垂直于y轴进入匀强磁场，运动过程中经过b点，Oa=Ob。若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，带电粒子仍以速度vo从a点垂直于y轴进入电场，仍能通过b点，则电场强度E和磁感应强度B的比值为()TOC\o"1-5"\h\z刊xxxX0 ►如MXXMA.vo B.— C,2vo D.—Vo 2【答案】C【解析】【详解】设OaObd,因为带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，所以圆周运动的半径正好等于d,粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：2mvoqvoB d解得：bmvoqd如果换成匀强电场，水平方向以v0做匀速直线运动，在水平方向:d vot竖直沿y轴负方向做匀加速运动，即:1 2qE2d-att22m解得:2mv2

qd则有:

2V02V0故C正确，A、B、D错误;故选Co.近年来我国高速铁路发展迅速，现已知某新型国产列车某车厢质量为 m,如果列车要进入半径为R的弯道，如图所示，已知两轨间宽度为L,内外轨高度差为h,重力加速度为g,该弯道处的设计速度最为适宜的是（ ）【解析】【详解】列车转弯时的向心力由列车的重力和轨道对列车的支持力的合力提供，方向沿水平方向,根据牛顿第二定律可知解得故A正确。故选Ao.如图，型均匀重杆的三个顶点O、A、B构成了一个等腰直角三角形， /A为直角，杆可绕O处光滑镀链在竖直平面内转动，初始时 OA竖直.若在B端施加始终竖直向上的外力F,使杆缓慢逆时针转动120。，此过程中（）

即F对轴的力矩逐渐增大,F对轴的力矩逐渐增大,F逐渐增大F先增大后减小即F对轴的力矩逐渐增大,F对轴的力矩逐渐增大,F逐渐增大F先增大后减小F对轴的力矩先增大后减小，F对轴的力矩先增大后减小，【答案】C【解析】【分析】【详解】杆AO的重心在AO的中点，杆F逐渐增大F先增大后减小BO的重心在BO的中点，故整体重心在两个分重心的连线上某电，如图所示:10当使杆缓慢逆时针转动120。的过程中，重力的力臂先增加后减小，故重力的力矩先增加后当使杆缓慢逆时针转动减小，根据力矩平衡条件，拉力的力矩先增加后减小；设直角边质量为 mi,长度为L,斜边长为m2,从图示位置转动角度0(g120)。，以。点为支点，根据力矩平衡条件，有：FV2Lsin(45 )mFV2Lsin(45 )migL.一sin2也sin( 45)02l.2 sinF一l.2 sinF一m〔g 4sin451-m2g21,1.12mig( -)3m2gtanF对轴的力矩先增大后减小， F逐渐增在。从0。缓慢增加120F对轴的力矩先增大后减小， F逐渐增.用长为L的细杆拉着质量为m的小球在竖直平面内作圆周运动，如下图下列说法中正确的是()

确的是()A.小球运动到最高点时，速率必须大于或等于B.小球运动到最高点时，速率可以小于gL,最小速率为零C.小球运动到最高点时，杆对球的作用力可能是拉力，也可能是支持力，也可能无作用力D.小球运动到最低点时，杆对球的作用力一定是拉力【答案】BCD【解析】【详解】小球在最高点的最小速度为零，此时小球重力和支持力相等.故 A错误，B正确.当小球2在最tWj点压力为零时，重力提供向心力，有mgm~v-,解得vggL,当速度小于v时，杆对小球有支持力，方向向上；当速度大于 v时，杆对小球有拉力，方向向下，故C正确.小球在最低点时，合力提供向心力，知合力方向向上，则杆对球的作用力一定向上.故D正确..一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上，其轴线沿竖直方向，母线与轴线间的夹角为 9=30。，如图所示.一条长为L的细绳，一端拴着一个质量为 m的物体.物体沿锥面在水平面内绕轴线以速度V做匀速圆周运动，则（ ）A.随着物体线速度的不断增大，绳子的拉力不断增大B.随着物体线速度的不断增大，物体受到的支持力先增大后减小C.当V=J1gL时物体恰好飘离圆锥面D.当D.当V=时物体只受到两个力的作用【答案】AD【解析】【分析】根据题意分析可知，本题考查水平面内圆周运动有关知识，根据水平面内圆周运动的规律方法，运用向心力方程、力的分解等，进行求解.【详解】A.设圆锥对物体支持力为Fn,绳对物体拉力为T,当物体没离开圆锥时：2Tsin Fncos m—v一,Tcos FzSin mg两方程联立：Isin2vTcossintanmgm ,线速度越大，拉力越大.选项A正确lcosB.根据选项A分析B错误C.当要脱离时，Fn=0,所以Tsin m-v一,Tcosmg得到vJ』3g!所以C错误TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"Isin \6D.根据C分析，vygl时脱离圆锥，只受重力和拉力作用，所以选项D正确故选AD14.如图所示，在内壁光滑的平底试管内放一个质量为 10g的小球，试管的开口端加盖与水平轴。连接，试管底与。相距40cm,试管在转轴带动下沿竖直平面做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）A.小球通过最