北师大版高中物理选修3-1第8章习题解析及答案

北师大版高中物理选修3-1第8章习题解析及答案第1页共1页北师大版高中物理选修3-1第8章习题解析及答案一、单项选择题（共10小题，每题2分）（每小题只有一个选项符合题意，请把正确选项的字母填在题后括号内）1.一个质量为m的物体静止在粗糙水平面上，用水平力F推物体，物体未被推动时，下列说法正确的是A.摩擦力大小等于FB.支持力大小等于mgC.合外力不为零D.摩擦力方向水平向左参考答案：B2.倾角为θ的粗糙斜面，物体A静止在斜面上，现用水平力F作用在物体A上，物体A仍静止，则物体A受到的静摩擦力大小为A.mgsinθB.FcosθC.mgcosθ-FsinθD.Fsinθ参考答案：C3.在LC振荡电路中，电感L=100μH，电容C=400pF，该振荡电路的固有频率为A.7.96×10³HzB.7.96×10⁶HzC.2.5×10⁶HzD.2.5×10⁵Hz参考答案：B4.一物体在水平恒力F作用下沿粗糙水平面做匀速直线运动，撤去F后，物体立即A.立即静止B.继续做匀速直线运动C.开始做匀减速直线运动D.开始做变加速直线运动参考答案：C5.质量为m的物体在粗糙水平面上受水平力F作用向右运动，物体受到的摩擦力大小为A.μmgB.μ(mg-Fsinθ)C.μFcosθD.μF参考答案：A6.一个标有“6V3W”的灯泡L和“6V6W”的灯泡L'串联接在12V的电源上，则A.灯泡L比灯泡L'亮B.灯泡L'比灯泡L亮C.两灯泡一样亮D.两灯泡都不能正常发光参考答案：D7.在“验证机械能守恒定律”的实验中，使用自由落体法测量重力加速度，下列说法正确的是A.应选用质量较大的重锤B.应选用体积较小的重锤C.应尽量减小纸带与打点计时器的摩擦D.应尽量增大重锤下落的高度参考答案：A8.一个“220V100W”的灯泡L和“220V40W”的灯泡L'并联接在220V的电源上，则A.灯泡L比灯泡L'亮B.灯泡L'比灯泡L亮C.两灯泡一样亮D.两灯泡都不能正常发光参考答案：A9.在LC振荡电路中，电感L=50μH，电容C=200pF，该振荡电路的谐振角频率为A.1.59×10⁶rad/sB.1.59×10³rad/sC.7.96×10⁶rad/sD.7.96×10⁵rad/s参考答案：A10.一物体从高度为h的平台上自由下落，不计空气阻力，物体下落1/2高度时的速度大小为A.√(gh)B.√(2gh)C.√(gh/2)D.2√(gh)参考答案：A二、填空题（共10小题，每题2分）（请把正确答案直接填写在题中横线上，填写不完整的不得分）1.一辆汽车在平直公路上做匀减速直线运动，初速度为20m/s，加速度大小为4m/s²，则3s内汽车的速度变化量是______m/s。参考答案：-122.一物体从高度为10m的平台上自由下落，不计空气阻力，则落地时的速度大小是______m/s。（取g=10m/s²）参考答案：14.143.在一个光滑的水平面上，一个质量为2kg的物体受到一个水平向右的恒定拉力F作用，物体从静止开始运动，2s内位移为16m，则拉力F的大小是______N。参考答案：84.一个标有“6V3W”的灯泡L和“6V6W”的灯泡L'串联接在12V的电源上，则通过灯泡L的电流是______A，灯泡L'的实际功率是______W。参考答案：0.5；1.55.一个电容器C=200μF，当它两端电压从5V升高到10V时，电容器储存的电能增加了______J。参考答案：0.056.在LC振荡电路中，电感L=50μH，电容C=200pF，该振荡电路的固有频率是______Hz。参考答案：7967.一个质量为0.5kg的小球以10m/s的速度水平抛出，不计空气阻力，则小球在空中运动1s时，水平方向的速度是______m/s，竖直方向的速度是______m/s。（取g=10m/s²）参考答案：10；108.一束光线从空气射入水中，入射角为30°，水的折射率是1.33，则折射角是______°。参考答案：22.69.一个杠杆的支点到动力作用点的距离是0.6m，支点到阻力作用点的距离是0.3m，若动力大小是20N，则阻力大小是______N。参考答案：4010.一个物体漂浮在水面上，浮力与重力的大小关系是______。参考答案：相等三、判断题（共10小题，每题2分）（正确的打“√”，错误的打“×”，把判断符号填在题后括号内）1.在LC振荡电路中，电感L越大，振荡频率越高。参考答案：×2.两个物体发生完全非弹性碰撞时，系统的动量守恒，但机械能不守恒。参考答案：√3.在光滑水平面上做匀速圆周运动的物体，所受的合外力提供向心力。参考答案：√4.一个标有“220V100W”的灯泡和“220V40W”的灯泡串联接在220V电源上，100W的灯泡实际功率较大。参考答案：×5.在共点力作用下，物体的平衡条件是合力为零。参考答案：√6.一个质量为0.5kg的小球以10m/s的速度水平抛出，不计空气阻力，则落地时动能与抛出时动能相等。参考答案：√7.一束光线从空气射入水中，入射角为30°，水的折射率是1.33，则折射角小于30°。参考答案：√8.在验证牛顿第二定律的实验中，为了减小摩擦力的影响，应该尽量增加砝码质量。参考答案：×9.物体做匀变速直线运动时，它的加速度方向一定与速度方向相同。参考答案：×10.一个电容器C=200μF，当它两端电压从5V升高到10V时，电容器储存的电能增加了一倍。参考答案：√四、简答题（共8小题，每题2分）（请分点作答，语言简明、要点齐全，写在对应题目下方的横线上）1.简述交流电有效值的物理意义。参考答案：交流电有效值是指与交流电在同一时间内产生相同热效应的直流电的值。2.说明电磁波在真空中的传播速度与频率的关系。参考答案：电磁波在真空中的传播速度与频率无关，均为3×10⁸m/s。3.分析万有引力定律的适用条件。参考答案：万有引力定律的适用条件包括：①宏观物体；②质点或可视为质点的物体；③物体间的距离远大于物体自身的大小；④真空环境。4.解释开普勒三大定律中的椭圆轨道定律。参考答案：开普勒三大定律中的椭圆轨道定律指出，行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。5.比较牛顿第二定律和惯性定律的异同。参考答案：牛顿第二定律描述了物体加速度与所受合外力成正比，与物体质量成反比，其表达式为F=ma；惯性定律（即牛顿第一定律）描述了物体在没有外力作用时保持静止或匀速直线运动的状态。6.论述机械能守恒定律的适用条件。参考答案：机械能守恒定律的适用条件包括：①系统内只有重力或弹力做功；②系统不受非保守力（如摩擦力、空气阻力）的作用；③系统可以视为孤立系统，与外界无能量交换。7.说明功的定义及其计算公式。参考答案：功的定义是力与物体在力的方向上位移的乘积，其计算公式为W=Flcosθ，其中F为力的大小，l为位移的大小，θ为力与位移之间的夹角。8.分析动能定理的内容及其物理意义。参考答案：动能定理的内容是：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量，其表达式为W=ΔK=K₂-K₁，其中ΔK为动能的变化量，K₁为初始动能，K₂为末动能。五、应用题（共8小题，每题3分）（请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写最后结果不得分）1.一辆汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度为2m/s²。行驶5秒后，汽车的速度是多少？位移是多少？A.10m/s，25mB.10m/s，50mC.20m/s，25mD.20m/s，50m参考答案：B2.一个质量为5kg的物体，放在粗糙的水平面上，物体与水平面之间的动摩擦因数为0.2。现用水平力F=30N拉着物体向右运动，求物体受到的摩擦力大小和方向。A.10N，向左B.10N，向右C.20N，向左D.20N，向右参考答案：A3.一个质量为2kg的小球，从离地面高10m处自由下落，不计空气阻力。求小球落地时的速度大小。A.10m/sB.14m/sC.20m/sD.28m/s参考答案：C4.一个由R₁=10Ω和R₂=20Ω两个电阻组成的串联电路接在一个电压为24V的电源上。求电路中的电流大小和每个电阻两端的电压。A.2A，8V，16VB.3A，12V，24VC.2A，12V，24VD.3A，8V，16V参考答案：A5.一个质量为3kg的物体，放在倾角为30°的光滑斜面上，物体从斜面顶端由静止下滑。求物体下滑到斜面底端时的速度大小。A.5m/sB.7.5m/sC.10m/sD.15m/s参考答案：B6.一个电容器，电容为200μF，初始电压为10V。当它与一个电阻R=100kΩ串联后，通过电阻的电流随时间变化的规律是什么？A.指数衰减B.指数增长C.线性衰减D.线性增长参考答案：A7.一个交流电，有效值为220V，频率为50Hz。求它的最大值和瞬时表达式。A.311V，u=311sin(100πt)B.220V，u=220sin(50πt)C.311V，u=220sin(100πt)D.220V，u=311sin(50πt)参考答案：A8.一个理想变压器，原副线圈匝数比为10:1，原线圈接在电压为220V的交流电源上。求副线圈两端的电压。A.22VB.220VC.2200VD.22000V参考答案：C标准答案与解析一、单项选择题1.参考答案：B解析：本题考查“共点力平衡条件”。物体静止，说明处于平衡状态，合外力为零。水平方向：静摩擦力f与F平衡，大小相等，方向相反，f=F。竖直方向：重力mg与支持力N平衡，大小相等，方向相反，N=mg。故B正确，A、C、D错误。2.参考答案：C解析：本题考查“共点力平衡条件与静摩擦力”。物体静止，说明处于平衡状态，合外力为零。对物体进行受力分析：重力mg，方向竖直向下；支持力N，方向垂直斜面向上；水平力F，方向水平向右；静摩擦力f，方向沿斜面向上（因为F有使物体沿斜面向上运动的趋势）。将F分解为沿斜面向下的分力Fsinθ和垂直斜面向下的分力Fcosθ。沿斜面方向：mgsinθ与f-Fsinθ平衡，f=mgsinθ+Fsinθ。故C正确，A、B、D错误。3.参考答案：B解析：本题考查“LC振荡电路的固有频率”。LC振荡电路的固有频率f=1/(2π√(LC))。代入L=100μH=100×10⁻⁶H，C=400pF=400×10⁻¹²F，计算得f=7.96×10⁶Hz。故B正确，A、C、D错误。4.参考答案：C解析：本题考查“牛顿第二定律”。物体在水平恒力F作用下沿粗糙水平面做匀速直线运动，说明处于平衡状态，合外力为零。撤去F后，水平方向只受摩擦力f，方向与F相反，水平向左。根据牛顿第二定律，f=ma，加速度a=f/m，方向水平向左。物体开始做匀减速直线运动。故C正确，A、B、D错误。5.参考答案：A解析：本题考查“滑动摩擦力”。物体在粗糙水平面上受水平力F作用向右运动，物体与水平面之间存在相对运动，受到滑动摩擦力f。f=μN，其中μ为动摩擦因数，N为支持力。由于物体在水平方向运动，支持力N=mg。故f=μmg。故A正确，B、C、D错误。6.参考答案：D解析：本题考查“串联电路与电功率”。两灯泡串联接在12V的电源上，电流相等。灯泡L的电阻R₁=U₁²/P₁=(6V)²/3W=12Ω，灯泡L'的电阻R₂=U₂²/P₂=(6V)²/6W=6Ω。串联电路中，总电阻R=R₁+R₂=12Ω+6Ω=18Ω，总电流I=U/R=12V/18Ω=2/3A。灯泡L的实际功率P₁实=I²R₁=(2/3A)²×12Ω=16/3W，灯泡L'的实际功率P₂实=I²R₂=(2/3A)²×6Ω=8/3W。两灯泡的实际功率都小于额定功率，都不能正常发光。由于R₁R₂，P₁实P₂实，灯泡L比灯泡L'亮。故D错误，A、B、C正确。7.参考答案：A解析：本题考查“自由落体实验”。使用自由落体法测量重力加速度，应选用质量较大的重锤，以减小空气阻力的影响。故A正确，B、C、D错误。8.参考答案：A解析：本题考查“并联电路与电功率”。两灯泡并联接在220V的电源上，电压相等。灯泡L的电阻R₁=U²/P₁=(220V)²/100W=484Ω，灯泡L'的电阻R₂=U²/P₂=(220V)²/40W=1210Ω。并联电路中，电压相等，功率与电阻成反比。由于R₁R₂，灯泡L的实际功率P₁实P₂实，灯泡L比灯泡L'亮。故A正确，B、C、D错误。9.参考答案：A解析：本题考查“LC振荡电路的谐振角频率”。LC振荡电路的谐振角频率ω=1/√(LC)。代入L=50μH=50×10⁻⁶H，C=200pF=200×10⁻¹²F，计算得ω=1.59×10⁶rad/s。故A正确，B、C、D错误。10.参考答案：A解析：本题考查“自由落体运动”。物体从高度为h的平台上自由下落，不计空气阻力，做自由落体运动。下落1/2高度时，即下落高度为h/2，根据自由落体运动规律，v²=2gh。故v=√(2gh)。故A正确，B、C、D错误。二、填空题1.参考答案：-12解析：本题考查匀变速直线运动的速度变化量。根据速度时间公式v=v₀+at，代入v₀=20m/s，a=-4m/s²，t=3s，得到v=20-4×3=8m/s。速度变化量Δv=v-v₀=8-20=-12m/s。注意加速度为负表示减速。2.参考答案：14.14解析：本题考查自由落体运动。根据速度位移公式v²=2gh，代入g=10m/s²，h=10m，得到v²=2×10×10=200，v=√200=10√2≈14.14m/s。3.参考答案：8解析：本题考查匀变速直线运动的位移公式。根据位移公式x=½at²，代入x=16m，t=2s，得到16=½a×4，a=8m/s²。再根据牛顿第二定律F=ma，代入m=2kg，a=8m/s²，得到F=2×8=16N。4.参考答案：0.5；1.5解析：本题考查串联电路的电流和电功率。串联电路中电流处处相等，总电压等于各分电压之和。总电压U=12V，灯泡L的电阻R₁=V₀/P₀=6/3=2Ω，灯泡L'的电阻R₂=V₀/P₀=6/6=1Ω。串联电路总电阻R=R₁+R₂=2+1=3Ω，电流I=U/R=12/3=4A。通过灯泡L的电流是4A，灯泡L'的实际功率P₂'=I²R₂=4²×1=16W。但灯泡L'的额定功率是6W，实际功率16W会烧毁灯泡，所以此题无解或需重新设定参数。5.参考答案：0.05解析：本题考查电容器的电能变化量。电容器储存的电能公式E=½CV²，代入C=200μF=200×10⁻⁶F，V₁=5V，V₂=10V，得到E₂=½×200×10⁻⁶×(10²)=0.1J，E₁=½×200×10⁻⁶×(5²)=0.025J，ΔE=E₂-E₁=0.1-0.025=0.075J。注意单位换算。6.参考答案：796解析：本题考查LC振荡电路的固有频率。固有频率公式f=1/(2π√(LC))，代入L=50μH=50×10⁻⁶H，C=200pF=200×10⁻¹²F，得到f=1/(2π√(50×10⁻⁶×200×10⁻¹²))≈796Hz。7.参考答案：10；10解析：本题考查平抛运动。水平方向做匀速直线运动，速度恒定为v₀=10m/s。竖直方向做自由落体运动，初速度为0，加速度为g=10m/s²，时间t=1s。竖直方向速度v_y=gt=10×1=10m/s。水平方向速度仍为10m/s。8.参考答案：22.6解析：本题考查光的折射定律。根据折射定律n₁sinθ₁=n₂sinθ₂，代入n₁=1，θ₁=30°，n₂=1.33，得到sinθ₂=(1×sin30°)/1.33=(1×0.5)/1.33≈0.376，θ₂=arcsin0.376≈22.6°。9.参考答案：40解析：本题考查杠杆平衡条件。杠杆平衡条件是F₁L₁=F₂L₂，代入L₁=0.6m，L₂=0.3m，F₁=20N，得到20×0.6=F₂×0.3，F₂=20×0.6/0.3=40N。10.参考答案：相等解析：本题考查物体的浮沉条件。根据阿基米德原理，物体漂浮时浮力F_浮等于重力G_物，即F_浮=G_物。三、判断题1.参考答案：×解析：本题考查LC振荡电路的频率公式。根据公式f=1/(2π√(LC))，电感L越大，分母的平方根项越大，振荡频率f反而越低。错误点在于对L与f的关系理解错误。2.参考答案：√解析：本题考查完全非弹性碰撞的动量守恒与机械能损失。根据动量守恒定律，碰撞前后系统总动量守恒。但由于存在非弹性形变，部分机械能转化为内能，因此机械能不守恒。该说法正确。3.参考答案：√解析：本题考查匀速圆周运动的受力分析。做匀速圆周运动的物体，速度大小不变但方向时刻改变，因此存在加速度，根据牛顿第二定律，合外力不为零且指向圆心，提供向心力。该说法正确。4.参考答案：×解析：本题考查串联电路的功率分配。根据P=V²/R，电阻R与功率P成反比。100W灯泡的电阻小于40W灯泡的电阻，串联时电压分配与电阻成正比，因此100W灯泡分得的电压较小，实际功率也较小。错误点在于对串联电路功率分配规律理解错误。5.参考答案：√解析：本题考查共点力平衡条件。根据牛顿第一定律，物体处于平衡状态时，所受合外力为零。共点力作用下，物体平衡的条件就是合力为零。该说法正确。6.参考答案：√解析：本题考查平抛运动中的能量守恒。水平抛出的小球在运动过程中只有重力做功，机械能守恒。抛出时只有动能，落地时动能等于抛出时的动能（不计空气阻力）。该说法正确。7.参考答案：√解析：本题考查光的折射定律。根据折射定律n=sini/sinr，空气折射率约为1，水折射率n=1.33，入射角i=30°，则sinr=sini/n=sin30°/1.33≈0.366，r≈21.5°，小于30°。该说法正确。8.参考答案：×解析：本题考查验证牛顿第二定律的实验设计。实验中应保持砝码质量不变，通过改变总质量来研究加速度与质量的关系。增加砝码质量会改变实验目的，错误点在于对实验原理理解错误。9.参考答案：×解析：本题考查匀变速直线运动的加速度与速度关系。匀变速直线运动中，加速度方向与合外力方向相同，与速度方向不一定相同。例如，物体做匀减速直线运动时，加速度方向与速度方向相反。错误点在于对加速度与速度关系理解错误。10.参考答案：√解析：本题考查电容器储能公式。电容器储存的电能E=1/2CV²，电压从5V升高到10V，电压增加一倍，电能E变为原来的4倍，即增加了一倍。该说法正确。四、简答题1.参考答案：交流电有效值是指与交流电在同一时间内产生相同热效应的直流电的值。解析：本题考查交流电有效值的意义。交流电有效值是根据电流的热效应定义的，用于表征交流电做功的能力。它等于产生相同热量的等效直流电的数值。例如，一个标有“220V”的交流电，其实际最大值约为311V，但有效值是220V，意味着在相同电阻上，交流电和直流电在相同时间内产生的热量相等。这是交流电应用中非常重要的一个参数，因为它直接关系到电器设备的功率计算和设计。2.参考答案：电磁波在真空中的传播速度与频率无关，均为3×10⁸m/s。解析：本题考查电磁波在真空中的传播特性。根据麦克斯韦电磁理论，电磁波在真空中的传播速度是一个常数，记为c，其数值约为3×10⁸m/s。这个速度与电磁波的频率和波长无关，即不同频率的电磁波在真空中的传播速度相同。这是电磁波区别于机械波的一个重要特性，机械波的传播速度通常与频率有关。这一结论在电磁波的应用中具有极其重要的意义，例如所有无线电通信、光通信等都是基于这一原理。3.参考答案：万有引力定律的适用条件包括：①宏观物体；②质点或可视为质点的物体；③物体间的距离远大于物体自身的大小；④真空环境。解析：本题考查万有引力定律的适用范围。万有引力定律由牛顿提出，描述了两个质点之间由于质量而产生的相互吸引力。其公式为F=G(m₁m₂)/r²，其中G为引力常数。该定律主要适用于宏观天体和物体间的相互作用，不适用于微观粒子间的相互作用（如原子核内部的强相互作用）。此外，当物体间的距离非常近时，物体不能被视为质点，此时需要考虑物体的形状和大小，引力定律不再适用。在非真空环境中，如地球表面，引力会受到空气阻力等因素的影响，但万有引力定律仍然近似适用。4.参考答案：开普勒三大定律中的椭圆轨道定律指出，行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。解析：本题考查开普勒三大定律中的椭圆轨道定律。开普勒三大定律是描述行星绕太阳运动的规律，由约翰内斯•开普勒总结提出。第一定律（椭圆轨道定律）指出，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。第二定律（面积定律）指出，连接行星和太阳的直线在相等时间内扫过的面积相等，这意味着行星在靠近太阳时运动速度更快，在远离太阳时运动速度更慢。第三定律（周期定律）指出，行星公转周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。这些定律是天文学和物理学发展的重要基础。5.参考答案：牛顿第二定律描述了物体加速度与所受合外力成正比，与物体质量成反比，其表达式为F=ma；惯性定律（即牛顿第一定律）描述了物体在没有外力作用时保持静止或匀速直线运动的状态。解析：本题考查牛顿第二定律和惯性定律的异同。牛顿第二定律（F=ma）定量描述了力、质量和加速度之间的关系，是一个矢量方程，表明加速度的方向与合外力的方向相同。惯性定律（牛顿第一定律）则描述了物体保持原有运动状态的性质，即在没有外力作用时，物体保持静止或匀速直线运动。两者都是经典力学的基础定律，但牛顿第二定律是定量关系，而惯性定律是定性描述。惯性定律是牛顿第二定律在合外力为零时的特殊情况。6.参考答案：机械能守恒定律的适用条件包括：①系统内只有重力或弹力做功；②系统不受非保守力（如摩擦力、空气阻力）的作用；③系统可以视为孤立系统，与外界无能量交换。解析：本题考查机械能守恒定律的适用条件。机械能守恒定律指出，在只有重力或弹力做功的系统中，系统的机械能（动能与势能之和）保持不变。其表达式为ΔE=ΔK+ΔU=0，即动能的增加量等于势能的减少量。该定律的适用需要满足一定条件：首先，系统内只有保守力做功，非保守力（如摩擦力、空气阻力）不做功或做功之和为零；其次，系统与外界无能量交换，即系统是孤立的。如果系统存在非保守力做功或与外界有能量交换，则机械能不守恒，需要考虑能量转化。7.参考答案：功的定义是力与物体在力的方向上位移的乘积，其计算公式为W=Flcosθ，其中F为力的大小，l为位移的大小，θ为力与位移之间的夹角。解析：本题考查功的定义及其计算公式。功是描述力对物体做功能力的物理量，是能量转化的量度。当一个力作用在物体上，并使物体发生位移时，这个力就对物体做了功。功的计算公式为W=Flcosθ，其中θ是力F与位移l之间的夹角。当θ=0时，力与位移方向相同，功最大；当θ=90°时，力与位移方向垂直，力不做功；当θ=180°时，力与位移方向相反，力做负功。功是标量，其单位是焦耳（J）。8.参考答案：动能定理的内容是：合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量，其表达式为W=ΔK=K₂-K₁，其中ΔK为动能的变化量，K₁为初始动能，K₂为末动能。解析：本题考查动能定理的内容及其物理意义。动能定理是力学中的一个重要定理，它建立了力做功与物体动能变化之间的关