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(10分)如图所示,已知平行金属板间距为d,与水平面夹角为θ,要使一质量为m、电量为+q的小球能从AB板A端沿直线以初速度V0开始运动,并恰能沿水平方向运动至CD板的D端射出,求
(1)两金属板间的电压U是多少?(重力加速度为g)
(2)要使此小球从D端静止出发沿直线返回至A端至少需外力做多少功?
某同学解答题过程如下:
由受力平衡可知:
(1)∵=mg ∴U=
(2)WF=qU=mgd
你认为他的解答是否正确?如果正确,请简述理由;如果不正确,请给出你的解答。
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(6分)在探究“动摩擦因数”的实验活动中,有一位同学设计了一个方案,如图(a)所示,用弹簧秤拉木块在水平木板上向右匀速运动。为了测定动摩擦因数,需要测定的物理量有 、 ,动摩擦因数的表达式μ= 。另一同学对以上方案进行了改进,用弹簧秤拉住木块不动,用外力拉木板向左运动,如图(b)所示,请对该方案作出评价,并说明有什么优点。
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(4分)如图所示,甲、乙、丙、丁四种情况,光滑斜面的倾角都是α,球的质量都是m,球都是用轻绳系住处于平衡状态,则球对斜面压力最大的是 图情况;球对斜面压力最小的是 图情况。
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(14分)两个带电量均为+q小球,质量均为m,固定在轻质绝缘等腰直角三角形框架OAB的两个端点A、B上,另一端点用光滑铰链固定在O点,整个装置可以绕垂直于纸面的水平轴在竖直平面内自由转动。直角三角形的直角边长为L。
(1)若施加竖直向上的匀强电场E1,使框架OB边水平、OA边竖直并保持静止状态,则电场强度E1多大?在此电场中,此框架能否停止在竖直平面内任意位置?
(2)若改变匀强电场的大小和方向(电场仍与框架面平行),为使框架的OB边水平、OA边竖直(A在O的正下方),则所需施加的匀强电场的场强E2至少多大?方向如何?
(3)若施加竖直向上的匀强电场E3,并将A球的带电量改为-q,其余条件不变,试找出框架所有可能的平衡位置,求出OA边与竖直方向的夹角θ,并画出所对应的示意图。
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(12分)横截面积分别为SA=2.0×10-3m2、SB=1.0×10-3m2的汽缸A、B竖直放置,底部用细管连通,用质量分别为mA=4.0kg、mB=2.0kg的活塞封闭一定质量的气体,气缸A中有定位卡。当气体温度为27℃时,活塞A恰与定位卡环接触,此时封闭气体的体积为V0=300mL,外界大气压强为P0=1.0×105Pa。(g=10m/s2)
(1)当将气体温度缓慢升高到57℃时,封闭气体的体积多大?
(2)保持气体的温度57℃不变,用力缓慢压活塞B,使气体体积恢复到V0,求此时封闭气体的压强多大?此时活塞A与定位卡环间的弹力多大?
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(8分)(辨析题)如图所示,长为L的轻绳一端固定在O点,另一端系一质量为m的小球,在最低点给小球一水平初速度v0,同时对小球施加一大小不变,方向始终垂直于绳的力F,小球沿圆周运动到绳水平时,小球速度大小恰好也为v0。求F的大小。
下面是某位同学的分析:
小球在力F的作用下先加速后减速,由对称性可以判断,当轻绳向上摆起45°角时小球速度最大,切线方向的加速度为零,此时重力沿切线方向的分力与F等大反向,……。
该同学的分析正确吗?若正确,请根据该同学的分析思路,求出F的大小。
若不正确,请你分析并求出正确结果。
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(9分)人骑自行车由静到动,除了要增加人和车的动能以外,还要克服空气及其他阻力做功。为了测量人骑自行车的功率,某活动小组进行了如下实验:在离出发线5m、10m、20m、30m、……70m的地方分别划上8条计时线,每条计时线附近站几个学生,手持秒表。听到发令员的信号后,受测者全力骑车由出发线启动,同时全体学生都开始计时。自行车每到达一条计时线,站在该计时线上的几个学生就停止计时,记下自行车从出发线到该条计时线的时间。实验数据记录如下(每个计时点的时间都取这几个同学计时的平均值):
运动距离s(m) | 0 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | ||||||||
运动时间t(s) | 0 | 2.4 | 4.2 | 6.3 | 7.8 | 9.0 | 10.0 | 11.0 | 12.0 | ||||||||
各段速度(m/s) | 2.08 | ① | 4.76 | 6.67 | 8.33 | ② | 10.0 | 10.0 |
(1)以纵轴代表自行车运动的距离s,横轴代表运动的时间t,试作出s-t图。
(2)根据(1)作出的s-t图知,自行车在每一路段内的速度变化不是很大,因此可以用每一段的平均速度代替该段的速度。请计算出上述表格中空缺的①、②处的数据:
①________(m/s);②________(m/s)。
(3)本次实验中,学生和自行车总质量约为75kg,设运动过程中,学生和自行车所受阻力与其速度大小成正比,则在20m―30m路段的平均阻力f1与30 m―40 m路段的平均阻力f2之比f1∶f2=________;若整个过程中该同学骑车的功率P保持不变,则P=________W。
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(4分)有位同学想知道家中一把小铁锁的重心位置,做了如下实验:用一轻细线一端系在小铁锁上,将其悬挂起来,如图(a)所示,近似将其当作单摆处理。先用米尺量出悬点到小铁锁下端的距离L,然后将小铁锁拉离平衡位置一个小角度由静止释放,测出其30次全振动的时间,算出振动周期T。多次改变悬线长并重复上面操作,得到多组L、T的数据,作出L―T2图像如图(b)所示。则可知小铁锁的重心到其下端的距离为________cm;同时可测得当地重力加速度大小为________m/s2。
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(6分)取两杯体积相同的清水,同时分别滴入一滴红墨水,出现如图(a)、(b)所示的情景。这个实验观察到的现象是________________________;由此可以判断水的温度较高的是图________;从分子动理论的角度分析,这个实验揭示的物理规律是________________________。
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