高中物理综合题

荷兰科学家惠更斯在研究物体碰撞问题时做出了突出的贡献．惠更斯所做的碰撞实验可简化为：三个质量分别为m、m、m的小球，半径相同，并排悬挂在长度均为L的三根平行绳子上，彼此相互接触。现把质量为m的小球拉开，上升到H高处释放，如图所示，已知各球间碰撞时同时满足动量守恒定律和机械能守恒定律，且碰撞时间极短，H远小于L,不计空气阻力。
若三个球的质量相同，则发生碰撞的两球速度交换，试求此时系统的运动周期。
若三个球的质量不同，要使球1与球2、球2与球3相碰之后，三个球具有同样的动量，则m∶m∶m应为多少?它们上升的高度分别为多少?

磁悬浮列车是一种高速运载工具。它具有两个重要系统：一是悬浮系统，利用磁力使车体在导轨上悬浮起来；另一是驱动系统，在沿轨道上安装的三相绕组中，通上三相交流电，产生随时间和空间做周期性变化的磁场，磁场与固连在车体下端的感应金属板相互作用，使车体获得牵引力。


设图中平面代表轨道平面，轴与轨道平行，现有一与轨道平面垂直的磁场正以速度向方向匀速运动，设在时，该磁场的磁感应强度B的大小随空间位置x的变化规律为（式中B₀、k为已知常量），且在y轴处，该磁场垂直平面指向纸里。与轨道平面平行的一金属矩形框MNPQ处在该磁场中，已知该金属框的MN边与轨道垂直，长度为L，固定在y轴上，MQ边与轨道平行，长度为d=，金属框的电阻为R，忽略金属框的电感的影响。求：
（1）  t=0时刻，金属框中的感应电流大小和方向；
（2）  金属框中感应电流瞬时值的表达式；
（3）  经过时间，金属框产生的热量；
（4）  画出金属框受安培力F随时间变化的图象。

图是新兴的体育比赛“冰壶运动”的场地平面示意图。其中，内圆的半径为0.6 m，外圆的半径为1.8 m，栏线A点距内圆的圆心O点为30 m，比赛时，若参赛一方将已方的冰石壶推至内圆内，并将对方冰石壶击出外圆，则获胜。在某次比赛中，甲队队员以速度v₁＝3 m/s将质量为m＝19 kg的冰石壶从左侧栏线A处向右推出，恰好停在O点处。乙队队员以速度v₂＝5 m/s将质量为M＝20 kg的冰石壶也从A处向右推出，沿中心线滑动到O点并和甲队冰石壶发生碰撞。设两个冰石壶均可看成质点且碰撞前后均沿中心线运动，不计碰撞时的动能损失，两个冰石壶与水平面的动摩擦因数相同。求：
冰石壶与冰面间的动摩擦因数；
  乙队冰石壶能否停在内圆区域内并把甲队冰石壶击出外圆从而获胜。为什么？

如图，长为L的木块固定于水平地面上，一质量为m的子弹，以水平的初速度v₀向右射向木块，射出后木块后的速度为，设木块对子弹的阻力恒定，求：

（1）子弹受到阻力的大小；
（2）若将此木块固定于水平传送带上，且使木块与传送带始终以恒定的速度的速度u水平向右运动（传送带足够长，子弹穿出时，木块仍沿水平方向运动），子弹仍以速度v₀向右射向木块（u <v₀），则子弹最终的速度多大？

如图所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场，在虚线的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感强度大小为B，一绝缘轨道由两段直杆和一半径为R的半圆环组成，固定在纸面所在的竖直平面内，PQ、MN水平且足够长，半圆环MAP在磁场边界左侧，P、M点在磁场边界线上，NMAP段光滑，PQ段粗糙。现在有一质量为m、带电荷量为+q的小环套在MN杆上，它所受电场力为重力的倍。现将小环从M点右侧的D点由静止释放，小环刚好能到达P点。

　　（1）求DM间距离x₀；
　　（2）求上述过程中小环第一次通过与O等高的A点时半圆环对小环作用力的大小；
　　（3）若小环与PQ间动摩擦因数为μ（设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等），现将小环移至M点右侧4R处由静止开始释放，求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功。

利用超声波遇到物体发生反射，可测定物体运动的有关参量，图（a）中仪器A和B通过电缆线连接，B为超声波发射与接收一体化装置，仪器A和B提供超声波信号源而且能将B接收到的超声波信号进行处理并在屏幕上显示其波形。

现固定装置B，并将它对准匀速行驶的小车C，使其每隔固定时间T₀发射一短促的超声波脉冲，如图（b）中幅度较大的波形，反射波滞后的时间已在图中标出，其中T和△T为已知量，另外还知道该测定条件下超声波在空气中的速度为v₀，根据所给信息求小车的运动方向和速度大小。

在某介质中形成一列简谐波，t=0时刻的波形如图中的实线所示．

(1)若波向右传播，零时刻刚好传到B点，且再经过0.6 s,P点也开始起振，求：
①该列波的周期T；
②从t=0时刻起到P点第一次达到波峰时止，O点对平衡位置的位移y₀及其所经过的路程s₀各为多少？
(2)若该列波的传播速度大小为20 m/s，且波形中由实线变成虚线需要经历0.525 s时间，则该列波的传播方向如何？

如图所示，水平面内平行放置两根裸铜导轨，导轨间距为L，一根裸铜棒ab垂直导轨放置在导轨上面，铜棒质量为m，可无摩擦地在导轨上滑动，两导轨右端与电阻R相连，铜棒和导轨的电阻不计，两根一样的弹簧，左端固定在木板上，右端与铜棒相连，弹簧质量与铜棒相比可不计．开始时铜棒作简谐运动，为平衡位置，振幅Am，周期是Ts，最大速度为v．加一垂直导轨平面的磁感应强度为B的匀强磁场后，发现铜棒作阻尼运动，如果同时给铜棒施加一水平力F，则发现铜棒仍然作原简谐运动．问：
图11-8
（1）铜棒作阻尼运动的原因是________________．
（2）关于水平变力F的情况，下列判断正确的是________________

A．F的方向总是与弹簧弹力的方向相同	B．F的大小总是与安培力大小相等
C．F的大小不变方向变化	D．F可以为恒力

（3）如果铜棒中的电流按正弦规律变化，那么每次全振动中外界供给铜棒的能量是多少?
 

在如图所示，x轴上方有一匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于纸面向里，大小为B，x轴下方有一匀强电场，电场强度的大小为E，方向与y轴的夹角θ为45⁰且斜向上方. 现有一质量为m电量为q的正离子，以速度v₀由y轴上的A点沿y轴正方向射入磁场，该离子在磁场中运动一段时间后从x轴上的C点进入电场区域，该离子经C点时的速度方向与x轴夹角为45⁰. 不计离子的重力，设磁场区域和电场区域足够大. 求：
（1）C点的坐标；
（2）离子从A点出发到第三次穿越x轴时的运动时间；
（3）离子第四次穿越x轴时速度的大小及速度方向与电场方向的夹角.

 

）在如图所示的xOy平面内（y轴的正方向竖直向上）存在着水平向右的匀强电场，有一带正电的小球自坐标原点O沿y轴正方向竖直向上抛出，它的初动能为5J，不计空气阻力，当它上升到最高点M时，它的动能为4J，求：

（1）试分析说明带电小球被抛出后沿竖直方向和水平方向分别做什么运动？
（2）若带电小球落回到x轴上的P点,在图 中标出P点的位置；
（3）求带电小球到达P点时的动能。

如图所示，在方向水平向右、大小为E=6×10³N/C的匀强电场中有一个光滑的绝缘平面。一根绝缘细绳两端分别系有带电滑块甲和乙，甲的质量为m₁=2×10^-4kg，带电量为q₁=2×10^-9C，乙的质量为m₂=1×10^-4kg，带电量为q₂=－1×10^-9C。开始时细绳处于拉直状态。由静止释放两滑块，t=3s时细绳断裂，不计滑块间的库仑力。试求：

（1）细绳断裂前，两滑块的加速度。
（2）在整个运动过程中，乙的电势能增量的最大值。
（3）当乙的电势能增量为零时，甲与乙组成的系统机械能的增量。
 

如图所示，水平地面上方被竖直线MN分隔成两部分，M点左侧地面粗糙，动摩擦因数为μ＝0.5，右侧光滑．MN右侧空间有一范围足够大的匀强电场．在O点用长为   R＝5m的轻质绝缘细绳，拴一个质量m_A＝0.04kg，带电量为q＝+210^-4的小球A，在竖直平面内以v＝10m/s的速度做顺时针匀速圆周运动，运动到最低点时与地面刚好不接触．处于原长的弹簧左端连在墙上，右端与不带电的小球B接触但不粘连，B球的质量m_B=0.02kg，此时B球刚好位于M点．现用水平向左的推力将B球缓慢推至Ｐ点（弹簧仍在弹性限度内），MP之间的距离为L＝10cm，推力所做的功是W＝0.27J，当撤去推力后，B球沿地面右滑恰好能和A球在最低点处发生正碰，并瞬间成为一个整体C（A、B、C均可视为质点），碰后瞬间立即把匀强电场的场强大小变为E＝610³N/C，电场方向不变．（取g＝10m/s²）求：

（1）A、B两球在碰前匀强电场的大小和方向.
（2）碰撞后整体C的速度.
（3）整体C运动到最高点时绳的拉力大小.

质量为m=1kg的小物块轻轻放在水平匀速运动的传送带上的P点，随传送带运动到A点后水平抛出，小物块恰好无碰撞的沿圆弧切线从B点进入竖直光滑圆孤轨道下滑。B、C为圆弧的两端点，其连线水平。已知圆弧半径R=1.0m圆弧对应圆心角，轨道最低点为O，A点距水平面的高度h=0.8m。小物块离开C点后恰能无碰撞的沿固定斜面向上运动，0.8s后经过D点，物块与斜面间的滑动摩擦因数为=（g=10m/s²,sin37°=0.6,cos37°=0.8）试求：
（1）小物块离开A点的水平初速度v₁
（2）小物块经过O点时对轨道的压力
（3）斜面上CD间的距离

（4）假设小物块与传送带间的动摩擦因数为0.3，传送带的速度为5m/s，则PA间的距离是多少？

 

如图所示，轻质弹簧将质量为m的小物块连接在质量为M(M=3m)的光滑框架内。小物块位于框架中心位置时弹簧处于自由长度．现设框架与小物块以共同速度V₀沿光滑水平面向左匀速滑动。

(1)若框架与墙壁发生瞬间碰撞后速度为零，但与墙壁间不粘连，求框架脱离墙壁后的运动过程中，弹簧弹性势能的最大值。
(2)若框架与墙壁发生瞬间碰撞，立即反弹，在以后过程中弹簧的最大弹性势能为，求框架与墙壁碰撞时损失的机械能ΔE₁。
(3)在(2)情形下试判定框架与墙壁能否发生第二次碰撞?若不能，说明理由．若能，试求出第二次碰撞时损失的机械能ΔE₂。(设框架与墙壁每次碰撞前后速度大小之比不变)

某市规定：卡车在市区内行驶速度不得超过40km／h，一次一辆卡车在市区路面紧急刹车后，经1.5s停止，量得刹车痕迹为L=9m，试判断这车是否违章行驶?