《(物理)物理试卷分类汇编物理微元法解决物理试题(及答案)含解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(物理)物理试卷分类汇编物理微元法解决物理试题(及答案)含解析（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、（物理）物理试卷分类汇编物理微元法解决物理试题(及答案 ) 含解析 一、微元法解决物理试题 1解放前后，机械化生产水平较低，人们经常通过“ 驴拉磨 ” 的方式把粮食颗粒加工成粗面 来食用如图，一个人推磨，其推磨杆的力的大小始终为F，方向与磨杆始终垂直，作用 点到轴心的距离为r，磨盘绕轴缓慢转动，则在转动一周的过程中推力F做的功为 A0 B2 rFC2FrD-2 rF 【答案】 B 【解析】 【分析】 cosWFx适用于恒力做功，因为推磨的过程中力方向时刻在变化是变力，但由于圆周 运动知识可知，力方向时刻与速度方向相同，根据微分原理可知，拉力所做的功等于力与 路程的乘积； 【详解】 由题可知：推
2、磨杆的力的大小始终为F，方向与磨杆始终垂直，即其方向与瞬时速度方向 相同，即为圆周切线方向，故根据微分原理可知，拉力对磨盘所做的功等于拉力的大小与 拉力作用点沿圆周运动弧长的乘积，由题意知，磨转动一周，弧长2Lr，所以拉力所 做的功2WFLrF，故选项B 正确，选项ACD错误 【点睛】 本题关键抓住推磨的过程中力方向与速度方向时刻相同，即拉力方向与作用点的位移方向 时刻相同，根据微分思想可以求得力所做的功等于力的大小与路程的乘积，这是解决本题 的突破口 2水刀切割具有精度高、无热变形、无毛刺、无需二次加工以及节约材料等特点，得到广 泛应用某水刀切割机床如图所示，若横截面直径为d 的水流以速度v
3、 垂直射到要切割的 钢板上，碰到钢板后水的速度减为零，已知水的密度为 ，则钢板受到水的冲力大小为 A 2 d vB 22 d vC 2 1 4 d vD 22 1 4 d v 【答案】 D 【解析】 【分析】 【详解】 设 t 时间内有V 体积的水打在钢板上，则这些水的质量为： 2 1 4 mVSvtdvt 以这部分水为研究对象，它受到钢板的作用力为F，以水运动的方向为正方向，由动量定 理有： Ft=0-mv 解得： 22 1 4 mv Fdv t A. 2 d v与分析不符，故A错误 B. 22 d v与分析不符，故B 错误 C. 21 4 d v与分析不符，故C错误 D. 22 1 4 d
4、 v与分析相符，故D 正确 3估算池中睡莲叶面承受雨滴撞击产生的平均压强，小明在雨天将一圆柱形水杯置于露 台，测得 1 小时内杯中水上升了45mm。查询得知，当时雨滴竖直下落速度约为12m/s。 据此估算该压强约为（）（设雨滴撞击唾莲后无反弹，不计雨滴重力，雨水的密度为 1 10 3kg/m3） A0.15Pa B0.54Pa C1.5Pa D5.1Pa 【答案】 A 【解析】 【分析】 【详解】 由于是估算压强，所以不计雨滴的重力。设雨滴受到支持面的平均作用力为F。设在 t 时 间内有质量为 m的雨水的速度由v=12m/s减为零。以向上为正方向，对这部分雨水应用 动量定理有 0Ftmvmv
5、得到 m Fv t 设水杯横截面积为S ，对水杯里的雨水，在t 时间内水面上升h，则有 mS h = h FSv t 所以有压强 3 345 10 1012Pa0.15Pa 3600 Fh Pv St 即睡莲叶面承受雨滴撞击产生的平均压强为0.15Pa。 故A正确，BCD错误。 故选 A。 4如图所示为固定在水平地面上的顶角为的圆锥体，其表面光滑有一质量为 m、长 为 L 的链条静止在圆锥体的表面上，已知重力加速度为g，若圆锥体对圆环的作用力大小 为 F，链条中的张力为T，则有（） AF=mg B C D 【答案】 AD 【解析】 试题分析：因为圆环受重力和圆锥体对圆环的作用力处于平衡，则圆锥
6、体对圆环的作用力 等于圆环的重力，即F=mg，故 A 对 B错取圆环上很小的一段分析，设对应圆心角为， 分析微元受力有重力 0 m g、支持力N、两边圆环其余部分对微元的拉力T，由平衡条件 0 2sin 2 tan 2 m g T ，由于微元很小，则对应圆心角很小，故sin 22 ，0 R mmg L ， 而 2 L R，联立求解得：故 C错 D 对故选AD 考点：物体平衡问题 【名师点睛】本题为平衡问题，在求解圆锥体对圆环作用力时，可以圆环整体为研究对象 进行分析在求解圆环内部张力时，可选其中一个微元作为研究对象分析由于微元很 小，则对应圆心角很小，故sin 22 ， 0 R mmg L ，
7、而 2 L R，然后对微元进行受力 分析，列平衡方程联立求解即可 5如图所示，小球质量为m，悬线的长为 L，小球在位置A时悬线水平，放手后，小球 运动到位置B，悬线竖直。设在小球运动过程中空气阻力 f 的大小不变，重力加速度为 g，关于该过程，下列说法正确的是（ ） A重力做的功为 mgLB悬线的拉力做的功为0 C空气阻力 f 做的功为 mgL D空气阻力 f 做的功为 2 fL 【答案】 ABD 【解析】 【详解】 AB如图所示，因为拉力T 在运动过程中始终与运动方向垂直，故不做功，即 T 0W 重力在整个运动过程中始终不变，小球在重力方向上的位移为A、B 两点连线在竖直方向 上的投影，为L
8、，所以 G WmgL 故 AB正确； CD空气阻力所做的总功等于每个小弧段上f 所做功的代数和，即 f12 2 WfxfxfL 故 C 错误， D 正确。 故选 ABD。 6如图所示，一质量为m2.0kg 的物体从半径为R 5.0m 的圆弧的A 端在拉力作用下 沿圆弧缓慢运动到B 端（圆弧AB在竖直平面内）拉力F大小不变始终为15N，方向始 终与物体所在位置的切线成37 角圆弧所对应的圆心角为60 ，BD 边竖直， g 取 10m/s 2求这一过程中（ cos37 0.8）： (1)拉力 F做的功 ; (2)重力 mg 做的功 ; (3)圆弧面对物体的支持力FN做的功 ; (4)圆弧面对物体的
9、摩擦力Ff做的功 . 【答案】 （1）62.8J （2）-50J （3）0 （4） -12.8J 【解析】 【分析】 【详解】 (1)将圆弧分成很多小段l1、l2、 、ln，拉力在每小段上做的功为 W1、W2、 、Wn，因拉力 F大小不变，方向始终与物体所在位置的切线成37 角，所以： W1Fl1cos37 ，W2Fl2cos37 ， ，Wn Flncos37 ， 所以拉力F做的功为： 1212 cos37cos37 ?20J62.8J 3 Fnn WWWWFlllFR (2)重力 mg 做的功 WG- mgR（1- cos60 ） - 50J (3)物体受到的支持力FN始终与物体的运动方向垂
10、直，所以 WF0 (4)因物体在拉力F作用下缓慢移动，则物体处于动态平衡状态，合外力做功为零， 所以 WFWGWFf0， 则 WFf WFWG 62.8J50J 12.8J 【点睛】 本题考查动能定理及功的计算问题，在求解F做功时要明确虽然力是变力，但由于力和速 度方向之间的夹角始终相同，故可以采用“分割求和”的方法求解 7根据量子理论，光子具有动量光子的动量等于光子的能量除以光速，即P=E/c光照 射到物体表面并被反射时，会对物体产生压强，这就是“ 光压 ” 光压是光的粒子性的典型 表现光压的产生机理如同气体压强：由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀 的压力，器壁在单位面积上受到的压
11、力就是气体的压强 （1）激光器发出的一束激光的功率为P，光束的横截面积为S 当该激光束垂直照射在物 体表面时，试计算单位时间内到达物体表面的光子的总动量 （2）若该激光束被物体表面完全反射，试求出其在物体表面引起的光压表达式 （3）设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去，当然这只须当太阳对物体的光 压超过了太阳对物体的引力才行现如果用一种密度为1010 3kg/m3 的物体做成的平 板，它的刚性足够大，则当这种平板厚度较小时，它将能被太阳的光压送出太阳系试估 算这种平板的厚度应小于多少（计算结果保留二位有效数字）？设平板处于地球绕太阳运 动的公转轨道上，且平板表面所受的光压处于最大值，
12、不考虑太阳系内各行星对平板的影 响已知地球公转轨道上的太阳常量为1410 3J/m2?s（即在单位时间内垂直辐射在单位 面积上的太阳光能量），地球绕太阳公转的加速度为5910 -3m/s2） 【答案】（ 1）P/C （2）p压强=F/S=2P/Cs （3）1610 -6m 【解析】 试题分析：（ 1）设单位时间内激光器发出的光子数为n，每个光子能量为E，动量为 p， 则激光器的功率为P=nE 所以单位时间内到达物体表面的光子的总动量为 （2）激光束被物体表面反射时，其单位时间内的动量改变量为p=2 p 总=2P/c 根据动量定理可知，物体表面对激光束的作用力 F=p =2P/c 由牛顿第三定律
13、可知，激光束对物体表面的作用力为F=2P/c， 在物体表面引起的光压表达式为：p压强=F/S=2P/cS （3）设平板的质量为m，密度为 ，厚度为d，面积为S1，太阳常量为 J，地球绕太阳公 转的加速度为a，利用太阳的光压将平板送到太阳系以外的空间去必须满足条件：太阳光 对平板的压力大于太阳对其的万有引力 由（ 2）得出的结论可得，太阳光对平板的压力 F=2JS1/c 太阳对平板的万有引力可表示为f=ma， 所以， 2JS1/c ma， 平板质量m= dS1， 所以 ，2JS1/c dS 1 a， 解得： d 2J c a =16 10 -6 m 即：平板的厚度应小于1610 -6 m 考点：
14、动量定理、万有引力定律 【名师点睛】 8如图所示，一质量为2.0kgm的物体从半径为0.5mR的圆弧轨道的 A端，在拉力 作用下沿圆弧缓慢运动到 B端（圆弧AB在竖直平面内）。拉力F的大小始终为15N，方 向始终与物体所在处的切线成 37 角。圆弧轨道所对应的圆心角为 45 ，BO边沿竖直方 向。求这一过程中：（g取 2 10m /s ， sin370.6， cos370.8 ） (1)拉力F做的功； (2)重力G做的功； (3)圆弧面对物体的支持力N做的功。 【答案】 (1)47.1J(2)29.3J(3)0 【解析】 【详解】 (1)将圆弧 AB 分成很多小段1 l ，2 l ， ，n l
15、 ，物体在这些小段上近似做直线运动，则拉力在 每小段上做的功为 12 ,W W， ， n W，因拉力F大小不变，方向始终与物体所在点的切线成 37 角，所以 11cos37 WFl 22cos37 WFl cos37 nn WFl 1212 cos37cos3747.1J 4 Fnn R WWWWFlllFLL (2)重力G做的功 1cos4529.3J G WmgR (3)物体受到的支持力N始终与物体的运动方向垂直，所以 0 N W 9光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面前者表明光子具有能量，后者 表明光子除了具有能量之外还具有动量由狭义相对论可知，一定的质量m与一定的能量E 相
16、对应： 2 Emc ，其中 c为真空中光速 (1) 已知某单色光的频率为 ，波长为 ，该单色光光子的能量 Eh ，其中 h为普朗克常量 试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量=质量 速度，推导该单色光光子的动量 h P (2) 光照射到物体表面时，如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压 力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“ 光压 ” ，用 I表示一台发光功率为P0的激光 器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S，当该激光束垂直照射到某物体表面时，假 设光全部被吸收，试写出其在物体表面引起的光压的表达式 (3) 设想利用太阳光的“ 光压 ” 为探测器提供动力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外，这 就需要为探测器制作一个很大的光帆，以使太阳光对光帆的压力超过太阳对探测器的引力 ，不考虑行星对探测器的引力一个质量为m的探测器，正在朝远离太阳的方向运动已 知引力常量为 G，太阳的质量为M，太阳辐射的总功率为P0，设帆面始终与太阳光垂直，且 光帆能将太阳光全部吸收试估算该探测器光帆的面积应满足的条件 【答案】（ 1）见
