高中物理计算题

算盘是我国古老的计算工具，中心带孔的相同算珠可在算盘的固定导杆上滑动，使用前算珠需要归零，如图所示，水平放置的算盘中有甲、乙两颗算珠未在归零位置，甲靠边框b，甲、乙相隔 $s_1=3.5\times {10}^{-2}\text{m}$，乙与边框a相隔 $s_2=2.0\times {10}^{-2}\text{m}$，算珠与导杆间的动摩擦因数 $\mu =0.1$。现用手指将甲以 $0.4\text{m/s}$的初速度拨出，甲、乙碰撞后甲的速度大小为 $0.1\text{m/s}$，方向不变，碰撞时间极短且不计，重力加速度g取 $10{\text{m/s}}^2$。

（1）通过计算，判断乙算珠能否滑动到边框a；

（2）求甲算珠从拨出到停下所需的时间。

物体质量m= 4kg，放在倾角为θ=37º的斜面上。在沿斜面向上的拉力F = 40N作用下物体以v=6m/s的速度沿斜面向上作匀速直线运动，取g="10" m/s²，sin37º=0.6，cos37º=0.8，求：

（1）物体与斜面间的动摩擦因数μ；
（2）力F撤去后，物体继续沿斜面向上运动的最大距离。

某型号质谱仪的工作原理如图甲所示。 $M$、 $N$为竖直放置的两金属板，两板间电压为 $U$， $Q$板为记录板，分界面 $P$将 $N$、 $Q$间区域分为宽度均为 $d$的Ⅰ、Ⅱ两部分， $M$、 $N$、 $P$、 $Q$所在平面相互平行， $a$、 $b$为 $M$、 $N$上两正对的小孔。以 $a$、 $b$所在直线为 $z$轴，向右为正方向，取 $z$轴与 $Q$板的交点 $O$为坐标原点，以平行于 $Q$板水平向里为 $x$轴正方向，竖直向上为 $y$轴正方向，建立空间直角坐标系 $\mathit{Oxyz}$．区域Ⅰ、Ⅱ内分别充满沿 $x$轴正方向的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小、电场强度大小分别为 $B$和 $E$．一质量为 $m$，电荷量为 $+q$的粒子，从 $a$孔飘入电场（初速度视为零），经 $b$孔进入磁场，过 $P$面上的 $c$点（图中未画出）进入电场，最终打到记录板 $Q$上。不计粒子重力。

（1）求粒子在磁场中做圆周运动的半径 $R$以及 $c$点到 $z$轴的距离 $L$；

（2）求粒子打到记录板上位置的 $x$坐标；

（3）求粒子打到记录板上位置的 $y$坐标（用 $R$、 $d$表示）；

（4）如图乙所示，在记录板上得到三个点 $s_1$、 $s_2$、 $s_3$，若这三个点是质子 ${}_1^{1}H$、氚核 ${}_1^{3}H$、氦核 ${}_2^4\mathit{He}$的位置，请写出这三个点分别对应哪个粒子（不考虑粒子间的相互作用，不要求写出推导过程）。

如图所示，两光滑金属导轨，间距d=0.2m，在桌面上的部分是水平的，处在磁感应强度B=0.1T、方向竖直向下的有界磁场中．电阻R=3Ω．桌面高H=0.8m，金属杆ab质量m=0.2kg，电阻r=1Ω，在导轨上距桌面h=0.2m的高处由静止释放，落地点距桌面左边缘的水平距离s=0.4m，g=10m/s²．求：

（1）金属杆刚进入磁场时，R上的电流大小．
（2）整个过程中R上放出的热量．

在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的 $p-V$图像，气泡内气体先从压强为 $p_0$、体积为 $V_0$、温度为 $T_0$的状态 $A$等温膨胀到体积为 $5V_0$、压强为 $p_B$的状态 $B$，然后从状态 $B$绝热收缩到体积为 $V_0$、压强为 $1.9p_0$、温度为 $T_C$的状态 $C,B$到 $C$过程中外界对气体做功为 $W$．已知 $p_0、V_0、T_0$和 $W$．求：

（1） $p_B$的表达式；

（2） $T_C$的表达式；

（3） $B$到 $C$过程，气泡内气体的内能变化了多少？

如图所示，一电荷量q=3×10^﹣4C带正电的小球，用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O点．电键S合上后，当小球静止时，细线与竖直方向的夹角α=37°．已知两板相距d=0.1m，电源电动势E=12V，内阻r=2Ω，电阻R₁=4Ω，R₂=R₃=R₄=12Ω．g取10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求：

（1）通过电源的电流；
（2）两板间的电场强度的大小；
（3）小球的质量．

某地“欢乐谷”大型的游乐性主题公园，园内有一种大型游戏机叫“跳楼机”．让人体验短暂的“完全失重”，非常刺激．参加游戏的游客被安全带固定在座椅上，由电动机将座椅沿光滑的竖直轨道提升到离地面50m高处，然后由静止释放．为研究方便，认为人与座椅沿轨道做自由落体运动2s后，开始受到恒定阻力而立即做匀减速运动，且下落到离地面5m高处时速度刚好减小到零．然后再让座椅以相当缓慢的速度稳稳下落，将游客送回地面．（取g=10m/s²）

求：（1）座椅在自由下落结束时刻的速度是多大？
（2）在匀减速阶段，座椅对游客的作用力大小是游客体重的多少倍？

在如图所示的电路中，R₁是由某金属氧化物制成的导体棒（非纯电阻），实验证明通过它的电流I和它两端电压U遵循I=kU³的规律（式中k=0.02A/V³），R₂是普通电阻，阻值为24Ω，遵循欧姆定律，电源电动势E=6V，闭合开关S后，电流表的示数为0.16A．求：

（1）通过R₁的电流I₁和它两端的电压U₁；
（2）通过R₂的电流I₂和它两端的电压U₂；
（3）R₁、R₂消耗的电功率P₁、P₂；
（4）电源的内电阻r．

如图，一长木板在光滑的水平面上以速度 $v_0$向右做匀速直线运动，将一小滑块无初速地轻放在木板最右端。已知滑块和木板的质量分别为m和2m，它们之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g。

（1）滑块相对木板静止时，求它们的共同速度大小；

（2）某时刻木板速度是滑块的2倍，求此时滑块到木板最右端的距离；

（3）若滑块轻放在木板最右端的同时，给木板施加一水平向右的外力，使得木板保持匀速直线运动，直到滑块相对木板静止，求此过程中滑块的运动时间以及外力所做的功。

如图所示，滑雪道 $AB$由坡道和水平道组成，且平滑连接，坡道倾角均为 $45°$。平台 $BC$与缓冲坡 $CD$相连，若滑雪者从 $P$点由静止开始下滑，恰好到达 $B$点。滑雪者现从 $A$点由静止开始下滑，从 $B$点飞出。已知 $A$、 $P$间的距离为 $d$，滑雪者与滑道间的动摩擦因数均为 $\mu$，重力加速度为 $g$，不计空气阻力。

（1）求滑雪者运动到 $P$点的时间 $t$；

（2）求滑雪者从 $B$点飞出的速度大小 $v$；

（3）若滑雪者能着陆在缓冲坡 $CD$上，求平台 $BC$的最大长度 $L$。

“转碟”是传统的杂技项目。如图所示，质量为 $m$的发光物体放在半径为 $r$的碟子边缘，杂技演员用杆顶住碟子中心，使发光物体随碟子一起在水平面内绕 $A$点做匀速圆周运动。当角速度为 ${\omega }_0$时，碟子边缘看似一个光环。求此时发光物体的速度大小 $v_0$和受到的静摩擦力大小 $f$。

光滑绝缘的水平面上有垂直平面的匀强磁场，磁场被分成区域Ⅰ和Ⅱ，宽度均为 $h$，其俯视图如图（a）所示，两磁场磁感应强度随时间 $t$的变化如图（b）所示， $0\sim \tau$时间内，两区域磁场恒定，方向相反，磁感应强度大小分别为 $2B_0$和 $B_0$，一电阻为 $R$，边长为 $h$的刚性正方形金属框 $\mathit{abcd}$，平放在水平面上， $\mathit{ab}、\mathit{cd}$边与磁场边界平行． $t=0$时，线框 $\mathit{ab}$边刚好跨过区域Ⅰ的左边界以速度 $v$向右运动．在 $\tau$时刻， $\mathit{ab}$边运动到距区域Ⅰ的左边界 $\frac{h}{2}$处，线框的速度近似为零，此时线框被固定，如图（a）中的虚线框所示。随后在 $\tau \sim 2\tau$时间内，Ⅰ区磁感应强度线性减小到0，Ⅱ区磁场保持不变； $2\tau \sim 3\tau$时间内，Ⅱ区磁感应强度也线性减小到0。求：

（1） $t=0$时线框所受的安培力 $F$；

（2） $t=1.2\tau$时穿过线框的磁通量 $\varphi$；

（3） $2\tau \sim 3\tau$时间内，线框中产生的热量 $Q$。

图是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆a、b、c围成的区域，圆a内为无场区，圆a与圆b之间存在辐射状电场，圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外。电子以初动能 $E_{k0}$从圆b上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆b之间电势差为U，圆b半径为R，圆c半径为 $\sqrt{3}R$，电子质量为m，电荷量为e，忽略相对论效应，取 $\tan 22.5°=0.4$。

（1）当 $E_{k0}=0$时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角 $\theta$均为45°，最终从Q点出射，运动轨迹如图中带箭头实线所示，求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能；

（2）已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰，就能从出射区域出射。当 $E_{\text{k}0}=\mathit{keU}$时，要保证电子从出射区域出射，求k的最大值。

如图，在竖直平面内由 $\frac{1}{4}$ 圆弧 $\mathit{AB}$ 和 $\frac{1}{2}$ 圆弧BC组成的光滑固定轨道，两者在最低点B平滑连接。 $\mathit{AB}$ 弧的半径为R， $\mathit{BC}$ 弧的半径为 $\frac{R}{2}$ 。一小球在A点正上方与A相距 $\frac{R}{4}$ 处由静止开始自由下落，经A点沿圆弧轨道运动。

（1）求小球在B、A两点的动能之比；

（2）通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点。

某一长直的赛道上，有一两F1赛车前方200m有一安全车正以10m/s的速度匀速前进，此时赛车从静止出发以的加速度追赶，试求：
（1）赛车出发3s末瞬时速度大小？
（2）赛车追上安全车之前两车相距的最远距离是多少？