物理竞赛1-35届真题分类04刚体力学(无答案)
第35届全国中学生物理竞赛预赛试卷
第35 届全国中学生物理竞赛预赛试卷本卷共16 题，满分200 分一、选择题.本题共5 小题，每小题6 分.在每小题绐出的4 个选项中，有的小题只有一项符合题意，有的小题有多项符合题意。
把符合题意的选项前面的英文字母写在毎小题后面的方括号内.全部选对的得6 分，选对但不全的得3 分，有选错或不答的得0 分.1、居里夫人发现了元素钋（Po).其衰变的核反应方程式为a Po →c a +206Pb +eγb d 82 f其中,a、b、c、d、e、f 的值依次为A.211、84、4、2、1、0B. 210、84、4、2、0、0C.207、84、1、1、0、1D. 207、83、1、1、0、0 [ ]2、如图，一劲度系数为k 的轻弹簧上端固定在天花板上，下端连接一质量为m 的小球，以小球的平衡位置O 作为坐标原点，x 轴正方向朝下。
若取坐标原点为系统势能的零点，则当小球位于坐标为x0的位置时，系统的总势能为A.1kx2 -mgx B.1k(x+mg)2 -mgx 2 0 0 2 0 k 0C.1k(x +mg)2 D.1kx2 [ ] 2 0 k 2 03、库伦扭摆装置如图所示，在细银丝下悬挂一根绝缘棒，棒水平静止；棒的两端各固定一相同的金属小球a 和b,另一相同的金属小球C 固定在插人的竖直杆上，三个小球位于同一水平圆周上，圆心为棒的悬点O。
细银丝自然悬挂时，a、c 球对O 点的张角a =4°。
现在使a 和c 带相同电荷，库伦力使细银丝扭转，张角a 增大，反向转动细银丝上端的旋钮可使张角a变小；若将旋钮缓慢反向转过角β=30°，可使小球a 最终回到原来位置,这时细银丝的扭力矩与球a 所受球c 的静电力的力矩平衡。
设细银丝的扭转回复力矩与银丝的转角β成正比。
为使最后a、c 对O 点的张角a=2°，旋钮相对于原自然状态反向转过的角度应为A．β=45°B．β=60°C．β=90°D．β=120°[ ]物理竞赛顸赛试卷•第1 页（共8 页)4、霍尔传感器的结构如图所示，图中H 为一块长方体半导体薄片，外加磁场的磁感应强度B 和外加电流I 的方向如相应箭头所示(B 与长方体的前后两个表面及电流I 均垂直），电压表（可判断直流电压的正负）按图中方式与H 的上下表面相连。
物理竞赛-刚体
t
0
fR2dt
1 2
m2 R22 (2
20
)
—
—（2）
稳定后两轮边缘线速度大小相等：1R1 2R2 — —（3）
1
m1R110 m2 R220
(m1 m2 )R1
,2
m2 R220 m1R110
(m1 m2 )R2
例、有一长为l、质量为m的匀质细杆，置于光滑 水平面上，可绕过中点O的光滑固定竖直轴转动，
5、车轮（圆柱体）的无滑滚动
若滚动车轮边缘上各点与支 撑面接触的瞬时，与支撑面 无相对滑动，则称车轮作无 滑滚动（纯滚动）。
车轮（中心）前进的距离与
转过的角度的关系：
x r dx r d
dt dt
则
vC
r
dvC dt
r d
dt
或 aC r
——无滑滚动的条件
C vC
r
x
车轮上任一点的速度： v vC r
vC
v 2
同时，对C轴合外力矩为0，故角动量守恒：
mv
l 4
( J C杆
J C球
)
y
J C杆
1 12
ml2
m( l )2 4
7 48
m l（2 平行轴定理）
ml
J C球
m( l )2 4
6v
5l
碰且后 系系 统统 以质心 将6v以绕v质C 心v2轴向转右动运。动，
5l
C vC
m O
例12、光滑水平桌面上有一半径为R、质量为M的
（r— —该点相对质心C的位矢）
例1、求图示纯滚动中G、B、A相对支撑面的速度。
G点：vG vC rGC 0
▲对无滑滚动，车轮边缘在与支撑面接触
第35届全国部分地区大学生物理竞赛考题和答案
夹角为
。
9.设想将地球挤压成半径为 ������0 的小球体，光子在小球体的万有引力作用下，恰好能沿着球 体表面作匀速圆周运动，地球便成为一个“黑洞”。已知地球真实半径 ������ = 6.4 × 106 m ，地
面重力加速度 ������ = 9.8 m/s2，真空光速 ������ = 3.0 × 108 m⁄s 。地球成为“黑洞”的半径 ������0 =
线，其中 ������ 的单位取为 ������������������ 。
（2）计算循环效率 ������ 。
������
������ ������
������
������
������
4 / 10
*****************************密******************封*******************线*********************************
������
������0
=
√3 4
������0
������(������) = ������������0√1���6������20���2 + 5
������
其中 ������0 为 ������ = ������0 处介质的折射率，试 求 ������ 值和在 ������ > 0 区域内的光线方程 ������~������ 。
������
摩擦。假设 ������ 端可以沿地面朝右滑动，但因受约束，不
会离开地面；������ 端可以沿着墙面朝下滑动，但不受相应
������
的约束，故可以离开墙面。试问在 ������ 端未达墙的底端 ������
������
高中物理奥林匹克竞赛专题--刚体-习题课(共12张PPT)
解:
设碰后棒开始转动的角速度为 , 滑块m2可视为质点, 碰撞瞬时忽略摩擦阻 力矩, 则m1、m2系统对o轴的角动量守恒, 取逆时针转动的方向为正方向, 由角动量 守恒定律, 有 碰后棒在转动过程中受到的摩擦阻力矩为
o
m1
m v1 2 v2
l
1 2 m2 v1l m2 v 2 l m1l 3
使 L 方向改变,而大小不变.
M L
自转轴将在水平面内逆时针方向(俯视)回转
质点力学、刚体力学有关公式对照表
质点的运动 速度 加速度 质量 刚体的定轴转动 角速度
d r dt
2
dr v dt dv a dt
角加速度 转动惯量
ddt
d dt
d 2 dt 2
m 力 F 运动定律 F ma 动量 p mv 角动量 L r p
动量定理
力矩
转动定律 动量 角动量
M r F
J r 2 dm
M J p mi vi
L J
dmv F dt
2 mg R 2 2 M f dM f r dr mgR 2 0 R 3
(2)求圆盘停止转动的时间有两种解法
dr r
o
R
解1 用转动定律 2 1 2 d M f mgR J mR 3 2 dt
3R dt d 4g
t
0
3R 0 dt d 4g 0
l
A
m1 1 M f gxdx m1 gl 0 l 2
1 m2 v1l m2 v 2 l m1l 2 3
物理竞赛1-35届真题分类01静力学(无答案)
真题分类--静力学（25届初赛）18．( 11分）磅秤由底座、载物平台Q、杠杆系统及硅码组成，图示为其等效的在竖直平面内的截面图．Q是一块水平放置的铁板，通过两侧的竖直铁板H和K压在E、B处的刀口上．杠杆系统由横杆DEF、ABCP和竖杆CF、MP以及横梁MON组成，另有两个位于A 、D处的刀口分别压在磅秤的底座上（Q、K、H、E、B、A、D沿垂直于纸面的方向都有一定的长度，图中为其断面）. C、F、M、N、O、P 都是转轴，其中O被位于顶部并与磅秤底座固连的支架OL吊住，所以转轴O不能发生移动，磅秤设计时，已做到当载物平台上不放任何待秤物品、游码S位于左侧零刻度处、砝码挂钩上砝码为零时，横梁MON处于水平状态，这时横杆DEF、ABCP亦是水平的，而竖杆CF、MP则是竖直的．当重为W的待秤物品放在载物平台Q上时，用W1表示B处刀口增加的压力，W2表示E处刀口增加的压力，由于杠杆系统的调节，横梁材MON失去平衡，偏离水平位置．适当增加砝码或移动游码S的位置，可使横梁MON恢复平衡，回到水平位置．待秤物品的重量（质量）可由砝码数值及游码的位置确定．为了保证待秤物品放在载物台上不同位置时磅秤都能显示出相同的结果，在设计时， AB、DE、AC、DF之间应满足怎样的关系？（20届复赛）五、(22分)有一半径为R的圆柱A，静止在水平地面上，并与竖直墙面相接触．现有另一质量与A相同，半径为r的较细圆柱B，用手扶着圆柱A，将B放在A的上面，并使之与墙面相接触，如图所示，然后放手．己知圆柱A与地面的静摩擦系数为0.20，两圆柱之间的静摩擦系数为0.30．若放手后，两圆柱体能保持图示的平衡，问圆柱B与墙面间的静摩擦系数和圆柱B的半径r的值各应满足什么条件？（28届复赛）二、（20分）质量均匀分布的刚性杆AB 、CD 如图放置，A 点与水平地面接触，与地面间的静摩擦系数为μA ，B 、D 两点与光滑竖直墙面接触，杆AB 和CD 接触处的静摩擦系数为μC ，两杆的质量均为m ，长度均为l 。
历届奥林匹克物理竞赛试题及解答
c1 ＝ c3 ＝
解：可能存在三种不同的终态： （a）只有冰；（ b）冰水共存；
（c）只有水。
m3 c3 t3
m2 c2 t2 m1 c1 t1
（ a）冰温度升高，但没有熔化，达到某一（负）温度
t a；
放出的热量和吸收的热量相等：
c 3 m3（t a－ t 3）＝（ c1 m1＋ c2 m2）（ t 12－t a ）＋ m2L
a AB
mA g ＝ 0.6g ＝ 5.88N
mA mB
绳中的张力为： T/ ＝ mAg－ mA×0.6g ＝ 1.176N
【题 2】在质量为 m1 的铜量热器中装有质量为 m2 的水，共同的温度为 t 12；一块质量为
m3、温度为 t 3 的冰投入量热器中（如右图所示） 。试求出在各种可
能情形下的最终温度。计算中 t3 取负值。铜的比热 0.1kcal/kg · 0C，水的比热 c2＝1kcal/kg · 0C，冰的比热 0.5 kcal/kg · 0C，冰的熔解热 L＝80kcal/kg 。
代入数据可得 a＝ 0.3317 g＝ 3.25m/s 2 S＝ 13.01 N F＝ 0.196 N
讨论：系统开始运动的条件是 a＞ 0。把 a＞ 0 代入（ 1）式，得出倾角的极限
α 1 为：
tan 1
m2 m1 m2
0.0667
3
α1＝3049 / 单从圆柱体来看， α 1＝０； 单从木块来看， α 1＝ tg -1 μ ＝ 11019/ 如果绳子没有拉紧，则两物体分开运动，将
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历届国际物理奥林匹克竞赛试题与解答
第１届 （ 1967 年于波兰的华沙） 【题１】质量 Ｍ＝ 0.2kg 的小球静置于垂直柱上，柱高 以速度 0＝ 500m/s 飞行的子弹水平地穿过球心。球落在 距离柱 s＝ 20m 的地面上。问子弹落在地面何处？子弹动 能中有多少转换为热能？ 解：在所有碰撞情况下，系统的总动量均保持不变：
高中物理奥林匹克竞赛专题——刚体
(FrMz)
Md z
A
M d z
——力矩的功（单位：J）
0
2.力矩的功会产生什么样的效果呢？
0M zd 0Izd dd t 0Izd ddt
下面来看
1 2
I
z
Iz d
0
12Iz2 12Iz02
2 表示什么意思？
轮轴无摩擦
T2 = m2 ( g – a ) m2 g
轻绳不伸长
轮绳不打滑
如果考虑有转动摩擦力矩 Mr ,则 转动式为
（以后各例同） ( T2 – T1 ) R – Mr= I 再联立求解。
合外力矩 应由各分力矩进行合成 。 在定轴转动中，可先设一个正轴向（或绕向），若分力 矩与此向相同则为正，反之为复。
转轴通过端点与棒垂直
m
L
I=
1 3
mL2
匀质矩形薄板
转轴通过中 心垂直板面
I=
m 12
(a 2 + b 2 )
匀质细圆环
转轴通过中 心垂直环面
I=mR2
匀质细圆环
转轴沿着 环的直径
I=
m R2 2
匀质厚圆筒
转轴沿几何轴
I
=
m 2
(R12 +
R2 2
)
匀质圆柱体
转轴通过中心 垂直于几何轴
I=
m 4
R2+
T1 a
m1 g
mA、RA T2
m1
a m2 g
A T3 T1
mB、RB
m2
T3
B
T2
T 1m 1gm 1a m 2gT 2m 2a
T 3R AT 1R A1 2m AR 2 A A T 2R BT 3R B1 2m BR B 2 B
物理竞赛1-35届真题分类02力学(无答案)
真题分类--力学（17初赛）二、（15分）一半径为 1.00m R =的水平光滑圆桌面，圆心为O ，有一竖直的立柱固定在桌面上的圆心附近，立柱与桌面的交线是一条凸的平滑的封闭曲线C ，如图预17-2所示。
一根不可伸长的柔软的细轻绳，一端固定在封闭曲线上的某一点，另一端系一质量为27.510kg m =⨯－的小物块。
将小物块放在桌面上并把绳拉直，再给小物块一个方向与绳垂直、大小为0 4.0m/s v =的初速度。
物块在桌面上运动时，绳将缠绕在立柱上。
已知当绳的张力为0 2.0NT =时，绳即断开，在绳断开前物块始终在桌面上运动．1．问绳刚要断开时，绳的伸直部分的长度为多少?2．若绳刚要断开时，桌面圆心O 到绳的伸直部分与封闭曲线的接触点的连线正好与绳的伸直部分垂直，问物块的落地点到桌面圆心O 的水平距离为多少？已知桌面高度0.80m H =．物块在桌面上运动时未与立柱相碰．取重力加速度大小为210m/s ．（15届复赛）二、（25分）如图2所示，有两条位于同一坚直平面内的水平轨道，相距为h 。
轨道上有两个物体A 和B ，它们通过一根绕过定滑轮O 的不可伸长的轻绳相连接。
物体A 在下面的轨道上以匀速率v 运动。
在轨道间的绳子与轨道成300角的瞬间，绳子BO 段的中点处有一与绳相对静止的小水滴P 与绳子分离，设绳长BO 远大于滑轮直径，求：1、小水滴P 脱离绳子时速度的大小和方向。
2、小水滴P 离开绳子落到下面轨道所需要的时间。
（18届复赛）六、（27分）一玩具“火箭”由上下两部分和一短而硬（即劲度系数很大）的轻质弹簧构成．上部分1G 的质量为1m ，下部分2G 的质量为2m ，弹簧夹在1G 与2G 之间，与二者接触而不固连．让1G 、2G 压紧弹簧，并将它们锁定，此时弹簧的弹性势能为己知的定值0E ．通过遥控可解除锁定，让弹簧恢复至原长并释放其弹性势能，设这—释放过程的时间极短．第一种方案是让玩具位于一枯井的井口处并处于静止状态时解除锁定，从而使上部分1G 升空．第二种方案是让玩具在井口处从静止开始自由下落，撞击井底（井足够深）后以原速率反弹，反弹后当玩具垂直向上运动到离井口深度为某值h 的时刻解除锁定．1．在第一种方案中，玩具的上部分1G 升空到达的最大高度（从井口算起）为多少？其能量是从何种形式的能量转化来的？2．在第二种方案中，玩具的上部分1G 升空可能达到的最大高度（亦从井口算起）为多少？并定量地讨论其能量可能是从何种形式的能量转化来的．（19届复赛）七、（26分）一根不可伸长的细轻绳，穿上一粒质量为m 的珠子（视为质点），绳的下端固定在A 点，上端系在轻质小环上，小环可沿固定的水平细杆滑动（小环的质量及与细杆摩擦皆可忽略不计）。
物理竞赛1-35届真题分类04刚体力学(无答案)
真题分类—刚体力学（21届复赛）六、(20分)如图所示，三个质量都是m 的刚性小球A 、B 、C 位于光滑的水平桌面上（图中纸面），A 、B 之间，B 、C 之间分别用刚性轻杆相连，杆与A 、B 、C 的各连接处皆为“铰链式”的（不能对小球产生垂直于杆方向的作用力）．已知杆AB 与BC 的夹角为 ，< /2．DE 为固定在桌面上一块挡板，它与AB 连线方向垂直．现令A 、B 、C 一起以共同的速度v 沿平行于AB 连线方向向DE 运动，已知在C 与挡板碰撞过程中C 与挡板之间无摩擦力作用，求碰撞时当C 沿垂直于DE 方向的速度由v 变为0这一极短时间内挡板对C 的冲量的大小．二、（23届复赛）（25分）如图所示，一根质量可以忽略的细杆，长2L ，两端和中心处分别固连着质量为m 的小球B 、D 和C ，开始时静止在光滑的水平桌面上。
桌面上另有一质量为M 的小球A ，以一给定的速度Vo 沿垂直于杆DB 的方向与右端小球B 作弹性碰撞求刚碰后小球A 、B 、C 、D 的速度，并详细讨论以后可能发生的运动情况。
由杆的刚性条件有 D C C B ''''-=-v v v v （21）（19）式的角动量参考点设在刚要发生第二次碰撞时与D 球重合的空间点．把（18）、（19）、（20）、（21）式与（1）、（2）、（3）、（4）式对比，可以看到它们除了小球B 和D 互换之外是完全相同的．因此它们也有两个解 C 0'=v （22）和 C0456MM m'=+v v （23）C（27届复赛）三、（ 22 分）如图，一质量均匀分布的刚性螺旋环质量为m ，半径为 R ，螺距H =πR ，可绕竖直的对称轴OO ′，无摩擦地转动，连接螺旋环与转轴的两支撑杆的质量可忽略不计．一质量也为 m 的小球穿在螺旋环上并可沿螺旋环无摩擦地滑动,首先扶住小球使其静止于螺旋环上的某一点 A ，这时螺旋环也处于静止状态．然后放开小球，让小球沿螺旋环下滑，螺旋环便绕转轴 OO ′，转动．求当小球下滑到离其初始位置沿竖直方向的距离为 h 时，螺旋环转动的角速度和小球对螺旋环作用力的大小．（29届复赛）三、（25分）如图所示，两根刚性轻杆AB 和BC 在B 段牢固粘接在一起，AB 延长线与BC 的夹角α为锐角，杆BC 长为l ，杆AB 长为αcos l 。
第35届全国中学生物理竞赛决赛试题(word版)
第35届全国中学生物理竞赛决赛试题(word版)35届全国中学生物理竞赛决赛理论考试试题（XXX）1、（35分）如图，半径为R、质量为M的半球静置于光滑水平桌面上，在半球顶点上有一质量为m、半径为r的匀质小球。
某时刻，小球收到微扰由静止开始沿半球表面运动。
在运动过程中，小球相对半球的位置由角位置$\theta$描述，$\theta$为两球心连线与竖直线的夹角。
已知小球绕其对称轴的转动惯量为$\frac{2}{5}mr^2$，小球与半球间的动摩擦因数为$\mu$，假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
重力加速度大小为g。
1）（15分）小球开始运动后在一段时间内做纯滚动，求在此过程中，当小球的角位置为$\theta_1$时，半球运动的速度大小$V_M(\theta_1)$和加速度大小$a_M(\theta_1)$；2）（15分）当小球纯滚动到角位置$\theta_2$时开始相对于半球滑动，求$\theta_2$所满足的方程（用半球速度大小$V_M(\theta_2)$和加速度大小$a_M(\theta_2)$以及题给条件表示）；3）（5分）当小球刚好运动到角位置$\theta_3$时脱离半球，求此时小球质心相对于半球运动速度的大小$v_m(\theta_3)$。
2、（35分）平行板电极板1和2的面积均为S，水平固定放置，它们之间的距离为d，接入如图所示的电路中，电源的电动势记为U。
不带电的导体薄平板3（厚度忽略不计）的质量为m、尺寸与电极板相同。
平板3平放在极板2的正上方，且与极板2有良好的电接触。
整个系统置于真空室内，真空的介电常量为$\epsilon$。
合电键K后，平板3与极板1和2相继碰撞，上下往复运动。
假设导体板间的电场均可视为匀强电场；导线电阻和电源内阻足够小，充放电时间可忽略不计；平板3与极板1或2碰撞后立即在极短时间内达到静电干衡；所有碰撞都是完全非弹性的。
重力加速度大小为g。
1）（17分）电源电动势U至少为多大？2）（18分）求平板3运动的周期（用U和题给条件表示）。
全国高中物理力学竞赛试题卷(部分)百度文库
全国高中物理力学竞赛试题卷(部分)考生须知：时间150分钟，ｇ取10ｍ／ｓ2(, 题号带△的题普通中学做)一． 单选题（每题5分）△1.如图所示，一物体以一定的初速度沿水平面由A 点滑到B 点，摩擦力做功为W 1；若该物体从M 点沿两斜面滑到N ，摩擦力做的总功为W 2。
已知物体与各接触面的动摩擦因数均相同，则：A ．W 1＝W 2B ．W 1＜W 2C ．W 1＞W 2D ．无法确定△2.下面是一位科学家的墓志铭： 爵士安葬在这里。
他以超乎常人的智力第一个证明了行星的运动与形状、彗星的轨道和海洋的潮汐。
他孜孜不倦地研究光线的各种不同的折射角，颜色所产生的种种性质。
对于自然、历史和圣经，他是一个勤勉、敏锐的诠释者。
让人类欢呼，曾经存在过这样一位伟大的人类之光。
这位科学家是：A ．开普勒B ．牛顿C ．伽利略D ．卡文迪许3.2002年3月25日，北京时间22时15分，我国在酒泉卫星发射中心成功发射了一艘正样无人飞船，除航天员没有上之外，飞船技术状态与载人状态完全一致。
它标志着我国载人航天工程取得了新的重要进展，为不久的将来把中国航天员送上太空打下了坚实的基础。
这飞船是A ．北斗导航卫星B ．海洋一号C ．风云一号D 星 D ．神舟三号4.如图所示，有一箱装得很满的土豆，以一定的初速度在动摩擦因数为μ的水平地面上做匀减速运动，不计其它外力及空气阻力，则中间一质量为ｍ的土豆A 受到其它土豆对它的总作用力大小应是：A ．μmgB ．mg 21μ+C ．mg 21μ-D ．mg 12-μB 、C 、D 、E 、F 五个球并排放置在光滑的水平面上，B 、C 、D 、E 四个球质量相同，均为m=2kg ，A 球质量等于F 球质量，均为m=1kg ，现在A 球以速度v 0向B 球运动，所发生的碰撞均为弹性碰撞，则碰撞之后：A ．五个球静止，一个球运动 B. 四个球静止，二个球运动 C ．三个球静止，三个球运动 D ．六个球都运动6．一物体原来静置于光滑的水平面上。
大学物理刚体力学测试题答案
选择题答案及解析
• 答案：D
• 解析：根据刚体的转动惯量公式，对于一个质量均匀分布的细杆，其转动惯量与质量、长度和质心到转轴的距离有关。故 D选项正确。
选择题答案及解析
• 答案：A • 解析：根据刚体的动能定理，当刚
体受到的合外力矩不为零时，刚体 的角速度会发生变化。故A选项正 确。
填空题答案及解析
有挑战性
部分题目难度较大，需要学生具备较强的分 析问题和解决问题的能力。
测试题答案解析总结
要点一
详细解析
每道题目都附有详细的答案解析，帮助学生理解解题思路 和方法。
要点二
举一反三
答案解析中还提供了相关题型的解题技巧，有助于学生触 类旁通。
THANKS
感谢观看
难题
考查学生的综合运用能力和创新思维，难度较大，需要较高的解题技巧。
测试题目的目标
01
检验学生对刚体力学基本概念和公式的掌握程度。
02
评估学生对刚体力学知识的应用能力。
提高学生的综合运用能力和创新思维。
03
02
测试题内容选Leabharlann 题选择题1答案：C1
选择题2答案：B
2
选择题3答案：D
3
填空题
填空题1答案
• 答案
10 N·m
• 解析
根据刚体的转动动能公式，当刚体的转动惯量为1 kg·m²，角速度为10 rad/s时，其转 动动能为0.5×1×10²=50 J。由于题目中要求的是力矩，因此需要将动能转换为力矩，
即50 J=10 N·m。故填空题1的答案是10 N·m。
填空题答案及解析
• 答案
2 kg·m²
04
测试题总结
测试题特点总结
第35届全国部分地区大学生物理竞赛试卷及答案(2018年12月)
������
杆静止，后因微小扰动，细杆开始运动，设系统处处无
������
摩擦。假设 ������ 端可以沿地面朝右滑动，但因受约束，不
会离开地面；������ 端可以沿着墙面朝下滑动，但不受相应
������
的约束，故可以离开墙面。试问在 ������ 端未达墙的底端 ������
������
之前，������ 端会否离开墙面？若会，再问 ������ 达何值时 ������ 端
如图 2 所示，每边长为 ������ 的均匀正方形电阻薄平板，已测得 ������、������ 两端间电阻 ������������������ = 5Ω 。若将每边长都增为 2������ ，质材不变， 试分析地判定相应的电阻 ���������∗��������� = ？
������ ������1
考场
准考证号
三、限做题（根据考生类别选做）
15.（20 分）相对论中，质点在惯性系 ������ 中静止时，它的质量 ������0 称为静质量，质点内在的能
量称为静能 ������0 ，且有
������0 = ������0������2
质点在 ������ 系中运动时，速度记为 ���⃑��� ，质点质量 ������ 和内含的能量 ������ 分别为
大学生物理竞赛试题大全
13.（15 分）如图所示，轻的细杆 ������������������ 的 ������ 端靠在竖直
墙上，������ 端落在水平地面上，������ 端、������ 端和杆的中点 ������
������
处各有质量相同的固定小球。开始时图中角 ������ = 0 ，细
������ = ������0 , ������ = ������������2
高中物理奥林匹克竞赛专题---刚体习题(共47张PPT)
0 .2
(T 2 T1 ) rdx J rd
0
0
mg x k x 2
0 .2
2
J
2
4
0
2
12 .6 故： v R 1 .26 m / s
4. 在光滑水平桌面上有个弹簧，弹簧一端固定， 另一端连接一个质量为M的滑块，如图。开始时， 滑块静止于A点，弹簧处于自然状态。现有一质 量为m的子弹以速度v射入滑块并与其一起运动 到B点，此时弹簧的长度伸长了l。求：滑块在 B点的速度大小。（19）
7、长为L的梯子斜靠在光滑的墙上高为h的地方， 梯子和地面间的静摩擦系数为m，若梯子的重量 忽略，试问人爬到离地面多高的地方，梯子就会
滑倒下来？
L
h
R
R
解：当人爬到离地面x高度处梯子刚要滑下，此
时梯子与地面间为最大静摩擦，仍处于平衡状态
(不稳定的) ．
N1－f ＝0， N2－P ＝0
N1h－Px ctg＝0 f＝N2
（17）
能量守恒： mgh 1/ 2kh2 1/ 2mv 2 1/ 2J 2
J 1/ 2MR 2
v R
解得： v 2mgh kh2 4 1.25m / s m 1/ 2M 10
解法二：
角动量定理可得：
Mdt Jd
M dx Jd r
M d(J)
dt
M0时
i
mivi
恒量
J ＝恒量
i
力的功
B
WAB
Fdr
A
力矩的功
WAB
BMd
A
动能
Ek
1 mv2 2
物理竞赛1-35届真题分类4(力学2)
真题分类--力学2（28届决赛）一、（15分）在竖直面内将一半圆形光滑导轨固定在A、B两点，导轨直径AB=2R，AB与竖直方向间的夹角为60°，在导轨上套一质量为m的光滑小圆环，一劲度系数为k的轻而细的光滑弹性绳穿过圆环，其两端系与A、B两点，如图28决—1所示。
当圆环位于A点正下方C点时，弹性绳刚好为原长。
现将圆环从C点无初速度释放，圆环在时刻t运动到C'点，C'O与半径OB的夹角为θ，重力加速度为g.试求分别对下述两种情形，求导轨对圆环的作用力的大小：（1）θ=90°（2）θ=30°(33届复赛)四、（20 分）蹦极是年轻人喜爱的运动。
为研究蹦极过程，现将一长为 L 、质量为 m 、当仅受到绳本身重力时几乎不可伸长的均匀弹性绳的一端系在桥沿b，绳的另一端系一质量为 M的小物块（模拟蹦极者）；假设 M比 m 大很多，以至于均匀弹性绳受到绳本身重力和蹦极者的重力向下拉时会显著伸长，但仍在弹性限度内。
在蹦极者从静止下落直至蹦极者到达最下端、但未向下拉紧绳之前的下落过程中，不考虑水平运动和可能的能量损失。
重力加速度大小为g 。
（1）求蹦极者从静止下落距离y（y<L）时的速度和加速度的大小，蹦极者在所考虑的下落过程中的速度和加速度大小的上限。
（2）求蹦极者从静止下落距离 y ( y>L），在其左端悬点 b处张力的大小。
（34届复赛17年）三、（40分）一质量为M 的载重卡车A的水平车板上载有一质量为m 的重物B ，在水平直公路上以速度0v 做匀速直线运动，重物与车厢前壁间的距离为L （0L >）。
因发生紧急情况，卡车突然制动。
已知卡车车轮与地面间的动摩擦因数和最大静摩擦因数均为1μ，重物与车厢底板间的动摩擦因数和最大静摩擦因数均为2μ（21μμ<）。
若重物与车厢前壁发生碰撞，则假定碰撞时间极短，碰后重物与车厢前壁不分开。
重力加速度大小为g 。
[学科竞赛]物理竞赛--力学复习
![[学科竞赛]物理竞赛--力学复习](https://img.taocdn.com/s3/m/1d145644f18583d04964597d.png)
E
1 2
mv2
G
Mm (3) zR
联立（1）、（2）、（3）可得：
5
力学复习 v 2GM zPR zAz
zAR zAzP2RzR 由方程的对称性可知另一解为：
v 2GM zAR zPz zPR zAzP2RzR
6
力学复习
例3：如图所示,一飞船质量为3000kg，在环绕地球的圆形轨道运动，
力学复习
刚体的重力势能: Ep mgch 式中 h c为质心相对参考点的高度。
机械能守恒定律： 条件: A外 ＋A非保守＝ 内 0力 结果: EkEp 常数 刚体对轴的角动量: Lz Iz
刚体的角动量定理：tt12M zd tIz2Iz1
刚体的角动量守恒定律：
条件: Mz 0
结果: Iizi 常数
13
力学复习
2、刚体的平面平行运动
刚体的平面平行运动运动学 基面：为了描述刚体的平面平行运动所选择的
平行于参考平面的平面。利用基面在刚体内截取
一平面图形.该图形完全确定刚体的位置.
基点： 在基面上所选择的点。
基轴： 通过基点垂直于基面的直线。
y y
0xy面为基面.
B Ar
x
rB
B点为基点. 平面图形中任一点 A的位置,完全确定
变为 1 2
l 时，两质点的速度各为多少？
解：两自由质点组成的系统在自身的引力场中运动时，
系统的动量和机械能均守恒。设两质点的间距变为l /2时，
它们的速度分别为v1及v2，则有 m 1 v1m 2 v20
v1 m2
2G l(m1 m2)
G l1 m m 21 2m 1 v 1 21 2m 2 v 2 22 G l1 m m 2 v2 m1
高中物理奥林匹克竞赛专题——刚体力学(69张)
故刚体上角速度矢量的大小和方向都相同，与基点无关。11
§2、 刚体的质心及其运动定理
㈠刚体的质心
y
（1）质心计算公式
• 质量分散分布：rC m iri/ m i
o
x
xC m ixi/ m i yC m iyi/m i zCm izi/m i • 质量连续分布：rCrdm /dm
• 转动惯量的大小取决于刚体质量对转轴的分 布情况，单位是：kg.m2
• 把转动定理 M外Iβ和质心定理 F 外m a C 进行对照，可知：
m是物体平动时惯性大小的量度，I 则是物体转 动时惯性大小的量度，因此称为转动惯量。
I:\桌面\演示内容\刚体力学\曲面桌滚盘演示.rmvb桌面\1演8 示内容
dr
I2
R 2
r3d r2
R 1
1 4r4|R R 1 21 2
(R 22 m R 12)(RFra bibliotek24R 14)
1 2m (R 12R 22) （ 证 毕 ）
令 R1R2R，即得细圆环的转动惯量：I mR2
令
R10,R2R，即得圆盘的转动惯量： I
x B m m B A x A [R 2 (R /(2 R )2 /2 )2 ]R 2 1 3 R 2 R 6
13
例8.3：求半径为a的匀质半球的质心。
解：建立图示坐标系o-xyz，由对
称性分析，质心必在 z 轴上，即
xc= 0 , yc= 0 ，在坐标 z 处，取高 dz 为 dz 的薄圆盘状质元
x C x/ d d ,y m m C y/ d d ,z m C m z/ d dm m
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真题分类—刚体力学
（21届复赛）六、(20分)如图所示，三个质量都是m 的刚性小球A 、B 、C 位于光滑的水平桌面上（图中纸面），A 、B 之间，B 、C 之间分别用刚性轻杆相连，杆与A 、B 、C 的各连接处皆为“铰链式”的（不能对小球产生垂直于杆方向的作用力）．已知杆AB 与BC 的夹角为 ，< /2．DE 为固定在桌面上一块挡板，它与AB 连线方向垂直．现令A 、B 、C 一起以共同的速度v 沿平行于AB 连线方向向DE 运动，已知在C 与挡板碰撞过程中C 与挡板之间无摩擦力作用，求碰撞时当C 沿垂直于DE 方向的速度由v 变为0这一极短时间内挡板对C 的冲量的大小．
二、（23届复赛）（25分）如图所示，一根质量可以忽略的细杆，长2L ，两端和中心处分别固连着质量为m 的小球B 、D 和C ，开始时静止在光滑的水平桌面上。
桌面上另有一质量为M 的小球A ，以一给定的速度Vo 沿垂直于杆DB 的方向与右端小球B 作弹性碰撞求刚碰后小球A 、B 、C 、D 的速度，并详细讨论以后可能发生的运动情况。
由杆的刚性条件有 D C C B ''''-=-v v v v （21）
（19）式的角动量参考点设在刚要发生第二次碰撞时与D 球重合的空间点．
把（18）、（19）、（20）、（21）式与（1）、（2）、（3）、（4）式对比，可以看到它们除了小球B 和D 互换之外是完全相同的．因此它们也有两个解 C 0'=v （22）
和 C
0456M
M m
'=+v v （23）
C
（27届复赛）三、（ 22 分）如图，一质量均匀分布的刚性螺旋环质量为m ，半径为 R ，螺距H =πR ，可绕竖直的对称轴OO ′，无摩擦地转动，连接螺旋环与转轴的两支撑杆的质量可忽略不计．一质量也为 m 的小球穿在螺旋环上并可沿螺旋环无摩擦地滑动,首先扶住小球使其静止于螺旋环上的某一点 A ，这时螺旋环也处于静止状态．然后放开小球，让小球沿螺旋环下滑，螺旋环便绕转轴 OO ′，转动．求当小球下滑到离其初始位置沿竖直方向的距离为 h 时，螺旋环转动的角速度和小球对螺旋环作用力的大小．
（29届复赛）三、（25分）如图所示，两根刚性轻杆AB 和BC 在B 段牢固粘接在一
起，AB 延长线与BC 的夹角α为锐角，杆BC 长为l ，杆AB 长为αcos l 。
在杆的
A 、
B 和
C 三点各固连一质量均为m 的小球，构成一刚性系统。
整个系统放在光滑水平桌面上，桌面上有一固定的光滑竖直挡板，杆AB 延长线与挡板垂直。
现使该系统以大小为0v 、方向沿AB 的速度向挡板平动。
在某时刻，小球C 与挡板碰撞，碰撞结束时球C 在垂直于挡板方向的分速度为零，且球C 与挡板不粘连。
若使球C 碰撞后，球B 先于球A 与挡板
相碰，求夹角α应满足的条件。
（30届复赛）三、（25分）一质量为m 、长为L 的匀质细杆，可绕过其一端的光滑水平轴O 在竖直平面内自由转动. 杆在水平状态由静止开始下摆，
1. 令m
L
λ=表示细杆质量线密度. 当杆以角速度ω绕过其一端的光滑水平轴O 在
竖直平面内转动时，其转动动能可表示为
k E k L αβγλω=
式中，k 为待定的没有单位的纯常数. 已知在同一单位制下，两物理量当且仅当其数值和单位都相等时才相等. 由此求出α、β和γ的值.
2. 已知系统的动能等于系统的质量全部集中在质心时随质心一起运动的动能和系统在质心系（随质心平动的参考系）中的动能之和，求常数k 的值.
3. 试求当杆摆至与水平方向成θ角时在杆上距O 点为r 处的横截面两侧部分的相互作用力. 重力加速度大小为g .
提示：如果)(t X 是t 的函数，而))((t X Y 是)(t X 的函数，则))((t X Y 对t 的导数为 d (())d d d d d Y X t Y X t X t
=
例如，函数cos ()t θ对自变量t 的导数为 dcos ()dcos d d d d t t t θθθθ=
(27届决赛)三、（20分）如图，刚性细轻杆（其质量可视为零）可绕通过其中的点O 的光滑水平轴在竖直面内自由转动。
两质量分别为2m 和m 的小球1和2（可视为质点）串
在轻杆上，它们与轻杆之间的静摩擦系数为μ。
开始时轻杆静止在水平位置，小球1
和2分别位于紧靠轻杆两端A 和B 的位置。
现让系统自水平位置以零初速下摆，求
1．小球1脱离轻杆时的位置（用小球1脱离杆时杆与水平线的夹角表示）； 2．小球2脱离轻杆时的位置（用小球2脱离杆时杆与水平线的夹角表示）。
（31届复赛）四、（24分）如图所示，半径为R 、质量为m 0的光滑均匀圆环，套在光滑竖直细轴OO '上，可沿OO '轴滑动或绕OO '轴旋转．圆环上串着两个质量均为m 的小球. 开始时让圆环以某一角速度绕OO '轴转动，两小球自圆环顶端同时从静止开始释放．
（1）设开始时圆环绕OO '轴转动的角速度为ω0，在两小球从环顶下滑过程中，应满足什么条件，圆环才有可能沿OO '轴上滑？
（2）若小球下滑至30θ=︒（θ是过小球的圆环半径与OO '轴的夹角）时，圆环就开始
沿OO'轴上滑，求开始时圆环绕OO'轴转动的角速度ω0、在30
θ=︒时圆环绕OO'轴转动的角速度ω和小球相对于圆环滑动的速率.
（32届复赛15年）二、（15分）如图，在光滑水平桌面上有一长为L的轻杆，轻杆两端各固定一质量均为M的小球A和B。
开始时细杆静止；有一质量为m的小球C以垂直于杆的速度
v运动，与A球碰撞。
将小球和细杆视为一个系统。
（1）求碰后系统的动能（用已知条件和球C碰后的速度表出）；
（2）若碰后系统动能恰好达到极小值，求此时球C的速度和系统的动能。
（32届复赛15年）三、（20分）如图，一质量分布均匀、半径为r的刚性薄圆环落到粗糙的水平地面前的瞬间，圆环质心速度v0与竖直方向成θ（
π3π
22
θ
<<）角，并同时以
角速度
ω（
ω的正方向如图中箭头所示）绕通过其质心O、且垂直环面的轴转动。
已知圆环仅在其所在的竖直平面内运动，在弹起前刚好与地面无相对滑动，圆环与地面碰撞的恢复系数为k，重力加速度大小为g。
忽略空气阻力。
（1）求圆环与地面碰后圆环质心的速度和圆环转动的角速度；
（2）求使圆环在与地面碰后能竖直弹起的条件和在此条件下圆环能上升的最大高度；
（3）若让θ角可变，求圆环第二次落地点到首次落地点之间的水平距离s随θ变化的
函数关系式、s 的最大值以及s 取最大值时r 、0v 和0ω应满足的条件。
(33届复赛)七、（20 分）两根质量均匀分布的杆AB 和BC ，质量均为 m ，长均为 l ，A 端被光滑铰接到一固定点（即AB 杆可在竖直平面内绕 A 点无摩擦转动）。
开始时C 点有外力保持两杆静止，A 、C 在同一水平线 AD 上，A 、B 、C 三点都在同一竖直平面内，0
60ABC ∠=。
某时刻撤去外力后两杆始终在竖直平面内运动。
（1）若两杆在 B 点固结在一起，求 （i ）初始时两杆的角加速度；
（ii ）当 AB 杆运动到与水平线AD 的夹角为 θ 时，AB 杆绕A 点转动的角速度。
（2）若两杆在B 点光滑铰接在一起（即BC 杆可在竖直平面内绕B 点无摩擦转动），求初始时两杆的角加速度以及两杆间的相互作用力。