高中物理竞赛力学练习题解
高二物理竞赛力学课后习题PPT(课件)
___________．
由相对速度： (D) 它的合外力大小不变．
及转轴位置有关．
(A) 只有(2) 是正确的．
v u v 弹 对 地
弹对车
车对地
m1g
v u v 2
1 得： v2xuco sv1
m 1 v 1 m 2 ( u co v 1 s ) 0
解得：
v1
m2 m1 m2
0
0
xm axmv0/K t
解法二： Kv md v m(dv)(dx)mvdv
dt
dx dt
dx
dx m dv 小球升到最大高度时速度为零 K
xmax
0m
d x dv
0
K v0
xm axmv0/K
2、质量为m1 ，仰角为α 的炮车发射了一枚质量为m2 的炮弹， 炮弹发射时相对炮身的速率为u ，不计摩擦。
(A) 1 kx 2 2
k
√(B) F O
1 kx 2 (C) kx2 (D) kx 2
2
x
x
Ep
0(kx)dx1kx2
x
2
7、 质量分别为mA和mB (mA>mB)、速度分别
(vA> vB)
的两质点A和B，受到相同的冲量作用，则
(A) A的动量增量的绝对值比B的小．
√(B) A的动量增量的绝对值比B的大．
式中A、B、ω都是正的常数，则力在 t = 0 到 t = π/ (2ω)
这段时间内所作的功为： [ C ]
A)1m2(A2B2)
B)m2(A2B2)
2
C)1m2(A2B2)
2
D)1m2(B2A2)
2
5、质量为m 的木块沿固定的光滑斜面下滑，当 下降h高度时， 重力的瞬时功率是；
高中物理竞赛(力学)练习题解
1、（本题20分）如图6所示，宇宙飞船在距火星表面H 高度处作匀速圆周运动，火星半径为R 。
当飞船运行到P 点时，在极短时间内向外侧点喷气，使飞船获得一径向速度，其大小为原来速度的α倍。
因α很小，所以飞船新轨道不会与火星表面交会。
飞船喷气质量可以不计。
（1）试求飞船新轨道的近火星点A 的高度h 近和远火星点B 的高度h 远 ； （2）设飞船原来的运动速度为v 0 ,试计算新轨道的运行周期T 。
2，(20分)有一个摆长为l 的摆（摆球可视为质点，摆线的质量不计），在过悬挂点的竖直线上距悬挂点O 的距离为x 处（x ＜l ）的C 点有一固定的钉子，如图所示，当摆摇摆时，摆线会受到钉子的阻挡．当l 肯定而x 取不同值时，阻挡后摆球的运动状况将不同．现将摆拉到位于竖直线的左方（摆球的高度不超过O 点），然后放手，令其自由摇摆，假如摆线被钉子阻挡后，摆球恰巧能够击中钉子，试求x 的最小值．3，（20分）如图所示，一根长为L 的细刚性轻杆的两端分别连结小球a 和b ，它们的质量分别为m a 和 m b . 杆可绕距a 球为L/4处的水平定轴O 在竖直平面内转动．初始时杆处于竖直位置．小球b 几乎接触桌面．在杆的右边水平桌面上，紧挨着细杆放着一个质量为m 的立方体匀质物块，图中ABCD 为过立方体中心且与细杆共面的截面．现用一水平恒力F 作用于a 球上，使之绕O 轴逆时针转动，求当a 转过 角时小球b 速度的大小．设在此过程中立方体物块没有发生转动，且小球b 与立方体物块始终接触没有分别．不计一切摩擦．4、把上端A 封闭、下端B 开口的玻璃管插入水中,放掉部分空气后放手,玻璃管可以竖直地浮在水中(如下图).设玻璃管的质量m=40克,横截面积S=2厘米2,水面以上部分的长度b=1厘米,大气压强P 0=105帕斯卡.玻璃管壁厚度不计,管内空气质量不计.(1)求玻璃管内外水面的高度差h.(2)用手拿住玻璃管并缓慢地把它压入水中,当管的A 端在水面下超过某一深度时,放手后玻璃管不浮起.求这个深度.(3)上一小问中,放手后玻璃管的位置是否改变?如何改变?(计算时可认为管内空气的温度不变) 5、一个光滑的圆锥体固定在水平的桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角θ=30°(如右图).一条长度为l 的绳(质量不计),一端的位置固定在圆锥体的顶点O 处,另一端拴着一个质量为m 的小物体(物体可看作质点,绳长小于圆锥体的母线).物体以速率v 绕圆锥体的轴线做水平匀速圆周运动(物体和绳在上图中都没画出).aObA BCDF6、(13分) 一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ 提升井中质量为m 的物体,如图所示.绳的P 端拴在车后的挂钩上,Q 端拴在物体上.设绳的总长不变,绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽视不计.起先时,车在A 点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长为H.提升时,车加速向左运动,沿水平方向从A 经过B 驶向C.设A 到B 的距离也为H,车过B 点时的速度为v B .求在车由A 移到B 的过程中,绳Q 端的拉力对物体做的功.7.在两端封闭、内径匀称的直玻璃管内,有一段水银柱将两种志向气体a 和b 隔开.将管直立着,达到平衡时,若温度为T,气柱a 和b 的长度分别为l a 和l b ;若温度为T ＇,长度分别为l 抋和l 抌.然后将管平放在水平桌面上,在平衡时,两段气柱长度分别为l 攁和l 攂.已知T 、T 挕8．如图所示，质量为Kg M9=的小车放在光滑的水平面上，其中AB 部分为半径R=0.5m 的光滑41圆弧，BC 部分水平且不光滑，长为L=2m ，一小物块质量m=6Kg ，由A 点静止释放，刚好滑到C 点静止（取g=102s m ），求：①物块与BC 间的动摩擦因数②物块从A 滑到C 过程中，小车获得的最大速度9.．如图所示，在光滑水平面上放一质量为M 、边长为l 的正方体木块，木块上搁有一长为L 的轻质光滑棒，棒的一端用光滑铰链连接于地面上O 点，棒可绕O 点在竖直平面内自由转动，另一端固定一质量为m 的均质金属小球．起先时，棒与木块均静止，棒与水平面夹角为α角．当棒绕O 点向垂直于木块接触边方向转动到棒与水平面间夹角变为β的瞬时，求木块速度的大小．10 如图所示，一半径为R 的金属光滑圆环可绕其竖直直径转动．在环上套有一珠子．今渐渐增大圆环的转动角速度ω，试求在不同转动速度下珠子能静止在环上的位置．以珠子所停处的半径与竖直直径的夹角θ表示．mRωθ rmg图2.1111如图所示，一木块从斜面AC 的顶端A 点自静止起滑下，经过水平面CD 后，又滑上另一个斜面DF ，到达顶端F 点时速度减为零。
全国中学生高中物理竞赛集锦(力学)答案
T0－mg＝ma（15）
T0＝2T（16）
由（14）、（15）和（16）式得
（17）
托盘的加速度向上，初速度v2向下，设经历时间t2，托盘速度变为零，有
v2＝at2（18）
由（7）、（12）、（17）和（18）式，得
（19）
即砝码1自与弹簧分离到速度为零经历的时间与托盘自分离到速度为零经历的时间相等。由对称性可知，当砝码回到分离位置时，托盘亦回到分离位置，即再经历t1，砝码与弹簧相遇。题中要求的时间
（23）
评分标准：本题20分。
第一小问13分：求得式（15）、（16）各3分，式（17）2分，求得式（19）并说明“ ”取“＋”的理由给5分。第二小问7分：式（20）2分，式（22）2分，式（23）3分。
第二十届复赛
三、参考解答
位于通道内、质量为 的物体距地心 为 时（见图复解20-3），它受到地球的引力可以表示为
（1）
（2）
因而
（3）
由能量守恒
（4）
由（3）、（4）两式及mB＝2mA得
（5）
（6）
评分标准：
本题（15）分．（1）、（2）式各3分，（4）式5分，（5）、（6）两式各2分。
九、设从烧断线到砝码1与弹簧分离经历的时间为△t，在这段时间内，各砝码和砝码托盘的受力情况如图1所示：图中，F表示△t时间内任意时刻弹簧的弹力，T表示该时刻跨过滑轮组的轻绳中的张力，mg为重力，T0为悬挂托盘的绳的拉力。因D的质量忽略不计，有
要求作斜抛运动的摆球击中 点，则应满足下列关系式：
，（5）
（6）
利用式（5）和式（6）消去 ，得到
（7）
由式（3）、（7）得到
（8）
高考物理力学竞赛试题(附答案)
高考物理力学试题考试时间：120分钟 满分160分一、本题共15小题，每小题4分，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．1. 图示为高速摄影机拍摄到的子弹穿过苹果瞬间的照片。
该照片经过放大后分析出，在曝光时间内，子弹影像前后错开的距离约为子弹长度的1%~2%。
已知子弹飞行速度约为500m/s ，因此可估算出这幅照片的曝光时间最接近A ．10-3sB ．10-6sC ．10-9sD ．10-12s 2．如图所示，在高为H 的台阶上，以初速度0v 抛出一质量为m 的小石子，不计空气阻力，当小石子落到距抛出点的垂直高度为h 的台阶上时，小石子动能的增量为Ａ．mgh Ｂ．221mv mgh + Ｃ．mgh mgH - Ｄ．221mv3. 有四名运动员在标准的田径场进行800米跑步竞赛，图中插小旗处是他们各自的起跑位置，他们都顺利地按规则要求完成了比赛，下列说法正确的是A ．他们跑完的路程相同B ．他们跑完的位移相同C ．他们跑完的圈数相同D ．他们到达的终点可以相同4．如图所示，一同学沿一直线行走，现用频闪照相记录了他行走中9个位置的图片，观察图片，能大致反映该同学运动情况的速度—时间图象是5．下列实例属于超重现象的是A ．汽车驶过拱形桥顶端B ．荡秋千的小孩通过最低点C ．跳水运动员被跳板弹起，离开跳板向上运动D ．火箭点火后加速升空 6．如图所示，物体A 靠在竖直墙面上，在力F 作用下，A 、B 保持静止。
物体B 的受力个数为：A ．2B ．3C ．4D ．57．如图所示，PQS 是固定于竖直平面内的光滑的 14 圆周轨道，圆心O 在S 的正上方。
在O和P 两点各有一质量为m 的小物块a 和b ，从同一时刻开始，a 自由下落，b 沿圆弧下滑。
以下说法正确的是A ．a 比b 先到达S ，它们在S 点的动能相等B ．a 、b 同时到达S ，它们在S 点的速度不同C ．a 比b 先到达S ，它们在S 点的速度相同D ．b 比a 先到达S ，它们在S 点的动能相等8．如图所示，光滑轨道MO 和ON 底端对接且ON=2MO ，M 、N 两点高度相同。
高中物理竞赛辅导习题力学部分
力、物体的平衡补充：杠杆平衡（即力矩平衡），对任意转动点都平衡。
一、力学中常见的三种力 1.重力、重心①重心的定义：++++=g m g m gx m gx m x 212211，当坐标原点移到重心上，则两边的重力矩平衡。
②重心与质心不一定重合。
如很长的、竖直放置的杆，重心和质心不重合。
如将质量均匀的细杆AC （AB =BC =1m ）的BC 部分对折,求重心。
以重心为转轴，两边的重力力矩平衡（不是重力相等）：（0.5-x ）2G =(x +0.25)2G ,得x =0.125m （离B 点）. 或以A 点为转轴：0.5⨯2G +(1+0.5)2G =Gx ', 得x '=0.875m ，离B 点x =1-x '=0.125m.2.巴普斯定理：①质量分布均匀的平面薄板：垂直平面运动扫过的体积等于面积乘平面薄板重心通过的路程。
如质量分布均匀的半圆盘的质心离圆心的距离为x ，绕直径旋转一周，2321234R x R πππ⋅=，得π34R x = ②质量分布均匀的、在同一平面内的曲线：垂直曲线所在平面运动扫过的面积等于曲线长度乘曲线的重心通过路程。
如质量分布均匀的半圆形金属丝的质心离圆心的距离为x ，绕直径旋转一周，R x R πππ⋅=242，得πR x 2= 1. （1）半径R =30cm 的均匀圆板上挖出一个半径r =15cm 的内切圆板，如图a 所示，求剩下部分的重心。
（2）如图b 所示是一个均匀三角形割去一个小三角形AB 'C '，而B 'C '//BC ，且∆AB 'C '的面积为原三角形面积的41，已知BC 边中线长度为L ，求剩下部分BCC 'B '的重心。
[答案：(1) 离圆心的距离6R ；(2)离底边中点的距离92L ] 解(1)分割法:在留下部分的右边对称处再挖去同样的一个圆,则它关于圆心对称,它的重心在圆心上,要求的重心就是这两块板的合重心,设板的面密度为η，重心离圆心的距离为x .有力矩平衡: ),2()2(])2(2[222x R R x R R -=-ηπηπ得6R x ==5cm. 填补法:在没挖去的圆上填上一块受”重力”方向向上的圆,相当于挖去部分的重力被抵消,其重心与挖去后的重心相同,同理可得6R x =. 能量守恒法:原圆板的重力势能等于留下部分的重力势能和挖去部分的重力势能之和,可得6R x =. (2) ∆AB 'C '的面积为原三角形面积的1/4，质量为原三角形质量的41，中线长度应为原三角形中线长度的21。
高中物理竞赛专题一力物体的平衡(含习题及答案)
专题一力物体的平衡第一讲力的处理矢量的运算1、加法表达：a + b = c o名词：c为“和矢量”。
法则：平行四边形法则。
如图1所示和矢量大小：c = a2b22abco^ ，其中a为a和b的夹角。
和矢量方向：c在a、b之间，和a夹角B = arcs in ------2 2.a b 2abcos:-2、减法表:达：a = c — b o名词：c为“被减数矢量”，b为“减数矢量”，a为“差矢量”法则：三角形法则。
如图2所示。
将被减数矢量和减数矢量的起始端平移到一点，然后连接两时量末端，指向被减数时量的时量，即是差矢量。
差矢量大小：a = ；b2• c2- 2bccosr，其中B为c和b的夹角。
差矢量的方向可以用正弦定理求得。
一条直线上的矢量运算是平行四边形和三角形法则的特例。
例题：已知质点做匀速率圆周运动，半径为R，周期为T，求它在-T内和4 1在-T内的平均加速度大小。
21解说：如图3所示，A到B点对应-T的过程，A4到C点对应1T的过程。
这三点的速度矢量分别设为2v A、v B和 v C。
图3_v t —V 。
/曰 __V B —V A . _v c —V A a =得：a AB = , a Ac =-tt ABt AC由于有两处涉及矢量减法，设两个差矢量.：V 1= V B — V A ，厶v 2= v c — V A ,根据三角形法则，它们在图3中的大小、方向已绘出（：V2的“三角形”已被拉 伸成一条直线）。
本题只关心各矢量的大小，显然：V A = V B = V c = 2JI R且.T■：v 1 = . 2 v A =2 2二 RTL V2 = :2 V A =4 二 R 'T2 2 二R4二 R所以： a AB =v 1 _ T =8 2 二Ra■ A V 2T - 8二 Rt ABT T 2ACt ACT T 242观察与思考：这两个加速度是否相等，匀速率圆周运动是不是匀变速运动? 答：否；不是。
高中物理力学综合试题和答案
物理竞赛辅导测试卷（力学综合1）一、（10分）如图所时，A 、B 两小球用轻杆连接，A 球只能沿竖直固定杆运动，开始时，A 、B 均静止，B 球在水平面上靠着固定杆，由于微小扰动，B 开始沿水平面向右运动，不计一切摩擦，设A 在下滑过程中机械能最小时的加速度为a ，则a=。
二、(10分) 如图所示，杆OA 长为R ，可绕过O 点的水平轴在竖直平面内转动，其端点A 系着一跨过定滑轮B 、C 的不可伸长的轻绳，绳的另一端系一物块M ，滑轮的半径可忽略，B 在O 的正上方，OB 之间的距离为H ，某一时刻，当绳的BA 段与OB 之间的夹角为α时，杆的角速度为ω，求此时物块M 的速度v M三、（10分）在密度为ρ0的无限大的液体中，有两个半径为R 、密度为ρ的球，相距为d ，且ρ>ρ0，求两球受到的万有引力。
四、（15分）长度为l 的不可伸长的轻线两端各系一个小物体，它们沿光滑水平面运动。
在某一时刻质量为m 1的物体停下来，而质量为m 2的物体具有垂直连线方向的速度v ，求此时线的X 力。
五、(15分)二波源B 、C 具有相同的振动方向和振幅，振幅为0.01m ，初位相相差π，相向发出两线性简谐波，二波频率均为100Hz ，波速为430m/s ，已知B 为坐标原点，C点坐标为x C =30m ，求：①二波源的振动表达式；②二波的表达式；③在B 、C 直线上，因二波叠加而静止的各点位置。
六、(15分) 图是放置在水平面上的两根完全相同的轻质弹簧和质量为m 的物体组成的振子，没跟弹簧的劲度系数均为k ，弹簧的一端固定在墙上，另一端与物体相连，物体与水平面间的静摩擦因数和动摩擦因数均为μ。
当弹簧恰为原长时，物体位于O 点，现将物体向右拉离O 点至x 0处(不超过弹性限度)，然后将物体由静止释放，设弹簧被压缩及拉长时其整体不弯曲，一直保持在一条直线上，现规定物体从最右端运动至最左端（或从最左端运动至最右端）为一个振动过程。
25-30届全国中学生物理竞赛预赛——力学专项(有答案)
1.（12分）如图所示，A为放在水平光滑桌面上的长方形物块，在它上面放有物块B 和C.A、B、C的质量分别为m、5m、m.B、C与A之间的静摩擦系数和滑动摩擦系数皆为0.10，K为轻滑轮，绕过轻滑轮连接B和C的轻细绳都处于水平位置.现用水平方向的恒定外力F 拉滑轮，使A的加速度等于0.20g，g为重力加速度.在这种情况时，B、A之间沿水平方向的作用力的大小等于_____________，C、A之间沿水平方向的作用力的大小等于_____________，外力F的大小等于_______________.2.（20分）从地球上看太阳时，对太阳直径的张角θ=53°.取地球表面上纬度为1°的长度l=110km，地球表面处的重力加速度g=10m/s2，地球公转的周期T=365天.试仅用以上数据计算地球和太阳密度之比.假设太阳和地球都是质量均匀分布的球体.9．(10分）光帆是装置在太空船上的一个面积很大但很轻的帆，利用太阳光对帆的光压，可使太空船在太空中飞行．设想一光帆某时刻位于距离太阳为1天文单位（即日地间的平均距离）处，已知该处单位时间内通过垂直于太阳光辐射方向的单位面积的辐射能量 E =1.37×103J·m -2· s -1，设平面光帆的面积为1.0×106m 2，且其平面垂直于太阳光辐射方向，设光帆对太阳光能全部反射（不吸收），则光帆所受光的压力约等于 9 N ．11．(17分）宇航员从空间站（绕地球运行）上释放了一颗质量m=500kg 的探测卫星．该卫星通过一条柔软的细轻绳与空间站连接，稳定时卫星始终在空间站的正下方，到空间站的距离l =20km ．已知空间站的轨道为圆形，周期T = 92 min （分）．i ．忽略卫星拉力对空间站轨道的影响，求卫星所受轻绳拉力的大小．ii ．假设某一时刻卫星突然脱离轻绳．试计算此后卫星轨道的近地点到地面的高度、远地点到地面的高度和卫星运行周期．取地球半径R = 6.400×103km ，地球同步卫星到地面的高度为H 0 =3.6000×104km ，地球自转周期T 0 = 24 小时．i ．设空间站离地面的高度为H, 因为同步卫星的周期和地球自转周期相同，根据开普勒第三定律以及题意有323200)()R H T R H T +=+（ 即 2/300()()T H R H R T =+- 代人数据得 H= 376km 卫星的高度 h =H 一l =356km卫星在细绳的拉力 F 和地球引力作用下跟随空间站一起绕地球作周期为 T 的圆周运动，有222()()()Mm GF m R h R h Tπ-=++ (5)式中G 为万有引力常量， M 为地球质量．空间站在地球引力作用下绕地球作周期为 T 的圆周运动 故有 222()()()Mm Gm R h R h Tπ''=++ (6) 式中m ’为空间站的质量．由（5）、（6）两式得2222()()()[1]()R H F m R h T R h π+=+-+ 将（3）、（4）式及其他有关数据代人（7）式得 F=38.2N (8)ii ．细绳脱落后，卫星在地球引力作用下绕地球运动的轨道为一椭圆．在脱落的瞬间，卫星的速度垂直于卫星与地心的连线，所以脱落点必是远地点（或近地点），由( 4）式可知，此点到地面的高度h =356km 设卫星在近地点（或远地点）的高度为h '，速度为v '，根据开普勒第二定律，有22()()R h v R h Tπ''+=+ 根据机械能守恒，有222112()()22Mm Mm mv G m R h G R h T R h π'-=+-'++联立（10）、（11）两式并利用（6）式得433()2()()R h h R H R h +'=+-+代人有关数据有 h ' = 238km 由（9）、（13）两式可知，远地点到地面的高度为356km ，近地点到地面的高度为238km .设卫星的周期为T '，根据开普勒第三定律，卫星的周期3/22()22R h h T T R H'++'=+代人数据得T '= 90 . 4min14．(20分）如图所示，一木块位于光滑的水平桌面上，木块上固连一支架，木块与支架的总质量为M ．一摆球挂于支架上，摆球的质量为m ，12m M <摆线的质量不计．初始时，整个装置处于静止状态．一质量为m 的子弹以大小为v 0、方向垂直于图面向里的速度射人摆球并立即停留在球内，摆球和子弹便一起开始运动．已知摆线最大的偏转角小于900，在小球往返运动过程中摆线始终是拉直的，木块未发生转动．i ．求摆球上升的最大高度． ii ．求木块的最大速率．iii ．求摆球在最低处时速度的大小和方向．14．参考解答：i ．由于子弹射人摆球至停留在球内经历的时间极短，可以认为在这过程中摆球仅获得速度但无位移．设摆球（包括停留在球内的子弹）向前（指垂直于图面向里）的速度为u ，由动量守恒定律有mv 0=2mu (l)摆球以速度u 开始向前摆动，木块亦发生运动．当摆球上升至最高时，摆球相对木块静止，设此时木块的速度为V ，摆球上升的高度为h ，因水平方向动量守恒以及机械能守恒有 2mu =(2m +M)V(2) 221(2)22mu m M V mgh =++(3) 得 208(2)Mv h g m m =+(4)ii ．摆球升到最高后相对木块要反向摆动．因为在摆球从开始运动到摆线返回到竖直位置前的整个过程中，摆线作用于支架的拉力始终向斜前方，它使木块向前运动的速度不断增大；摆线经过竖直位置后，直到摆线再次回到竖直位置前，摆线作用于支架的拉力将向斜后方，它使木块速度减小，所以在摆线（第一次）返回到竖直位置的那一时刻，木块的速度最大，方向向前以V ’表示摆线位于竖直位置时木块的速率，u ’表示此时摆球的速度（相对桌面），当u'>0，表示其方向水平向前，反之，则水平向后．因水平方向动量守恒以及机械能守恒，故有22mu mu MV ''=+(5) 22212m u m u M V ''=+(6)0V '=(7) 022mv V m M'=+(8)(7）式对应于子弹刚射人摆球但木块尚未运动时木块的速度，它也是摆球在以后相对木块往复运动过程中摆线每次由后向前经过竖直位置时木块的速度；而题中要求的木块的最大速率为（8）式，它也是摆球在以后相对木块的往复运动过程中摆线每次由前向后经过竖直位置时木块的速度．iii ．在整个运动过程中，每当摆线处于竖直位置时，小球便位于最低处．当子弹刚射人摆球时，摆球位于最低处，设这时摆球的速度为u ，由（l ）式得012u v =(9) 方向水平向前．当摆球第一次回到最低处时，木块速度最大，设这时摆球的速度为u'，由(l ）、（5）、（6）三式和（8）式可得0122m Mu v M m-'=+(10) 其方向向后．当摆球第二次回到最低处时，由（7）式木块速度减至0，设这时摆球的速度为u''， 由（l ）、（5）、（6）式可得u''＝012u v =方向向前，开始重复初始的运动．16．(20分）在海面上有三艘轮船，船A 以速度u 向正东方向航行，船B 以速度2u 向正北方向航行，船C 以速度22u 向东偏北450方向航行．在某一时刻，船B 和C 恰好同时经过船A 的航线并位于船A 的前方，船B 到船A 的距离为a ，船C 到船A 的距离为2a ．若以此时刻作为计算时间的零点，求在t 时刻B 、C 两船间距离的中点M 到船A 的连线MA 绕M 点转动的角速度．16．参考解答：以t =0时刻船A 所在的位置为坐标原点O ，作如图1所示平面直角坐标系O xy ，x 轴指向正东，y 轴指向正北．可以把船C 的速度分解成沿正东方向的分速度v x 和沿正北方向的分速度v y 两个分量．根据题意有v x ＝v y ＝2u(1)在t 时刻，三船的位置如图1所示．B 、C 二船在y 方向位移相等，两船的连线BC 与x 轴平行，两船间的距离2BC a ut =+(2) BC 的中点到B 点的距离为12a ut +．中点M 的坐标分别为 1322M x a a ut a ut =++=+（3）2M y ut =（4）可见M 点沿x 方向的速度为u ，沿y 方向的速度为2u ，在t=0时刻BC 的中点在x 轴上，其x 坐标为3a /2．在与M 点固连的参考系中考察，并建立以M 为原点的直角坐标系M x 'y',x '轴与x 轴平行，y'轴与y 轴平行，则相对M ，船A 的速度只有沿负y'方向的分量，有u AM =u AM y'=—2u (5)在时刻t ，船A 在坐标系M x 'y'的坐标为32Ax a '=-(6) A AM y u t '=(7)可以把A 船的速度分解为沿连线MA 方向的分量u AM1和垂直于连线MA 方向的分量u AM2两个分量，u AM1使连线MA 的长度增大，u AM2使连线MA 的方向改变，如图2所示．若用R 表示t 时刻连线MA 的长度，则连线MA 绕M 点转动的角速度2AM u Rω=(8) 若MA 与x '轴的夹角为θ，则有2cos AM AM u u θ=(9)而cos Ax Rθ'=（10）22A A R x y ''=+（11）由（5）到（10）各式得22212916aua u t ω=+（12）16．（20）一个质量为m 1的废弃人造地球卫星在离地面h=800km 高空作圆周运动，在某处和一个质量为m 2=91m 1的太空碎片发生迎头正碰，碰撞时间极短，碰后二者结合成一个物体并作椭圆运动。
高中物理竞赛练习题·静力学
高中物理竞赛练习题静力学（预赛）一、共点力作用下物体的平衡1. 有两个质量分别为m1和m2的光滑小环，套在竖直放置且固定的光滑大环上，两环以细线相连，如图所示。
已知细线所对的圆心角为α，求系统平衡时细线与竖直方向间所夹的角θ为多少？2. 有一水平放置的半径R的圆柱体光滑槽面，其上放有两个半径均为r的光滑圆柱体A和B，如图所示为其截面图。
图中O为圆柱面的圆心，A、B分别为两圆柱的圆心，OQ为竖直线。
已知A、B两圆柱分别重G1和G2，且R=3r。
求此系统平衡时，OA线与OQ线之间的夹角α为多少？3. 四个半径均为R的光滑球，静止于一个水平放置的半球形碗内，该四球球心恰好在同一水平面上。
现将一个相同的第五个球放在前述四球之上，而此系统仍能维持平衡，求碗的半径为多少？4. 质量为m的立方块固定在弹簧上，两弹簧的劲度系数分别为k1和k2，未形变时长度分别为l1和l2，固定弹簧的另一端，使立方块可以沿水平面运动。
立方块与平面之间的动摩擦因数为μ，弹簧两固定点间距离为L，立方块大小可不计。
求立方块能够处于平衡状态的范围。
5. 两个质量相等的物体，用绳索通过滑轮加以连接，如图所示。
两物体和平面之间的动摩擦因数μ相等，试问要使这两个物体所组成的系统开始运动，角ϕ的最小值应为多少？（已知A 物体所在平面恰好水平）6. 半径为R 的刚性球固定在水平桌面上，有一个质量为M 的圆环状均匀弹性绳圈，原长2πa ，2R a =，绳圈的弹性系数为k （绳圈伸长s 时，绳中弹性张力为ks ）。
将绳圈从球的正上方轻轻放到球上，并用手扶着绳圈使之保持水平并最后停留在某个静力平衡位置上，设此时绳圈长度为2πb ，b =，考虑重力，忽略摩擦，求绳圈的弹性系数k （用M 、R 、g 表示，g 为重力加速度）。
二、一般物体的平衡7. 圆桌面有三条相互等距的桌腿在圆桌边缘上支撑着，桌腿的重量忽略不计。
某人坐在正对着一套桌腿的圆桌边缘上，使圆桌以另两条桌腿着地点的连线为轴而倾倒，圆桌倾倒后，他再坐到桌面的最高点上，恰巧又能使圆桌恢复过来。
高中力学竞赛试题
高中力学竞赛试题力学是物理学的一个重要分支，通过研究物体的运动和相互作用，揭示了物质运动的规律和性质。
高中力学竞赛试题是对学生力学知识理解与运用能力的考验，以下将介绍一些常见的高中力学竞赛试题及解答思路。
一、直线运动题直线运动是力学中最为基础的内容之一，常见的试题类型包括匀速直线运动、变速直线运动以及加速度的计算等。
下面以一个典型的匀速直线运动题为例进行解答：题目：某小车以30 m/s的恒定速度行驶，经过180 s后，小车行驶的距离是多少？解答思路：根据匀速直线运动的定义，速度恒定不变，可以利用速度公式进行计算。
速度公式为：v = s/t，其中v表示速度，s表示路程，t表示时间。
已知速度为30 m/s，时间为180 s，代入公式进行计算：s= v * t = 30 * 180 = 5400 m。
所以小车行驶的距离是5400米。
二、斜抛运动题斜抛运动是指物体在水平方向上具有初速度的情况下，向上或向下抛出的运动。
常见的斜抛题目要求计算物体的运动轨迹、最大高度、飞行时间等。
以下是一个典型的斜抛运动题：题目：某物体以20 m/s的初速度成角度30°往上抛出，求物体的最大高度和飞行时间。
解答思路：首先需要将初速度进行分解，分解成水平方向的速度和竖直方向的速度。
根据三角函数的定义，可以得到物体在水平方向的速度为20 * cos30° = 17.32 m/s，竖直方向的速度为20 * sin30° = 10 m/s。
接下来，根据竖直方向的运动规律可以求得最大高度和飞行时间。
最大高度可以通过重力势能和动能的转化求得，根据公式：重力势能 =动能，m * g * h = m * v^2 / 2，可以解得最大高度为h = v^2 / (2 * g) = 100 / 19.6 = 5.1 m。
飞行时间可以通过竖直方向上的运动公式求得，h = v * t - (1/2) * g * t^2，代入已知数据求解方程，得到t = 2 * v * sinθ / g = 2 * 20 * sin30° / 9.8 = 1.63 s。
高二物理竞赛课件：刚体力学习题
= + 人对地
人对盘
盘对地
人对地=
2
R
+
R/2
9
(I盘 I人 )o I盘 I人人对地
人对地=
2
R
+
o
[
1 2
mR2
m 10
(
1 2
R)2
]o
1 mR2
m ( R )2 (
2
)
2
10 2
R
R/2
解出：
o
2
21R
10
o
2
21R
(2) 欲使盘静止，可令
o
o
2
21R
0
得
21 2
R
o
R/2
B
oR
I o o
Io mR2
C
12
小球相对于环的速度为多少?
机械能守恒:
1 2
I o o 2
mgR
1 2
I
o
2
1 2
m
2
B
由相对运动，对小球有
o
A
oR
零势面
2 (R)2 B2
B
B表示小球在B点时相对于地面的
C
竖直分速度(即相对于环的速度)。
B
2 gR
Ioo2 R2
mR2 Io
13
2
6mo
l(3M 4m )
(2)杆在转动过程中显然机械能守恒：
1
1 [
Ml 2 m( 2l )2 ] 2 Mg
l
- mg 2l
23
3
23
Mg l cos - mg 2l cos
2
3
高中物理奥林匹克竞赛专题--第二章力学(有答案)
第二章2.10 质点在流体中作直线运动，受与速度成正比的阻力kv (k 为常数)作用，t =0时质点的速度为0v ，证明(1) t 时刻的速度为v ＝t mk ev )(0-；(2) 由0到t 的时间内经过的距离为x ＝(k mv 0)［1-t m k e )(-］；(3)停止运动前经过的距离为)(0kmv ；(4)当k m t =时速度减至0v 的e1，式中m 为质点的质量． 答: (1)∵ tvm kv a d d =-= 分离变量，得m tk v v d d -=即 ⎰⎰-=v v t mtk v v 00d d m kte v v -=ln ln 0∴ tm k e v v -=0(2) ⎰⎰---===tttm k m ke kmv t ev t v x 000)1(d d(3)质点停止运动时速度为零，即t →∞， 故有 ⎰∞-=='00d kmv t ev x tm k (4)当t=km时，其速度为 ev e v ev v km m k 0100===-⋅- 即速度减至0v 的e1.2.13 作用在质量为10 kg 的物体上的力为i t F)210(+=N ，式中t 的单位是s ，(1)求4s 后，这物体的动量和速度的变化，以及力给予物体的冲量．(2)为了使这力的冲量为200 N ·s ，该力应在这物体上作用多久，试就一原来静止的物体和一个具有初速度j6-m ·s -1的物体,回答这两个问题．解: (1)若物体原来静止，则i t i t t F p t 1401s m kg 56d )210(d -⋅⋅=+==∆⎰⎰,沿x 轴正向，ip I imp v111111s m kg 56s m 6.5--⋅⋅=∆=⋅=∆=∆ 若物体原来具有6-1s m -⋅初速，则⎰⎰+-=+-=-=t tt F v m t m F v m p v m p 000000d )d (,于是⎰∆==-=∆t p t F p p p 0102d ,同理， 12v v ∆=∆,12I I=这说明，只要力函数不变，作用时间相同，则不管物体有无初动量，也不管初动量有多大，那么物体获得的动量的增量(亦即冲量)就一定相同，这就是动量定理． (2)同上理，两种情况中的作用时间相同，即⎰+=+=tt t t t I 0210d )210(亦即 0200102=-+t t 解得s 10=t ，(s 20='t 舍去)2.15 一颗子弹由枪口射出时速率为10s m -⋅v ，当子弹在枪筒内被加速时，它所受的合力为F =(bt a -)N(b a ,为常数)，其中t 以秒为单位：(1)假设子弹运行到枪口处合力刚好为零，试计算子弹走完枪筒全长所需时间；(2)求子弹所受的冲量．(3)求子弹的质量． 解: (1)由题意，子弹到枪口时，有0)(=-=bt a F ,得ba t =(2)子弹所受的冲量⎰-=-=t bt at t bt a I 0221d )(将bat =代入，得 ba I 22=(3)由动量定理可求得子弹的质量202bv a v I m ==2.22 如题2.22图所示，一物体质量为2kg ，以初速度0v ＝3m ·s -1从斜面A 点处下滑，它与斜面的摩擦力为8N ，到达B 点后压缩弹簧20cm 后停止，然后又被弹回，求弹簧的劲度系数和物体最后能回到的高度．题2.22图解: 取木块压缩弹簧至最短处的位置为重力势能零点，弹簧原长处为弹性势能零点。
2020年第37届高中物理竞赛力学专题练习39题(带详解)
2020年第37届高中物理竞赛力学专题练习39题（带详解)一、单选题1．某人用一始终沿BA 方向的力F 将一长方形木块从图示实线位置绕转轴D 点缓慢翻转90°到虚线所示位置，在此过程中F 随转过角度θ的关系图线是A ．B ．C ．D ．【答案】B以D 点为转轴，画出重力的力臂，如图：由图可知，重力的力臂：G cos L OD θ=g力F 的力臂：F 12L AD = 根据力矩平衡条件可知，F 的力矩与重力的力矩平衡，即：1cos 2F ADG OD θ=g g g 由于当OD 的方向与重力的方向垂直时，即0θ=时重力的力矩最大，所以重力的力矩先增大后减小。
同理，F的力矩先增大后减小，所以F先增大后减小，ACD错误，B正确。
故选：B。
2．无级变速是在变速范围内任意连续地变换速度，性能优于传统的档位变速器．如图所示是截锥式无级变速模型示意图，两个锥轮中间有一个滚轮，主动轮、滚轮、从动轮之间靠着彼此之间的静摩擦力带动．当位于主动轮与从动轮之间的滚轮从左向右移动时，从动轮转速降低，滚轮从右向左移动时从动轮转速增加．当滚轮位于主动轮直径D1、从动轮直径D2的位置上时，则主动轮转速n1，从动轮转速n2之间的关系是（）A．n2＝n1D2D1B．n2＝n1D1D2C．n2＝n1√D1D2D．n2＝n1D12D22【答案】B角速度ω=2πn，则主动轮的线速度v1=D12ω1=πD1n1，从动轮的线速度v2=D22ω2=πD2n2，因为主动轮和从动轮的线速度相等，则πD1n1=πD2n2，所以n2=D1D2n1，故选项B正确，A、C、D错误。
3．小明在公园如围墙处避雨时，他观察到由于围墙的挡风作用，雨滴从墙檐土滴落几乎是竖直向下的，当下落的雨滴经过围墙上的窗口时，有从窗P吹出的风使兩滴的下落方向发生变化，下图中描述了沿平行于墙壁从西向东方向观察时雨滴的下落轨迹，其中最接真实情况的是（）A．B．C．D．【答案】C4．如图所示，消防队员在进行训练时有一项爬绳练习，如果队员用双手握住竖直的绳索匀速攀上和勻速下滑时，绳索对他的摩擦力分别为F上和F下，那么关于F上和F下的下列说法中正确的是（）A．F上向上F下向下，F上与F下等大B．F上向下F下向上，F上大于F下C．F上向上F下向上，F上与F下等大D．F上向上F下向下，F上大于F下【答案】C5．医院有一种先进的检测技术——彩超，就是向病人体内发射一定频率的超声波，超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波相对发射波的频率变化，就可知道血液的流速。
高中物理力学竞赛辅导资料专题04受力分析含解析
专题04 受力分析一、平衡状态下的受力分析1．L 形木板P (上表面光滑)放在固定斜面上,轻质弹簧一端固定在木板上,另一端与置于木板上表面的滑块Q 相连,如图1所示.若P 、Q 一起沿斜面匀速下滑,不计空气阻力.则木板P 的受力个数为( )图1A ．3B ．4C ．5D ．6【解析】选C 在它们一起沿斜面匀速下滑的过程中,弹簧对Q 必然有弹力,再选木板P 为研究对象,它受到重力、斜面的支持力、斜面的摩擦力、Q 对它的压力及弹簧对它的向下的弹力5个力的作用.2．如图2所示,石拱桥的正中央有一质量为m 的对称楔形石块,侧面与竖直方向的夹角为α,重力加速度为g ,若接触面间的摩擦力忽略不计,则石块侧面所受弹力的大小为( )图2A ．mg2sin α B ．mg2cos α C ．12mg tan αD ．12mg cot α【解析】选A 楔形石块受力如图.将弹力沿水平方向和竖直方向分解,由竖直方向受力平衡可得mg ＝2F cos(90°－α),解得F ＝mg 2cos 90°－α＝mg2sin α,故本题答案为A.3．如图,两个轻环a 和b 套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环,其两端各系一质量为m 的小球.在a 和b 之间的细线上悬挂一小物块.平衡时,a 、b 间的距离恰好等于圆弧的半径.不计所有摩擦.小物块的质量为( )A.m2 B.32m C ．m D ．2m【解析】如图所示,圆弧的圆心为O ,悬挂小物块的点为c ,由于ab ＝R ,则△aOb 为等边三角形,同一条细线上的拉力相等,T ＝mg ,合力沿aO 方向,则aO 为角平分线,由几何关系知,∠acb ＝120°,故绳的拉力的合力与物块的重力大小相等,即每条线上的拉力T ＝G ＝mg ,所以小物块质量为m ,故C 对.]4．如图,滑块A 置于水平地面上,滑块B 在一水平力作用下紧靠滑块A (A 、B 接触面竖直),此时A 恰好不滑动,B 刚好不下滑．已知A 与B 间的动摩擦因数为μ1,A 与地面间的动摩擦因数为μ2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力．A 与B 的质量之比为( )A.1μ1μ2B.1－μ1μ2μ1μ2 C.1＋μ1μ2μ1μ2 D.2＋μ1μ2μ1μ2【解析】 B 对物体A 、B 整体在水平方向上有F ＝μ2(m A ＋m B )g ；对物体B 在竖直方向上有μ1F ＝m B g ；联立解得：m A m B ＝1－μ1μ2μ1μ2,选项B 正确．5．如图所示,斜面体A 上的物块P ,用平行于斜面体的轻弹簧拴接在挡板B 上,在物块P 上施加水平向右的推力F ,整个系统处于静止状态,下列说法正确的是( )A ．物块P 与斜面之间一定存在摩擦力B ．轻弹簧一定被拉长C ．地面对斜面体A 一定存在摩擦力D ．若增大推力F ,则弹簧弹力一定减小【解析】C 若物块P 受到弹簧的弹力与物块的重力及推力F 、支持力平衡,则不受摩擦力,选项A 错误；若物块P 受到支持力与物块的重力及推力F 三力平衡,则无弹簧弹力,选项B 错误；物块P 、斜面A 及弹簧相对静止,可看成一整体,受到的水平面的摩擦力等于推力F,选项C正确；增大推力F,根据此时静摩擦力的特点,即f≤f m,判断弹簧弹力减小、不变或者增大都有可能,选项D错误.6．如图所示,a、b两个小球穿在一根光滑的固定杆上,并且通过一条细绳跨过定滑轮连接.已知b球质量为m,杆与水平面成θ角,不计所有摩擦,重力加速度为g.当两球静止时,Oa段绳与杆的夹角也为θ,Ob段绳沿竖直方向,则下列说法正确的是( )A．a可能受到2个力的作用B．b可能受到3个力的作用C．绳子对a的拉力等于mgD．a的重力为mg tan θ【解析】C 对a、b受力分析可知,a一定受3个力,b一定受2个力作用,选项A、B错误；对b受力分析可知,b受绳子拉力等于mg,因此绳子对a的拉力等于mg,选项C正确；对a受力分析,G a sin θ＝mg cos θ,可得：G a＝mgtan θ,选项D错误.7．如图所示,水平桌面上平放有一堆卡片,每一张卡片的质量均为m.用一手指以竖直向下的力压第1张卡片,并以一定速度向右移动手指,确保第1张卡片与第2张卡片之间有相对滑动.设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同,手指与第1张卡片之间的动摩擦因数为μ1,卡片之间、卡片与桌面之间的动摩擦因数均为μ2,且有μ1>μ2,则下列说法正确的是( )A．任意两张卡片之间均可能发生相对滑动B．上一张卡片受到下一张卡片的摩擦力一定向左C．第1张卡片受到手指的摩擦力向左D．最后一张卡片受到水平桌面的摩擦力向右【解析】B[对第一张卡片而言,手指对第一张卡片的滑动摩擦力为μ1F,由于与第二张之间有相对滑动,则μ2(F＋mg)>μ1F；则对第二张卡片而言,第一张卡片对第二张卡片的静摩擦力为μ2(F＋mg),而下一张卡片对第二张卡片的最大静摩擦力为μ2(F＋2mg)>μ2(F＋mg)成立,可知第二张卡片也不会产生滑动,以此类推,故任意两张卡片之间均不可能发生相对滑动,选项A 错误；对任意一张卡片来说,上表面受到的静摩擦力向右,下表面受到的下一张的静摩擦力向左,选项B 正确；第1张卡片受到手指的摩擦力向右,选项C 错误；最后一张卡片受到水平桌面的摩擦力向左,选项D 错误.8． (多选)如图甲、乙所示,一物块在粗糙斜面上,在平行斜面向上的外力F 的作用下,斜面和物块始终处于静止状态.当外力F 按照图乙的规律变化时,下列说法中正确的是( )A ．地面对斜面的摩擦力逐渐减小B ．地面对斜面的摩擦力逐渐增大C ．物块对斜面的摩擦力可能一直增大D ．物块对斜面的摩擦力可能一直减小【解析】AC 将两者看做一个整体,整体受到重力,支持力,拉力和地面的摩擦力,因为两物体始终处于静止状态,所以合力为零,故有f ＝F cos θ,当F 逐渐减小时,地面对斜面的摩擦力在减小,A 正确,B 错误；隔离小物块,若拉力的最大值大于重力平行斜面的分力,静摩擦力沿着斜面向下,则：F －f －mg sin θ＝0,故拉力减小后,静摩擦力先减小后反向增加；若拉力的最大值小于重力的平行斜面的分力,静摩擦力沿着斜面向上,则：F ＋f －mg sin θ＝0,故拉力减小后,静摩擦力一直增大,故C 正确,D 错误.9．如图所示,质量为m 的物体A 静止在倾角为θ＝30°、质量为M 的斜面体B 上.现用水平力F 推物体A ,在F 由零增大至3mg 再逐渐减为零的过程中,A 和B 始终保持静止.对此过程下列说法正确的是( )A ．地面对B 的支持力大于(M ＋m )gB ．A 对B 的压力的最小值为32mg ,最大值为334mgC ．A 受到摩擦力的最小值为0,最大值为14mg D ．A 受到摩擦力的最小值为0,最大值为mg【解析】D 对A 、B 整体应用平衡条件可得地面对B 的支持力等于(M ＋m )g ,A 项错；对A 受力分析如图所示.当F＝0时,A对B的压力最小,如图(1)为F N1＝mg cos θ＝32mg,当F＝3mg,A对B的压力最大,如图(2)为F N2＝mg cos 30°＋3mg sin 30°＝3mg,B项错；当F cos 30°＝mg sin 30°,即F＝33mg(在0～3mg之间)时,A受的静摩擦力为零,当F＝3mg时,如图(2),由平衡条件得：摩擦力F f＝F cos 30°－mg sin 30°＝mg,最大,故C项错,D项正确.10．如图所示,斜面放置于粗糙水平地面上,物块A通过跨过光滑定滑轮的轻质细绳与物块B连接,系统处于静止状态,现对B施加一水平力F使B缓慢地运动,使绳子偏离竖直方向一个角度(A与斜面均保持静止),在此过程中( )A．斜面对物块A的摩擦力一直增大B．绳对滑轮的作用力不变C．地面对斜面的摩擦力一直增大D．地面对斜面的支持力一直增大【解析】C 因为物块A一直保持静止,沿平行于斜面方向受到的静摩擦力和重力沿斜面向下的分力,以及绳子的拉力,三者大小关系不能确定,所以无法判断静摩擦力的变化,A错误；设细绳与竖直方向夹角为α,则有：F＝mg tan α；因为过程中α在增大,所以拉力在增大,因为滑轮受到两端绳子的压力,而绳拉力的大小在变化,所以绳子对滑轮的作用力也在变化,B错误；将A、B和斜面体看做一个整体,整体在水平方向上受到拉力F和地面给的摩擦力,拉力在增大,所以摩擦力在增大,C正确；整体在竖直方向上只受重力和支持力,所以地面对斜面的支持力不变,D错误.11．(多选)如图3所示,甲、乙两物体用压缩的轻质弹簧连接静置于倾角为θ的粗糙斜面体上,斜面体始终保持静止,则下列判断正确的是( )图3A．物体甲一定受到4个力的作用B．物体甲所受的摩擦力方向一定沿斜面向下C．物体乙所受的摩擦力不可能为零D．水平面对斜面体无摩擦力作用【解析】CD 若压缩的弹簧对甲向上的弹力大小恰好等于m甲g sin θ,则甲只受三个力作用,A、B错误；因弹簧对乙有沿斜面向下的弹力,乙的重力也有沿斜面向下的分力,故乙一定具有向下运动的趋势,乙一定受沿斜面向上的摩擦力作用,C正确；取甲、乙和斜面为一整体分析受力,由水平方向合力为零可得,水平面对斜面体无摩擦力作用,D正确.12.如图4所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的.一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m1和m2的小球.当它们处于平衡状态时,质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为α＝90°,质量为m2的小球位于水平地面上,设此时质量为m2的小球对地面压力大小为F N,细线的拉力大小为F T,则( )图4A．F N＝(m2－m1)g B．F N＝m2gC．F T＝22m1g D．F T＝(m2－22m1)g【解析】选B 分析小球m1的受力情况,由物体的平衡条件可得,绳的拉力F T＝0,故C、D均错误；分析m2受力,由平衡条件可得：F N＝m2g,故A错误,B正确.13．如图5所示,a、b两个质量相同的球用线连接,a球用线挂在天花板上,b球放在光滑斜面上,系统保持静止(线的质量不计),以下图示哪个是正确的( )图5【解析】选B 把a、b两个质量相同的球看作整体,所受重力竖直向下,所受斜面支持力垂直斜面向上,根据平衡条件,要使系统保持静止,悬挂在天花板上的细线应斜向右上方,但A图中小球a、b不可能处于平衡状态,故只有B图示正确.14．如图6,一不可伸长的光滑轻绳,其左端固定于O点,右端跨过位于O′点的固定光滑轴悬挂一质量为M 的物体；OO′段水平,长度为L；绳上套一可沿绳滑动的轻环.现在轻环上悬挂一钩码,平衡后,物体上升L.则钩码的质量为( )图6A.22M B.32MC.2MD.3M【解析】选D 平衡后,物体上升L,说明环下移后将绳子拉过来的长度为L,取环重新平衡的位置为A点,则OA＝O′A＝L,由图可得mg＝3Mg,选项D正确.15．如图7所示,滑轮本身的质量可忽略不计,滑轮轴O安在一根轻木杆B上,一根轻绳AC绕过滑轮,A端固定在墙上,且绳保持水平,C端挂一重物,BO与竖直方向夹角θ＝45°,系统保持平衡.若保持滑轮的位置不变,改变夹角θ的大小,则滑轮受到木杆作用力大小变化情况是( )图7A．只有角θ变小,作用力才变大B．只有角θ变大,作用力才变大C．不论角θ变大或变小,作用力都是变大D．不论角θ变大或变小,作用力都不变【解析】D 由于两侧细绳中拉力不变,若保持滑轮的位置不变,则滑轮受到木杆作用力大小不变,与夹角θ没有关系,选项D 正确,A 、B 、C 错误.16.如图8所示为位于水平面上的小车,固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ,在斜杆的下端固定有质量为m 的小球.下列关于斜杆对小球的作用力F 的判断中,正确的是( )图8A ．小车静止时,F ＝mg sin θ,方向沿杆向上B ．小车静止时,F ＝mg cos θ,方向垂直于杆向上C ．小车向右匀速运动时,一定有F ＝mg ,方向竖直向上D ．小车向右匀加速运动时,一定有F ＞mg ,方向一定沿杆向上【解析】小车静止或匀速向右运动时,小球的加速度为零,合力为零,由平衡条件可得,杆对球的作用力竖直向上,大小为F ＝mg ,故A 、B 错误,C 正确；若小车向右匀加速运动,小球的合力沿水平方向向右,由牛顿第二定律可得：F y ＝mg ,F x ＝ma ,F ＞mg ,tan α＝F x F y ＝ag ,当a 的取值合适时,α可以等于θ,但不一定相等,故D 错误.17.如图9所示,一重为10 N 的球固定在支杆AB 的上端,用一段绳子水平拉球,使杆发生弯曲,已知绳的拉力为7.5 N,则AB 杆对球的作用力( )图9A 大小为7.5 NB ．大小为10 NC ．方向与水平方向成53°角斜向右下方D ．方向与水平方向成53°角斜向左上方【解析】D 对小球进行受力分析可得,AB 杆对球的作用力、绳子对球的拉力的合力,与小球重力等值反向,令AB 杆对小球的作用力与水平方向夹角为α,可得：tan α＝G F 拉＝43,α＝53°,故D 项正确.18．如图所示,与水平面夹角为30°的固定斜面上有一质量m ＝1.0 kg 的物体.细绳的一端与物体相连.另一端经摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧秤相连.物体静止在斜面上,弹簧秤的示数为4.9 N.关于物体受力的判断(取g＝9.8 m/s2).下列说法正确的是( )A．斜面对物体的摩擦力大小为零B．斜面对物体的摩擦力大小为4.9 N,方向沿斜面向上C．斜面对物体的支持力大小为4.9 3 N,方向竖直向上D．斜面对物体的支持力大小为4.9 N,方向垂直斜面向上【解析】因物体的重力沿斜面方向的分力mg sin 30°＝1×9.8×0.5 N＝4.9 N,与弹簧秤的示数相等,故斜面对物体的摩擦力大小为0,则选项A正确,选项B错误；斜面对物体的支持力大小为mg cos 30°＝1×9.8×32 N＝4.93 N,方向垂直斜面向上,则选项C、D错误.19．如图所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面,m2在空中),力F与水平方向成θ角．则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是( )A．N＝m1g＋m2g－F sinθB．N＝m1g＋m2g－F cosθC．f＝F cosθD．f＝F sinθ【解析】本题考查整体法和隔离法及受力分析、物体平衡条件应用等知识点,意在考查考生对新情景的分析能力和综合运用知识的能力．把两个物体看做一个整体,由两个物体一起沿水平方向做匀速直线运动可知水平方向f＝F cosθ,选项C正确,D错误；设轻弹簧中弹力为F1,弹簧方向与水平方向的夹角为α,隔离m2,分析受力,由平衡条件知,在竖直方向有,F sinθ＝m2g＋F1sinα,隔离m1,分析受力,由平衡条件知,在竖直方向有,m1g＝N＋F1sinα,联立解得,N＝m1g＋m2g－F sinθ,选项A正确,B错误．20. 如图,光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内,A端与水平面相切.穿在轨道上的小球在拉力F作用下,缓慢地由A向B运动,F始终沿轨道的切线方向,轨道对球的弹力为N.在运动过程中( )A．F增大,N减小 B．F减小,N减小C．F增大,N增大 D．F减小,N增大【解析】选A 小球一直受到重力、支持力、拉力作用,根据共点力平衡,有：F＝mg sin α,N＝mg cos α(α是小球转过的角度),随着夹角的增大,支持力逐渐减小,拉力逐渐增大,A项正确.21.如图,一不可伸长的光滑轻绳,其左端固定于O点,右端跨过位于O′点的固定光滑轴悬挂一质量为M的物体；OO′段水平,长度为L；绳上套一可沿绳滑动的轻环.现在轻环上悬挂一钩码,平衡后,物体上升L.则钩码的质量为( )A.22M B.32MC.2MD.3M【解析】选D 平衡后,物体上升L,说明环下移后,将绳子拉过来的长度为L,取环重新平衡的位置为A点,则OA＝O′A＝L,由图可得mg＝3Mg,选项D正确.22．如图,在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用,F平行于斜面向上.若要物块在斜面上保持静止,F的取值应有一定范围,已知其最大值和最小值分别为F1和F2(F2＞0).由此可求出( )A．物块的质量B．斜面的倾角C．物块与斜面间的最大静摩擦力C．物块对斜面的正压力【解析】选C 本题考查受力分析、力的分解、摩擦力、平衡条件及其相关知识,意在考查考生分析解决问题的能力.设斜面倾角为θ,斜面对物块的最大静摩擦力为f.平行于斜面的外力F取最大值F1时,最大静摩擦力f方向沿斜面向下,由平衡条件可得：F1＝f＋mg sin θ；平行于斜面的外力F取最小值F2时,最大静摩擦力f方向沿斜面向上,由平衡条件可得：f＋F2＝mg sin θ；联立解得物块与斜面间的最大静摩擦力f＝(F1－F2)/2,选项C正确.23．如图所示,用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂,小球处于静止状态,弹簧A与竖直方向的夹角为30°,弹簧C水平,则弹簧A、C的伸长量之比为( )A.3∶4 B．4∶ 3C．1∶2 D．2∶1【解析】选D 本题考查共点力平衡问题,意在考查考生利用整体法处理平衡问题的能力.将两小球及弹簧B 视为一个整体系统,该系统水平方向受力平衡,故有kΔx A sin 30°＝kΔx C,可得Δx A∶Δx C＝2∶1,D项正确. 24．如图,一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对球的压力大小为N1,球对木板的压力大小为N2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置.不计摩擦,在此过程中( )A．N1始终减小,N2始终增大B．N1始终减小,N2始终减小C．N1先增大后减小,N2始终减小D．N1先增大后减小,N2先减小后增大【解析】对小球受力分析,如图所示.根据物体的平衡条件,可将三个力构建成矢量三角形,随着木板顺时针缓慢转到水平位置,球对木板的压力大小N2逐渐减小,墙面对球的压力大小N1逐渐减小,故B对.25．如图所示,半圆形槽半径R＝30 cm,质量m＝1 kg的小物块在沿半径方向的轻弹簧挤压下处于静止状态.已知弹簧的劲度系数k＝50 N/m,自由长度L＝40 cm,一端固定在圆心O处,弹簧与竖直方向的夹角为37°.取g＝10 m/s2,sin 37°＝0.6,cos 37°＝0.8.则（）A．物块对槽的压力大小是15 NB．物块对槽的压力大小是13 NC．槽对物块的摩擦力大小是6 ND．槽对物块的摩擦力大小是8 N【解析】物块受重力mg、支持力N、弹簧的弹力F、沿半圆形槽切线向上的静摩擦力f,根据共点力平衡条件,切线方向上有mg sin 37°＝f,半径方向上有F＋mg cos 37°＝N,根据胡克定律,F＝k·Δx＝50×（0.4－0.3） N＝5 N,解得f＝6 N,N＝13 N,选项B、C正确.26．如图所示,置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机．三脚架的三根轻质支架等长,与竖直方向均成30°角,则每根支架中承受的压力大小为( )A.13mg B.23mgC.36mg D.239mg【解析】本题考查力的平衡,意在考查考生受力分析的能力．题中每根支架对照相机的作用力F沿每根支架向上,这三个力的合力等于照相机的重力,所以有3F cos30°＝mg,得F＝mg3cos30°＝239mg,故选项D正确．27．(多选)如图10所示,两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动,在O点悬挂一重物M,将两相同木块m紧压在竖直挡板上,此时整个系统保持静止.F f表示木块与挡板间摩擦力的大小,F N 表示木块与挡板间正压力的大小.若挡板间的距离稍许增大后,系统仍静止且O1、O2始终等高,则( )图10A．F f变小B．F f不变C ．F N 变小D ．F N 变大【解析】BD 对O 点受力分析如图甲所示.竖直方向有2F T cos θ＝Mg ,所以F T ＝Mg2cos θ,当θ增大时,F T 增大.对m 受力分析如图乙所示,F T ′＝F T .水平方向有F T ′sin θ＝F N ,当θ增大时,F T 增大,F T ′增大,sin θ增大,所以F N 增大；竖直方向有F T ′cos θ＋mg ＝F f ′,解得F f ＝Mg2＋mg ,所以F f 不变.28．如图11所示,小球用细绳系住,绳的另一端固定于O 点.现用水平力F 缓慢推动斜面体,小球在斜面上无摩擦地滑动,细绳始终处于直线状态,当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平,此过程中斜面对小球的支持力F N 以及绳对小球的拉力F T 的变化情况是( )图11A ．F N 保持不变,F T 不断增大B ．F N 不断增大,F T 不断减小C ．F N 保持不变,F T 先增大后减小D ．F N 不断增大,F T 先减小后增大【解析】D 推动斜面时,小球始终处于平衡状态,根据共点力的平衡条件解决问题.选小球为研究对象,其受力情况如图所示,用平行四边形定则作出相应的“力三角形OAB”,其中OA 的大小、方向均不变,AB 的方向不变,推动斜面时,FT 逐渐趋于水平,B 点向下转动,根据动态平衡,FT 先减小后增大,FN 不断增大,选项D 正确.29.气象研究小组用图示简易装置测定水平风速.在水平地面上竖直固定一直杆,质量为m 的薄空心塑料球用细线悬于杆顶端O ,当水平风吹来时,球在水平风力的作用下飘起来.已知风力大小正比于风速,当风速v 0=3m/s 时,测得球平衡时细线与竖直方向的夹角θ=30°.则A ．细线拉力与风力的合力大于mgB ．若风速增大到某一值时,θ 可能等于90°C ．细线拉力的大小为cos mgD ．θ=60°时,风速v=6m/s 【解析】A 、小球受重力、拉力、风力处于平衡,如图所示,则拉力和风力的合力等于重力,选项A 错误. B 、风速增大,θ不可能变为90°,因为绳子拉力在竖直方向上的分力与重力平衡,故B 错误．C 、由合成法可求得,选项C 正确.根据共点力平衡知风力F=mgtanθ,θ变为原来的2倍,则风力变为原来的3倍,因为风力大小正比于风速和球正对风的截面积,所以风速v=9m/s,故D 错误.30．如图甲所示,两段等长细线串接着两个质量相等的小球a 、b ,悬挂于O 点．现在两个小球上分别加上水平方向的外力,其中作用在b 球上的力大小为F 、作用在a 球上的力大小为2F ,则此装置平衡时的位置可能如图乙中( )【解析】本题主要考查共点力平衡的条件及其应用和力的合成与分解的运用,意在考查学生灵活应用整体法和隔离法解决问题的能力．设两个小球的质量均为m ,Oa 与ab 和竖直方向的夹角分别为α、β.以两个小球组成的整体为研究对象,分析其受力情况,如图1所示,根据平衡条件可知,Oa 绳的方向不可能沿竖直方向,且有tan α＝F2mg .以b 球为研究对象,分析其受力情况,如图2所示,由平衡条件得：tan β＝Fmg .因此α<β.选项C 正确．31.如图所示,两段等长的细线将质量分别为2m 和m 的小球A 、B 悬挂在O 点,小球A 受到水平向右、大小为4F的恒力作用,小球B受到水平向左、大小为F的恒力作用,当系统处于静止状态时,可能出现的状态是（）【解析】设系统处于静止状态时,小球A的悬线张力为T A与竖直方向夹角为、小球B的悬线张力为T B与竖直方向夹角为,分析小球B的受力应满足①、②,由此可知小球B的悬线张力方向应为斜向右上方,故D错误；分析小球A的受力有③、④,联立①②③④可得,因悬线等长可知B正确、AC错误.32.如图所示半圆柱体P固定在水平地面上,其右端有一固定放置的竖直挡板MN．在半圆柱体P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q,整个装置处于平衡状态．现使MN保持竖直并且缓慢地向右平移,在Q滑落到地面之前的此过程中,下列说法中正确的是（）A．MN对Q的弹力逐渐减小 B．MN对Q的弹力保持不变C．P对Q的作用力逐渐增大 D．P对Q的作用力先增大后减小【解析】对圆柱体Q受力分析,受到重力、杆MN的支持力和半球P对Q的支持,如图：重力的大小和方向都不变,杆MN的支持力方向不变、大小变,半球P对Q的支持力方向和大小都变,然后根据平衡条件,得到N1=mgtanθ,N2＝,由于θ不断增大,故N1不断增大,N2也不断增大,故C正确.33.某小孩在广场游玩时,将一氢气球系在了水平地面上的砖块上,在水平风力的作用下,处于如图12所示的静止状态.若水平风速缓慢增大,不考虑气球体积及空气密度的变化,则下列说法中正确的是（）A．细绳受到的拉力逐渐减小B．砖块受到的摩擦力可能为零C．砖块可能被绳子拉离地面 D．砖块对地面的压力保持不变【解析】以气球和砖块整体为研究对象,分析受力如图1,根据平衡条件得：竖直方向：N+F1=G1+G2,水平方向：f=F,气球所受的浮力F1、气球的重力G1、砖块的重力G2都不变,则地面对砖块的支持力N不变,地面受到砖块的压力也不变．在砖块滑动前,当风力F增大时,砖块所受的摩擦力增大,当砖块滑动后受到的摩擦力f=μN保持不变,B错误.由于地面对砖块的支持力N=G1+G2-F1保持不变,与风力无关,所以当风力增大时,砖块连同气球一起不可能被吹离地面,C错误.以气球为研究对象,分析受力如图2所示：气球受力：重力G1、空气的浮力F1、风力F、绳子的拉力T．设绳子与水平方向的夹角为α,当风力增大时,α将减小．根据平衡条件得竖直方向有：F1=G1+Tsi nα,当α减小时,sinα减小,而F1、G1都不变,则绳子拉力T增大．故A错误．故选：D．二、非平衡状态下受力分析34．(多选)如图,物块a、b和c的质量相同,a和b,b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在a 上的细线悬挂于固定点O,整个系统处于静止状态．现将细线剪断．将物块a的加速度的大小记为a1,S1和S2相对于原长的伸长分别记为Δl1和Δl2,重力加速度大小为g.在剪断的瞬间( )A．a1＝3g B．a1＝0。
高中物理竞赛试题及答案
高中物理竞赛试题及答案1. 题目：一物体从静止开始做匀加速直线运动，第3秒内通过的位移为15米，求物体的加速度。
答案：根据匀加速直线运动的位移公式，第3秒内的位移为\(\frac{1}{2}a(3^2) - \frac{1}{2}a(2^2) = 15m\)，解得\(a =4m/s^2\)。
2. 题目：一个质量为2kg的物体在水平面上以10m/s的速度做匀速直线运动，若受到一个大小为5N的水平力作用，求物体的加速度。
答案：根据牛顿第二定律，\(F = ma\)，所以\(a = \frac{F}{m} =\frac{5N}{2kg} = 2.5m/s^2\)。
3. 题目：一个质量为1kg的物体从10m高处自由下落，忽略空气阻力，求物体落地时的速度。
答案：根据自由落体运动的公式，\(v^2 = 2gh\)，代入\(g =9.8m/s^2\)和\(h = 10m\)，解得\(v = \sqrt{2 \times 9.8 \times 10} = 14.1m/s\)。
4. 题目：一物体在水平面上以10m/s的速度做匀速圆周运动，半径为5m，求物体所受的向心力。
答案：根据向心力公式，\(F = \frac{mv^2}{r}\)，代入\(m = 1kg\)，\(v = 10m/s\)，\(r = 5m\)，解得\(F = \frac{1 \times 10^2}{5}= 20N\)。
5. 题目：一物体从高度为20m的斜面顶端以10m/s的初速度滑下，斜面倾角为30°，求物体滑到斜面底端时的速度。
答案：根据能量守恒定律，\(mgh + \frac{1}{2}mv_0^2 =\frac{1}{2}mv^2\)，代入\(g = 9.8m/s^2\)，\(h = 20m\)，\(v_0 = 10m/s\)，\(\theta = 30°\)，解得\(v = \sqrt{2gh\cos\theta + v_0^2} = \sqrt{2 \times 9.8 \times 20 \times\frac{\sqrt{3}}{2} + 10^2} = 22.6m/s\)。
物理奥赛真题力学答案解析
物理奥赛真题力学答案解析近几年，物理奥赛在高中生中的知名度不断提高，越来越多的学生加入到物理奥赛的行列中。
而力学部分作为物理奥赛的重点考察内容之一，对于学生来说是一个重要的关卡。
本文将通过解析物理奥赛中的力学题目，帮助大家更好地理解力学的知识点和解题方法。
首先，我们来看一道典型的力学题目：题目：一辆质量为m的小车，以v速度匀速通过一个半径为R的水平弯道，小车与弯道之间的摩擦系数为μ。
在这个过程中，弯道对小车的作用力分别是什么？解析：根据题目中给出的条件，我们可以利用力学知识来分析此题。
在小车通过弯道的过程中，存在两个力作用在小车上：重力和摩擦力。
重力始终指向地面的垂直方向，记作G。
而摩擦力则是由弯道对小车的作用力所产生的，记作F。
根据题目描述，我们可以推导出以下关系式：G = mg （1）N = mg （2）F = μN （3）式中，m为小车的质量，g为重力加速度，N为弯道对小车的支持力，μ为摩擦系数。
由于小车以匀速通过弯道，所以其受力平衡，即水平向心力等于摩擦力。
即：mv^2/R = F。
将式（3）代入式（4）中可得：mv^2/R = μN由式（2）可得：N = mg将式（5）代入式（6）可得：mv^2/R = μmg整理得到：v^2 = μgR通过上述的解析过程，我们可以得出结论：在小车通过弯道的过程中，弯道对小车的作用力有重力和摩擦力。
其中，重力始终指向地面的垂直方向，摩擦力的大小与小车与弯道之间的摩擦系数和小车的质量有关。
此外，力学题目中常涉及到的还有动量守恒、机械能守恒、牛顿运动定律等内容。
下面我们就通过解析一道动量守恒的题目，继续深入了解力学的知识点和解题方法。
题目：一个质量为m1的小球以初速度v1碰撞一个静止的质量为m2的小球，碰撞后两个小球的速度分别是多少？解析：根据题目中给出的条件，我们可以利用动量守恒定律来解答此题。
动量守恒定律指出，在一个封闭系统中，当外力为零时，系统的总动量保持不变。
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1、（本题20分）如图6所示，宇宙飞船在距火星表面H 高度处作匀速圆周运动，火星半径为R 。
当飞船运行到P 点时，在极短时间内向外侧点喷气，使飞船获得一径向速度，其大小为原来速度的α倍。
因α很小，所以飞船新轨道不会与火星表面交会。
飞船喷气质量可以不计。
（1）试求飞船新轨道的近火星点A 的高度h 近和远火星点B 的高度h 远 ； （2）设飞船原来的运动速度为v 0 ,试计算新轨道的运行周期T 。
2，(20分)有一个摆长为l 的摆（摆球可视为质点，摆线的质量不计），在过悬挂点的竖直线上距悬挂点O 的距离为x 处（x ＜l ）的C 点有一固定的钉子，如图所示，当摆摆动时，摆线会受到钉子的阻挡．当l 一定而x 取不同值时，阻挡后摆球的运动情况将不同．现将摆拉到位于竖直线的左方（摆球的高度不超过O 点），然后放 手，令其自由摆动，如果摆线被钉子阻挡后，摆球恰巧能够击中钉子，试求x 的最小值．3，（20分）如图所示，一根长为L 的细刚性轻杆的两端分别连结小球a 和b ，它们的质量分别为m a 和 m b . 杆可绕距a 球为L/4处的水平定轴O 在竖直平面内转动．初始时杆处于竖直位置．小球b 几乎接触桌面．在杆的右边水平桌面上，紧挨着细杆放着一个质量为m 的立方体匀质物块，图中ABCD 为过立方体中心且与细杆共面的截面．现用一水平恒力F 作用于a 球上，使之绕O 轴逆时针转动，求当a 转过 角时小球b 速度的大小．设在此过程中立方体物块没有发生转动，且小球b与立方体物块始终接触没有分离．不计一切摩擦．4、把上端A 封闭、下端B 开口的玻璃管插入水中,放掉部分空气后放手,玻璃管可以竖直地浮在水中(如下图).设玻璃管的质量m=40克,横截面积S=2厘米2,水面以上部分的长度b=1厘米,大气压强P 0=105帕斯卡.玻璃管壁厚度不计,管内空气质量不计.(1)求玻璃管内外水面的高度差h.(2)用手拿住玻璃管并缓慢地把它压入水中,当管的A 端在水面下超过某一深度时,放手后玻璃管不浮起.求这个深度.(3)上一小问中,放手后玻璃管的位置是否变化?如何变化?(计算时可认为管内空气的温度不变) 5、一个光滑的圆锥体固定在水平的桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角θ=30°(如右图).一条长度为l 的绳(质量不计),一端的位置固定在圆锥体的顶点O 处,另一端拴着一个质aObABCDF量为m 的小物体(物体可看作质点,绳长小于圆锥体的母线).物体以速率v 绕圆锥体的轴线做水平匀速圆周运动(物体和绳在上图中都没画出).6、(13分) 一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ 提升井中质量为m 的物体,如图所示.绳的P 端拴在车后的挂钩上,Q 端拴在物体上.设绳的总长不变,绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计.开始时,车在A 点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长为H.提升时,车加速向左运动,沿水平方向从A 经过B 驶向C.设A 到B 的距离也为H,车过B 点时的速度为v B .求在车由A 移到B 的过程中,绳Q 端的拉力对物体做的功.7.在两端封闭、内径均匀的直玻璃管内,有一段水银柱将两种理想气体a 和b 隔开.将管竖立着,达到平衡时,若温度为T,气柱a 和b 的长度分别为l a 和l b ;若温度为T ＇,长度分别为l 抋和l 抌.然后将管平放在水平桌面上,在平衡时,两段气柱长度分别为l 攁和l 攂.已知T 、T 挕8．如图所示，质量为Kg M 9=的小车放在光滑的水平面上，其中AB 部分为半径R=0.5m 的光滑41圆弧，BC 部分水平且不光滑，长为L=2m ，一小物块质量m=6Kg ，由A 点静止释放，刚好滑到C 点静止（取g=102s m ），求：①物块与BC 间的动摩擦因数②物块从A 滑到C 过程中，小车获得的最大速度9.．如图所示，在光滑水平面上放一质量为M 、边长为l 的正方体木块，木块上搁有一长为L 的轻质光滑棒，棒的一端用光滑铰链连接于地面上O 点，棒可绕O 点在竖直平面内自由转动，另一端固定一质量为m 的均质金属小球．开始时，棒与木块均静止，棒与水平面夹角为α角．当棒绕O 点向垂直于木块接触边方向转动到棒与水平面间夹角变为β的瞬时，求木块速度的大小．10 如图所示，一半径为R 的金属光滑圆环可绕其竖直直径转动．在环上套有一珠子．今逐渐增大圆环的转动角速度ω，试求在不同转动速度下珠子能静止在环上的位置．以珠子所停处的半径与竖直直径的夹角θ表示．11如图所示，一木块从斜面AC 的顶端A 点自静止起滑下，经过水平面CD 后，又滑上另一个斜面DF ，到达顶端F 点时速度减为零。
两斜面倾角不同，但木块与所有接触面间的摩擦系数相同，若AF 连线与水平面夹角为θ，试求木块与接触面间的滑动摩擦系数μ。
12.图中的AOB 是游乐场中的滑道模型，它位于竖直平面内,由两个半径都是R 的1/4圆周连接而成，它们的圆心1O 、2O 与两圆弧的连接点O 在同一竖直线上．B O 2沿水池的水面．一小滑块可由弧AO 的任意点从静止开始下滑．1．若小滑块从开始下滑到脱离滑道过程中，在两个圆弧上滑过的弧长相等，则小滑块开始下滑时应在圆弧AO 上的何处？（用该处到1O 的连线与竖直线的夹角表示）．2．凡能在O 点脱离滑道的小滑块，其落水点到2O 的距离如何？参考解答m Rω θr mg图A Fθ1参考解答：对圆轨道应用动力学，有：v 0 =HR GM+ ① 则椭圆轨道上P 点的速度：v P =202)v (v α+=21α+HR GM+ ② 对P →A 过程，机械能守恒：21m 2P v ?H R GmM + = 21m 2Av ?Ar GmM③ 比较P 、A 两点，用开普勒第二定律（此处特别注意，P 点的速度取垂直矢径的分速度）：v 0r P = v A r A ④解①②③④四式可得： r A =α++1HR 同理，对P 和B 用能量关系和开普勒第二定律，可得：r B = α-+1HR 椭圆的长半轴：a =2r r B A + = 21HR α-+ 最后对圆轨道和椭圆轨道用开普勒第三定律可得椭圆运动的周期。
答：h 近 = α+α-1R H ，h 远 = α-α+1R H ；T = 0v )H R (2+π232)11(α- 。
2.参考解答摆线受阻后在一段时间内摆球作圆周运动，若摆球的质量为m ，则速度为摆球受重力mg 和摆线拉力T 的作用，设在这段时间内任一时刻的角，则有v ，如图预解20-5所示。
用α表示此时摆线与重力方向之间的夹方程式2cos mv T mg l xα+=- （1）夹角，取运动过程中机械能守恒，令θ表示摆线在起始位置时与竖直方向的O 点为势能零点，则有关系21cos [()cos )]2mgl mv mg x l x θα-=--- （2）摆受阻后，如果后来摆球能击中钉子，则必定在某位置时摆线开始松弛，此时T ＝0，此后摆球仅在重力作用下作斜抛运动。
设在该位置时摆球速度0v v =，摆线与竖直线的夹角0αα=，由式（1）得200()cos v g l x α=-， （3）代入（2）式，求出02cos 3()cos 2l x l x θα=-+ （4）要求作斜抛运动的摆球击中C 点，则应满足下列关系式：000()sin cos l x v t αα-=， （5）20001()cos sin 2l x v t gt αα-=-+ （6） 利用式（5）和式（6）消去t ，得到220()sin 2cos g l x v αα-= （7）由式（3）、（7）得到0cos α （8） 代入式（4），求出arccos θ=⎣⎦（9）θ越大，cos θ越小，x 越小，θ最大值为/2π，由此可求得x 的最小值：(2x ，所以3)0.464x t l == （10）3..参考答案：如图所示，用b v 表示a 转过α角时b 球速度的大小，v 表示此时立方体速度的大小，则有v v =αcos b （1）由于b 作用力总是沿水平方向，相同，因同，符号相反，做功的总和为0力F 所做的功应等于球a 、b 量．现用a v 表示此时a 球速度的大小，因为度相同，l Oa 41=，l Ob 43=，所以得 b a v v 31= （2 根据功能原理可知22221cos 434321cos 4421sin 4v v v m l l g m m l l g m m l F b b b a a a +⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⋅ααα （3）将（1）、（2）式代入可得222)cos (21cos 434321cos 443121sin 4ααααb b b b a b a m l l g m m l l g m m l F v v v +⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅解得()()[]ααα2cos 18182cos 13sin 9m m m g m m F l b a b a b ++--+=v4.玻璃管A 端浮在水面上方时,管受力平衡.设管中空气压强为P 1,则管所受内外空气压力之差(竖直方向)是f=(P 1-P 0)S 0 (a)用ρ表示水的密度,P 1=P 0+ρgh, (b) 则:f=ρghS. (c)f 应与管所受重力平衡:ρghS=mg.(d)(2)管竖直没入水中后,设管A 端的深度为H,管内气柱长度为l ,则A 端所在处水内压强为:P A =P 0+H ρg, (f) 管内气压,由管内水面在水下的深度可知:为:P 2=P 0+H ρg+l ρg. (g) 管所受两者压力之差(竖直方向)为:f ＇=(P 2-P A )S=l ρgS . (h)随着管的下降,管内水面也必下降,即管内水面在水下的深度增大〔若管内水面的深度不变(或减小),则P 2不变(或减小),而因管A 端的下降,管内空气的体积却减小了,这与玻-马定律不符〕.因此,P 2增大,l 减小,故f ＇减小.当管A 端到达某一深度H 0时,f ＇与管所受重力相等,超过这一深度后,f ＇小于重力,放手后管不浮起.由此,当H=H 0时,f ＇=l ρgS=mg, (i)这时,由玻-马定律:P 2lS=P 1(b+h)S. (k)代入数值后,(3)由上一小问解答的分析可知,当管A 端的深度超过H 0时,f ＇<mg.故放手后管的位置要变化,将自行下沉.评分说明:全题14分.(1)3分;(2)和(3)共11分.(1)中,利用(a)、(b)式求出(c)式的,给2分.直接用阿基米德原理得出管(及管内空气)所受浮力(c)式的,同样给2分.利用条件(d)得出结果(e)的,再给1分.因单纯运算或数值计算(包括单位换算)错误而结果错误的,扣1分.(2)、(3),这两小问的解答中考生需要通过分析得知f ＇随着管的下降而减小,从而确定放手后管不浮起的条件和管位置的变化.故两小问一起定评分说明.利用(f)、(g)得出(h)式的,给2分.直接求浮力而得出(h)式的,同样给2分.利用平衡条件得出(j)式的,再给1分.利用玻-马定律决定H0部分,占3分.分析f＇随管的下降而减小,占4分,不要求严格论证,能说出管下降时l减小即可.用其他话说的,正确的,也可.不作分析的不给这4分.说出自行下沉的,再给1分.因单纯运算或数值计算(包括单位换算)错误而结果错误的,扣1分.g值取作10米/秒2而得出H0=0.51米的,同样给分.5、题目要求考生说明每问解法的根据.物体做水平匀速圆周运动有两种可能:一种是物体与锥体表面接触(见图1);一种是物体与锥体表面不接触(见图2).当接触时,物体受力如图1所示,T是绳对物体的拉力,N是支持力,mg是重力.物体与锥面间无摩擦.将力沿水平方向和竖直方向分解,按牛顿定律得:Tcosθ+Nsinθ=mg. (b)由(a)、(b)两式消去T,可得N跟v的关系如下:率,并将θ=30°代入,可得因为N是支持力,最小等于0,所以当v>v b时,物体不再与锥面接触.或:T=.只受重力和绳子拉力作用(如图2所示).用?表示绳与圆锥体轴线之间的夹角,将力沿水平方向和竖直方向分解,按牛顿定律得:Tcos?=mg. (e)2T2-3mgT-2m2g2=0解此方程,取合理值,得:T=2mg.评分说明:全题12分.本题要求考生说明每问解法的根据,即要求得出(c)式,并将(1)、(2)两问中的速率与(c)式相比较.这部分内容占6分.不论考生用什么方法解题,得出(c)式的给4分,再将(1)、(2)两问中的速率与(c)式比较的,再各给1分.在(1)中,列(a)、(b)式及求解占3分.(a)、(b)两式中有一个列错的,扣2分.单纯运算错误,扣1分.答案最后结果写作T=mg的,不扣分.在(2)中,列(d)、(e)式及求解占3分.(d)、(e)两式中有一个列错的,扣2分.单纯运算错误,扣1分.若误认为?=30°,扣2分.6、设绳的P端到达B处时,左边绳与水平地面所成夹角为θ,物体从井底上升的高度为h,速度为v,所求的功为W,则:因绳总长不变,所以:v=v B cosθ. (c)将(b)、(c)两式代入(a)式,得:评分说明:全题13分.列出(a)式的,给3分.列出(b)式的,给3分.列出(c)式的,给5分.列出(d)式的,给1分.最后结果正确的,再给1分.7、对于a段气体,有:对于b段气体,有:压强关系有:p b -p a =p 抇b -p 抇a ,(e)p a =p b . (f)由以上各式可得: 评分说明:全题10分.(a)、(b)、(c)、(d)四式全都列对的,给4分;部分列对但无列错的,给1分;有列错的,不给分.(e)式列对给3分;(f)式列对给1分. 最后结果正确再给2分.8．解：由A 点滑到C 点，物块静止，由于系统水平方向动量守恒，C 处车也静止。