1、实验题、计算题专项练(一)22(5分)某实验小组采用如图所示的实验装置探究加速度a与合外力F和质量M的关系(质量M为小车和与小车固定连接的小滑轮两者质量之和)，钩码总质量用m表示重力加速度g已知，滑轮上的摩擦可忽略试回答下列问题：(1)该实验_需要_平衡小车和长木板之间的摩擦力_不需要_满足“Mm”(两空均选填“需要”或“不需要”)利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：A利用公式a计算；B根据a，利用逐差法计算两种方案中，你认为选择方案_B_比较合理(2)若利用该实验装置做探究小车的合外力和加速度的关系实验，操作过程完全正确，通过对数据进行分析，作出的aF图线如图所示(图中F为弹簧测
2、力计示数)，实验对应的图线的斜率是 .【解析】(1)探究物体的加速度a、合外力F和质量M之间的定量关系，实验中所用到的力是合外力，需要平衡摩擦力由于弹簧测力计测量的力在平衡摩擦力后就是小车受到的力的一半，故不需要满足Mm.实验选取数据时通常会选用点迹清晰的一段，不一定要从第一个点开始选用，利用逐差法计算对选取的纸带区域没有限制，为了减小误差，通常选用逐差法计算加速度(2)本实验平衡摩擦力后，小车的加速度a，所以图线的斜率是.23(10分)某学习小组在一次探究活动中，发现了一个玩具电风扇，风扇上的铭牌已破损，只能看到“额定电压：3 V”，风扇能正常使用他们想知道风扇电机在不同电压下的工作情况，就
3、设计了如图1所示的测量电路实验室能提供的器材有：电流表A(03 A，内阻约0.1 )；电压表V1(04.5 V，内阻约5 k)；电压表V2(09 V，内阻约10 k)；滑动变阻器R1(0200 )；滑动变阻器R2(010 )；直流电源E1(4.5 V，内阻可不计)；开关S及导线若干(1)为了使测量尽量准确，测量数据尽可能多，电压表应选_V1_，滑动变阻器应选_R2_.(均填器材代号)(2)图2中已连接了部分导线，请按实验要求将实物图中的连线补充完整(3)下表为小明在实验测量中得到的风扇电动机的电压U与电流I的一系列相关数据(电压约0.8 V时，风扇才开始缓慢转动)利用表中数据，在图3中画出电动
4、机的UI图线U/V0.20.40.60.81.21.62.02.42.83.2I/A0.380.811.191.551.701.881.951.982.002.03(4)根据绘制的UI图线，对电机的工作情况，进行简单说明：_从UI图线可以看到，00.8_V图线是直线，电机内阻R约为0.5_，0.8_V后电机开始逐步启动，3_V时电流约2.0_A左右，电机的额定功率约6_W(2分)(答案合理即可)_【答案】(1)V1；R2(2)连线电路如图所示(3)绘制UI图线如图所示(4)见解析【解析】(1)直流电源为E1，采用分压接法，电压表应选V1，滑动变阻器选R2，调节范围宽，测量误差小(2)实物连线如
5、下图(3)UI图线如下图(4)从UI图线可以看到，00.8 V图线是直线，电机内阻R约为0.5 ，0.8 V后电机开始逐步启动，3 V时电流约2.0 A左右，电机的额定功率约6 W(合理即可)24(12分)摩托车竞技表演是一项极具挑战性和观赏性的体育活动如图所示，一摩托车竞技爱好者从较远处启动，助力加速，以速度v0冲出斜坡后关闭发动机，摩托车和运动员的总质量为M，冲出后速度先减小到0.8v0，而后速度逐渐增大河对岸有一与左岸对称的斜坡，斜坡顶端有一圆弧轨道与之相切竞技爱好者和摩托车到达对岸后恰好沿圆弧轨道运动，运动过程中忽略空气阻力和摩擦力，重力加速度为g.则(1)竞技爱好者跨越的河道宽度d是
6、多少？(2)为了确保竞技爱好者顺利通过圆轨道的最高点，则右侧的竖直圆弧轨道的最大半径是多少？【答案】(1)(2)【解析】(1)竞技爱好者飞越河道时，在上升过程中是平抛运动的逆过程，然后从最高点开始做平抛运动，设在空中飞行的时间为t，斜面的倾角为，由题意可得vx0.8v0(1分)cos (1分)则37(1分)从斜坡飞出时，沿竖直方向的分速度vyv0sin0.6v0(1分)则时间t，(1分)河宽dvxt(1分)(2)为了确保安全，摩托车必须顺利通过最高点A，由题意可得FNMg(2分)FN0(1分)从落点到最高点由机械能守恒可得：MvMvMg(Rcos R)(1分)由以上可得R(1分)故最大半径为R
7、max(1分)25(20分)在某一坐标系第一象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，在第二象限存在竖直向上的匀强电场1，在第四象限存在竖直向下的匀强电场2，一质量为m，电荷量为q的球形带电粒子a从沿x轴正方向以速度v0射出，在y轴某点处进入磁场，速度方向与y轴夹角为53，在磁场中运动一段时间后沿垂直于x轴的方向与静止在x轴上M点且与入射粒子形状大小一样但质量为2m的不带电粒子b发生弹性正碰，碰后电荷量重新平均分配，经过一段时间，两粒子会再次先后通过x轴上的某一点，粒子所受重力不计(sin 530.8，cos 530.6)求：(1)电场1的电场强度E1，磁场的磁感应强度B；(2)碰撞后两粒子的速度大小分
8、别是多少；(3)若电场2的电场强度为E2，则两粒子碰撞后第一次先后经过x轴上同一点(M点除外)的时间间隔是多少？若粒子a先通过该点，则电场2的电场强度应该满足什么条件？【答案】(1)E1B(2)v1v0v2v0(3)t，E2【解析】(1)设粒子a从沿x轴正方向以速度v0射出，在y轴P点处进入磁场，速度方向与y轴夹角为53，可知此时粒子a速度为v，与水平方向夹角为37，由于粒子此过程为类平抛运动，根据相关规律，得：Lv0tv0tan 37atqE1ma(1分)联立解得：E1(1分)此过程中粒子a下降的距离hat2L粒子a到达y轴的P点坐标为(1分)粒子a进入磁场后的速度为v，vv0，方向与y轴夹
9、角为53，在磁场中做匀速圆周运动，沿垂直于x轴的方向到达x轴上的M点若粒子a在磁场中运动的轨道半径为R，由几何关系可得：Rsin 53L即R2L(1分)根据带电粒子在磁场中运动规律及牛顿第二定律，得qvBm(1分)解得：B(1分)(2)在M点，粒子a与粒子b发生弹性碰撞，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，设碰后粒子a与粒子b的速度大小分别为v1和v2，以向下为正方向，则可得：mvmv12mv2(1分)mv2mv(2m)v(1分)解得v1v0(1分)v2v0(1分)(3)粒子a与粒子b形状大小一样，发生弹性碰撞后电荷量平分，每个粒子带电荷量均为，设两粒子碰后第一次先后通过的点为N点，由第(2)问可
10、知，粒子a碰后反弹，在磁场中做圆周运动，半径为R1；粒子b进入电场2后匀变速直线运动，返回磁场后做匀速圆周运动，半径为R2；由v1Bm得R1L(1分)v2B2m得R2L(1分)因为R24R1的关系，则粒子b进入磁场后转过半个圆周到达N点；粒子a运动半个圆周后到达x轴进入电场，在电场里匀变速直线运动，返回磁场后做匀速圆周运动，如此运动在磁场中转过四个半圆周，在电场中往返三次到达N点设粒子a和粒子b在磁场中的运动周期为T1和T2T1T2(1分)设粒子a和粒子b在电场中运动时做匀减速的时间分别为t1和t2，E2ma1E22ma2(1分)t1t2(1分)因为加速时间与减速时间相等，粒子a与粒子b碰后到达N点的时间分别为：ta46t1(1分)tb2t2(1分)则粒子a与粒子b碰后先后到达N点的时间间隔为t(1分)若粒子a先通过该点，则tatb0(1分)解得：E2(1分)
