夜雨聆风学习资料网 资料列表 开通 VIP 用登录 / 注册 ⌄
DOCX

物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版

查看资料信息、公开预览和下载状态。

共 22 页DOCX · 7.4MB
下载

文档在线预览

公开展示前 10 页
100%
1
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第1页预览
2
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第2页预览
3
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第3页预览
4
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第4页预览
5
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第5页预览
6
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第6页预览
7
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第7页预览
8
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第8页预览
9
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第9页预览
10
《物理二模模拟卷02(北京专用)(全解全析)_高考一二三轮复习_物理_2026年-物理高考专项复习_2026年高考第一二三次模拟考试物理-G181_高考物理第二次模拟卷25套_2026版》第10页预览

本文档共 22 页 剩余 12 页未展示,请下载后查阅

下载

文档文本内容

2026 年高考第二次模拟考试(北京专用)
物理·全解全析
注意事项:
1.答卷前,考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2.回答选择题时,选出每小题答案后,用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮
擦干净后,再选涂其他答案标号。回答非选择题时,将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回
第一部分
本部分共14 题,每题3 分,共42 分。在每题列出的四个选项中,选出最符合题目要求的一项。
1.
 (钍)具有放射性,发生某种衰变后变为
 (镤),衰变方程为
下列说法
正确的是(  )
A.该衰变为α 衰变
B.该衰变过程的实质是核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子
C.钍核发生衰变的过程,不仅释放出电子,而且还放出一个质子
D.16 个钍核经过三个半衰期后一定剩下2 个钍核
【答案】B
【解析】A.根据衰变方程 
,钍核(
)的质量数234 不变,原子序数从90 增
至91(镤核 
),符合β 衰变特征(质量数不变,原子序数增加1),衰变产物X 为电子,故A 错误;
B.β 衰变的实质是核内一个中子转化为一个质子和一个电子(并释放反电子中微子),原子序数增加
1,故B 正确;
C.β 衰变仅释放电子(及反中微子),质子由中子转化而来并留在核内,无质子释放,故C 错误;
D.半衰期是统计规律,适用于大量原子核,故D 错误。
故选B。
2.一列简谐横波沿x 轴正方向传播,
时的波形如图所示,P、Q、M 三质点平衡位置的坐标分别为
、
、
。已知
时,Q 点第一次到达波峰位置,则(  )
A.波源振动周期为
B.波速大小为
C.当M 点开始振动时,P 点正向上振动D.
时M 点第一次到达波峰位置
【答案】C
【解析】A.根据同侧法可知,Q 点沿y 轴正方向振动,由题意可知
可得
,故A 错误;
B.由图可知,该波的波长为
则波速为
,故B 错误;
C.M 点开始振动所用时间为
即此时P 点振动了
个周期,根据同侧法可知,
时P 点沿y 轴负方向振动,则
个周期后沿y 轴
正方向振动,故C 正确;
D.M 点开始振动到第一次到达波峰所用时间为
则M 点第一次到达波峰位置所用时间为
,故D 错误。
故选C。
3.如图所示为一定质量的某种理想气体内能U 随体积V 变化的图像,A、B 两点与坐标原点O 在一条直线
上,该气体的内能U 与热力学温度T 成正比。则该气体由状态A 到B 过程中(  )
A.压强增大
B.压强减小
C.吸收热量
D.放出热量
【答案】C
【解析】AB.由
图像可知,气体的内能
与体积
成正比,又因为气体的内能
与热力学温度
成正比,因此气体的体积
与热力学温度
成正比,根据理想气体的状态方程
可知,该气体由
状态A 到B 过程中压强保持不变,故AB 错误;
CD.气体由状态A 到B 过程中,气体的体积
增大,气体对外做功,即
气体的内能
增大,即
根据热力学第一定律
,可知
,即气体吸收热量,故C 正确,D 错误。
故选C。
4.如图所示,
、
两种单色光沿不同方向由空气射入玻璃三棱镜,经三棱镜折射后沿同一方向射出,下
列关于
光和
光的说法正确的是(    )
A.玻璃三棱镜对
光的折射率小于对
光的折射率
B.在玻璃三棱镜中,
光的传播速度比
光的传播速度小
C.
光和
光从空气射入玻璃时,频率发生变化
D.空气中
光的波长小于
光的波长
【答案】A
【解析】A.由图可知,玻璃三棱镜对
光的偏折程度较小,所以玻璃三棱镜对
光的折射率小于对
光的折射率,故A 正确;
B.根据
可知,因为玻璃三棱镜对
光的折射率小于对
光的折射率,所以在玻璃三棱镜中,
光的传播速度比
光的传播速度大,故B 错误;
C.
光和
光从空气射入玻璃时,频率不会发生变化,故C 错误;
D.因为玻璃三棱镜对
光的折射率小于对
光的折射率,所以
光的频率小于
光的频率,根据
可得,空气中
光的波长大于
光的波长,故D 错误。故选A。
5.如图所示,一底面粗糙、斜面光滑、倾角为
的斜面体放置在粗糙水平面上,斜面体上一小物块
在大小为
方向水平向左的拉力作用下保持静止。下列说法正确的是(  )
A.物块所受重力大小为
B.物块所受重力大小为
C.物块对斜面的压力大小为
D.斜面体与水平面间摩擦力大小为
【答案】B
【解析】AB.根据平衡可知
解得物块所受重力大小为
,故A 错误B 正确;
C.根据平衡结合牛顿第三定律可知,物块对斜面的压力大小为
,故
C 错误;
D.根据整体平衡结合牛顿第三定律可知,斜面体与水平面间摩擦力大小为
,故D 错误。
故选B。
6.在如图所示光电效应实验中,闭合开关后,发现无光电流,下列措施中可能会出现光电流的是
(  )
A.增大光的频率
B.增加光照时间
C.增加AK 间的电压
D.对调电源的正负极
【答案】A
【解析】A.题图可知AK 间加的为正向电压,闭合开关后,发现无光电流,说明未产生光电效应,
即此时入射光频率小于极限频率,因此增大光的频率,可能会产生光电流,故A 正确;
BCD.增加光照时间、增加AK 间的电压、对调电源的正负极,都不会改变入射光频率,仍然不会产
生光电流,故BCD 错误。
故选A。
7.如图甲所示为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为
,面积为S。匀强磁场平行于线圈
轴线穿过线圈,规定向右为磁感应强度的正方向,磁感应强度B 随时间变化的图像如图乙所示,
、
两
点的电势分别用
、
表示。下列说法正确的是(  )
A.
时刻,
B.
时间内,
始终高于
C.
时间内,
从0 均匀增加到
D.
时间内,
恒为
【答案】D
【解析】B.由楞次定律可知a 点电势低于b 点电势,故B 错误;
ACD.由法拉第电磁感应定律可知,
 时间内,磁感应强度的变化率恒定,所以
 恒为
,故AC 错误,D 正确。
故选D。
8.2023 年2 月23 日,中星26 号发射成功。假设该卫星发射后先在近地圆轨道Ⅰ做匀速圆周运动(离地面
的高度可忽略不计),在P 点瞬时点火进入椭圆转移轨道II,之后通过椭圆转移轨道II 进入地球同步圆轨
道III,如图所示。P 点和Q 点分别为轨道Ⅰ与轨道II、轨道II 与轨道III 的切点。已知地球半径为R,地球
自转周期为T,轨道Ⅲ的半径为r,下列说法正确的是(  )
A.中星26 号在转移轨道II 上从P 点到Q 点的时间大于
B.中星26 号在转移轨道II 上从P 点到Q 点机械能增大
C.中星26 号在轨道Ⅱ上经过P 点的速率与经过Q 点的速率之比为
D.中星26 号在P 点和Q 点的加速度大小之比为
【答案】C
【解析】.A.中星26 号在转移轨道II 上运动时,其半长轴为 
。同步轨道III 为圆轨道,其半
径为r,周期为T。根据开普勒第三定律 
,由于半长轴
,所以转移轨道II 的周期小于同步
轨道III 的周期 T。从P 点到Q 点的时间是转移轨道周期的一半,
,A 错误; 
B.中星26 号在转移轨道II 上从P 点到Q 点运动过程中,只受地球引力作用,因此其机械能守恒, B
错误; 
C.中星26 号在轨道II 上运动时,根据开普勒第二定律,则有
解得 
,C 正确; 
D.根据牛顿第二定律和万有引力定律,卫星在轨道上任意一点的加速度
,即 
,因此,
加速度大小之比为
,D 错误。 
故选C。
9.如图所示,有两个同心共面的金属环放置于磁感应强度
的匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向
下,两圆环的半径分别为
和
,金属杆在两圆环之间的电阻为
,以角速度
沿顺时
针方向绕O 点匀速旋转。用导线把两个环与电源和一保险丝电阻相连接。电源电动势
,内阻为
,保险丝电阻
,熔断电流为1A,则(  )
A.电路中的电流方向一定从上至下流经R
B.当
时,金属杆两端的电压为2V
C.若金属杆反向转动,只要
足够小,保险丝就不会被熔断
D.当
时,保险丝不会被熔断
【答案】B
【解析】A.由右手定则可知,金属杆绕O 点顺时针转动时,产生的电动势方向由小圆环指向大圆环,
金属杆匀速转动产生的电动势大小为
当
时,电流从上至下流经R,当
时,电流从下至上流经R,故A 错误;
B.当
时,根据金属杆匀速转动产生的电动势大小为
解得
,电流为0,此时金属杆两端的电压大小为2V,故B 正确;
C.若金属杆反向转动,
,保险丝一定会被熔断,故C 错误;
D.当
时,解得
,故D 错误。
故选B。
10.如图甲所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为
,电流表为理想交流电表,在原、副线圈的回
路中分别接有定值电阻
,滑动变阻器
,在a、b 端接入如图乙所示的交变电压。下列说法正确的
是(    )
A.副线圈中交流电的频率为100Hz
B.原线圈两端电压的有效值为36V
C.当滑动变阻器
接入电路的阻值为1Ω 时,电流表的示数为3A
D.仅将滑动变阻器的滑片P 向上滑动,
消耗的功率变大
【答案】C
【解析】A.由图可知,原线圈交流电的周期为0.02s,则交变电压的频率为
Hz,则副线圈
中交流电的频率为50Hz,故A 错误;
B.由图可知,电源电压的有效值为
V=36V
由于
的分压作用,导致原线圈两端电压的有效值小于36V,故B 错误;
CD.根据等效原理可知
当滑动变阻器
接入电路的阻值为1Ω 时,电流表的示数为
A
仅将滑动变阻器的滑片P 向上滑动,滑动变阻器
增大,则原线圈电流减小,
消耗的功率变小,故
C 正确,D 错误;
故选C。
11.人体血管中的血液通常含有大量的正负离子,若血管内径为d,血流速度v 方向水平向右。现将方向
与血管横截面平行且垂直纸面向内的匀强磁场施于某段血管,其磁感应强度大小恒为B,当血液的流速一
定时,则下列说法正确的是(  )
A.血管上侧电势低,血管下侧电势高
B.若血管内径变小,则血液流量不变
C.血管上下侧电势差与血液流速无关
D.若血管上下侧电势差变大,说明血管内径变大
【答案】D
【解析】A.根据左手定则可知正粒子向血管上侧偏转,负离子向血管下侧偏转,则血管上侧电势高,
血管下侧电势低,故 A 错误;
B.血液的流量(单位时间内流过管道横截面的液体体积),若血管内径变小,则血管的横截面积变
小,根据
可知则血液流量变小,故B 错误;
CD.稳定时,粒子所受洛伦兹力等于所受的电场力,根据
可得
,故D 正确,C 错
误。
故选D。
12.如图,正三角形三个顶点固定三个等量点电荷,其中
、
带正电,
带负电,
、
、
为
边
的四等分点,则(  )
A.点电荷
、点电荷
所受静电力大小相等
B.
、
两点的电场强度和电势都相同
C.电子在
点电势能比在
点时要小
D.电子沿直线由
点向
点移动过程中,电场力不做功
【答案】C
【解析】A.对点电荷A 进行受力分析,点电荷A 所受点电荷B 的库仑力和C 点电荷的库仑力夹角为
,所以A 所受的静电力为
对点电荷C 进行受力分析,点电荷C 所受点电荷A 的库仑力和B 点电荷的库仑力夹角为
,所以C
所受的静电力为
所以A、C 所受静电力大小不相等,故A 错误;
B.点电荷AB 在M、N 两点产生的合场强等大反向,合电势相等,点电荷C 在M、N 两点产生的电场
强度大小相等,方向不同,电势相同,根据电场强度的叠加可知M、N 两点的电场强度大小相等,方向不
相同,但电势相同,故B 错误;
C.电子从M 到O 的过程库仑力做负功,电势能增大,所以,M 点电势能比在O 点时要小,故C 正确;
D.电场线沿直线由
点向
点,所以电子沿直线由
点向
点移动过程中,电场力做负功,故D 错
误。
故选C。
13.工地上,建筑工人常使用金属木箱高效搬运细小零件。如图所示,一质量
的长方体铁箱在
水平拉力
作用下沿水平面向右做匀加速直线运动。铁箱与水平面间的动摩擦因数
。这时铁箱内
一个质量
,可视作质点的木块恰能静止在后壁上,木块与铁箱内表面间的动摩擦因数
。
设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,忽略空气阻力,重力加速度大小为
。则下列说法中不正确的
是(  )
A.此时铁箱对木块的弹力大小为
B.此时施加的水平外力
大小为
C.上述匀加速过程中,突然减小拉力至
,木块将沿铁箱左侧壁落到底部
D.上述匀加速过程中,突然减小拉力至
,木块将相对地面做平抛运动
【答案】D
【解析】A.此时木块恰静止在后壁,对木块受力分析。竖直方向
最大静摩擦力等于滑动摩擦力,即
解得
,A 选项正确;
B.对木块水平方向
解得
此时,对木块和铁箱整体分析可得
解得
,B 选项正确。
CD.当拉力减小至与地面滑动摩擦力相等时,即
箱壁与木块之间的支持力突变为0,二者分离。因此拉力大于
时,木块和铁箱未分离,可以看作整
体。对整体受力分析
,
此时木块受到摩擦力
故木块沿着箱壁左侧落到底部,C 选项正确,D 选项错误。
本题选不正确的,故选D。
14.“自由落体塔”是一种惊险刺激的游乐设备,将游客升至数十米高空,自由下落至接近地面时再减速,
让游客体验失重的乐趣,如图甲所示。物理兴趣小组设计了相关的减速模型,如图乙所示,单匝线圈质量
为m,半径为
,总电阻为R。磁场减速区有一辐向磁场,俯视图如图丙,到中心轴距离为r 处的磁感应
强度大小为
。线圈由静止开始释放,下落过程中线圈保持水平且圆心一直在中心轴上。磁场减速区
高度为
,线圈释放处离减速区下边界的高度为
,忽略一切空气阻力,重力加速度为g。下列说法正确
的是(  )
A.线圈在磁场减速区内速度可以为零
B.线圈从静止至磁场减速区下边界的过程中重力的冲量大小等于安培力的冲量大小
C.线圈刚进入磁场时受到的安培力大小为
D.线圈从静止至磁场减速区下边界的过程中产生的焦耳热为
【答案】C
【解析】C.设线圈的速度为,感应电动势为
感应电流为
安培力
线圈刚进入磁场时
安培力为
,故C 正确;
A.线圈做减速运动,速度越小安培力越小,当安培力等于线圈的重力时,线圈做匀速运动,线圈速
度不能减为零,故A 错误;
B.设线圈到达减速区下边界时速度为
,有
故有
,故B 错误;
D.根据能量守恒可得
解得
,故D 错误。
故选C。
第二部分
本部分共6 题,共58 分。
15.(8 分)用如图所示的实验装置研究匀变速直线运动的规律。
(1)除上图中所示装置外,在下面的仪器和器材中,必须使用的有 。
A.电压可调的直流电源
B.电压合适的50Hz 交流电源
C.秒表
D.刻度尺
(2)在实验过程中下列操作有必要的是 。
A.先接通打点计时器的电源,再释放小车
B.连接槽码和小车的细线应与长木板保持平行
C.垫高长木板的一端,使小车在不挂槽码时能在木板上做匀速运动
D.让槽码的质量远小于小车的质量
(3)实验中打出一条纸带如图所示,A、B、C、D、E 为纸带上标出的连续5 个计数点,相邻计数点间
的时间间隔为0.10s。从图中数据可知,在打B 点时小车的瞬时速度为          m/s,这段纸带通过打点
计时器时小车的加速度大小为          m/s2。(结果均保留两位有效数字)
【答案】(1)BD   (2)AB   (3) 0.38     0.42
【解析】(1)AB.打点计时器需要连接电压合适的50Hz 交流电源,故A 错误,B 正确;
C.通过打点计时器可以知道纸带上计数点间的时间间隔,所以不需要秒表,故C 错误;
D.需要用刻度尺测量纸带上计数点间的距离,故D 正确。
故选BD。
(2)A.为了充分利用纸带,实验时应先接通打点计时器的电源,再释放小车,故A 正确;
B.为了保持小车运动过程细线拉力恒定不变,连接槽码和小车的细线应与长木板保持平行,故B 正
确;
CD.研究匀变速直线运动的规律,只需要保证小车受到的合力恒定不变,不属于平衡摩擦力,也不需
要让槽码的质量远小于小车的质量,故CD 错误。
故选AB
(3)[1]在打B 点时小车的瞬时速度为
[2]根据逐差法可得小车的加速度大小为
16.(10 分)某实验小组利用下列器材测量某种金属丝的电阻率,金属丝的阻值约为9Ω。
除了导线和开关外,还有以下器材可供选择:
A.电源电动势
,内阻不计
B.电压表V(量程
,内阻约
)
C.电流表A(量程
,内阻约
)
D.滑动变阻器
(最大阻值
,额定电流
)
E.滑动变阻器
(最大阻值200Ω,额定电流1.25A)
(1)为了调节方便,滑动变阻器应选用        。(选填选项前的字母)
(2)请根据图1 补充完成图2 中实物间的连线        。
(3)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图3 所示,其读数为
        mm。
(4)该小组测得金属丝接入电路的有效长度L、直径D、电阻
,由此得出金属丝的电阻率
  
 
。(用L、D 和
表示)
(5)该小组又设计了如图所示的另一种实验方案测量该金属丝的电阻率。
该小组按规范操作完成了实验器材的连接。在测量过程中,先闭合开关S0,再将S 与1 端相连,电压
表读数记为U1;然后将S 与2 端相连,电压表读数记为U2。改变滑动变阻器的阻值,重复上述实验步骤记
录多组电压值,作出
图像,如图所示。已知图线的斜率为k,金属丝接入电路的有效长度为L、直
径为D,定值电阻的阻值为R0。不考虑电压表内阻的影响,可求得金属丝的电阻率ρ=        。(用L、
D、R0和k 表示)
【答案】(1)D   (2)见解析    (3)0.730/0.731/0.729   (4)
   (5)
【解析】(1)金属丝电阻约为9Ω,同时电路为分压式,为了电路方便调节,滑动变阻器应选用D。
(2)根据电路图连接实物图,实物图如下
(3)根据螺旋测微器测量原理,其读数
(4)根据电阻定律公式可知
又
联立解得
(5)根据串联电路特点
化简得
图线的斜率为k,则
联立
,
解得
17.(8 分)斜雪道顶端以水平速度
飞出,恰好落到倾斜雪道底端。雪道顶端高度为h,重力加速度为
g、运动员的质量为m。不计空气阻力,求:
(1)运动员在空中运动的时间t1;
(2)运动员落回雪道时的速度v;
(3)当运动员落到斜面时,重力的瞬时功率P。
【答案】(1)
(2)
,方向与水平方向成
角,满足
(3)
【解析】(1)运动员从雪道顶端飞出过程可视为平抛运动,在竖直方向上
解得
(2)运动员在水平方向的分速度
 
运动员在竖直方向的分速度
运动员落回雪道时的速度
设合速度与水平方向夹角为
,则
(3)根据重力的瞬时功率公式
将
代入得
18.(10 分)如图所示,有两个相同的平行金属极板水平正对放置,OO'为平行于极板的中线。两极板间
的距离为d,极板长度为L,极板间电压为U。一质量为m、电荷量为q 的带正电粒子以初速度v 从O 点沿
OO'射入电场,并从两极板右侧射出电场。两极板间的电场可看作匀强电场,不计粒子所受重力。求:
(1)粒子在电场中运动的加速度大小a。
(2)粒子在电场中偏离OO′的距离y。
(3)粒子穿出电场时的动能Ek。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)根据牛顿第二定律有粒子在电场中的加速度大小为
匀强电场的电势差与电场强度的关系为
又
联立解得
。
(2)粒子做类平抛运动,水平方向上有
竖直方向上有
联立解得
。
(3)根据动能定理有
其中
联立解得
19.(10 分)如图所示,直角坐标系
中第Ⅰ象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场。第Ⅱ、Ⅲ象限内有
两平行板电容器
、
,其中
垂直
轴放置,极板与
轴相交处存在小孔
、
;
垂直
轴放置,
上、下极板右端分别紧贴
轴上的
、
点。一质量为
、带电量为
的粒子在小孔
处由静止释放,经
电场加速后从小孔
射出,紧贴
下极板进入
,之后从
点进入第Ⅰ象限,经磁场偏转后恰好从点
垂直
轴射出。已知
、
点间距为
,两平行板电容器
、
的板间电压均为
,板间电场均视为匀强
电场,忽略边缘效应。不计粒子重力及空气阻力。求:
(1)粒子经过
点时的速度大小
;
(2)粒子经过
点时的速度方向与
轴正方向的夹角
;
(3)磁场的磁感应强度大小
。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)对粒子在平行板电容器
中的运动列动能定理方程有
解得粒子经过
点时的速度大小为
(2)粒子在平行板电容器
中做类平抛运动,其水平方向为匀速直线运动,速度大小为
竖直方向为从静止开始的匀加速直线运动,设其加速度为
,则根据牛顿第二定律有
解得
根据匀变速直线运动速度与位移的关系式有
解得粒子经过
点时竖直方向的速度为
所以粒子经过
点时的速度方向与
轴正方向夹角的正切值为
解得
(3)粒子在磁场中运动的轨迹如图所示:
则根据几何关系有
解得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的速度为,则有
则根据牛顿第二定律有
解得磁场的磁感应强度大小为
20.(12 分)简谐运动与匀速圆周运动具有巧妙的联系。
(1)如图1 所示,固定在竖直圆盘上的小球A 随着圆盘以角速度
沿顺时针方向做半径为
的匀速圆周
运动。用竖直向下的平行光照射小球A,在圆盘下方的屏上可以观察到小球A 在
方向上的“影子”的运
动,可以证明,“影子”的运动为简谐运动。
a.零时刻小球A 在圆盘最上端,写出“影子”的位移
随时间变化的关系式;
b.写出“影子”的最大速度
。
(2)未来人类设计的穿过地球的真空列车隧道,可使列车在地球表面任意两地间的运行时间大大缩短。
如图2 所示,假想凿通一条贯穿地心的极窄且光滑的隧道,只在引力作用下,人们可乘坐列车通过该隧道
直通地球彼岸。已知列车的质量为
,地球质量为
、半径为
,引力常量为
。为简化研究,列车视为
质点,地球视为质量分布均匀的球体,忽略地球自转,不计空气阻力。
a.已知质量均匀分布的球壳内的质点所受万有引力的合力为零,以地心
为原点,沿隧道方向建立
轴,求列车在隧道内
处受到的引力大小;
b.根据匀速圆周运动与简谐运动的关系,计算列车通过隧道所用的时间
;
c.修建如图3 所示的光滑隧道,图中
为隧道的中点。列车(不需要引擎)从
点由静止进入光滑隧
道,在引力作用下,到达隧道另一端
点,所用时间为
。试比较
与
大小。
【答案】(1)a.
;b.
(2)a.
;b.
;c.
【解析】(1)a.设经过时间t 小球与圆心连线转过的角度为φ,小球A 的“影子”的位移为x=Rsinφ
又因为φ=ωt
解得x=Rsinωt
b.小球A 在最高点或最低点时“影子”的速度最大,则“影子”的最大速度
。
(2)a.地球内部半径为
的球体对
的万有引力
其中
解得
     
b.近地卫星绕地球做匀速圆周运动,由牛顿第二定律
由图1 可知,列车在隧道内简谐运动周期与近地卫星运动周期相同,均为
,列车通过隧道所用的时
间
解得
c.设列车与地心之间的距离为,则列车所受地球的万有引力为
其中
解得
万有引力在A、B 连线方向上的分力
解得
考虑方向,
令
,则
即列车在A、B 之间做简谐运动。
列车在两个隧道做简谐运动时,回复力与位移的关系相同,运动周期与振幅无关,简谐运动的周期相
同,列车从隧道一端到另一端的运动时间为周期的一半,即
。