人教版物理必修3同步练习: 12.4 能源与可持续发展(优生加练)

如图所示，不带电物体A和带电的物体B用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接，A、B的质量分别为2m和m，劲度系数为k的轻弹簧一端固定在水平面上，另一端与物体A相连，倾角为θ的斜面处于沿斜面向上的匀强电场中，整个系统不计一切摩擦．开始时，物体B在一沿斜面向上的外力F=3mgsinθ的作用下保持静止且轻绳恰好伸直，然后撤去外力F，直到物体B获得最大速度，且弹簧未超过弹性限度，则在此过程中（　　）

如图所示，虚线表示等势面，相邻两等势面间的电势差相等，有一带电的小球在该电场中运动，不计小球所受的重力和空气阻力，实线表示该带正电的小球的运动轨迹，小球在a点的动能等于20eV，运动到b点时的动能等于2eV，若取C点为零电势点，则这个带电小球的电势能等于﹣6eV，它的动能等于（   ）

如图所示，质量为m的物体放在水平地面上，物体上方安装一劲度系数为k的轻弹簧，在弹簧处于原长时，用手拉着其上端P点很缓慢地向上移动，直到物体脱离地面向上移动一段距离．在这一过程中，P点的位移为H ， 则物体重力势能的增加量为（　　）

如图所示，顶角为 的“ ”形光滑直杆 固定在竖直平面内，其角平分线 竖直。质量均为m的甲、乙两小环套在杆上，并用原长为L、劲度系数为 （g为重力加速度大小）的轻质弹簧相连。开始时两环在同一高度上且弹簧处于原长状态，现将两环同时由静止释放。弹簧始终在弹性限度内，不计空气阻力。在两环沿直杆下滑的过程中，下列说法正确的是（　　）

如图所示，竖直固定的光滑直杆上套着物块A可上下自由滑动，不可伸长的细绳两端连接物块A、B跨过光滑的定滑轮放置，A、B的质量分别为m和2m，开始时用手托住物块B，绳与竖直杆之间的夹角为37°，放开物块B，B由静止开始运动，且B下降的最大高度为L， ， ，重力加速度为g，则（   ）

如图，电机带动长度 m的水平传送带以速度 m/s匀速传动，一质量为 kg的小木块以一定水平速度 从传送带左端滑入，若小木块与传送带之间的动摩擦因数为 ，当小木块与传送带相对静止时，恰好到达传送带右端，重力加速度 。则（   ）

如图所示，倾角为30°的斜面固定在水平地面上，一轻绳绕过两个轻质滑轮连接着固定点P和物体B，两滑轮之间的轻绳始终与斜面平行，物体A与动滑轮连接。已知A、B的质量均为1kg，A与斜面间的动摩擦因数为 ，重力加速度大小为10m/s² ， 将A、B由静止释放，下列说法正确的是（　　）

质量为的飞行器从地面竖直向上飞行，其速度—时间图象如图所示，取 ， 不计空气阻力，下列说法正确的是（   ）

如图所示，金属框 竖直放置且足够长，电阻为R，其他电阻均可忽略， 是一电阻可不计的水平放置的导体棒，质量为m，棒的两端分别与 、 保持良好接触，又能沿框架无摩擦下滑，整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中。当导体棒 从静止下滑经一段时间后闭合开关S，则S闭合后（   ）

如图所示，固定的水平粗糙的金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在磁感应强度方向竖直向下、大小为B的匀强磁场中。质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒间的动摩擦因数为 ，弹簧劲度系数为k，导轨和棒的电阻均可忽略。初始时刻，弹簧压缩量为 。由静止释放导体棒，棒沿导轨往复运动，最后棒停止运动，此时弹簧处于原长，运动过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。下列说法正确的是（　　）

将一质量为M的光滑斜劈固定在水平面上，一质量为m的光滑滑块（滑块可以看成质点）从斜面顶端由静止自由滑下。在此过程中，斜劈对滑块的支持力记为F_N1 ， 地面对斜劈的支持力记为F_N2 ， 滑块到达斜面底端时，相对地面的速度大小记为v、竖直分速度的大小记为v_y。若取消固定斜劈的装置，再让滑块从斜面顶端由静止下滑，在滑块的压力作用下斜劈会向左做匀加速运动，在此过程中，斜劈对滑块的支持力记为F_N1ʹ、地面对斜劈的支持力记为F_N2ʹ，滑块到达斜面底端时，相对地面的速度大小记v'、竖直分速度的大小记为v_yʹ。则下列大小关系正确的是（   ）

如图，小球套在光滑的竖直杆上，轻弹簧一端固定于O点，另一端与小球相连。现将小球从M点由静止释放，它在下降的过程中经过了N点。已知M、N两点处，弹簧对小球的弹力大小相等，且∠ONM<∠OMN< 。在小球从M点运动到N点的过程中（   ）

（多选)如图所示，一质量为m的小球固定于轻质弹簧的一端，弹簧的另一端固定于O点处，将小球拉至A处，弹簧恰好无形变，由静止释放小球，它运动到O点正下方B点时速度为v，A点与B点的竖直高度差为h，则（ ）

在一直立的光滑管内放置一轻质弹簧，上端O点与管口A的距离为 ，一质量为m的小球从管口由静止下落，将弹簧压缩至最低点B，压缩量为 ，不计空气阻力，则 　　

如图甲所示是一打桩机的简易模型。质量m=1kg的物体在拉力F作用下从与钉子接触处由静止开始运动，上升一段高度后撤去F，到最高点后自由下落，撞击钉子，将钉子打入2cm深度，且物体不再被弹起，若以初始状态物体与钉子接触处为零势能点，物体上升过程中，机械能E与上升高度h的关系图像如图乙所示。撞击前不计所有摩擦，钉子质量忽略不计， 。则（   ）

如图所示，轻质弹簧一端固定在水平面上 点的转轴上，另一端与一质量为 、套在粗糙固定直杆 处的小球(可视为质点)相连，直杆的倾角为30°， 为 的中点， 等于弹簧原长。小球从 处由静止开始下滑，初始加速度大小为 ，第一次经过 处的速度大小为 ，运动到 处速度为0，后又以大小为 的初始加速度由静止开始向上滑行。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为 。下列说法正确的是（    ）

如图所示，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速度v匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对静止这一过程，下列说法正确的是（   ）

如图所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连. 弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出). 现用水平向右的力缓慢地将物块从O点拉至A点，拉力做的功为W. 撤去拉力后让物块由静止向左运动， 经O点到达B点时速度为零. 已知物块的质量为m， AB =b， 物块与桌面间的动摩擦因数为μ， 重力加速度为g. 则上述过程中（   ）

如图所示为供儿童娱乐的滑梯的示意图，假设其中为光滑斜面滑槽，为动摩擦因数的水平滑槽，与半径的圆弧相切；为水平地面。已知儿童在滑槽上滑动时，在点由斜面转到水平面的运动速率不变，A点离地面的竖直高度为。（取）试求：

 

 一装置竖直截面如图所示，该装置由固定在水平地面上倾角的光滑直轨道 ， 粗糙水平直轨道 ， 竖直墙组成，且各处平滑连接。右边的水平光滑地面上放有一无动力小车，并紧靠在竖直墙处，小车上表面与水平直轨道在同一水平面上。小车上表面的动摩擦因数、质量 ， 轨道段长度为。将一质量也为的滑块从倾斜轨道上高度处静止释放，滑块在段运动时的阻力为其重力的倍。求：

如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的粗糙半圆形导轨在B点相接，导轨半径为R。轻质弹簧左端固定于挡板，右端自由伸长至A点。一质量为m的小物块将弹簧压缩后由静止释放，在弹力作用下小物块获得某一向右速度后脱离弹簧，它经过B点的速度为v，之后沿半圆形导轨运动，恰能通过最高点C。已知重力加速度为g，忽略空气阻力。求：

如图所示，在光滑水平桌面EAB上有质量为M＝0.2 kg的小球P和质量为m＝0.1 kg的小球Q ， P、Q之间压缩一轻弹簧（轻弹簧与两小球不拴接），桌面边缘E处放置一质量也为m＝0.1 kg的橡皮泥球S ， 在B处固定一与水平桌面相切的光滑竖直半圆形轨道。释放被压缩的轻弹簧，P、Q两小球被轻弹簧弹出，小球P与弹簧分离后进入半圆形轨道，恰好能够通过半圆形轨道的最高点C；小球Q与弹簧分离后与桌面边缘的橡皮泥球S碰撞后合为一体飞出，落在水平地面上的D点。已知水平桌面高为h＝0.2 m，D点到桌面边缘的水平距离为x＝0.2 m，重力加速度为g＝10 m/s² ， 求：

如图所示，半径的光滑竖直圆轨道固定在水平平台上，接触点B与地面平滑连接，平台左侧固定一轻弹簧，右侧有另一足够长的平台 ， 两者的高度差。质量的物块压缩弹簧后从A点由静止释放，物块经过B点冲上竖直圆轨道后，又从B点滑上平台继续运动。已知平台表面光滑，平台表面粗糙且长度 ， 物块与平台表面的动摩擦因数。取重力加速度大小 ， 不计空气阻力。

如甲图所示为安装在公路上强制过往车辆减速的减速带，现有一水平道路上连续安装有10个减速带（图乙中末完全画出），相邻减速带间的距离均为（每个减速带宽度远小于 ， 可忽略不计）；现有一质量为的电动小车（可视为质点）从第1减速带前某处以恒定功率启动，到达第1减速带前已达到最大行驶速度。已知小车每次通过减速带时所损失的机械能与其行驶速度相关，测量发现，小车在通过第5个减速带后，通过相邻两减速带间的时间均为。通过第10个减速带时立即关闭电门无动力滑行，小车在水平路面上继续滑行距离后停下。已知小车与路面间的阻力大小恒定，空气阻力不计。

如图，水平面中间夹有一水平传送带，水平面与传送带上表面平齐且平滑连接，左侧水平面上c点左侧部分粗糙，右侧部分光滑，传送带右侧水平面光滑。质量为的小滑块P与固定挡板间有一根劲度系数为k=29.12N/m的轻弹簧（P与弹簧不拴接），初始时P放置在c点静止且弹簧处于原长。传送带初始静止，在传送带左端点a处停放有一质量为的小滑块Q。现给P施加一水平向左、大小为F=20.2N的恒力，使P向左运动，当P速度为零时立即撤掉恒力，一段时间后P将与Q发生弹性碰撞（不计碰撞时间），以后P、Q间的碰撞都是弹性碰撞，在P、Q第一次碰撞时传送带由静止开始做顺时针方向的匀加速运动，加速度大小为 ， 当速度达到v=4m/s时传送带立即做匀减速运动直至速度减为零，加速度大小为 ， 当传送带速度减为零时，Q恰好运动到传送带右端点b处。已知P与水平面、传送带间的动摩擦因数均为 ， Q与传送带间的动摩擦因数 ， 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧的形变在弹性限度内，弹簧的弹性势能表达式为 ， x为弹簧的形变量，重力加速度g取 ， 不计空气阻力。求：

一游乐设施简化模型如图所示，挡板1、2分别固定在光滑斜面的顶端和底端，相距为L，A为一小滑块，B为不计质量的板（在外力的作用下可以瞬间获得或失去速度），长度 ， AB间的滑动摩擦力大小恒等于A的重力，A、B与挡板的碰撞都是弹性碰撞，已知斜面的倾角 ， 重力加速度为g。

如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、水平直轨道 ， 圆心为O的竖直半圆轨道、水平直轨道及弹性板等组成，半圆轨道最高点D与水平直轨道右端点E处在同一竖直线上，且D点略高于E点。已知可视为质点的滑块质量 ， 轨道的半径 ， 轨道的长度 ， 滑块与轨道间的动摩擦因数 ， 其余各部分轨道均光滑。游戏时滑块从A点弹出，经过圆轨道井滑上水平直轨道。弹簧的弹性势能最大值 ， 弹射器中滑块与弹簧相互作用时，机械能损失忽略不计，滑块与弹性板作用后以等大速率弹回，不计滑块通过之间的能量损失。

如图所示，CD与EG是两段半径为R的四分之一竖直光滑圆弧轨道，G为圆弧轨道的最高点，圆连线水平，DE错开的距离略大于小滑块的大小，将一轻弹簧放置在水平轨道AC上，弹簧左端固定在A点，右端位于B点，并与质量为m的小滑块接触但不连接，此时弹簧恰好处于原长。现将小滑块推至O点并由静止释放，小滑块向右运动进入圆弧轨道，通过G点后落到水平轨道AN的P点（P点未画出）。已知G点在水平轨道上的投影点为M， ， ， ， 滑块与水平轨道AB间的动摩擦因数为 ， BC部分光滑且与竖直圆弧轨道相切于C点。用g表示重力加速度大小，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，小滑块可视为质点，弹簧在弹性限度内的最大压缩量为2.5R。求：

如图所示，一长L=1m的水平传送带以v₀=1m/s的速度逆时针匀速转动，其右端B处平滑连接着一个固定在竖直平面内、半径R=0.5m的光滑四分之一圆轨道。传送带左端A与光滑水平面平滑连接。一轻质弹簧的左端固定在水平面某处。质量m=1kg的小物块P在外力作用下初次压缩弹簧并处于静止状态，弹簧与小物块不拴接，此时弹簧的弹性势能EP=19J。现撤去外力，弹簧伸长，小物块脱离弹簧后滑上传送带。小物块与传送带之间的动摩擦因数μ=0.2。（g=10m/s²）试求：

如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、水平直轨道AB，圆心为O₁的竖直半圆轨道BCD、圆心为O₂的竖直半圆管道DEF，倾斜直轨道FG及弹性板等组成，轨道各部分平滑连接。已知滑块质量m=0.02kg（可视为质点），轨道BCD的半径R=0.9m，管道DEF的半径r=0.1m，滑块与轨道FG间的动摩擦因数μ=0.75，其余各部分轨道均光滑，轨道FG的长度l=1m，倾角θ=37°，弹射器中弹簧的弹性势能最大值E_pm=1J，滑块与弹簧作用后，弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能，滑块与弹性板作用后以等大速率弹回。（sin37°=0.6，cos37°=0.8）