培优易错试卷临界状态的假设解决物理试题辅导专题训练含答案

培优易错试卷临界状态的假设解决物理试题辅导专题训练含答案一、临界状态的假设解决物理试题1．壁厚不计的圆筒形薄壁玻璃容器的侧视图如图所示。

圆形底面的直径为2R ，圆筒的高度为R 。

(1)若容器内盛满甲液体，在容器中心放置一个点光源，在侧壁以外所有位置均能看到该点光源，求甲液体的折射率；(2)若容器内装满乙液体，在容器下底面以外有若干个光源，却不能通过侧壁在筒外看到所有的光源，求乙液体的折射率。

【答案】(1)5n ≥甲；(2)2n >乙【解析】 【详解】(1)盛满甲液体，如图甲所示，P 点刚好全反射时为最小折射率，有1sin n C=由几何关系知222sin 2R C R R =⎛⎫+ ⎪⎝⎭解得5n =则甲液体的折射率应为5n ≥甲(2)盛满乙液体，如图乙所示，与底边平行的光线刚好射入液体时对应液体的最小折射率，A 点1sin n C ='乙 由几何关系得90C α'=︒-B 点恰好全反射有C α'=解各式得2n =乙则乙液体的折射率应为2n >乙2．火车转弯时，如果铁路弯道内外轨一样高，外轨对轮绝（如图a 所示）挤压的弹力F 提供了火车转弯的向心力（如图b 所示），但是靠这种办法得到向心力，铁轨和车轮极易受损．在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨（如图c 所示），当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度小为，以下说法中正确的是A ．该弯道的半径B ．当火车质量改变时，规定的行驶速度也将改变C ．当火车速率大于时，外轨将受到轮缘的挤压D ．当火车速率小于时，外轨将受到轮缘的挤压 【答案】C 【解析】 【详解】火车拐弯时不侧向挤压车轮轮缘，靠重力和支持力的合力提供向心力，设转弯处斜面的倾角为θ，根据牛顿第二定律得：mgtanθ=mv 2/R ，解得：R= v 2/ g tanθ，故A 错误；根据牛顿第二定律得：mgtanθ=mv 2/R, 解得：v= gRtan θ，与质量无关，故B 错误；若速度大于规定速度，重力和支持力的合力不够提供，此时外轨对火车有侧压力，轮缘挤压外轨．故C 正确；若速度小于规定速度，重力和支持力的合力提供偏大，此时内轨对火车有侧压力，轮缘挤压内轨．故D 错误．故选C .点睛：火车拐弯时以规定速度行驶，此时火车的重力和支持力的合力提供圆周运动所需的向心力．若速度大于规定速度，重力和支持力的合力不够提供，此时外轨对火车有侧压力；若速度小于规定速度，重力和支持力的合力提供偏大，此时内轨对火车有侧压力．3．如图所示，带电粒子（不计重力）以初速度v 0从a 点垂直于y 轴进入匀强磁场，运动过程中经过b 点，Oa ＝Ob 。

若撤去磁场加一个与y 轴平行的匀强电场，带电粒子仍以速度v 0从a 点垂直于y 轴进入电场，仍能通过b 点，则电场强度E 和磁感应强度B 的比值为（ ）A ．v 0B ．2v C ．2v 0 D ．2v 【答案】C 【解析】 【详解】设Oa Ob d ==，因为带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，所以圆周运动的半径正好等于d ，粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：200m dq v v B =解得：mv B qd=如果换成匀强电场，水平方向以0v 做匀速直线运动，在水平方向：0d v t =竖直沿y 轴负方向做匀加速运动，即：221 22qE d at t m== 解得：202v m E qd=则有：02Ev B= 故C 正确，A 、B 、D 错误； 故选C 。

4．如图所示，在竖直平面内的光滑管形圆轨道的半径为R （管径远小于R ），小球a 、b 大小相同，质量均为m ，直径均略小于管径，均能在管中无摩擦运动。

两球先后以相同速度v 通过轨道最低点，且当小球a 在最低点时，小球b 在最高点，重力加速度为g ，以下说法正确的是（ ）A ．当小球b 在最高点对轨道无压力时，小球a 比小球b 所需向心力大4mgB ．当5v gR =时，小球b 在轨道最高点对轨道压力为mgC ．速度v 5gRD ．只要两小球能在管内做完整的圆周运动，就有小球a 在最低点对轨道的压力比小球b 在最高点对轨道的压力大6mg 【答案】A 【解析】 【详解】A.当小球b 在最高点对轨道无压力时，所需要的向心力2bb v F mg m R==从最高点到最低点，由机械能守恒可得2211222b a mg R mv mv ⋅+=对于a 球，在最低点时，所需要的向心力25mg aa v F m R==所以小球a 比小球b 所需向心力大4mg ，故A 正确；B.由上解得，小球a 在最低点时的速度5a v gR ，可知，当5v gR b 在轨道最高点对轨道压力为零，故B 错误；C.小球恰好通过最高点时，速度为零，设通过最低点的速度为0v ，由机械能守恒定律得20122⋅=mg R mv解得0v =v 至少为C 错误；D.若v = 小球b 在最高点对轨道的压力大小b F mg '=，小球a 在最低点时，由20a v F mg m R'-=解得5a F mg '=，小球a 在最低点对轨道的压力比小球b 在最高点对轨道的压力大4mg ，故D 错误。

故选A 。

5．火车以速率1v 向前行驶，司机突然发现在前方同一轨道上距车s 处有另一辆火车，它正沿相同的方向以较小的速率2v 做匀速运动，于是司机立即使车做匀减速运动，该加速度大小为a ，则要使两车不相撞，加速度a 应满足的关系为（ ）A ．()22122vv a s->B ．212v a s>C ．222v a s>D ．()2122v v a s->【答案】D 【解析】 【详解】ABCD.设经过时间t 两车相遇，则有22112v t s v t at +=-整理得()221220at v v t s +-+=要使两车不相撞，则上述方程无解，即()221480v v as ∆=--<解得()2122v v a s->故D 正确ABC 错误｡故选D 。

6．如图所示，光滑水平桌面上放置一个倾角为37°的光滑楔形滑块A ，质量为M =0.8kg 。

一细线的一端固定于楔形滑块A 的顶端O 处，细线另一端拴一质量为m =0.2kg 的小球。

若滑块与小球在外力F 作用下，一起以加速度a 向左做匀加速运动。

取g =10 m/s 2;s in 370=0.6;s in 530=0.8，则下列说法正确的是（ ）A ．当a =5 m/s 2时，滑块对球的支持力为0 NB ．当a =15 m/s 2时，滑块对球的支持力为0 NC ．当a =5 m/s 2时，外力F 的大小为4ND ．当a =15 m/s 2时，地面对A 的支持力为10N 【答案】BD 【解析】 【详解】设加速度为a 0时小球对滑块的压力等于零，对小球受力分析，受重力和拉力， 根据牛顿第二定律，有：水平方向：0cos37F F ma =︒=合， 竖直方向：sin37F mg ︒=，解得20413.3m/s 3a g == A.当205m/s a a =<时，小球未离开滑块，斜面对小球的支持力不为零，选项A 错误； B.当2015m/s a a =>时，小球已经离开滑块，只受重力和绳的拉力，滑块对球的支持力为零，选项B 正确；C.当25m/s a =时，小球和楔形滑块一起加速，由整体法可知：()5N F M m a =+=选项C 错误；D.当系统相对稳定后，竖直方向没有加速度，受力平衡，所以地面对A 的支持力一定等于两个物体的重力之和，即()10N N M m g =+=选项D 正确。

故选BD 。

7．现有A 、B 两列火车在同一轨道上同向行驶，A 车在前，其速度v A ＝10 m/s ，B 车速度v B ＝30 m/s.因大雾能见度低，B 车在距A 车600 m 时才发现前方有A 车，此时B 车立即刹车，但B 车要减速1 800 m 才能够停止．(1)B 车刹车后减速运动的加速度多大？(2)若B 车刹车8 s 后，A 车以加速度a 1＝0.5 m/s 2加速前进，问能否避免事故？若能够避免则两车最近时相距多远？【答案】(1)0.25 m/s 2 (2)可以避免事故 232 m 【解析】 【分析】 【详解】(1)设B 车减速运动的加速度大小为a ，有0－v B 2＝－2ax 1，解得： a ＝0.25 m/s 2.(2)设B 车减速t 秒时两车的速度相同，有v B －at ＝v A ＋a 1(t －Δt ) 代入数值解得t ＝32 s ，在此过程中B 车前进的位移为x B ＝v B t －212at ＝832 m A 车前进的位移为x A ＝v A Δt ＋v A (t －Δt )＋12a 1(t －Δt )2＝464 m ， 因x A ＋x >x B ，故不会发生撞车事故，此时Δx ＝x A ＋x －x B ＝232 m.8．如图所示，在y 轴右侧平面内存在方向向里的匀强磁场，磁感应强度大小B =0.5T ，坐标原点O 有一放射源，可以向y 轴右侧平面沿各个方向放射比荷为72.510mq-=⨯ Kg/C 的正离子，这些离子速率分别在从0到最大值v m =2×106 m/s 的范围内，不计离子之间的相互作用（1）求离子打到y 轴上的范围；（2）若在某时刻沿x +方向放射各种速率的离子，求经过-75103s π⨯时这些离子所在位置构成的曲线方程；（3）若从某时刻开始向y 轴右侧各个方向放射各种速率的离子，求经过75103π-⨯s 时已进入磁场的离子可能出现的区域面积； 【答案】（1）范围为0到2m （2）33(0y x x =≤≤ （3）273(12S m π=-【解析】【详解】（1）离子进入磁场中做圆周运动的最大半径为R由牛顿第二定律得： 2mv qvB R= 解得：1mvR m Bq== 由几何关系知，离子打到y 轴上的范围为0到2m（2）离子在磁场中运动的周期为T ， 则62210R mT s v qB πππ-===⨯ t 时刻时，这些离子轨迹所对应的圆心角为θ 则23t t T ππ== 这些离子构成的曲线如图1所示，并令某一离子在此时刻的坐标为（x ，y ）3y x =3(02x ≤≤ （3）将第（2）问中图2中的OA 段从沿y 轴方向顺时针方向旋转，在x 轴上找一点C ，以R 为半径作圆弧，相交于B ，则两圆弧及y 轴所围成的面积即为在0t =向y 轴右侧各个方向不断放射各种速度的离子在71503t s π-=⨯时已进入磁场的离子所在区域． 由几何关系可求得此面积为：2222511373126212S R R R R R R πππ=+-= 则：273(12S m π=- 【点睛】本题考查运用数学知识分析和解决物理问题的能力，采用参数方程的方法求解轨迹方程，根据几何知识确定出离子可能出现的区域，难度较大．9．客车以v =20m/s 的速度行驶，突然发现同车道的正前方x 0=120 m 处有一列货车正以v 0=6 m/s 的速度同向匀速前进，于是客车紧急刹车，若客车刹车的加速度大小为a =1m/s 2，做匀减速运动，问： (1)客车与货车速度何时相等？ (2)此时，客车和货车各自位移为多少？(3)客车是否会与货车相撞？若会相撞，则在什么时刻相撞？相撞时客车位移为多少？若不相撞，则客车与货车的最小距离为多少？【答案】(1)t =14s (2) x 客= 182m x 货= 84m (3)x min =22m 【解析】试题分析：（1）设经时间t 客车速度与货车速度相等：v-at=v 0， 可得：t=14s ． （2）此时有：x 客=vt-12at 2=182m x 货=v 0t=84m ．（3）因为x 客＜x 货+x 0，所以不会相撞．经分析客车速度与货车速度相等时距离最小为：x min =x 货+x 0-x 客=22m 考点：追击及相遇问题【名师点睛】这是两车的追击问题，速度相等时，它们的距离最小，这是判断这道题的关键所在，知道这一点，本题就没有问题了．10．如图在长为3l ，宽为l 的长方形玻璃砖ABCD 中，有一个边长为l 的正三棱柱空气泡EFG ，其中三棱柱的EF 边平行于AB 边，H 为EF 边中点，G 点在CD 边中点处．（忽略经CD 表面反射后的光）（i ）一条白光a 垂直于AB 边射向FG 边的中点O 时会发生色散，在玻璃砖CD 边形成彩色光带．通过作图，回答彩色光带所在区域并定性说明哪种颜色的光最靠近G 点； （ii ）一束宽度为2l的单色光，垂直AB 边入射到EH 上时，求CD 边上透射出光的宽度？（已知该单色光在玻璃砖中的折射率为3n【答案】（i ）红光更靠近G 点 （ii ）l 【解析】 【详解】（i ）光路如图：MN 间有彩色光带，红光最靠近G 点在FG 面光线由空气射向玻璃，光线向法线方向偏折，因为红光的折射率小于紫光的折射率，所以红光更靠近G 点（ii ）垂直EH 入射的光，在EG 面上会发生折射和反射现象，光路如图所示在E 点的入射光，根据几何关系和折射定律，可得：160∠=︒sin 1sin 2n ∠=∠ 联立可得：230∠=︒在E 的折射光射到CD 面的I 点，由几何关系得：330∠=︒根据折射定律可得：13sin C n ==1sin 3sin 2C ∠=< 所以CD 面上I 点的入射光可以发生折射透射出CD 面.在E 的反射射光射经FG 面折射后射到到CD 面的J 点，由几何关系得：460o ∠=3sin 4sin C ∠=> 所以CD 面上J 点的入射光发生全反射，无法透射出CD 面 综上分析，CD 面上有光透射出的范围在GI 间 由几何关系得CD 面上有光透出的长度为l 。