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题型：解答题题类：难易度：困难

湖南省岳阳市临湘市第二中学2024-2025学年高二上学期开学物理试题

如图所示，在水平地面上有一条足够长直轨道，只有AB段粗糙，AB段长为 $\text{[math]}$ ，其余部分均光滑，以B点为分界线，B点左侧存在方向水平向右的匀强电场，有若干个相同的小方块（每个小方块视为质点）沿水平地面靠在一起，总长为L，总质量为M，但不粘接，每个小方块质量都相等，都带有等量的正电荷（各小方块在运动过程中电荷量保持不变），每个小方块所受的电场力为自身重力的0.25。开始时用外力控制，所有小方块均处于静止状态，最前端（最右端）距A点为2L。在某一时刻将它们由静止释放，当最前端运动到A点右侧距A为 $\text{[math]}$ 时小方块运动的速度达到最大。（重力加速度为g）

（1）小方块与粗糙地面的动摩擦因数 $\text{[math]}$ 为多少？

（2）已知所有小方块最终均静止于AB之间，求小方块静止时的位置？

（3）要使所有小方块都能通过B点，由静止释放时小方块的前端（最右端）距A点的距离至少为多少？

（4）如果所有的小方块都已经通过B点，这些小方块从B点射出时的动能会各不相同，试求所有小方块动能之和的最小值为多少？

举一反三

如图所示，光滑水平面ABCD和水平传送带平滑无缝连接， CDEF是一倾角 $\text{[math]}$ 的光滑正方形斜面，边长 $\text{[math]}$ 斜面上端固定一个半径 $\text{[math]}$ 的光滑半圆弧轨道，分别与CF、EF相切与P、Q两点。在水平面的BC边（足够长）上放着质量分别为 $\text{[math]}$ 的滑块甲、乙（均可视为质点），用轻质细绳将甲、乙连接在一起，且甲、乙间夹着一根被压缩且劲度系数 $\text{[math]}$ 的的轻质弹簧（未拴接）。已知传送带长 $\text{[math]}$ 以 $\text{[math]}$ 的速率逆时针转动，两滑块与传送带间的动摩擦因数 $\text{[math]}$ ，其他摩擦和阻力均不计，弹簧的弹性势能 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 为形变量）。

（1）细绳剪断，若滑块甲脱离弹簧时速度 $\text{[math]}$ ，求滑块甲在P点受到圆弧轨道弹力大小 $\text{[math]}$ ；

（2）若滑块甲能恰好通过圆弧轨道的最高点，求滑块乙脱离弹簧时速度大小v₂；

（3）若滑块甲能通过圆弧轨道的最高点，且滑块乙离开传送带时速度大小也为v₀=12m/s，求剪断绳子前弹簧的形变量 $\text{[math]}$ 的取值范围。

2022年将在我国举办第二十四届冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。某滑道示意图如下，长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑衔接，滑道BC高h=10m，C是半径R=20m圆弧的最低点，质量m=60kg的运动员从A处由静止开始匀加速下滑，加速度 $\text{[math]}$ ，到达B点时速度v_B=30 m/s。取重力加速度g=10 m/s²。

(1)求长直助滑道AB的长度L；

(2)求运动员在AB段所受合外力的冲量的I大小；

(3)若不计BC段的阻力，画出运动员经过C点时的受力图，并求其所受支持力F_N的大小。

如图所示，一轻弹簧的一端固定在倾角为θ的固定光滑斜面的底部，另一端与质量为m的小物块a相连，另一质量为 $\text{[math]}$ 的小物块b紧靠a静止在斜面上，此时弹簧的压缩量为 $\text{[math]}$ ，从 $\text{[math]}$ 时刻开始，对物块b施加沿斜面向上的外力F（图中未画出），使其始终做匀加速直线运动。经过一段时间，物块a、b分离；再经过同样长的时间，b距其出发点的距离恰好也为 $\text{[math]}$ ，弹簧的形变始终在弹性限度内，弹性势能 $\text{[math]}$ ，其中x为弹簧的形变量），重力加速度大小为g，物块a、b均视为质点。求：

（1）物块b做匀加速直线运动的加速度大小；

（2）从 $\text{[math]}$ 时刻至物块a、b分离的过程中外力F所做的功 $\text{[math]}$ 。

“广湛”高铁将茂名到广州的通行时间缩短至2小时。假设动车启动后沿平直轨道行驶，发动机功率恒定，行车过程中受到的阻力恒为f、已知动车质量为m，最高行驶速度为 $\text{[math]}$ ，下列说法正确的是（　　）

如图所示，ACB是一条足够长的绝缘水平轨道，轨道CB处在方向水平向右、大小E=1.0 ×10⁶N/C的匀强电场中，一质量m=0.25kg、电荷量q=-2.0×10^-⁶C的可视为质点的小物体，从距离C点L₀=6.0m的A点处，在拉力F=4.0N的作用下由静止开始向右运动，当小物体到达C点时撤去拉力，小物体滑入电场中。已知小物体与轨道间的动摩擦因数μ=0.4，g取10m/s²。求：

(1)小物体到达C点时的速度大小；

(2)小物体在电场中运动的时间。

跑酷是一项充满挑战和创意的极限运动，2022年在宁波举行的“一带一路”国际跑酷大师赛网络预选赛，吸引了世界各地跑酷爱好者的积极参与。其中一段表演跑酷运动员从较高平台抓环沿倾斜杆下滑，当环滑至杆底卡住后，运动员顺势摆动至最低点立刻松手抛出，抛出后落到一个曲面上。某同学为了研究酷跑运动中的安全问题，将这段酷跑表演路线抽象为如图所示的物理模型，并通过计算来警示相关从业公司。倾斜直杆 $\text{[math]}$ 长为 $\text{[math]}$ 与水平面夹角 $\text{[math]}$ ，质量 $\text{[math]}$ 的运动员P（看成质点），抓住套在直杆 $\text{[math]}$ 上的滑环C从A点由静止开始下滑。下滑过程中人的质心P与滑环C保持相对静止且 $\text{[math]}$ 始终垂直于轨道 $\text{[math]}$ ， P距 $\text{[math]}$ 杆的距离为 $\text{[math]}$ 。滑环C到达B点时被锁定，运动员P继续下摆至B点正下方E点松手，然后水平抛出落到抛物面 $\text{[math]}$ 上，其中 $\text{[math]}$ 高度差为 $\text{[math]}$ 。如果以B点正下方地面上的O点为坐标原点，水平向右为x轴， $\text{[math]}$ 为y轴，抛物面 $\text{[math]}$ 的方程为 $\text{[math]}$ 。整个运动过程中将运动员等效为质点P，重力加速度g取 $\text{[math]}$ ，求：

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