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如圖所示，固定在上、下兩層水平面上的平行金屬導(dǎo)軌MN、M′N′和OP、O′P′間距都是l，二者之間固定兩組豎直半圓形軌道PQM和P′Q′M′，兩軌道間距也均為l，且PQM和P′Q′M′的豎直高度均為4R，兩個(gè)半圓形軌道的半徑均為R．軌道的QQ′端、MM′端的對接狹縫寬度可忽略不計(jì)，圖中的虛線為絕緣材料制成的固定支架，能使導(dǎo)軌系統(tǒng)位置固定．將一質(zhì)量為m的金屬桿沿垂直導(dǎo)軌方向放在下層金屬導(dǎo)軌的最左端OO′位置，金屬桿在與水平成θ角斜向上的恒力作用下沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中金屬桿始終與導(dǎo)軌垂直，且接觸良好．當(dāng)金屬桿通過4R距離運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌末端PP′位置時(shí)其速度大小v_P=4

gR

．金屬桿和導(dǎo)軌的電阻、金屬桿在半圓軌道和上層水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)過程中所受的摩擦阻力，以及整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中所受空氣阻力均可忽略不計(jì)．

（1）已知金屬桿與下層導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求金屬桿所受恒力F的大��；
（2）金屬桿運(yùn)動(dòng)到PP′位置時(shí)撤去恒力F，金屬桿將無碰撞地水平進(jìn)入第一組半圓軌道PQ和P′Q′，又在對接狹縫Q和Q′處無碰撞地水平進(jìn)入第二組半圓形軌道QM和Q′M′的內(nèi)側(cè)，求金屬桿運(yùn)動(dòng)到半圓軌道的最高位置MM′時(shí)，它對軌道作用力的大小；
（3）若上層水平導(dǎo)軌足夠長，其右端連接的定值電阻阻值為r，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中．金屬桿由第二組半圓軌道的最高位置MM′處，無碰撞地水平進(jìn)入上層導(dǎo)軌后，能沿上層導(dǎo)軌滑行．求金屬桿在上層導(dǎo)軌上能滑行的最大距離．

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一、選擇題（每小題4分，共48分）

1．BC：氣體失去了容器的約束會散開，是由于擴(kuò)散現(xiàn)象的原因；水變成水蒸汽時(shí)，需要吸收熱量，分子動(dòng)能不變，分子勢能增加，選B。氣體體積增大，壓強(qiáng)不變溫度升高，由熱力學(xué)第一定律可知，吸熱，故選C。氣體壓強(qiáng)與氣體分子的平均動(dòng)能和單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關(guān)，氣體溫度升高，體積變大時(shí)，壓強(qiáng)可以不變或減小。

2．A：干路中總電阻變大，電流變小，路端電壓變大；電容器的電荷量變大，電源總功率變小，燈泡變暗。

3．AC：汽車上坡時(shí)的牽引力大于下坡時(shí)的牽引力，故下坡的速度一定大于v；阻力一定大于重力沿斜面的分力，否則不可能達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)。

4．D：P點(diǎn)加速運(yùn)動(dòng)說明此波向左傳播，故Q點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，N點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。

5．B：子彈上升速度減小，阻力變小，加速度變小，下降時(shí)向上的阻力變大，向下的合力變小，加速度仍變小。

6．BD：彈簧的彈性勢能增大，物體的重力勢能減�。晃矬w的機(jī)械能變小，系統(tǒng)的機(jī)械能不變。

7．B：小球的質(zhì)量未知，動(dòng)能無法求出；加速度可由公式Δs＝at²求出；不是無精度釋放的位置，不滿足相鄰距離奇數(shù)之比關(guān)系；當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度未知，不能�?yàn)證小球下落過程中機(jī)械能是否守恒。

8．AD；只能外軌高于內(nèi)軌時(shí)，斜面的支持力和重力的合力才能指向軸心�；疖囖D(zhuǎn)變的向心力是重力和支持力的合力，推得：mgtanθ＝m; anθ＝；得：v²＝hr；故選AD。

9．AD若彈簧的長度大于原長，說明m₂的摩擦力大于其重力的分力，故μ₁＜μ₂；若彈簧的長度小球原長，說明m₁的摩擦力大于其重力的分力，μ₁＞μ₂。

10．BC：小燈泡的伏安特性曲線是在電阻變化下畫出的，其斜率不是電阻；電阻是電壓與電流的比值；功率是電壓與電流的乘積。

11．C：物體與衛(wèi)星的角速度相同，半徑大的線速度大；由a＝ω²r可知加速度是衛(wèi)星的大；該衛(wèi)星不一定是同步衛(wèi)星，也可能是和同步衛(wèi)星相同高度的逆著地球自轉(zhuǎn)方向的衛(wèi)星。

12．A：將每個(gè)區(qū)域的電場合成，畫出垂直電場線的等勢面。

二、實(shí)驗(yàn)題（12分）

13．（1）0．830�。�3分）（2）D�。�3分）（3）B　（3分） （4）9.76 （3分）

14．（10分）解：設(shè)O點(diǎn)距A點(diǎn)的距離為h，AB的距離s，下落時(shí)間為t₁，初速度為v₀，則無電場平拋時(shí)，水平：s＝v₀t₁（1分）　　　豎直：h＝　　　　（1分）

得：s＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　�。�2分）

有電場平拋時(shí)，水平：2s＝v₀t₂�。�1分）　　　豎直：h＝　　　　�。�1分）

豎直方向的加速度　a＝（1分）　代入得：2s＝　（1分）

解得：E＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　�。�3分）

15．（10分）解：（1）依題知，木塊受到的滑動(dòng)摩擦力為3.12N　（1分）

　 而　f＝μN(yùn)＝μmg　　　　　　　　　　　　　　　  （2分）

   得動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝＝0.4　　　　　　（2分）

�。�2）木塊受力如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律有

F－mgsinθ－f₁＝ma　   ①              　　（2分）

而f₁＝μN(yùn)₁＝μmgcosθ    ②　　　　　　　　�。�2分）

聯(lián)立①②式并代入數(shù)據(jù)解得：F＝8.7N　　　�。�1分）

16．（10分）解：設(shè)3m的物體離開彈簧時(shí)的速度v₁，

根據(jù)動(dòng)量守恒定律，有

　 （3m＋m）v₀＝m?2v₀＋3mv₁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　�。�3分）

解得：v₁＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  （2分）

根據(jù)動(dòng)能定理，彈簧對兩個(gè)物體做的功分別為：

W₁＝m(2v₀)²－mv₀²＝mv₀²　　　　　　　　　　　　　　　　　　�。�2分）

W₂＝3m(v₀)²－3mv₀²＝－mv₀²　　　　　　　　　　　　　　　　（2分）

彈簧對兩個(gè)物體做的功分別為：W＝W₁＋W₂＝　　　　　　　　　�。�1分）

17．（10分）解：（1）物體由A到B，設(shè)到達(dá)B點(diǎn)速度為v_t，由動(dòng)能定理得：

Eqx₀－μmgx₀＝�。�2分）　解得：v_t＝

由公式：0－－2μgs  （1分）

得物塊距OO ^/ 的最大水平距離：s＝＝x₀（1分）

   （2）設(shè)物塊在傳送帶上速度減為零后，從傳送帶返回達(dá)到與傳送帶相同的速度v₀時(shí)的位移為x，由動(dòng)能定理得：μmgx＝－0　　　　　　　　　　　　　　�。�1分）

　　得：x＝x₀＜x₀，故物塊沒有到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，已經(jīng)達(dá)到了和傳送帶相同的速度。

（1分）

　　物塊在傳送帶上向左運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：t₁＝　　　　　　（1分）

    物塊從左向右返回到與傳送帶具有相同速度v₀的時(shí)間：  （1分）

　　物塊相對傳送帶運(yùn)動(dòng)的過程中傳送帶的位移：s₁＝v₀(t₁＋t₂)              （1分）

　　傳送帶所受到的摩擦力：f＝μmg

　　電動(dòng)機(jī)對傳送帶多提供的能量等于傳送帶克服摩擦力做的功：

　　W＝fs₁＝μmg×　　　　　　　　　　　　　�。�1分）

　　說明：其它方法正確同樣得分。