高二物理小高考的考試內容主要包括勻變速直線運動規律、相互作用與運動規律的綜合應用、圓周運動向心力的應用、萬有引力定律在天文學上的應用、動量定理和動量守恒定律等方面。
請注意,不同地區的高中生考試內容可能會有所不同,具體要以當地教育部門的通知為準。
題目:
一個質量為 m 的小球,在距地面高度為 H 的位置沿光滑的斜面由靜止開始下滑,到達地面時進入一個半徑為 R 的圓環中,圓環的最低點有一個擋板,擋板的位置與圓環最低點的距離為 2R。求小球在圓環中運動時的最小速度。
分析:
小球在斜面上運動時,受到重力沿斜面向下的分力和垂直于斜面向上的支持力。當小球到達地面時,重力沿斜面向下的分力為 mgcosθ,其中θ為斜面的傾斜角度。
進入圓環后,小球受到重力沿切線方向和向圓心的合力作用,合力提供向心力。當小球運動到最低點時,受到的合力最小,此時速度最小。
解:
根據能量守恒定律,小球在斜面上運動時,重力勢能轉化為動能和內能。當小球到達地面時,重力勢能全部轉化為動能和內能。
設小球在斜面上運動時的角度為 θ,則有:
mgH = (1/2)mv2 + Q
其中 Q 表示小球與斜面碰撞時的內能。
進入圓環后,小球受到重力沿切線方向和向圓心的合力作用,合力提供向心力。當小球運動到最低點時,受到的合力最小,此時速度最小。根據向心力公式可得:
F = m(v2) / R = m(v2)gcosθ + Fmin
其中 Fmin 表示擋板對小球的彈力。
聯立以上方程可得:
v = sqrt(gH - 2gR + (mgR)2 / (2gR))
所以,小球在圓環中運動時的最小速度為 sqrt(gH - 2gR + (mgR)2 / (2gR))。