北京 2022 年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图所示。运动员从 a 处由静止自由滑下,到 b 处起跳, c 点为 a 、 b 之间的最低点, a 、 c 两处的高度差为 h 。要求运动员经过 c 点时对滑雪板的压力不大于自身所受重力的 k 倍,运动过程中将运动员视为质点并忽略所有阻力,则 c 点处这一段圆弧雪道的半径不应小于( )
A . B . C . D .
D
【详解】运动员从 a 到 c 根据动能定理有
在 c 点有
F N c ≤ kmg
联立有
故选 D 。
长为 l 的高速列车在平直轨道上正常行驶,速率为 v 0 ,要通过前方一长为 L 的隧道,当列车的任一部分处于隧道内时,列车速率都不允许超过 v ( v < v 0 )。已知列车加速和减速时加速度的大小分别为 a 和 2 a ,则列车从减速开始至回到正常行驶速率 v 0 所用时间至少为( )
A . B .
C . D .
C
【详解】由题知当列车的任一部分处于隧道内时,列车速率都不允许超过 v ( v < v 0 ),则列车进隧道前必须减速到 v ,则有
v = v 0 - 2 at 1
解得
在隧道内匀速有
列车尾部出隧道后立即加速到 v 0 ,有
v 0 = v + at 3
解得
则列车从减速开始至回到正常行驶速率 v 0 所用时间至少为
故选 C 。
三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框,正方形线框的边长与圆线框的直径相等,圆线框的半径与正六边形线框的边长相等,如图所示。把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中,线框所在平面均与磁场方向垂直,正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为 和 。则( )
A . B . C . D .
C
【详解】设圆线框的半径为 r ,则由题意可知正方形线框的边长为 2 r ,正六边形线框的边长为 r ;所以圆线框的周长为
面积为
同理可知正方形线框的周长和面积分别为
,
正六边形线框的周长和面积分别为
,
三线框材料粗细相同,根据电阻定律
可知三个线框电阻之比为
根据法拉第电磁感应定律有
可得电流之比为:
即
故选 C 。
两种放射性元素的半衰期分别为 和 ,在 时刻这两种元素的原子核总数为 N ,在 时刻,尚未衰变的原子核总数为 ,则在 时刻,尚未衰变的原子核总数为( )
A . B . C . D .
C
【详解】根据题意设半衰期为 t 0 的元素原子核数为 x ,另一种元素原子核数为 y ,依题意有
经历 2 t 0 后有
联立可得
,
在 时,原子核数为 x 的元素经历了 4 个半衰期,原子核数为 y 的元素经历了 2 个半衰期,则此时未衰变的原子核总数为
故选 C 。
空间存在着匀强磁场和匀强电场,磁场的方向垂直于纸面( 平面)向里,电场的方向沿 y 轴正方向。一带正电的粒子在电场和磁场的作用下,从坐标原点 O 由静止开始运动。下列四幅图中,可能正确描述该粒子运动轨迹的是( )
A . B .
C . D .
B
【详解】 解法一:
AC .在 xOy 平面内电场的方向沿 y 轴正方向,故在坐标原点 O 静止的带正电粒子在电场力作用下会向 y 轴正方向运动。磁场方向垂直于纸面向里,根据左手定则,可判断出向 y 轴正方向运动的粒子同时受到沿 x 轴负方向的洛伦兹力,故带电粒子向 x 轴负方向偏转。 AC 错误;
BD .运动的过程中在电场力对带电粒子做功,粒子速度大小发生变化,粒子所受的洛伦兹力方向始终与速度方向垂直。由于匀强电场方向是沿 y 轴正方向,故 x 轴为匀强电场的等势面,从开始到带电粒子偏转再次运动到 x 轴时,电场力做功为 0 ,洛伦兹力不做功,故带电粒子再次回到 x 轴时的速度为 0 ,随后受电场力作用再次进入第二象限重复向左偏转,故 B 正确, D 错误。
故选 B 。
解法二:
粒子在 O 点静止,对速度进行分解,分解为向 x 轴正方向的速度 v ,向 x 轴负方向的速度 v’ ,两个速度大小相等,方向相反。使得其中一个洛伦兹力平衡电场力,即
则粒子的在电场、磁场中的运动,可视为,向 x 轴负方向以速度 做匀速直线运动,同时在 x 轴上方做匀速圆周运动。
故选 B 。
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