1. 2023年10月17日,伴随着集结号响起,复旦附中校运动会开幕,运动会中有很多有趣的物理应用,某学习小组对其进行了研究。
(1) 如图所示,同学踩着轻质滑板(可整体视为质点)以4m/s的速度冲上一足够高的固定光滑斜面,则该同学可以冲到的最高点高度为m。若解除斜面的固定,假设斜面与地面之间光滑,斜面质量与同学质量相等,那么该同学冲到的最高点高度为 m(本题中g取 10m/s2)。

(2) 为使方阵表演时使用的肥皂泡悬在空中不要落地,有同学找来两块较大的金属板A、B,板A、B平行放置相距为d,并与一电源相连,板间放一质量为m、带电荷量为q的小肥皂泡,开关S闭合后,肥皂泡恰好静止。G为灵敏电流计,以下说法正确的是(  )

A. 若将S断开,则肥皂泡将做自由落体运动,G表中无电流 B. 若将S断开,将A向上平移一小段距离,则肥皂泡将静止,G表中无电流 C. 若将A向上平移一小段距离,则肥皂泡向下加速运动,G表中有b→a的电流 D. 若将A向左平移一小段距离,则肥皂泡仍然静止,G表中有b→a的电流
(3) 跳绳打在地上使得地面振动,某同学用的传感器截获了一列地表振动横波,已知该波形图沿x轴正方向传播,在t(图中实线)与t+0.6s(图中虚线)两个时刻x轴上-3~3km区间内的波形图如图所示,则下列说法正确的是(  )

t

A. 该机械波波的波长为6km B. 质点振动的最大周期为1.2s C. 该机械波波速可能为10km/s D. 从t时刻开始计时,x=2km处的质点比x=1.5km处的质点先回到平衡位置
(4) 某同学研究班级长绳比赛中绳与人的运动,如图所示,为研究方便,把跳绳平直的部分简化成一根垂直纸面的杆子,用A点表示, 杆子沿半径为0.8m的圆匀速顺时针转动,转速为每秒1圈。某同学(可视为一个直立的细圆柱)向左垂直杆子跑入跳绳区域,在绳运动到最右端后开始的周期内,始终保持身体贴紧跳绳,则同学在这段运动过程中加速度的最大值为m/s2(结果保留2位有效数字)。

(5) 校运会开幕式上,有班级的方阵表演中使用了气动小火箭,同学们发现每次火箭飞出后,火箭头部都会闪烁发光,同学拆解后对其进行了研究,发现火箭内部结构如图所示。火箭由三部分组成(各部分均能沿轴向运动):

部件一:外壳和金属板(可视为刚体)总质量,

部件二:轻质弹簧, 其劲度系数

(弹簧一端固定在金属板上,另一端固定在电路板)

部件三:触点、电路板和灯泡(可视为刚体) 总质量

火箭静止时,弹簧处于原长状态,此时触点与金属板的距离为1.2cm。此后只要触点接触到金属板,则灯泡就能持续闪烁一段时间。

使用时,通过某气动装置在极短时间给火箭外壳一个沿轴线向前的冲量,使得外壳和金属板突然获得向前的速度,火箭飞出。

(1)触点与金属板接触前,三个部件的总动能;总弹性势能;总机械能。(本问选填“增大”、“减小”或“不变”)

(2)写出弹簧弹性势能表达式: (用劲度系数k和压缩或伸长量x表示)

(3)则此冲量至少为多大,才可使得火箭飞出后灯泡发光? (本题中空气阻力与重力忽略不计)

【考点】
动量定理; 横波的图象; 电容器及其应用; 机械能守恒定律; 碰撞模型;
【答案】

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