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文檔簡介
[word版可編輯】曲靖市新高考物理精選解答題100題匯總
精選高考物理解答題100題含答案有解析
1.一病人通過便攜式氧氣袋供氧,便攜式氧氣袋內(nèi)密閉一定質(zhì)量的氧氣,可視為理想氣體,溫度為O°c
時(shí),袋內(nèi)氣體壓強(qiáng)為1.25atm,體積為50L。在23七條件下,病人每小時(shí)消耗壓強(qiáng)為LOatm的氧氣約為
20L。已知阿伏加德羅常數(shù)為6.0xl()23mo「i,在標(biāo)準(zhǔn)狀況(壓強(qiáng)LOatm、溫度0°C)下,理想氣體的摩
爾體積都為22.4L。求:
⑴此便攜式氧氣袋中氧氣分子數(shù);
(ii)假設(shè)此便攜式氧氣袋中的氧氣能夠完全耗盡,則可供病人使用多少小時(shí)。(兩間計(jì)算結(jié)果均保留兩位有
效數(shù)字)
【答案】⑴1.7x1024(個);(ii)3.4h
【解析】
【詳解】
⑴便攜式氧氣袋內(nèi)的氧氣,可視為理想氣體,溫度為時(shí),袋內(nèi)氣體壓強(qiáng)為L25atm,假設(shè)發(fā)生等溫變
化,有
P1V1=P2V2
即
1.25X50=1.0V2
解得
V2=62.5L
物質(zhì)的量為
氧氣分子數(shù)
N=nNo=1.7xlO24(個)
(ii)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,有
7;一(
即
1.25x501.0x1/
273-23+273
解得
V3=69L
可供病人使用的時(shí)間
t=—=3.4h
K
2.如圖所示,有兩個不計(jì)質(zhì)量的活塞M,N將兩部分理想氣體封閉在絕熱氣缸內(nèi),溫度均是27。。M活
塞是導(dǎo)熱的,N活塞是絕熱的,均可沿氣缸無摩擦地滑動,已知活塞的橫截面積均為S=2cm2,初始時(shí)M
活塞相對于底部的高度為H=27cm,N活塞相對于底部的高度為h=18cm.現(xiàn)將一質(zhì)量為m=400g的小物
體放在M活塞的上表面上,活塞下降.已知大氣壓強(qiáng)為po=l.Oxl()5pa,
①求下部分氣體的壓強(qiáng)多大;
②現(xiàn)通過加熱絲對下部分氣體進(jìn)行緩慢加熱,使下部分氣體的溫度變?yōu)?27。(2,求穩(wěn)定后活塞M,N距離
底部的高度.
【答案】(l)1.2xl05^,(2)27.5cm,20cm
【解析】
【分析】
【詳解】
①對兩個活塞和重物作為整體進(jìn)行受力分析得:pS=mg+p°S
解得:
/?=1.2xlO5Pa;
phSph、S
②對下部分氣體進(jìn)行分析,由理想氣體狀態(tài)方程可得:分n一=號二
解得:
h2=20cm,
對上部分氣體進(jìn)行分析,根據(jù)玻意耳定律定律可得:Po(H—h)S=pLS
解得:
L=7.5cm,
故此時(shí)活塞M距離底端的距離為:
H2=20+7.5=27.5cm;
3.如圖所示,真空中有以(r,0)為圓心,半徑為r的圓柱形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,
方向垂直于紙面向里,在y=i?的虛線上方足夠大的范圍內(nèi),有方向沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度的
大小為E,從O點(diǎn)在紙面內(nèi)向各個方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子。已知質(zhì)子在磁場中的軌跡半徑也為r,質(zhì)子
的電量為q,質(zhì)量為m。
(1)速度方向與x軸正方向成30。角(如圖中所示)射入磁場的質(zhì)子,將會進(jìn)入電場,然后返回磁場,請?jiān)?/p>
圖中畫出質(zhì)子的運(yùn)動軌跡;
⑵在⑴問下,求出從O點(diǎn)射入的質(zhì)子第二次離開磁場所經(jīng)歷的時(shí)間。
【解析】
【詳解】
⑴如圖所示。
(2)質(zhì)子射入磁場后做勻速圓周運(yùn)動,有
2
qvB=^~
可得
qBr
v=
m
質(zhì)子在磁場中轉(zhuǎn)過120。角后從C點(diǎn)垂直電場線進(jìn)入電場,設(shè)時(shí)間為乙
2汽m
’1=aD
3qB
從C點(diǎn)到D點(diǎn)勻速運(yùn)動
r-rcos30°=vt2
解得
m
7
從D點(diǎn)減速到F點(diǎn)做勻減速運(yùn)動
qE
v=——t.
m
解得
Br
G=—
E
從F點(diǎn)到D點(diǎn)時(shí)間為與,從D點(diǎn)到C點(diǎn)時(shí)間為弓,從C點(diǎn)到M點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動
7tm
總時(shí)間
cc(乃+2—6)/〃2Br
qBE
4.如圖(a),一水平面內(nèi)固定有兩根平行的長直金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L;兩根相同的導(dǎo)體棒M、N置
于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直,長度均為L;棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為H(最大靜摩擦力等于滑動摩擦力);
整個裝置處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。從t=0時(shí)開始,對導(dǎo)體棒M施加一平行于
導(dǎo)軌的外力F,F隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖(b)所示。已知在to時(shí)刻導(dǎo)體棒M的加速度大小為pg時(shí),導(dǎo)
體棒N開始運(yùn)動。運(yùn)動過程中兩棒均與導(dǎo)軌接觸良好,重力加速度大小為g,兩棒的質(zhì)量均為m,電阻均
為R,導(dǎo)軌的電阻不計(jì)。求:
圖(a)圖(b)
(l)t?時(shí)刻導(dǎo)體棒M的速度VM;
(2)O~to時(shí)間內(nèi)外力F的沖量大??;
⑶O~to時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒M與導(dǎo)軌因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能。
1答案】⑴寰;⑵|"⑶贊j小露。
【解析】
【詳解】
(1)設(shè)to時(shí)刻棒中的感應(yīng)電流為io,由法拉第電磁感應(yīng)定律,回路中的感應(yīng)電動勢
Eo=BLVM
根據(jù)閉合電路歐姆定律
;=>^o.
°2R
導(dǎo)體棒受到的安培力大小為
F安=8口0
對導(dǎo)體棒N,由平衡條件得
F安=〃mg
整理得to時(shí)刻導(dǎo)體棒M的速度
_2囚ngR
2;
M-BI3
(2)設(shè)to時(shí)刻導(dǎo)體棒M受到的拉力大小為Fo,根據(jù)牛頓第二定律得
1_Ring=ma
解得
Fo=3〃mg
0to時(shí)間內(nèi)外力F的沖量大小為
,43
/=3°=5〃'叫‘°;
(3)設(shè)導(dǎo)體棒M開始運(yùn)動的時(shí)刻是t1.此時(shí)導(dǎo)體棒M受到拉力大小等于摩擦力
Fi=4mg
由F—t圖像可知
二雪
%「0
設(shè)tito時(shí)間內(nèi)的平均電流為I,導(dǎo)體棒M的位移為X。則tito時(shí)間內(nèi)的平均電流為
/,—__△_①__=_B__L_x_
-2R%-2R\t
在=-。過程中,根據(jù)動量定理,有
pungkt-BLIkt-mv
“I:,。A/-M
整理得
4〃mgR(t°mR]
—B21}UB2I})
此過程導(dǎo)體棒M與導(dǎo)軌因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能
5.如圖所示,光滑水平面上有一輕質(zhì)彈簧,彈簧左端固定在墻壁上,滑塊A以v°=12m/s的水平速度撞
上靜止的滑塊B并粘在一起向左運(yùn)動,與彈簧作用后原速率彈回,已知A、B的質(zhì)量分別為mi=0.5kg、
m2=1.5kg。求:
①A與B撞擊結(jié)束時(shí)的速度大小v;
②在整個過程中,彈簧對A、B系統(tǒng)的沖量大小I。
【詳解】
①A、B碰撞過程系統(tǒng)動量守恒,以向左為正方向
由動量守恒定律得
mivo二(mi+mz)v
代入數(shù)據(jù)解得
v=3m/s
②以向左為正方向,A、B與彈簧作用過程
由動量定理得
1=(mi+mi)(-v)-(mi+mi)v
代入數(shù)據(jù)解得
I=-12N*s
負(fù)號表示沖量方向向右。
6.2020年1月1日起,TPMS(胎壓監(jiān)測系統(tǒng))強(qiáng)制安裝法規(guī)將開始執(zhí)行。汽車行駛時(shí),TPMS顯示某
一輪胎內(nèi)的氣體溫度為27°C,壓強(qiáng)為250kPa,己知該輪胎的容積為30L。阿伏加德羅常數(shù)為NA=6.0X102J
mol1,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下Imol任何氣體的體積為22.4L,latm=100kPa。求該輪胎內(nèi)氣體的分子數(shù)。(結(jié)果保留
一位有效數(shù)字)
【答案】2X1024個
【解析】
【詳解】
設(shè)胎內(nèi)氣體在lOOkPa、0C狀態(tài)下的體積為Vo,根據(jù)氣體狀態(tài)方程有:
PM_Po%
工一T。,
代入解得:
Vo=68.25L
則胎內(nèi)氣體分子數(shù)為:
N=-^-N“弓2x1024個
22.4A
7.如圖,水平地面上固定著豎直面內(nèi)半徑R=2.75m的光滑圓弧槽,圓弧對應(yīng)的圓心角為37。,槽的右端與
質(zhì)量m=lkg、長度L=2m且上表面水平的木板相切,槽與木板的交接處靜止著質(zhì)量mi=2kg和m2=lkg的
兩個小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))?,F(xiàn)點(diǎn)燃物塊間的炸藥,炸藥爆炸釋放的化學(xué)能有60%轉(zhuǎn)化為動能,使兩物塊
都獲得水平速度,此后m2沿圓弧槽運(yùn)動,離開槽后在空中能達(dá)到的最大高度為h=0.45m。已知皿與木板
間的動摩擦因數(shù)m=0.2,木板與地面間的動摩擦因數(shù)3=0.1,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,sin37°=0.6,
cos37°=0.8,重力加速度g=10m/s2。求:
⑴物塊到達(dá)圓弧槽左端時(shí)的速率v;
⑵炸藥爆炸釋放的化學(xué)能E;
⑶木板從開始運(yùn)動到停下的過程中與地面間因摩擦而產(chǎn)生的熱量Q。
【答案】(1)5m/s;(2)45J;(3)3J?
【解析】
【分析】
【詳解】
(Dm?離開圓弧槽后,在空中的飛行過程的逆過程是平拋運(yùn)動
分解m2離開圓槽時(shí)的速度v,有
vv=vsin37
根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律得
,1*2
%=/廠
vy=gt
代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得
v=5m/s
(2)設(shè)炸藥爆炸后,mi、m2獲得的速率分別為力/、v2
nu運(yùn)動過程中,由機(jī)械能守恒定律有:
n?2gE(l-cos37j+gm2/=}當(dāng)¥
代入數(shù)據(jù)得
v2=6m/s
爆炸過程中,由動量守恒定律有
町匕=m2v2
代人入數(shù)據(jù)得
V)=3m/s
由題意有
11
60%E=—2+萬/%了2
代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得
E=45J
⑶對物塊mi有
必叫g(shù)=町4
對木板nu有
從呵8-〃2(m+網(wǎng))g=網(wǎng)出
代入數(shù)據(jù)得
6(?=2m/s2
2
6f2=lm/s
設(shè)經(jīng)過時(shí)間t,達(dá)到共同速度U有:
f
v{一“=a2t
f
M=a2t
代入數(shù)據(jù)得
t'=ls
v'=lm/s
此過程中:mi的位移
木板的位移
1,,
x,=—vt=0.5m
-2
相對位移=M-々=L5m〈L,故mi未脫離木板
假設(shè)它們一起做減速運(yùn)動直到靜止
由
(根+叫)g=(根+叫)/
得
2
a3=lm/s
又:.“=〃1/”話>班4,故假設(shè)成立
設(shè)此后木板發(fā)生的位移為工
由運(yùn)動學(xué)規(guī)律有
v'2=2a3X3
代入數(shù)據(jù)得
x3=0.5m
整個過程中,木板與地面間因摩擦而產(chǎn)生的熱量
Q=〃式m+mi)g(x2+x3)
代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得
Q=3J
8.圖甲為能進(jìn)行圖形翻轉(zhuǎn)的“道威棱鏡”示意圖,其橫截面OABC是底角為45。的等腰梯形,高為a,上
底邊長為a,下底邊長3a,如圖乙所示。一細(xì)光束垂直于OC邊射入,恰好在OA和BC邊上發(fā)生全反射,
最后垂直于OC邊射出,已知真空中的光速為c。試求該光束在棱鏡中的傳播時(shí)間t。
,45,45,
0
乙
【答案】372-
【解析】
【分析】
【詳解】
恰好發(fā)生全反射
1
n=-----
sinC
即
所以速度為
c6
v=—=——C
n2
則時(shí)間為
一的=3印
vc
9.如圖,上端開口的豎直汽缸由大、小兩個同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個活塞,兩活塞用剛性輕桿
連接,兩活塞間充有氧氣,小活塞下方充有氮?dú)?已知:大活塞的質(zhì)量為2m,橫截面積為2S,小活塞的
質(zhì)量為m,橫截面積為S;兩活塞間距為L;大活塞導(dǎo)熱性能良好,汽缸及小活塞絕熱;初始時(shí)氮?dú)夂推?/p>
缸外大氣的壓強(qiáng)均為P。,大活塞與大圓筒底部相距由,兩活塞與氣缸壁之間的摩擦不計(jì),重力加速度為
2
g.現(xiàn)通過電阻絲緩慢加熱氮?dú)猓螽?dāng)小活塞緩慢上升至上表面與大圓筒底部平齊時(shí),氮?dú)獾膲簭?qiáng).
【答案】P=]Po+親
【解析】
【分析】
以兩活塞整體為研究對象,根據(jù)平衡條件求出初始時(shí)氧氣壓強(qiáng)為8和體積X;再求出當(dāng)小活塞緩慢上升
至上表面與大圓筒底部平齊時(shí)氧氣的體積V2;再由玻意耳定律,求出此時(shí)氧氣的壓強(qiáng)P2,最后利用平衡
條件求出氮?dú)鈮簭?qiáng)為P;根據(jù)平衡條件求出壓強(qiáng),在根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程求出溫度.
【詳解】
①以兩活塞整體為研究對象,設(shè)初始時(shí)氧氣壓強(qiáng)為P”根據(jù)平衡條件有
poS+3mg=piS
化簡得:
3me
Pi=Po+—
kJ
初始時(shí)氧氣體積:
%=2S八,+5區(qū)L=3密SL
'I2J222
當(dāng)小活塞緩慢上升至上表面與大圓筒底部平齊時(shí),氧氣體積
V2=2SL
由于大活塞導(dǎo)熱,小活塞緩慢上升可認(rèn)為氧氣溫度不變,設(shè)此時(shí)氧氣壓強(qiáng)為P2,
由玻意耳定律得
P2V2=P1V1
聯(lián)立解得氧氣的壓強(qiáng):
39mg
P)=一“0H--------
24°4s
②設(shè)此時(shí)氮?dú)鈮簭?qiáng)為P,溫度為T,根據(jù)平衡條件有
po,2S+3mg=pzS+pS
得:
P=上P0+股
10.如圖所示,在水平面上有一個固定的!光滑圓弧軌道ab,其半徑R=0.4m。緊靠圓弧軌道的右側(cè)有一
足夠長的水平傳送帶與圓弧軌道相切于b點(diǎn),在電動機(jī)的帶動下皮帶以速度vo=2m/s順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動,在
a的正上方高h(yuǎn)=().4m處將小物塊A由靜止釋放,在a點(diǎn)沿切線方向進(jìn)入圓弧軌道ab,當(dāng)A滑上水平傳送
帶左端的同時(shí)小物塊B在c點(diǎn)以v=4m/s的初速度向左運(yùn)動,兩物塊均可視為質(zhì)點(diǎn),質(zhì)量均為2kg,與傳
送帶間的動摩擦因數(shù)均為|1=0.4。兩物塊在傳送帶上運(yùn)動的過程中恰好不會發(fā)生碰撞,取g=10m/s2。求:
(1)小物塊A到達(dá)圓弧軌道最低點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力大?。?/p>
⑵小物塊B、A開始相向運(yùn)動時(shí)的距離聯(lián);
(3)由于物塊相對傳送帶滑動,電動機(jī)多消耗的電能。
【答案】(I)IOON(2)5m(3)16J
【解析】
【詳解】
(1)小物塊A從靜止運(yùn)動到b點(diǎn),由動能定理得
12
mg(h+R)=~
在b點(diǎn)由牛頓第二定律得
A
解得
FN=100N
根據(jù)牛頓第二定律可知小物塊A到達(dá)圓弧軌道最低點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力大小為100N
(2)由牛頓第二定律得
pmg=ma
可知兩個小物塊的加速度大小均為
a=|ig=4m/s2
小物塊A向右減速至與傳送帶共速的過程中所需時(shí)間
a
小物塊A的位移
22
J一%
XxA---
2a
傳送帶的位移
Xl=VotA
所以A物塊相對傳送帶的位移
%=4-西
小物塊B向左減速至0再反向加速至與傳送帶共速的過程所需的時(shí)間
v+v,廣
tn=------0=1.5s
Ka
小物塊B的位移大小
2
V-1
XR=
Bla
傳送帶的位移
々=votB
所以小物塊B相對傳送帶的位移
&B=9+/
小物塊B、A開始相向運(yùn)動的距離
解得
k=5m
(3)小物塊A相對傳送帶運(yùn)動產(chǎn)生的熱量
2=〃,找
小物塊動能的變化量
此瓦=g〃/欣
小物塊B相對傳送帶運(yùn)動產(chǎn)生的熱量
=〃機(jī)g&B
小物塊動能的變化量
A"1212
Ahki--mv
所以電動機(jī)多消耗的能量
E=Qi+△&+
解得
E=16J
11.如圖所示,相距L=0.5m的平行導(dǎo)軌MNS、PQT處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場中,水平導(dǎo)軌處
的磁場方向豎直向上,光滑傾斜導(dǎo)軌處的磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向下。質(zhì)量均為m=0.04kg、電阻均
為R=0.1。的導(dǎo)體棒ab、cd均垂直放置于導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。質(zhì)量為M=0.20kg
的物體C,用絕緣細(xì)線繞過光滑的定滑輪分別與導(dǎo)體棒ab、cd相連接。細(xì)線沿導(dǎo)軌中心線且在導(dǎo)軌平面
內(nèi),細(xì)線及滑輪質(zhì)量不計(jì)。已知傾斜導(dǎo)軌與水平面的夾角。=37。,水平導(dǎo)軌與ab棒間的動摩擦因數(shù)ji=0.4。
重力加速度g=10m/s2,水平導(dǎo)軌足夠長,導(dǎo)體棒cd運(yùn)動過程中始終不離開傾斜導(dǎo)軌。物體C由靜止釋放,
當(dāng)它達(dá)到最大速度時(shí)下落高度h=lm,求這一運(yùn)動過程中:(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(2)由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能與電流產(chǎn)生的內(nèi)能各為多少?
(3)若當(dāng)棒ab、cd達(dá)到最大速度的瞬間,連接導(dǎo)體棒ab、cd及物體C的絕緣細(xì)線突然同時(shí)斷裂,且ab
棒也剛好進(jìn)入到水平導(dǎo)軌的更加粗糙部分(ab棒與水平導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)變?yōu)椤?=0.6)。若從絕緣細(xì)線
斷裂到ab棒速度減小為零的過程中ab棒向右發(fā)生的位移x=0.Um,求這一過程所經(jīng)歷的時(shí)間?
【答案】(1)2m/s(2)0.16J1.04J(3)0.15s
【解析】
【詳解】
(1)設(shè)C達(dá)到最大速度為乙,由法拉第電磁感應(yīng)定律可得回路的感應(yīng)電動勢為:
E=2BLvm①
E
由歐姆定律可得回路中的電流強(qiáng)度為:1=—②
2R
金屬導(dǎo)體棒ab、cd受到的安培力為:F=BIL③
線中張力為T2,導(dǎo)體棒ab、cd及物體C的受力如圖,
物體C[二
2mg
由平衡條件可得:Z=加gsin37"+尸,T^T.+F+f,T2=Mg④
聯(lián)立①②③④解得匕=2%⑤
(2)運(yùn)動過程中由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能:Ei=jimgh=0.16J⑥
由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律可得:
Mgh-g(2m+M)v^t+mghsin37°+E1+E2⑦
聯(lián)立⑤⑥⑦
將打=1機(jī),代入可得這一過程由電流產(chǎn)生的內(nèi)能:£2=1.04J
(3)經(jīng)分析,在ab棒向右減速運(yùn)動的過程中,其加速度大小與cd棒沿斜面向上運(yùn)動的加速度大小始終
相等,速率也始終相等。設(shè)某時(shí)刻它們的速率為v,貝!]:E=2BLV
E
由歐姆定律可得回路中的電流強(qiáng)度為:1=—
2/?
金屬導(dǎo)體棒ab、cd受到的安培力為:F=BIL
對ab棒運(yùn)用動量定理:£、七必'+^mgt=mvm
R
又£必/=x=0Alm
計(jì)算可得t=0.15s
12.如圖所示,彎成四分之三圓弧的細(xì)桿豎直固定在天花板上的N點(diǎn),細(xì)桿上的PQ兩點(diǎn)與圓心。在同
一水平線上,圓弧半徑為0.8m。質(zhì)量為0.1kg的有孔小球A(可視為質(zhì)點(diǎn))穿在圓弧細(xì)桿上,小球A通
過輕質(zhì)細(xì)繩與質(zhì)量也為0.1kg小球3相連,細(xì)繩繞過固定在。處的輕質(zhì)小定滑輪。將小球A由圓弧細(xì)桿上
某處由靜止釋放,則小球A沿圓弧桿下滑,同時(shí)帶動小球3運(yùn)動,當(dāng)小球A下滑到。點(diǎn)時(shí)其速度為4m/s,
此時(shí)細(xì)繩與水平方向的夾角為37。,已知重力加速度g=10m/s2,或>137。=0.6,cos37°=0.8,??16。=0.1.問:
(1)小球A下滑到O點(diǎn)時(shí),若細(xì)繩的張力T=x(N),則圓弧桿對小球A的彈力是多大?
(2)小球A下滑到。點(diǎn)時(shí),小球B的速度是多大?方向向哪?
(3)如果最初釋放小球A的某處恰好是P點(diǎn),請通過計(jì)算判斷圓弧桿PO段是否光滑。
【答案】(1)FN=(2.1-0.8X)N;(2)2.4m/s,豎直向下;(3)光滑
【解析】
【分析】
【詳解】
(1)當(dāng)球A運(yùn)動到D點(diǎn)時(shí),設(shè)圓弧桿對小球A的彈力為FN,由牛頓第二定律有
2
%+Tcos370-mgcos16。=
R
解得
FN=(2.1-0.8X)N
(2)小球A在D點(diǎn)時(shí),小球B的速度
vH-vAsin37°=2.4m/s
方向豎直向下。
(3)由幾何關(guān)系有
QD=2Rcos370=1.6R
//=QOsin370=0.96R
若圓弧桿不光滑,則在小球A從P點(diǎn)滑到D點(diǎn)的過程中,必有摩擦力對小球A做功。設(shè)摩擦力對小球A
做功為W“對A、B兩小球由功能關(guān)系得
mg/t+mg(2R-QD)+W/=;相口;+;加4
代入數(shù)據(jù)解得
Wf=O
所以圓弧桿PD段是光滑的。
13.如圖所示,A、B和M、N為兩組平行金屬板。質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子,自A板中央小孔進(jìn)
入A、B間的電場,經(jīng)過電場加速,從B板中央小孔射出,沿M、N極板間的中心線方向進(jìn)入該區(qū)域。6
知極板A、B間的電壓為U0,極板M、N的長度為I,極板間的距離為d。不計(jì)粒子重力及其在a板時(shí)的
初速度。
(1)求粒子到達(dá)b板時(shí)的速度大小V;
(2)若在M、N間只加上偏轉(zhuǎn)電壓U,粒子能從M、N間的區(qū)域從右側(cè)飛出。求粒子射出該區(qū)域時(shí)沿垂
直于板面方向的側(cè)移量y;
(3)若在M、N間只加上垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,粒子恰好從N板的右側(cè)邊緣飛出,求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的
大小和方向。
【答案】(1)v=*巨久(2)y=-^~(3)B=丁2J馴Z,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面
Vm4dU04l~+d-\q
向外。
【解析】
【分析】
(1)粒子在加速電場中加速,由動能定理可以求出粒子的速度。
(2)粒子在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運(yùn)動,應(yīng)用類平拋運(yùn)動求出粒子的偏移量。
(3)粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動,洛倫茲力提供向心力,求粒子的軌道半徑,應(yīng)用牛頓第二定律可以
求出磁感應(yīng)強(qiáng)度。
【詳解】
(1)帶電粒子在AB間運(yùn)動,根據(jù)動能定理有
〃12
QU0=-mv
解得戶%
Vm
1
(2)帶電粒子在M、N極板間沿電場力的方向做勻加速直線運(yùn)動,有0
根據(jù)牛頓第二定律有a=^=—
mma
帶電粒子在水平方向上做勻速直線運(yùn)動,有/="
U12
聯(lián)立解得y=——
4dU0
(3)帶電粒子向下偏轉(zhuǎn),由左手定則得磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外。
2
根據(jù)牛頓第二定律有qvB=m—
R
由圖中幾何關(guān)系有收=/2+(/?-.)2
2
4『+12
解得
4d
聯(lián)立解得B=華生近
【點(diǎn)睛】
本題考查了帶電粒子在電場與磁場中的運(yùn)動,分析清楚粒子運(yùn)動過程是解題的前提與關(guān)鍵,應(yīng)用動能定理、
類平拋運(yùn)動規(guī)律與牛頓第二定律即可解題。
14.如圖所示為一簡易火災(zāi)報(bào)警裝置,其原理是:豎直放置的試管中裝有水銀,當(dāng)溫度升高時(shí),水銀柱上
升,使電路導(dǎo)通,蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的響聲。已知溫度為27-C時(shí),封閉空氣柱長度Li為20cm,此時(shí)水銀
柱上表面與導(dǎo)線下端的距離L2為10cm,水銀柱的高度h為5cm,大氣壓強(qiáng)為75cmHg,絕對零度為-273。(\
(1)當(dāng)溫度達(dá)到多少攝氏度時(shí),報(bào)警器會報(bào)警;
(2)如果要使該裝置在900C時(shí)報(bào)警,則應(yīng)該再往玻璃管內(nèi)注入多高的水銀柱?
【答案】(1)177℃;(2)8cm
【解析】
【詳解】
⑴報(bào)警器報(bào)警,則氣體柱的長度要增大到L+L2
根據(jù)等壓變化
工」一乙
匕
T2Li+L2
代入數(shù)據(jù)得
T2=450K
即
t2=177℃
(2)設(shè)加入x水銀柱,在90C時(shí)會報(bào)警
PM_P3匕
丁工~
可得
80x20S(8O+x)(3O-x)S
300273+90
解得
x=8cm
15.如圖,光滑絕緣水平面上靜置兩個質(zhì)量均為m、相距為x()的小球A和B,A球所帶電荷量為+q,B
球不帶電?,F(xiàn)在A球右側(cè)區(qū)域的有限寬度范圍內(nèi)加上水平向右的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度為E,小球A在電
場力作用下由靜止開始運(yùn)動,然后與B球發(fā)生彈性正碰,A、B碰撞過程中沒有電荷轉(zhuǎn)移,且碰撞過程時(shí)
間極短,求:
E
7/^7777777777777777777777777777777777777^7777/
Xo
(DA球與B球發(fā)生第一次碰撞后B球的速度;
(2)從A球開始運(yùn)動到兩球在電場中發(fā)生第二次碰撞前電場力對A球所做的功;
(3)要使A、B兩球只發(fā)生三次碰撞,所加電場的寬度d應(yīng)滿足的條件。
【答案】(1)(2)5qExo(3)8xo<d<18xo
【解析】
【詳解】
(1)設(shè)A球與B球第一次碰撞前的速度為V0,碰撞后的速度分別為VA1、VB1O
對A,根據(jù)牛頓第二定律得:qE=ma
由運(yùn)動學(xué)公式有:vo2=2axoo
解得:歸身當(dāng)
vm
對于AB碰撞過程,取向右為正方向,由動量守恒定律和機(jī)械能守恒定律得:
mvo=mvAi+niVBi
(2)設(shè)第一次碰撞到第二次碰撞前經(jīng)歷的時(shí)間為tl.有:XAkVAltl+Lah2=VBltl
2
從A球開始運(yùn)動到兩球在電場中發(fā)生第二次碰撞前電場力對A球所做的功為:
W=qE(XO+XAI)
解得:W=5qExoo
(3)設(shè)第二次碰撞前A的速度為VA“碰撞后A、B的速度分別為VA2、VB2.有:
VAI-VAl+atlo
第二次碰撞過程,有:
mvAir+mvBi=mvA2+mvB2o
1,2121212
—mvAr+—mvBi=-mvA2+—mvin
2222o
第二次碰撞后,當(dāng)A球速度等于B球速度VB2時(shí),A球剛好離開電場,電場區(qū)域?qū)挾茸钚?,有?/p>
VB22-VA22=2a*AXlo
A、B兩球在電場中發(fā)生第三碰撞后,當(dāng)A球速度等于B球速度時(shí),A球剛好離開電場,電場區(qū)域的寬度
最大,設(shè)第三次碰撞前A球的速度為VA2,,碰撞后A、B的速度分別為VA3、VB3.二、三次碰撞間經(jīng)歷的
時(shí)間為t2.有:
1,
XA2=VA2t2+—at2-VB2t2o
2
VA2~VA2+at2o
第三次碰撞過程,有:mVA2'+mVB2=mVA3+mVB3
171,11
—2mVA22+—mVB2=—2mVA4+—2mVB4.
VB4-VA4=2a*AX2
所以電場區(qū)域?qū)挾萪應(yīng)滿足的條件為:XO+XAI+AX1<d<Xo+XA1+xA2+△X2o
解得:8xo<d<18xo
16.如圖,一上端開口、下端封閉的細(xì)長玻璃管豎直放置.玻璃管的下部封有長h=25.0cm的空氣柱,中
間有一段長為L=25.0cm的水銀柱,上部空氣柱的長度13=40.0cm,已知大氣壓強(qiáng)為Po=75.OcmHg.現(xiàn)將一
活塞(圖中未畫出)從玻璃管開口處緩緩?fù)峦?,使管下部空氣柱長度變?yōu)?/=20.0cm.假設(shè)活塞下推過
程中沒有漏氣,求活塞下推的距離.
Mf
?
1?
力
-?
-
T八
—
【答案】15.0cm
【解析】
【詳解】
以cmHg為壓強(qiáng)單位,在活塞下推前,玻璃管下部空氣柱的壓強(qiáng)為:
Pi=Po+,2
設(shè)活塞下推后,下部空氣柱的壓強(qiáng)為p/,由玻意耳定律得:
訊=M
活塞下推距離為△/時(shí)玻璃管上部空氣柱的長度為:
4=4+4
設(shè)此時(shí)玻璃管上部空氣柱的壓強(qiáng)為P2,,貝!I:
P2'=PJ-4
由玻意耳定律得:
Pol3=Pil3
由題給數(shù)據(jù)解得:
A/=15.0cm
17.如圖所示,兩條直線MN與PQ所夾區(qū)域內(nèi)有兩個不同的勻強(qiáng)磁場,磁場的直線邊界00'與MN和
PQ均垂直。一質(zhì)量為加、電荷量為4的帶電粒子以某一初速度垂直MN射入磁場用,受磁場力的作用,
10047772(X)7T〃1
最終垂直于邊界PQ且從。。段射出。已知:兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為用=-------、B,=--------(各
物理量單位均為國際單位制中的主單位),粒子進(jìn)入磁場的初速度為v=20mi/s。不計(jì)粒子重力,求:
(1)粒子在用、磁場中運(yùn)動的半徑之比
(2)粒子在兩磁場中運(yùn)動的最短時(shí)間
M
Bi
???
o......-......................O'
xxx
B,
XXX
NQ
【答案】(1)2;(2)0.015s
【解析】
【詳解】
(1)粒子在磁場內(nèi)做圓周運(yùn)動,根據(jù)牛頓第二定律則有
V2
qvBl=m—
v2
qvB?=m——
ri
則兩半徑之比
r2
(2)粒子在磁場內(nèi)做圓周運(yùn)動的軌跡如圖,粒子交替在g與磁場內(nèi)做圓周運(yùn)動,圖示情景為最短時(shí)間
.27Vm
F
.=—2/r—m
祖
由幾何關(guān)系知,帶電粒子在兩磁場中運(yùn)動時(shí)間分別為
則總時(shí)間為
,=4+弓=0.015s
18.如圖所示,為常德市某小區(qū)在防治新冠疫情過程中用于噴灑消毒液的噴霧器,由三部分構(gòu)成,左側(cè)為
手持式噴霧管,管底部有閥門K;中間為儲藥桶,桶的橫截面積處處相等為S=400cm2,桶高為H=50cm,
桶的上方有可以關(guān)閉的蓋子;右側(cè)是通過體積可忽略的細(xì)管連通的打氣裝置,每次打進(jìn)Vo=7OOcm3的空氣。
某次消毒需將噴嘴舉高到比桶底高M(jìn)=75cm處,工作人員關(guān)閉閥門K,向桶中裝入了h=30cm深的藥
液,封閉蓋子,為了能使儲藥桶中消毒液全部一次性噴出,通過打氣裝置向桶內(nèi)打氣。求需要打氣多少次
才能達(dá)到目的?(已知大氣壓強(qiáng)“°=75.0cmHg,消毒液的密度為水銀密度的0.1倍,不考慮在整個消毒
過程中氣體溫度的變化。桶內(nèi)藥液噴灑完時(shí)噴管內(nèi)仍然充滿藥液,設(shè)噴管內(nèi)部體積遠(yuǎn)小于儲藥桶的體積)
【答案】20次
【解析】
【分析】
【詳解】
當(dāng)桶內(nèi)裝入/z=30cm深的藥液時(shí),桶內(nèi)氣體體積為
末狀態(tài)欲使桶內(nèi)藥液全部噴出,對桶內(nèi)剩余的空氣進(jìn)行分析
p2=Po+0.1△〃②
根據(jù)玻意耳定律,末狀態(tài)桶內(nèi)氣體可轉(zhuǎn)化為與空氣壓強(qiáng)相同的氣體
P2sH=p0V2③
需要打氣次數(shù)
匕=匕+叫④
聯(lián)立上式得
〃=20次
19.透明玻璃瓶用橡皮塞將瓶口塞住,已知大氣壓強(qiáng)為po,外界環(huán)境溫度不變,圓柱形橡皮塞橫截面積為
So
⑴用鐵架臺將透明玻璃瓶豎直固定,且塞有橡皮塞的瓶口豎直朝下,再用打氣筒再將N倍于瓶子容積的
空氣緩慢壓入瓶中,此時(shí)橡皮塞恰能彈出。已知橡皮塞的質(zhì)量為m,求橡皮塞彈出瞬間與瓶口最大靜摩擦
力的大小;
(2)將透明玻璃瓶瓶口豎直朝上放置,用手按壓住橡皮塞,用打氣筒再將4N倍于瓶子容積的空氣緩慢壓入
瓶中,然后突然撤去按壓橡皮塞的手,求撤去手瞬間橡皮塞的加速度大小。
【答案】(1),=帥"〃嵯;(2)aJ也$二2%
m
【解析】
【分析】
【詳解】
(1)由玻意耳定律有
〃o(N+l)V5
得
p=(N+l”o
對橡皮塞受力分析可得
mg+(N+\]p0S=paS+f
計(jì)算得出
f=Np0S+mg
(2)由玻意耳定律,有
p0(4N+l)V=p'V
得
P=(4N+I)po
對橡皮塞,由牛頓第二定律,有
(4N+l)p0S-(p()S+f+mg)=ma
計(jì)算得出
_3NpqS-2mg
ci-
m
20.如圖所示,為正對放置的水平金屬板M、N的中線。熱燈絲逸出的電子(初速度、重力均不計(jì))
在電壓為U的加速電場中由靜止開始運(yùn)動,從小孔O射入兩板間正交的勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場(圖中未畫
出)后沿00'做直線運(yùn)動。已知兩板間的電壓為2U,兩板長度與兩板間的距離均為L,電子的質(zhì)量為m、
電荷量為e。求:
(1)板間勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B和方向;
(2)若保留兩金屬板間的勻強(qiáng)磁場不變使兩金屬板均不帶電,則從小孔O射入的電子在兩板間運(yùn)動了多長
時(shí)間?
燈然I~
,于一IT"
【答案】(1)3='/獨(dú)0,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂紙面向外;(2)ILJ五
Z,Ve3\2eU
【解析】
【詳解】
⑴電子通過加速電場的過程中,由動能定理有
1,
eU=—mv~?
2
由于電子在兩板間做勻速運(yùn)動,則
evB=eE②
其中
聯(lián)立解得
根據(jù)左手定則可判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂紙面向外;
(2)洛倫茲力提供電子在磁場中做圓周運(yùn)動所需要的向心力,有
V2
evB-m一⑤
r
聯(lián)立①④⑤可得
r=L⑥
由幾何關(guān)系可知
8=60。⑦
而
T得⑧
則電子在場中運(yùn)動的時(shí)間
TInm1m-
——7LLT.\-------⑨
66eB3\2eU
21.在室溫(27。0環(huán)境中,有一罐壓強(qiáng)為9.0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、容積為0.02m3的氫氣,現(xiàn)將它與一氣球連通給
氣球充氣。當(dāng)充氣完畢時(shí),氣球壓強(qiáng)為1.2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,假若充氣過程中溫度不變,求:
①充氣后氣球的體積;
②充氣前罐內(nèi)氫氣的質(zhì)量。(已知?dú)錃獾哪栙|(zhì)量為4.0g/moL標(biāo)況下氣體的摩爾體積為22.4L/mol)
【答案】(D0.13m3;②29.29g。
【解析】
【詳解】
①Pi=9.0個大氣壓,V,=0.02m3;7;=300K
充氣后球體積為V,P2=12個大氣壓
匕=0.02+V;T2=300K
由玻意耳定律得
PM=P?V2
得
V=0.13m3
②充氣罐內(nèi)氮?dú)庠跇?biāo)況下體積為Vo,po=l個大氣壓;工)=273K
由狀態(tài)方程得
PM_Po%
I~TQ
得
%=0.164m,
氯氣的摩爾數(shù)
〃=7.32mol
質(zhì)量
m-29.29g
22.如圖所示,ABCD是某種透明材料的截面,AB面為平面,CD面是半徑為R的圓弧面,O1O2為對稱
軸;一束單色光從5點(diǎn)斜射到AB面上折射后照射到圓弧面上E點(diǎn),剛好發(fā)生全反射,ZOIO2E=30°,
DO2±CO2,透明材料對單色光的折射率為三,光在真空中傳播速度為C,求:
(i)單色光在AB面上入射角a的正弦值;(結(jié)果可以用根號表示)
(ii)光在透明材料中傳播的時(shí)間(不考慮光在BC面的反射)。(結(jié)果可以用根號表示)
【答案】⑴?(ii)公孌
【解析】
【詳解】
(i)光在圓弧面上剛好發(fā)生全反射,因此有sinC=g=^
由幾何關(guān)系可知r+O=C,因此r=30。,由折射公式有
二匚2U.一、7
n=___TT,sina--7
(ii)由幾何關(guān)系可知OiE=R
光在E點(diǎn)的反射光線EF平行于AB,則EF=Rsin45°-Rsin30°=^
光在材料中傳播速度二=|=?二
因此光在材料中傳播的時(shí)間為二=三衿=1筍
【點(diǎn)睛】
解答此類問題的關(guān)鍵是畫出光路圖,根據(jù)全反射條件、折射定律和幾何關(guān)系列方程聯(lián)立求解。
23.靜止在水平地面上的兩小物塊A、B,質(zhì)量分別為,?=LOkg,/nB=4.0kg;兩者之間有一被壓縮
的微型彈簧,A與其右側(cè)的豎直墻壁距離l=1.0m,如圖所示,某時(shí)刻,將壓縮的微型彈簧釋放,使A、E
瞬間分離,兩物塊獲得的動能之和為4=10.()J,釋放后,A沿著與墻壁垂直的方向向右運(yùn)動。A、B與地
面之間的動摩擦因數(shù)均為〃=0.20,重力加速度取g=10m/s2,A、B運(yùn)動過程中所涉及的碰撞均為彈
性碰撞且碰撞時(shí)間極短。
⑴求彈簧釋放后瞬間A、B速度的大??;
(2)物塊A、B中的哪一個先停止?該物塊剛停止時(shí)A與B之間的距離是多少?
(3)A和B能否再次發(fā)生碰撞?若不能,說明理由;若能,試計(jì)算碰后的速度大小。
B71
j_______________7
力〉〃〉〃〃/〃/〃〃〃/〃/〃〃,萬
【答案】(l)4.0m/s,l.Om/s;(2)B,0.50m;(3)不能,見解析
【解析】
【分析】
【詳解】
⑴設(shè)彈簧釋放瞬間A和B的速度大小分別為以、力,以向右為正,由動量守恒定律和題給條件有
0^mAvA-mBvB
1212
Eck二mAvA+弓tnBvB
聯(lián)立并代入題給數(shù)據(jù)得
vA-4.0m/s
vB=1.0m/s
(2)A、B兩物塊與地面間的動摩擦因數(shù)相等,因而兩者滑動時(shí)加速度大小相等,設(shè)加速度大小為。,則有
a=Ng
假設(shè)A和B發(fā)生碰撞前,已經(jīng)有一個物塊停止,此物塊應(yīng)為彈簧釋放后速度較小的B,設(shè)從彈簧釋放到B
停止所需時(shí)間為,,B向左運(yùn)動的路程為與,則有
12
-2Q/
vB-at=O
可得
t-0.5s
xB=0.25m
在時(shí)間/內(nèi),A可能與墻發(fā)生彈性碰撞,碰撞后A將向左運(yùn)動,碰撞并不改變A的速度大小,所以無論此
碰撞是否發(fā)生,A在時(shí)間/內(nèi)的路程x八都可表示為
12
xA=vat--ar=1.75m>Im
這表明在時(shí)間/內(nèi)A已與墻壁發(fā)生碰撞,但沒有與B發(fā)生碰撞,此時(shí)A位于出發(fā)點(diǎn)右邊0.25m處,B位
于出發(fā)點(diǎn)左邊0.25m處,兩物塊之間的距離為
xAB-0.25+0.25m=0.5m
(3*時(shí)刻后A將繼續(xù)向左運(yùn)動,假設(shè)它能與靜止的B碰撞,碰撞時(shí)速度的大小為/,由動能定理有
mVmV
|AA-^AA=-"ngQl+SB)
可得
v'A=\["lm/s
故A與B將發(fā)生碰撞,設(shè)碰撞后A、B的速度分別為V以和吟,規(guī)定以向右為正,由動量守恒定律與機(jī)
械能守恒定律有
mA(-V^=mAVA+mBVB
^mAVA=^mAVA+^mBV^
聯(lián)立并代入題給數(shù)據(jù)得
〃3不,
vA=—^―m/s
“2s.
vB=———m/s
這表明碰撞后A將向右運(yùn)動,B繼續(xù)向左運(yùn)動,設(shè)碰撞后A向運(yùn)動距離為其時(shí)停止,B向左運(yùn)動距離為其
時(shí)停止,由動能定理可得
代入數(shù)據(jù)得
r
xA=0.63m
f
xDR=0.28m
則有
x'A<2(l+xB)+x'B
所以A和B不能再次發(fā)生碰撞
24.質(zhì)量為m=5kg的物體從t=0開始在水平恒力F的作用下沿水平面做直線運(yùn)動,一段時(shí)間后撤去F,
其運(yùn)動的v-t圖象如圖所示。g取10m/s2,求:
(1)推力F的大小;
(2)若h時(shí)刻撤去推力F,物體運(yùn)動的總位移為14m,求小
v/(m,S-i)
【答案】(1)14N;(2)5s
【解析】
【詳解】
(1)由v-t圖象知加速運(yùn)動的加速度
Av,
ai=—=0.8m/s2
△t
減速運(yùn)動的加速度大小為
=—r=2m/s2
加速階段
F-/2mg=ma]
減速階段
/amg=ma^
解得
F=14N
⑵設(shè)加速運(yùn)動的位移為X”總位移為x,由動能定理得
Fx-/jmgx=O
12
%=5玷
解得
ti=5s
25.如圖所示,水平虛線ab和cd在同一豎直平面內(nèi),間距為L,中間存在著方向向右與虛線平行的勻強(qiáng)
電場,虛線cd的下側(cè)存在一圓形磁場區(qū)域,磁場方向垂直紙面向外,圓形磁場與虛線cd相切于M點(diǎn)。
一質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子由電場上邊界的S點(diǎn)以速度vo垂直電場方向進(jìn)人電場,經(jīng)過一段時(shí)間粒
子從M點(diǎn)離開電場進(jìn)人磁場,粒子在磁場中的速度大小為2vo,經(jīng)偏轉(zhuǎn)后,粒子由虛線cd上的N點(diǎn)垂直
于虛線返回勻強(qiáng)電場且剛好再次回到S點(diǎn)。粒子重力忽略不計(jì),求:
(1)SM兩點(diǎn)間的距離;
(2)圓形磁場的半徑r以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?/p>
(3)帶電粒子在整個運(yùn)動過程中的總時(shí)間。
bSa
一產(chǎn)......二
【答案】(1)立L;(2)8鬲%;⑶295信L
------1-----------
245qL1618%
【解析】
【詳解】
(1)根據(jù)題意作出粒子的運(yùn)動軌跡如圖所示
在電場中,粒子帶正電,從S到M過程中做類平拋運(yùn)動,在豎直方向做勻速直線運(yùn)動,則有4
%
在M點(diǎn),沿水平方向的速度
匕如=,(2%)2-耳=6%
所以粒子的側(cè)位移
PM=—L
2'2
則SM兩點(diǎn)間的距離
SM*
(2)在M處,由速度關(guān)系知
sin。=-^-
2%2
解得。=30
L
粒子在電場中從N返回S過程中的時(shí)間為弓=丁
2%
根據(jù)位移時(shí)間公式有
1,
PN^-at}
且
L
解得PN=^L
8
則
5百
MN=MP+PN=-L
8
由幾何關(guān)系知,在AMNT中
MN5
MT-—Tr
cos304一
MK=-MT=--L
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