2025年英國(guó)物理思維挑戰(zhàn)賽（BPHO）模擬試卷：力學(xué)深度挑戰(zhàn)與電磁學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新

2025年英國(guó)物理思維挑戰(zhàn)賽（BPHO）模擬試卷：力學(xué)深度挑戰(zhàn)與電磁學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新一、單選題1.一質(zhì)量為m的物體以速度v0沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入一個(gè)光滑的直角軌道，軌道在y軸方向有一個(gè)垂直的彈力，使物體沿y軸運(yùn)動(dòng)。假設(shè)彈力大小恒定，不計(jì)空氣阻力，下列關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)的描述中，正確的是（）A.物體的速度始終沿著軌跡的切線方向B.物體的加速度始終沿著軌跡的切線方向C.物體的動(dòng)能隨著時(shí)間逐漸減小D.物體的動(dòng)量隨著時(shí)間逐漸減小2.兩個(gè)質(zhì)量分別為m1和m2的物體在水平面上以相同的速度v1和v2相向而行，發(fā)生完全彈性碰撞。碰撞后，m1和m2的速度分別為v1'和v2'。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，下列關(guān)系正確的是（）A.m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'B.m1v1-m2v2=m1v1'-m2v2'C.m1v1+m2v2=(m1+m2)vD.m1v1-m2v2=(m1+m2)v二、填空題1.在一個(gè)質(zhì)量為M，半徑為R的均勻球體內(nèi)，質(zhì)量為m的小球沿著半徑方向從球心處開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，忽略空氣阻力。當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到球體邊緣時(shí)，它的速度大小為_(kāi)_____。2.一物體在光滑水平面上，受到兩個(gè)相互垂直的力F1和F2的作用。已知F1和F2的大小分別為5N和10N，則物體的加速度大小為_(kāi)_____。三、計(jì)算題1.質(zhì)量為m的物體在光滑水平面上，受到兩個(gè)相互垂直的力F1和F2的作用，F(xiàn)1和F2的大小分別為5N和10N。求物體的加速度大小和方向。2.質(zhì)量為m的物體在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓周半徑為R。已知物體的速度大小為v，求物體的向心加速度大小。四、簡(jiǎn)答題要求：請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)，簡(jiǎn)述牛頓第一定律的內(nèi)容，并舉例說(shuō)明其在生活中的應(yīng)用。五、論述題要求：論述在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心力的來(lái)源及其對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。六、實(shí)驗(yàn)題要求：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證牛頓第二定律在水平面上的應(yīng)用，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本次試卷答案如下：一、單選題1.A.物體的速度始終沿著軌跡的切線方向解析：由于物體在彈力的作用下沿y軸運(yùn)動(dòng)，而x軸方向的速度保持不變，因此物體的速度始終沿著軌跡的切線方向。2.A.m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'解析：根據(jù)動(dòng)量守恒定律，兩個(gè)物體碰撞前后的總動(dòng)量保持不變。由于是完全彈性碰撞，動(dòng)能也守恒，因此動(dòng)量守恒定律成立。二、填空題1.根據(jù)能量守恒定律，小球從球心運(yùn)動(dòng)到球體邊緣時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。設(shè)小球在球心處的重力勢(shì)能為U1，在球體邊緣的重力勢(shì)能為U2，則有：U1=mgh=mgRU2=0動(dòng)能E=U1=mgR由于動(dòng)能E=1/2mv^2，所以v=√(2gR)。答案：√(2gR)2.根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)=ma，其中F為合外力，m為物體質(zhì)量，a為加速度。由于F1和F2相互垂直，合外力F的大小為：F=√(F1^2+F2^2)=√(5^2+10^2)=√(25+100)=√125=5√5加速度a=F/m=(5√5)/m答案：(5√5)/m三、計(jì)算題1.物體的加速度大小為合外力F的大小除以物體質(zhì)量m，即：a=F/m=(5√5)/m方向?yàn)镕1和F2的合力方向，即沿F1和F2的合向量方向。答案：加速度大小為(5√5)/m，方向沿F1和F2的合向量方向。2.向心加速度a_c的大小為v^2/R，其中v為物體的速度大小，R為圓周半徑。答案：向心加速度大小為v^2/R四、簡(jiǎn)答題牛頓第一定律：一個(gè)物體如果沒(méi)有受到外力的作用，它將保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。應(yīng)用舉例：當(dāng)我們乘坐的汽車突然剎車時(shí)，如果沒(méi)有系安全帶，我們會(huì)因?yàn)閼T性而向前傾倒。五、論述題在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心力是由合外力提供的，其方向始終指向圓心。向心力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響主要有以下幾點(diǎn)：1.保持物體做圓周運(yùn)動(dòng)，使其不偏離軌跡。2.改變物體的速度方向，使物體沿圓周運(yùn)動(dòng)。3.對(duì)物體產(chǎn)生向心加速度，使其速度大小保持不變。六、實(shí)驗(yàn)題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：1.準(zhǔn)備一個(gè)光滑的水平面，一個(gè)質(zhì)量已知的物體，一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，一個(gè)計(jì)時(shí)器。2.將物體放在水平面上，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量物體所受的合外力F。3.用計(jì)時(shí)器記錄物體在水平面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t。4.根據(jù)牛頓第二定律F=ma，計(jì)算物體的加速度a。5.改變物體的質(zhì)量m，重復(fù)步