高考物理二輪總復(fù)習(xí)專題分層突破練3力與曲線運(yùn)動

專題分層突破練3力與曲線運(yùn)動A組1.(2022廣東卷)如圖所示,在豎直平面內(nèi),截面為三角形的小積木懸掛在離地足夠高處,一玩具槍的槍口與小積木上P點(diǎn)等高且相距為l。當(dāng)玩具子彈以水平速度v從槍口向P點(diǎn)射出時,小積木恰好由靜止釋放,子彈從射出至擊中積木所用時間為t。不計(jì)空氣阻力。下列關(guān)于子彈的說法正確的是()A.將擊中P點(diǎn),t大于lB.將擊中P點(diǎn),t等于lC.將擊中P點(diǎn)上方,t大于lD.將擊中P點(diǎn)下方,t等于l2.有關(guān)圓周運(yùn)動的基本模型如圖所示,下列說法正確的是()A.圖甲中火車轉(zhuǎn)彎超過規(guī)定速度行駛時,內(nèi)軌對輪緣會有擠壓作用B.圖乙中汽車通過拱橋的最高點(diǎn)時處于超重狀態(tài)C.圖丙中若擺球高相同,則兩錐擺的角速度就相同D.圖丁中同一小球在光滑圓錐筒內(nèi)的不同位置做水平勻速圓周運(yùn)動時角速度相同3.(多選)如圖所示,細(xì)繩一端系著質(zhì)量為m0=0.5kg的物體在水平臺面上,另一端通過光滑小孔吊著質(zhì)量為m=0.3kg的物體,質(zhì)量為m0的物體(可視為質(zhì)點(diǎn))與圓孔的距離為0.2m,已知質(zhì)量為m0的物體和水平臺面的最大靜摩擦力為2N,現(xiàn)在質(zhì)量為m0的物體相對水平臺面靜止一起繞中心軸線勻速轉(zhuǎn)動,當(dāng)角速度ω突然變?yōu)橐韵潞沃禃r,質(zhì)量為m的物體將向上移動(g取10m/s2)()A.7rad/s B.8rad/sC.9rad/s D.10rad/s4.光滑水平面上質(zhì)量為2kg的物體,在五個水平方向的共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài),現(xiàn)在將其中F1=5N和F2=9N的兩個力同時撤去,下列關(guān)于物體的運(yùn)動描述正確的是()A.物體一定做勻加速直線運(yùn)動,加速度大小可能為5m/s2B.物體可能做變加速直線運(yùn)動C.物體可能做勻速圓周運(yùn)動D.物體可能做勻變速曲線運(yùn)動,加速度大小為3m/s25.武漢“東湖之眼”摩天輪面朝東湖,背靠磨山,是武漢的新地標(biāo)之一,如圖所示。假設(shè)“東湖之眼”懸掛的座艙及艙內(nèi)乘客在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(乘客總是保持頭上腳下的姿態(tài)),則下列說法正確的是()A.乘客所受的合外力始終不變B.乘客所受重力的功率始終不變C.乘客在最低點(diǎn)與最高點(diǎn)對水平座椅的壓力之差與摩天輪轉(zhuǎn)動速度無關(guān)D.乘客在最低點(diǎn)與最高點(diǎn)對水平座椅的壓力之和與摩天輪轉(zhuǎn)動速度無關(guān)6.如圖所示,傾角θ=37°的斜面足夠大,頂端MN水平。一質(zhì)量m=0.9kg的小球自MN上一點(diǎn)以v0=2m/s的初速度垂直MN水平拋出,已知重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不計(jì)空氣阻力。(1)求小球自拋出至落到斜面上的時間;(2)若小球運(yùn)動過程中始終受到平行于MN的恒定水平風(fēng)力,小球落到斜面上時的位移大小為1.25m,求小球受到的水平風(fēng)力大小。B組7.如圖所示,傾角為30°的斜面上,一質(zhì)量為4m的物塊經(jīng)跨過定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的小球相連。現(xiàn)將小球從水平位置由靜止開始釋放,初狀態(tài)細(xì)繩上的拉力為0,小球由水平位置第一次運(yùn)動到最低點(diǎn)的過程中,物塊和斜面始終靜止,則在此過程中()A.細(xì)繩的拉力先增大后減小B.物塊所受摩擦力先減小后增大C.地面對斜面的支持力先減小后增大D.地面對斜面的摩擦力先增大后減小8.(多選)(2023廣西南寧一模)田徑比賽使用的是周長為400m的標(biāo)準(zhǔn)跑道,通常設(shè)有8條水平分道,最內(nèi)側(cè)彎道半徑(內(nèi)徑)為37.90m,彎道技術(shù)成為賽跑的制勝關(guān)鍵。彎道跑中最重要的是有意識地使身體向圓心方向傾斜,使跑道對運(yùn)動員的作用力指向身體重心。對于不同道次上的運(yùn)動員來說,跑道半徑不同,即使速率相同,人體的傾斜角度也是不同的。假設(shè)某一運(yùn)動員在彎道上的速率為10m/s;則在最內(nèi)側(cè)跑道時的傾斜角為15.07°,在最外側(cè)跑道時的傾斜角為12.34°,(sin15.07°=0.260,cos15.07°≈0.966,sin12.34°≈0.214,cos12.34°≈0.977)下列說法正確的是()A.運(yùn)動員在同一彎道上跑步時,速率越大傾斜角度越大B.運(yùn)動員以同一速率跑步時,彎道半徑越小傾斜角越小C.最外側(cè)跑道的半徑(內(nèi)徑)為46.05mD.最外側(cè)跑道的半徑(內(nèi)徑)為46.57m9.(2023江蘇蘇州期中)如圖甲所示,一半徑為R=0.5m的水平轉(zhuǎn)盤可以繞著豎直軸OO'轉(zhuǎn)動,水平轉(zhuǎn)盤中心O處有一個光滑小孔,用一根長為l=1m的細(xì)線穿過小孔將質(zhì)量分別為mA=0.2kg、mB=0.5kg的小球A和小物塊B連接?，F(xiàn)讓小球和水平轉(zhuǎn)盤各以一定的角速度在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動起來,小物塊B與水平轉(zhuǎn)盤間的動摩擦因數(shù)μ=0.3,且始終處于水平轉(zhuǎn)盤的邊緣處與轉(zhuǎn)盤相對靜止,g取10m/s2。(1)若小球A的角速度ω=5rad/s,求細(xì)線與豎直方向的夾角θ;(2)在滿足(1)中的條件下,通過計(jì)算給出水平轉(zhuǎn)盤角速度ωB的取值范圍,并在圖乙中畫出Ffω2圖像(假設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,且規(guī)定沿半徑指向圓心為正方向);(3)在水平轉(zhuǎn)盤角速度ωB為(2)中的最大值的情況下,當(dāng)小球A和小物塊B轉(zhuǎn)動至兩者速度方向相反時,由于某種原因細(xì)線突然斷裂,經(jīng)過多長時間A和B的速度相互垂直。(可能使用到的數(shù)據(jù):sin30°=12,cos30°=22,sin37°=35,cos37°答案：1.B解析不計(jì)空氣阻力,子彈射出做平拋運(yùn)動,因?yàn)闃尶谂cP點(diǎn)等高,子彈和小積木在豎直方向上做自由落體運(yùn)動,當(dāng)子彈擊中積木時,子彈和積木運(yùn)動時間相同,根據(jù)h=12gt2可知下落高度相同,所以子彈將擊中P點(diǎn)。又由于初始狀態(tài)子彈到P點(diǎn)的水平距離為l,子彈在水平方向上做勻速直線運(yùn)動,故有t=l2.C3.BCD解析設(shè)繩子的拉力為FT,轉(zhuǎn)盤對質(zhì)量為m0的物體的最大靜摩擦力為Ff,當(dāng)質(zhì)量為m的物體恰好上滑時,有FT+Ff=m0ω2r,可得ω=7.07rad/s,只要大于該值,質(zhì)量為m的物體將向上移動,故選BCD。4.D解析原來物體處于平衡狀態(tài),則物體可能是靜止?fàn)顟B(tài),也可能是做勻速直線運(yùn)動;F1=5N和F2=9N的合力范圍為4N≤F12≤14N,則撤去這兩個水平力后,剩下力的合力大小的范圍為4N≤F合≤14N,由牛頓第二定律F合=ma可知,加速度的取值范圍為2m/s2≤a≤7m/s2,因?yàn)榧铀俣群愣?所以物體只能做勻變速運(yùn)動,而不能做變加速直線運(yùn)動或勻速圓周運(yùn)動,故B、C錯誤。由于速度方向不確定,因此合力方向可能與速度方向在一條直線上,也可能不在一條直線上,物體可能做勻變速直線運(yùn)動,也可能做勻變速曲線運(yùn)動,加速度的大小在2m/s2到7m/s2之間,故A錯誤,D正確。5.D解析由于乘客做勻速圓周運(yùn)動,所受的合力始終指向圓心,方向不斷改變,因此合力為變力,A錯誤。設(shè)θ為速度方向與豎直方向的夾角,重力的功率P=mg·vcosθ,可知在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)重力的功率為0,而在與圓心等高位置,重力的功率最大,B錯誤。設(shè)乘客做圓周運(yùn)動的速度為v,在最低點(diǎn)根據(jù)牛頓第二定律得FN1mg=mv2R,而在最高點(diǎn)mgFN2=mv2R,因此在最低點(diǎn)與最高點(diǎn)對水平座椅的壓力之差FN1FN2=2mv2R6.答案(1)0.3s(2)20N解析(1)小球水平位移x=v0t1豎直位移y=1又tanθ=y聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得t1=0.3s。(2)小球落在斜面上的時間不變,即t2=t1=0.3s小球沿MN方向的位移z=1小球的位移為s2=x2+y2+z2解得水平加速度a=2009m/s風(fēng)力為F=ma解得F=20N。7.B解析小球向下擺動的過程中,設(shè)細(xì)繩與豎直方向的夾角為θ,滑輪到小球的距離為l,則有FTmgcosθ=mv2l,得FT=mgcosθ+mv2l,由于夾角減小,速度增大,則細(xì)繩對小球的拉力一直增大,故A錯誤。開始摩擦力沿斜面向上,Ff0=4mgsin30°=2mg,當(dāng)小球在最低點(diǎn)時,根據(jù)動能定理可得mgl=12mv'2,根據(jù)牛頓第二定律可得FT'mg=mv'2l,解得最低點(diǎn)繩子拉力為FT'=3mg,此時物塊的摩擦力大小為Ff8.AD解析對運(yùn)動員進(jìn)行受力分析,如圖所示,可得mgtanθ=mv2R,可知R不變時,v越大,θ越大,且當(dāng)v不變時,R越小,θ越大,故A正確,B錯誤。對最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)跑道的運(yùn)動員分析可得mgtan15.07°=mv2R內(nèi),解得R內(nèi)=37.92m,又知mgtan12.34°=mv2R9.答案(1)37°(2)2rad/s≤ωB≤4rad/sFfω2圖像見解析(3)0.17s解析(1)對小球A受力分析如圖甲所示,并將拉力與重力合成,合力水平,甲mgtanθ=mω2rA,rA=(lR)sinθ,得cosθ=45,則θ=(2)在滿足(1)中的條件下,即繩的拉力F大小不變,根據(jù)對小球A的分析,F=mAgcosθ=對B物塊受力分析,拉力和摩擦力的合力提供向心力,由于水平轉(zhuǎn)盤中心O處的小孔光滑,拉力也等于F,當(dāng)水平轉(zhuǎn)盤角速度取最小ωB1時,B物塊有向內(nèi)運(yùn)動的趨勢,則摩擦力沿半徑向外并且靜摩擦力達(dá)到最大值,有FμmBg=mBωB1解得ωB1=2rad/s當(dāng)水平轉(zhuǎn)盤角速度取最大ωB2時,B物塊有向外運(yùn)動的趨勢,則摩擦力沿半徑向內(nèi)并且靜摩擦力達(dá)到最大值,有F+μmBg=mBωB22R,得ωB2所以ωB的取值范圍是2rad/s≤ωB≤4rad/s規(guī)定沿半徑指向圓心為正方向,則向心力表達(dá)式為F+Ff=mBω2R,則Ff=F+mBω2R=(2.5+0.25ω