高考物理二輪復習精品專題一 力與直線運動(解析版)

專題一專題一××力與直線運動命題趨勢命題趨勢本專題包括力與物體的平衡，直線運動與牛頓運動定律。力與物體的平衡一般以選擇題形式考查，注意繩子連接體的問題。直線運動一般與牛頓運動定律結(jié)合考查，v－t圖像與x－t圖像考查較多。考點清單考點清單一、力與物體的平衡1．處理平衡問題的基本思路確定平衡狀態(tài)(加速度為零)→巧選研究對象(整體法或隔離法)→受力分析→建立平衡方程→求解或作討論。2．常用的方法(1)在判斷彈力或摩擦力是否存在以及確定它們的方向時常用假設(shè)法。(2)求解平衡問題時常用二力平衡法、矢量三角形法、正交分解法、相似三角形法、圖解法等。3．帶電體的平衡問題仍然滿足平衡條件，只是要注意準確分析場力——電場力、安培力或洛倫茲力。4．如果帶電粒子在重力場、電場和磁場三者組成的復合場中做直線運動，則一定是勻速直線運動，因為F洛⊥v。二、直線運動與牛頓運動定律1．基本思路2．解題關(guān)鍵抓住兩個分析，受力分析和運動情況分析，必要時要畫運動情景示意圖。對于多運動過程問題，還要找準一個轉(zhuǎn)折點，特別是轉(zhuǎn)折點的速度。3．常用方法(1)整體法與隔離法：單個物體的問題通常采用隔離法分析，對于連接體類問題的分析通常是整體法與隔離法的綜合應用。(2)正交分解法：一般沿加速度方向和垂直于加速度方向進行分解，有時根據(jù)情況也可以把加速度進行正交分解。(3)逆向思維法：把運動過程的末狀態(tài)作為初狀態(tài)的反向研究問題的方法，一般用于勻減速直線運動問題，比如剎車問題、豎直上拋運動的問題。精題集訓精題集訓（70分鐘）經(jīng)典訓練題經(jīng)典訓練題1．質(zhì)量為M的斜面體放在光滑水平地面上，其傾角為30°，斜面上放一質(zhì)量為m的物塊，物塊通過繞過輕質(zhì)滑輪的輕繩與彈簧測力計相連，彈簧測力計的另一端與地面上的P點通過輕繩相連，如圖所示。用水平力F推著斜面體在水平面上緩慢向左移動，則下列說法正確的是()A．彈簧測力計的示數(shù)不斷減小B．水平力F不斷減小C．地面對斜面體的支持力不斷減小D．斜面對物塊的摩擦力不斷增大【解析】滑塊受重力、支持力、拉力和滑動摩擦力，在斜面體向左運動的過程中，四個力的方向均不變，根據(jù)平衡條件，拉力T＝mgsin30°＋μmgcos30°QUOTET=mgsin30°+μmgcos30°保持不變，故A錯；設(shè)彈簧測力計與水平方向的夾角為θQUOTEθ，對斜面體和滑塊整體分析，受推力、重力、繩子的拉力、支持力，水平方向，F(xiàn)＝TcosθQUOTEF=Tcosθ，斜面體在水平面上緩慢向左移動θ變小，所以推力F增大，故B錯；豎直方向，N＝(M＋m)g＋TsinθQUOTEN=Mg+mg+Tsinθ，因為θQUOTEθ減小，T不變，故N減小，C對；物塊受到的是滑動摩擦力，f＝μmgcos30°，QUOTEf=μmgcos30°大小恒定不變，故D錯。【答案】C2．圖甲中的塔吊是現(xiàn)代工地必不可少的建筑設(shè)備，圖乙為150kg的建筑材料被吊車拉著運動過程的簡化圖像，g取10m/s2，下列判斷正確的是()A．前10s懸線的拉力恒為1500NB．46s末材料離地面的距離為22mC．在30～36s鋼索最容易發(fā)生斷裂D．36～46s材料處于超重狀態(tài)【答案】B【解析】由圖乙可知，前10s的加速度a1＝0.1m/s2，由牛頓第二定律得F1－mg＝ma1，解得F1＝1515N，故A錯誤；根據(jù)位移等于面積得，前36s上升28m，后10s下降6m，46s末離開地面的高度為22m，故B正確；30～46s的過程中，加速度方向向下，拉力小于重力，在0～10s鋼索最容易發(fā)生斷裂，故C錯誤；30～46s的過程中，加速度方向向下，都處于失重狀態(tài)，D錯誤。【點評】本題考查牛頓運動定律和圖像的綜合應用，知道加速度是聯(lián)系力學和運動學的橋梁。根據(jù)圖象可以得出各個時間段的加速度，加速度結(jié)合牛頓定律求拉力，根據(jù)加速度方向判斷物體的超失重，從而判斷繩子容易斷裂。高頻易錯題高頻易錯題1．(多解)如圖所示，重力為G的圓柱體A被平板B夾在板與墻壁之間，平板B與底座C右端的鉸鏈相連，左端由液壓器D調(diào)節(jié)高度，以改變平板B與水平底座C間的夾角θ，B、C及D總重力也為G，底座C與水平地面間的動摩擦因數(shù)為μ（0.5＜μ＜1），平板B的上表面及墻壁是光滑的。底座C與地面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則下列說法正確的是()A．C與地面間的摩擦力總等于2μG不變B．θ角減小時，地面對C的摩擦力減小C．要保持底座C靜止不動，必須滿足tanθ≤2μD．若保持θ＝45°不變，圓柱體重力增大ΔG，仍要保持底座C靜止，則ΔG的最大值ΔGm＝SKIPIF1<0【答案】BC【解析】對A進行受力分析，如圖所示，則N1cosθ＝G，N1sinθ＝N2，對B、C、D做為一個整體受力分析，根據(jù)平衡條件，地面摩擦力f＝N2，聯(lián)立得f＝Gtanθ，可知，隨θ角減小，地面對C的摩擦力減小；隨θ角增大，地面對C的摩擦力增大，當摩擦力超過最大靜摩擦力后，變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ藭rf滑＝2μG，保持不變，故A錯誤，B正確；最大靜摩擦力fm＝2μG，因此，要保持底座C靜止不動，應滿足f≤fm，整理可得tanθ≤2μ，故C正確；若保持θ＝45°不變，圓柱體重力增大ΔG，仍要保持底座C靜止，則f＝(G＋ΔG)tanθ≤fm＝μ(2G＋ΔG)，整理得SKIPIF1<0，D錯誤?！军c評】分析物體受到摩擦力的大小，首先要判斷物體受到的是靜摩擦力還是滑動摩擦力，二者的計算方法是不一樣的，同時注意整體法和隔離法的應用。2．(多解)A、C是兩個帶電小球，質(zhì)量分別是mA、mC，電荷量大小分別是QA、QC，用兩條等長絕緣細線懸掛在同一點O，兩球靜止時如圖所示，此時細線對兩球的拉力分別為FTA、FTC，兩球連線AC與O所在豎直線的交點為B，且AB＜BC，下列說法正確的是()A．QA＞QCB．mA∶mC＝FTA∶FTCC．FTA＝FTCD．mA∶mC＝BC∶AB【解析】設(shè)兩個小球之間的庫侖力為F，利用相似三角形知識可得，A球所受三個力F、FTA、mAg構(gòu)成的三角形與三角形OBA相似，eq\f(mAg,OB)＝eq\f(F,AB)＝eq\f(FTA,AO)；C球所受三個力F、FTC、mCg構(gòu)成的三角形與三角形OBC相似，eq\f(mCg,OB)＝eq\f(F,CB)＝eq\f(FTC,CO)；因OA＝OC，所以mA∶mC＝FTA∶FTC；mA∶mC＝BC∶AB，則B、D正確，C錯誤；因兩球之間的作用力是相互作用力，則無法判斷兩球帶電荷量的多少，A錯誤。【答案】BD精準預測題精準預測題1．如圖所示，戰(zhàn)士在水平地面上進行拉輪胎的負荷訓練，設(shè)戰(zhàn)士做勻速直線運動，運動過程中保持雙肩及兩繩的端點A、B等高。兩繩間的夾角為2θ、所構(gòu)成的平面與水平面間的夾角恒為α，輪胎重為G，輪胎與地面間的滑動摩擦系數(shù)為μ，則每根繩的拉力大小為()A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0【答案】A【解析】設(shè)兩根繩的合力為F，水平方向根據(jù)平衡條件可得Fcosα＝f＝μ(G－Fsinα)，設(shè)每根繩的拉力大小為T，根據(jù)力的合成可得SKIPIF1<0，聯(lián)立解得SKIPIF1<0，故選A。2．如圖所示，A、B、C三個質(zhì)量相同的砝碼處于靜止狀態(tài)，不考慮一切摩擦，現(xiàn)將兩滑輪移開一點，使兩滑輪距離增大，則重新平衡后，C砝碼的高度()A．仍不變B．升高一些C．降低一些D．都有可能【答案】C【解析】A、B、C三個質(zhì)量相同的砝碼處于靜止狀態(tài)，原來整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，繩的拉力等于A、B的重力，使兩滑輪距離增大，整個系統(tǒng)重新平衡后，繩的拉力F仍等于物體的重力，都沒有變化，即O點所受的三個拉力都不變，則根據(jù)平衡條件可知，兩繩之間的夾角也沒有變化，但使兩滑輪距離增大，O點將下降，C砝碼的高度降低一些。故ABD錯誤，C正確。3．(多解)光滑絕緣水平桌面上有一半徑為R的圓周，A、B、C是圓周上等間距的三點，O是圓周的圓心。將正點電荷Q1、Q2分別鎖定在A、B兩點，點電荷Q3鎖定在O點，如圖所示，Q1、Q2的電荷量均為q，Q3的電性和電荷量均未知。若無論在C處放入何種電性的電荷，該電荷均處于平衡狀態(tài)。已知靜電力常量為k，下列說法正確的是()A．Q3為正電荷，電荷量為qB．Q3為負電荷，電荷量為eq\f(\r(3),3)qC．若解除對Q3的鎖定，則Q3剛好能運動到圓周上D．若將Q2置換為電荷量為q的負點電荷，然后解除對Q3的鎖定，則Q3將做直線運動【答案】BC【解析】由數(shù)學知識可得，A、B、C三點間距L＝eq\r(3)R，若無論在C處放入何種電性的電荷，該電荷均處于平衡狀態(tài)，則說明C點的合場強為零，即Q1、Q2兩個點電荷在C點的合場強與Q3在C點的場強等大反向，故Q3為負電荷，可得SKIPIF1<0，得q′＝eq\f(\r(3),3)q，A錯誤，B正確；若解除對Q3的鎖定，則Q3先做加速直線運動，越過AB連線后做減速直線運動，根據(jù)對稱性可知，Q3剛好能運動到圓周上，C正確；若將Q2置換為電荷量為q的負點電荷，同時解除對Q3的鎖定，則Q3將做曲線運動，D錯誤。4．2020年9月舉行的中國長征·汽車（新能源）拉力賽，主要以當年紅25軍長征線路來設(shè)計賽事線路。如圖甲所示，在賽前技術(shù)勘路行程中，均視為質(zhì)點的甲、乙兩輛賽車沿平直公路同向行駛，如圖乙所示是兩車在某段時間內(nèi)的v－t圖象，則關(guān)于兩車運動狀況的描述，下列判斷正確的是()A．乙車在t＝5s時改變運動方向B．若t＝0時刻，甲車在前，則在0～5s時間段，甲、乙兩車間距增大；在5～10s時間段，甲、乙兩車間距減小C．甲、乙兩車在第10s末相遇D．若t＝0時刻時乙車在前，則兩車可能相遇兩次【答案】D【解析】由圖可知，在10s內(nèi)，乙車一直沿正方向運動，速度方向沒有改變，故A錯誤；在0～10s時間段，甲的速度始終比乙的大，甲車在前，所以兩車間距一直在增大，故B錯誤；由于不知道初始位置相距多遠，所以無法判斷在第10s末能否相遇，故C錯誤；若剛開始乙車在前，且距甲車的距離較近，則甲車在0～10s內(nèi)的某時刻追上乙車，因t＝10s乙車速度又超過甲車，在某時刻又會與甲車再次相遇，故D正確。5．甲、乙兩車在同一平直公路上同向行駛，從t＝0時刻開始，甲、乙兩車運動的x－t圖像如圖所示，其中甲車運動的x－t圖線為拋物線，圖線與x軸的交點為其頂點，乙車運動的x－t圖線為過原點的直線，兩條圖線相切于P點，其坐標為（t1，x1），已知t2＝eq\f(3,2)t1。下列說法正確的是()A．t1時刻甲、乙兩車間距離最大B．在t1時刻，甲車的瞬時速度大小是SKIPIF1<0C．t1到t2時間內(nèi)甲車的位移大小為eq\f(5,8)x1D．t2時刻甲車的速度大小為SKIPIF1<0【答案】C【解析】由圖可知，t1時刻甲、乙兩條線有交點，所以表示此時，兩車相遇，所以A錯誤；x－t圖線的斜率表示汽車運動的速度，可知t1時刻甲、乙兩車的速度SKIPIF1<0，所以B錯誤；由題意可知，甲車做勻加速直線運動，乙車做勻速直線運動，則由加速度的定義式可得，甲車的加速度SKIPIF1<0，由勻變速直線運動的位移公式x＝v0t＋eq\f(1,2)at2，可得t1到t2時間內(nèi)甲車的位移大小x＝v1(t2－t1)＋eq\f(1,2)a(t2－t1)2，又t2＝eq\f(3,2)t1，則x＝eq\f(5,8)x1，所以C正確；由勻變速直線運動的速度公式v＝v0＋at，可得t2時刻甲車的速度大小v2＝v1＋a(t2－t1)，得v2＝SKIPIF1<0，所以D錯誤。6．如圖所示，固定在水平面上的斜面體C上放有一個斜劈A，A的上表面水平且放有物塊B。若A、B運動過程中始終保持相對靜止，以下說法正確的是()A．若C斜面光滑，A和B由靜止釋放，在向下運動時，B物塊可能只受兩個力作用B．若C斜面光滑，A和B以一定的初速度沿斜面減速上滑，則B處于超重狀態(tài)C．若C斜面粗糙，A和B以一定的初速度沿斜面減速上滑，則B受水平向左的摩擦力D．若C斜面粗糙，A和B以一定的初速度沿斜面加速下滑，則B處于超重狀態(tài)【答案】C【解析】若C斜面光滑，A和B由靜止釋放，在向下運動時，整體加速度方向沿斜面向下，如圖，可知，B受到重力、支持力和水平向左的摩擦力共三個力作用，故A錯誤；若C斜面光滑，A和B以一定的初速度沿斜面減速上滑，則整體加速度方向如圖所示，此時B具有豎直向下的分加速度，即處于失重狀態(tài)，故B錯誤；若C斜面粗糙，A和B以一定的初速度沿斜面減速上滑，則整體加速度方向如圖所示，由于B具有水平向左的分加速度，則根據(jù)牛頓第二定律可知B受水平向左的摩擦力，故C正確；若C斜面粗糙，A和B以一定的初速度沿斜面加速下滑，則整體加速度方向如圖所示，此時B具有豎直向下的分加速度，即處于失重狀態(tài)，故D錯誤。7．如圖所示，一細繩跨過光滑定滑輪，其一端懸掛物塊B，另一端與斜面上的物塊A相連，此時繩與斜面垂直，系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。現(xiàn)用水平向右的拉力緩慢拉動B，直至懸掛B的細繩與豎直方向成60°。已知A與斜面始終保持靜止，則在此過程中()A．水平拉力大小可能減小B．A所受斜面的支持力一直增大C．地面對斜面的摩擦力一直增大D．A所受斜面的摩擦力一直增大【答案】C【解析】設(shè)水平拉力為F，繩子中的張力為T，懸掛B的細繩與豎直方向的夾角為θ，由于物塊B緩慢移動，可認為它始終處于平衡狀態(tài)，則SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，解得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，即隨著θ增大，拉力F逐漸增大，繩子中的張力T也逐漸增大，故A錯誤；設(shè)斜面傾角為α，則物塊A所受斜面的支持力FN＝mAgcosα－T，隨著T增大，斜面支持力逐漸減小，故B錯誤；物塊A所受斜面的靜摩擦力，在大小上等于使物塊A具有下滑趨勢的外力，這個外力等于物塊A的重力沿斜面的分力，即F靜＝mAgsinα，由于物塊A與斜面始終保持靜止，可知F靜保持不變，故D錯誤；以A和斜面體為對象，在水平方向上F靜′＝Tsinα，隨著T增大，F(xiàn)靜′逐漸增大，故C正確。8．(多選)如圖，光滑絕緣水平面上兩個相同的帶電小圓環(huán)A、B，電荷量均為q，質(zhì)量均為m，用一根光滑絕緣輕繩穿過兩個圓環(huán)，并系于結(jié)點O。在O處施加一水平恒力F使A、B一起加速運動，輕繩恰好構(gòu)成一個邊長為l的等邊三邊形，則()A．小環(huán)A的加速度大小為eq\f(\r(3)kq2,ml2)B．小環(huán)A的加速度大小為eq\f(\r(3)kq2,3ml2)C．恒力F的大小為eq\f(2\r(3)kq2,3l2)D．恒力F的大小為eq\f(\r(3)kq2,l2)【答案】BC【解析】設(shè)輕繩的拉力為T，則對A：T＋Tcos60°＝keq\f(q2,l2)，Tcos30°＝maA，聯(lián)立解得aA＝eq\f(\r(3)kq2,3ml2)，選項B正確，A錯誤；恒力F的大小為F＝2Tcos30°＝eq\r(3)T＝eq\f(2\r(3)kq2,3l2)，選項C正確，D錯誤。9．甲、乙兩車在一條平直的公路上同向行駛，t＝0時刻甲車開始剎車，甲車的速度隨時間變化的圖象如圖（a）所示，以t＝0時刻甲車所在位置為坐標原點O，以甲車速度方向為正方向建立x軸，乙車的位置坐標隨時間變化的圖象如圖（b）所示。下列說法正確的是(圖中數(shù)據(jù)為已知)()A．甲車做勻變速直線運動的加速度大小為2m/s2B．乙車做勻速直線運動，速度大小為5m/sC．t＝4s時甲車追上乙車D．甲、乙兩車相距最近為2m【答案】D【解析】由v－t圖象的斜率代表加速度，可得a＝1m/s2，A錯誤；由x－t圖象的斜率代表速度，可得v2＝4m/s，B錯誤；甲車的初速度v1＝10m/s，設(shè)甲車追上乙車的時間為t，由v1t－eq\f(1,2)at2＝x0＋v2t，整理得t2－12t＋40＝0，由于Δ＜0，所以t無解，說明兩車不相遇，C錯誤；當速度相等時兩車相距最近，即v1－at＝v2，可得t＝6s，甲車的位移x1＝v1t－eq\f(1,2)at2＝42m，乙車的位移x2＝v2t＝24m，最近距離Δx＝x2＋x0－x1＝2m，D正確。10．如圖甲所示是某科技館內(nèi)的一種設(shè)備——“娛樂風洞”，該裝置通過人工制造和控制氣流，把人“吹”起來，體驗太空飄浮的感覺。圖乙為該風洞的簡化示意圖，其主體是一個高H＝6.5m的圓柱形豎直管道，開啟管道底部的氣流，恰好使一位質(zhì)量m＝60kg的游客懸浮在A點，由于設(shè)備故障，氣流突然消失，游客開始做自由落體運動；為保障安全，在游客下落h＝4.05m到B點時，啟動備用設(shè)備立即產(chǎn)生更強的恒定氣流，游客繼續(xù)下落t2＝0.3s到靠近管道底部的C點時恰好速度為零。已知重力加速度g＝10m/s2，游客可看成質(zhì)點。求：(1)游客體驗到完全失重的時間；(2)游客在B、C間受到的空氣作用力大??；(3)游客下落過程的平均速度大小【解析】(1)下落h＝4.05m內(nèi)做自由落體運動，處于完全失重狀態(tài)，根據(jù)h＝eq\f(1,2)gt12解得：t1＝0.9s。(2)到達B點的速度v＝gt1＝9m/s則B、C間的加速度SKIPIF1<0m/s根據(jù)牛頓第二定律則有：F－mg＝ma解得：F＝2400N。(3)B、C之間的位移h′＝eq\f(1,2)vt2＝1.35m平均速度SKIPIF1<0m/s。11．如圖(a)，在光滑水平面上放置一木板A，在A上放置物塊B，A和B的質(zhì)量均為m＝1kg。A與B之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，t＝0時刻起，對A施加沿水平方向的力，A和B由靜止開始運動。取水平向右為正方向，B相對于A的速度用vBA＝vB－vA表示，其中vA和vB分別為A和B相對水平面的速度。在0～2s時間內(nèi)，對速度vBA隨時間t變化的關(guān)系如圖(b)所示。運動過程中B始終未脫離A，重力加速度取g＝10m/s2。求：(1)0～2s時間內(nèi)，B相對水平面的位移；(2)t＝2s時刻，A相對水平面的速度。【解析】(1)由圖(b)可知，在0～2s內(nèi)，B與A存在相對速度，故可知此時B受到A給其的滑動摩擦力，B的加速度大小aB＝μg＝2m/s2在0～1.5s內(nèi)，vBA小于0，此時B相對于水平面做勻加速運動，在1.5～2s內(nèi)，vBA大于0，此時B相對于水平面做勻減速運動，可得在0～1.5s內(nèi)，B的位移x1＝eq\f(1,2)aBt12＝2.25m在0～1.5s內(nèi)，B的速度v1＝aBt1＝3m/sB的位移x2＝v1t2－eq\f(1,2)aBt22＝1.25m0～2s時間內(nèi)，B相對水平面的位移xB＝x2＋x1＝3.5m。(2)由圖(b)可知，在0～1s內(nèi)aBA1＝－4m/s2可知aA＝6m/s2則在1s末，A物體的速度vA1＝6m/s在1～1.5s內(nèi)，aBA2＝8m/s2可得此時A物體的加速度aA2＝－6m/s2則在1.5s末，A物體的速度vA2＝3m/s隨后兩物體達到共同速度后，在1.5～2s內(nèi)可得aA3＝－6m/s2則A物體在t＝2s時刻，相對與水平面的速度vA2＝0。12．某工廠為實現(xiàn)自動傳送工件設(shè)計了如圖所示的傳送裝置，它由一個水平傳送帶AB和傾斜傳送帶CD組成，水平傳送帶長度LAB＝4m，傾斜傳送帶長度LCD＝4.45m，傾角為θ＝37°，AB和CD通過一段極短的光滑圓弧板過渡，AB傳送帶以v1＝5m/s的恒定速率順時針運轉(zhuǎn)，CD傳送帶靜止。已知工