2021新高考物理二輪總復(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.(2020福建廈門模擬)在演示“做曲線運(yùn)動的條件”的實驗中,有一個在水平桌面上向右做直線運(yùn)動的小鐵球,第一次在其速度方向上放置條形磁鐵,第二次在其速度方向上的一側(cè)放置條形磁鐵,如圖所示,虛線表示小鐵球的運(yùn)動軌跡。觀察實驗現(xiàn)象,以下敘述正確的是()A.第一次實驗中,小鐵球的運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動B.第二次實驗中,小鐵球的運(yùn)動是類平拋運(yùn)動,其軌跡是一條拋物線C.該實驗說明做曲線運(yùn)動物體的速度方向沿軌跡的切線方向D.該實驗說明物體做曲線運(yùn)動的條件是物體受到的合外力的方向與速度方向不在同一直線上2.(2020湖南常德高三二模)投壺是古代士大夫宴飲時做的一種投擲游戲,也是一種禮儀。某人向放在水平地面的正前方壺中水平投箭(很短,可看作質(zhì)點),結(jié)果箭劃著一條弧線提前落地了。不計空氣阻力,為了能把箭拋進(jìn)壺中,則下次再水平拋箭時,他可能做出的調(diào)整為()A.減小初速度,拋出點高度變小B.減小初速度,拋出點高度不變C.初速度大小不變,降低拋出點高度D.初速度大小不變,提高拋出點高度3.(2020北京密云高三下學(xué)期模擬)如圖所示是一個研究向心力與哪些因素有關(guān)的DIS實驗裝置示意圖,其中質(zhì)量為m的圓柱體放置在未畫出的光滑圓盤邊緣,繩子跨過處于圓盤圓心且能隨圓盤轉(zhuǎn)動的無摩擦滑輪,一端連接小圓柱體,另一端連接力傳感器,使圓柱體做勻速圓周運(yùn)動。圓周運(yùn)動的軌道半徑為r,光電傳感器測定的是圓柱體的線速度,要求畫出的圖像便于研究。關(guān)于這個實驗下列說法不正確的是()A.研究向心力與半徑的關(guān)系時,保持圓柱體線速度和質(zhì)量一定,應(yīng)畫Fr圖像B.研究向心力與線速度的關(guān)系時,保持圓柱體質(zhì)量和運(yùn)動半徑一定,應(yīng)畫Fv2圖像C.研究向心力與質(zhì)量的關(guān)系時,保持圓柱體線速度和運(yùn)動半徑一定,應(yīng)畫Fm圖像D.如能保證兩個傳感器同步記錄,則圓筒不做勻速圓周運(yùn)動同樣可以完成該實驗?zāi)康?.(2020山東濟(jì)南期末)如圖所示為固定在水平地面上的圓弧形容器,容器兩端A、C在同一高度上,B為容器的最低點,圓弧上E、F兩點也處在同一高度,容器的AB段粗糙,BC段光滑。一個可以看成質(zhì)點的小球,從容器內(nèi)的A點由靜止釋放后沿容器內(nèi)壁運(yùn)動到F以上、C點以下的H點(圖中未畫出),則()A.小球運(yùn)動到H點時加速度為零B.小球運(yùn)動到E點時的向心加速度與運(yùn)動到F點時大小相等C.小球運(yùn)動到E點時的切向加速度與運(yùn)動到F點時大小相等D.小球運(yùn)動到E點時的切向加速度比運(yùn)動到F點時的小5.(2020山東濟(jì)寧高三下學(xué)期5月模擬)如圖所示,小球甲從A點水平拋出,小球乙從B點自由釋放,兩小球先后經(jīng)過C點時的速度大小相等,方向夾角為45°,已知A、C高度差為h,不計空氣阻力,由以上條件可知B、A兩點高度差為()A.14h B.12h C.h6.(2020山東青島高三下學(xué)期統(tǒng)一質(zhì)量檢測)全國多地在歡迎援鄂抗疫英雄凱旋時舉行了“飛機(jī)過水門”的高級別禮儀,寓意為“接風(fēng)洗塵”。某次儀式中,水從兩輛大型消防車中斜向上射出,經(jīng)過3s水到達(dá)最高點,不計空氣阻力和水柱間的相互影響,若水射出后第1s內(nèi)上升高度為h,g取10m/s2,則水通過前15h段用時為(A.0.5s B.(23)sC.(322)s D.0.2s7.游樂場有一種叫作“快樂飛機(jī)”的游樂項目,模型如圖所示。已知模型飛機(jī)質(zhì)量為m,固定在長為L的旋臂上,旋臂與豎直方向夾角為θ,當(dāng)模型飛機(jī)以角速度ω繞中央軸在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動時,下列說法正確的是()A.模型飛機(jī)受到重力、旋臂的作用力和向心力B.旋臂對模型飛機(jī)的作用力方向一定與旋臂垂直C.旋臂對模型飛機(jī)的作用力大小為mgD.若夾角θ增大,則旋臂對模型飛機(jī)的作用力減小B組8.(2020山東濟(jì)南高三下學(xué)期模擬)獰貓彈跳力驚人,棲息在干燥的曠野和沙漠,善于捕捉鳥類。一只獰貓以某一初速度斜向上與水平地面成θ角跳離地面,落地前其最大高度為h,最大水平位移為x。不考慮空氣阻力。下列說法正確的是()A.保持起跳速度大小不變,增大θ角,獰貓在空中的運(yùn)動時間不變B.保持起跳速度大小不變,增大θ角,獰貓在空中的最大高度h增大C.保持起跳角度θ不變,增大起跳速度,x與h的比值減小D.保持起跳角度θ不變,增大起跳速度,x與h的比值增大9.如圖所示,水平轉(zhuǎn)臺上的小物體A、B通過輕彈簧連接,并靜止在轉(zhuǎn)臺上,現(xiàn)從靜止開始緩慢增大轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速(在每個轉(zhuǎn)速下都可認(rèn)為轉(zhuǎn)臺勻速轉(zhuǎn)動),已知A、B的質(zhì)量分別為m、2m,A、B與轉(zhuǎn)臺間的動摩擦因數(shù)均為μ,A、B離轉(zhuǎn)臺中心的距離分別為1.5r、r,已知彈簧的原長為1.5r,勁度系數(shù)為k,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,以下說法正確的是()A.當(dāng)B受到的摩擦力為零時,A受到的摩擦力方向沿半徑指向轉(zhuǎn)臺中心B.B先相對于轉(zhuǎn)臺發(fā)生滑動C.當(dāng)A、B均相對轉(zhuǎn)臺靜止時,允許的最大角速度為kD.A剛好要滑動時,轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角速度為210.(多選)如圖所示,長為l的輕桿,一端固定一個質(zhì)量為m的小球,另一端接有固定轉(zhuǎn)動軸O,輕桿可在豎直面內(nèi)繞轉(zhuǎn)動軸O無摩擦轉(zhuǎn)動。質(zhì)量為m的物塊放置在光滑水平面上。開始時,使小球靠在物塊的光滑側(cè)面上,輕桿與水平面夾角45°,用手控制物塊靜止。然后釋放物塊,在之后球與物塊運(yùn)動的過程中,下列說法正確的是()A.球與物塊分離前,球與物塊速度相等B.球與物塊分離前,物塊速度逐漸增大C.球與物塊分離前,桿上彈力逐漸增大D.球與物塊分離瞬間,球加速度等于重力加速度g11.如圖甲所示,陀螺可在圓軌道外側(cè)旋轉(zhuǎn)而不脫落,好像軌道對它施加了魔法一樣,被稱為“魔力陀螺”。它可等效為一質(zhì)點在圓軌道外側(cè)運(yùn)動的模型,如圖乙所示。在豎直平面內(nèi)固定的強(qiáng)磁性圓軌道半徑為R,A、B兩點分別為軌道的最高點與最低點。質(zhì)點沿軌道外側(cè)做完整的圓周運(yùn)動,受圓軌道的強(qiáng)磁性引力始終指向圓心O且大小恒為F,當(dāng)質(zhì)點以速率v=gR通過A點時,對軌道的壓力為其重力的7倍,不計摩擦和空氣阻力,重力加速度為g。(1)求質(zhì)點的質(zhì)量;(2)質(zhì)點能做完整的圓周運(yùn)動過程中,若磁性引力大小恒定(大小未知),試證明質(zhì)點對A、B兩點的壓力差為定值;(3)若磁性引力大小恒為2F,為確保質(zhì)點做完整的圓周運(yùn)動,求質(zhì)點通過B點最大速率。12.(2020北京人大附中高三下學(xué)期質(zhì)檢)某游樂設(shè)施如圖所示,由半圓形APB和直線形BC細(xì)圓管組成的細(xì)圓管軌道固定在水平桌面上(圓半徑比細(xì)圓管內(nèi)徑大得多),軌道內(nèi)壁光滑。已知APB部分的半徑R=0.8m,BC段長L=1.6m。彈射裝置將一質(zhì)量m=0.2kg的小球(可視為質(zhì)點)以水平初速度v0從A點彈入軌道,小球從C點離開軌道水平拋出,落地點D離C點的水平距離為s=1.6m,桌子的高度h=0.8m,不計空氣阻力,g取10m/s2。求:(1)小球水平初速度v0的大小。(2)小球在半圓形軌道上運(yùn)動的角速度ω的大小以及從A點運(yùn)動到C點的時間t。(3)小球在半圓形軌道上運(yùn)動時細(xì)圓管對小球的作用力F的大小。參考答案專題分層突破練3力與曲線運(yùn)動1.D解析第一次實驗中,小鐵球受到沿著速度方向的引力作用,做直線運(yùn)動,并且引力隨著距離的減小而變大,加速度變大,則小鐵球的運(yùn)動是非勻變速直線運(yùn)動,選項A錯誤;第二次實驗中,小鐵球所受的磁鐵的引力方向總是指向磁鐵,是變力,故小球的運(yùn)動不是類平拋運(yùn)動,其軌跡也不是一條拋物線,選項B錯誤;該實驗說明物體做曲線運(yùn)動的條件是物體受到的合外力的方向與速度方向不在同一直線上,但是不能說明做曲線運(yùn)動物體的速度方向沿軌跡的切線方向,選項C錯誤、D正確。2.D解析設(shè)小球平拋運(yùn)動的初速度為v0,拋出點離壺的高度為h,水平位移為x,則平拋運(yùn)動的時間為t=2hg,水平位移為x=v0t=v02hg,由題可知,要使水平位移增大,則當(dāng)減小初速度或初速度大小不變時,需要時間變大,即拋出點的高度h增大3.A解析根據(jù)向心力公式結(jié)合牛頓第二定律有F=mv2r,可知研究向心力與半徑的關(guān)系時,保持圓柱體線速度和質(zhì)量一定,應(yīng)畫F1r圖像,二者為線性關(guān)系,便于研究,選項A錯誤;研究向心力與線速度的關(guān)系時,保持圓柱體質(zhì)量和運(yùn)動半徑一定,應(yīng)畫Fv2圖像,選項B正確;研究向心力與質(zhì)量的關(guān)系時,保持圓柱體線速度和運(yùn)動半徑一定,應(yīng)畫Fm圖像,選項C正確;如能保證兩個傳感器同步記錄,圓筒可以不做勻速圓周運(yùn)動,光電傳感器測量圓柱通過瞬間的線速度,力傳感器測量此時的向心力(繩子拉力)大小,同樣可以完成該實驗?zāi)康?4.D解析小球運(yùn)動到H點時,所受合外力不為零,則加速度不為零,選項A錯誤;小球運(yùn)動到E點時的速度和運(yùn)動到F點時的速度大小不相等,根據(jù)a=v2R可知,向心加速度不相等,選項B錯誤;設(shè)E、F兩點所在的曲面的切面的傾角均為θ,則在F點的切向加速度aF=gsinθ;在E點的切向加速度aE=gsinθμgcosθ,即小球運(yùn)動到E點時的切向加速度比運(yùn)動到F點時的小,選項C錯誤5.C解析小球甲做平拋運(yùn)動,豎直方向上做自由落體運(yùn)動,由h=12gt2可得甲運(yùn)動的時間為t甲=2hg,豎直分速度vy=gt甲=2gh,據(jù)運(yùn)動的合成與分解可知,甲在C點的速度v甲=vycos45°=2gh=v乙,乙球做自由落體運(yùn)動,下落高度h'=v乙22g=2h,故6.C解析經(jīng)過3s水到達(dá)最高點,則水射出時豎直方向初速度為vy0=gt=10×3m/s=30m/s,第1s內(nèi)上升高度為h=vy0+vy12t1=30+(30-10×1)2×1m=25m,設(shè)水通過前15h后的豎直分速度大小為vy,則有2g×h5=vy2-7.C解析向心力是效果力,是旋臂作用力與模型飛機(jī)重力的合力,A錯誤;飛機(jī)在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,豎直方向平衡,所以旋臂的一個分力平衡了飛機(jī)的重力,另一個分力提供了飛機(jī)勻速圓周運(yùn)動的向心力,所以旋臂對模型飛機(jī)的作用力方向不一定與旋臂垂直,B錯誤;根據(jù)B選項分析,旋臂對模型飛機(jī)的作用力大小:F=(mg)2+(mω2Lsinθ)2=mg28.B解析獰貓做斜拋運(yùn)動,在豎直方向上有vy=v0sinθ=gt1,獰貓在空中的運(yùn)動時間t=2t1=2v0sinθg,保持起跳速度大小不變,增大θ角,獰貓在空中的運(yùn)動時間增大,選項A錯誤;獰貓在空中的最大高度h=12gt12=v02sin2θ2g,保持起跳速度大小不變,增大θ角,獰貓在空中的最大高度增大,選項B正確;獰貓最大水平位移為x=vxt=29.D解析當(dāng)B受到的摩擦力為零時,由彈簧彈力提供向心力,此時彈簧的彈力為F=kr,由牛頓第二定律可得kr=2mω2r,解得ω=k2m,此時A所受的向心力大小為FA=mω2·1.5r=34kr<kr,故A受到的摩擦力方向沿半徑背離轉(zhuǎn)臺中心,選項A錯誤;B剛好要滑動時,所受摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力,彈簧彈力與靜摩擦力的合力提供向心力,則由牛頓第二定律可得kr+μ·2mg=2mω12r,解得ω1=k2m+μgr;A剛好要滑動時,所受摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力,彈簧彈力與靜摩擦力的合力提供向心力,則由牛頓第二定律可得kr+μmg=mω22·1.5r,解得ω2=2k3m+2μg3r,由題意知μmg≥kr,則k≤μmgr,可推得ω210.BD解析設(shè)球的速度為v,輕桿與地面夾角為θ,因為物塊與球的水平速度相等,由運(yùn)動的分解:vx=vsinθ,所以分離前,球與物塊速度不相等,A錯誤;由于地面光滑,物塊水平方向只受到球?qū)ξ飰K的彈力,所以分離前,物塊受力即加速度始終向左,一直加速,B正確;當(dāng)恰好分離時,水平加速度為零,彈力為零,球只受重力,加速度為g,C錯誤,D正確。11.答案(1)m=F7g(2)見解析(3)vBm解析(1)在A點:F+mgFN=mv根據(jù)牛頓第三定律:FN=7mg②由①②式聯(lián)立得m=F7(2)質(zhì)點能完成圓周運(yùn)動,在A點,根據(jù)牛頓第二定律:F'+mgFNA=mv根據(jù)牛頓第三定律:FNA'=FNA⑤在B點,根據(jù)牛頓第二定律:F'mgFNB=mv根據(jù)牛頓第三定律:FNB'=FNB⑦從A點到B點過程,根據(jù)機(jī)械能守恒定律:mg2R=12由④⑤⑥⑦⑧聯(lián)立得FNA'FNB'=6mg為定值,得到證明。(3)在B點,根據(jù)牛頓第二定律:2FmgFNB″=m當(dāng)FNB″=0,質(zhì)點速度最大,vB=vBm2Fmg=mv由③⑨⑩聯(lián)立得vBm=13gR12.答案(1)4m