2023年高考物理（考點(diǎn)解讀+命題熱點(diǎn)突破）專題03拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)

PAGEPAGE1專題03拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)【考向解讀】拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)是高考熱點(diǎn)之一．考查的知識(shí)點(diǎn)有：對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的理解及綜合運(yùn)用、運(yùn)動(dòng)的合成與分解思想方法的應(yīng)用、豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的理解和應(yīng)用．高考中單獨(dú)考查曲線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，題型為選擇題，將曲線運(yùn)動(dòng)與功和能、電場(chǎng)與磁場(chǎng)綜合時(shí)題型為計(jì)算題．抓住處理問題的根本方法即運(yùn)動(dòng)的合成與分解，靈活掌握常見的曲線運(yùn)動(dòng)模型：平拋運(yùn)動(dòng)及類平拋運(yùn)動(dòng)、豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)及完成圓周運(yùn)動(dòng)的臨界條件．【命題熱點(diǎn)突破一】運(yùn)動(dòng)的合成與分解1．合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系：(1)獨(dú)立性：兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)可能共線、可能互成角度．兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)各自獨(dú)立，互不干擾．(2)等效性：兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、位移、速度、加速度疊加起來與合運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、位移、速度、加速度效果相同．(3)等時(shí)性：各個(gè)分運(yùn)動(dòng)及其合運(yùn)動(dòng)總是同時(shí)發(fā)生，同時(shí)結(jié)束，經(jīng)歷的時(shí)間相等．(4)合運(yùn)動(dòng)一定是物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)．物體實(shí)際發(fā)生的運(yùn)動(dòng)就是物體相對(duì)地面發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，或者說是相對(duì)于地面上的觀察者所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)．例1．2022年CCTV－1綜合頻道在黃金時(shí)間播出了電視劇?陸軍一號(hào)?，其中直升機(jī)搶救傷員的情境深深感動(dòng)了觀眾．假設(shè)直升機(jī)放下繩索吊起傷員后(如圖甲所示)，豎直方向的速度圖象和水平方向的位移圖象分別如圖乙、丙所示，那么()A．繩索中拉力可能傾斜向上B．傷員一直處于失重狀態(tài)C．在地面上觀察到傷員的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條傾斜向上的直線D．繩索中拉力先大于重力，后小于重力解析：選D.由豎直方向的速度圖象和水平方向的位移圖象可知，傷員在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上先做勻加速運(yùn)動(dòng)后做勻減速運(yùn)動(dòng)，繩索中拉力一定豎直向上，繩索中拉力先大于重力，后小于重力，傷員先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)，在地面上觀察到傷員的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條曲線，選項(xiàng)D正確．【變式探究】如下圖，將質(zhì)量為2m的重物懸掛在輕繩的一端，輕繩的另一端系一質(zhì)量為m的環(huán)，環(huán)套在豎直固定的光滑直桿上，光滑的輕小定滑輪與直桿的距離為d，桿上的A點(diǎn)與定滑輪等高，桿上的B點(diǎn)在A點(diǎn)下方距離為d處．現(xiàn)將環(huán)從A處由靜止釋放，不計(jì)一切摩擦阻力，以下說法正確的選項(xiàng)是()A．環(huán)到達(dá)B處時(shí)，重物上升的高度h＝eq\f(d,2)B．環(huán)到達(dá)B處時(shí)，環(huán)與重物的速度大小相等C．環(huán)從A到B，環(huán)減少的機(jī)械能等于重物增加的機(jī)械能D．環(huán)能下降的最大高度為eq\f(4,3)d【命題熱點(diǎn)突破二】平拋(類平拋)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律1．平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平初速度v0方向?yàn)閤軸正方向，豎直向下的方向?yàn)閥軸正方向，建立如下圖的坐標(biāo)系，那么平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下．(1)水平方向：vx＝v0x＝v0t(2)豎直方向：vy＝gty＝eq\f(1,2)gt2(3)合運(yùn)動(dòng)：合速度：vt＝eq\r(v\o\al(2,x)＋v\o\al(2,y))＝eq\r(v\o\al(2,0)＋g2t2)合位移：s＝eq\r(x2＋y2)合速度與水平方向夾角的正切值tanα＝eq\f(vy,v0)＝eq\f(gt,v0)合位移與水平方向夾角的正切值tanθ＝eq\f(y,x)＝eq\f(gt,2v0)例2．[2022·天津卷]如圖1-所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E＝5eq\r(3)N/C，同時(shí)存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向與電場(chǎng)方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.5T．有一帶正電的小球，質(zhì)量m＝1×10－6kg，電荷量q＝2×10－6C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)撤掉磁場(chǎng)(不考慮磁場(chǎng)消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)，g取10m/s2.求：圖1-(1)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和方向；(2)從撤掉磁場(chǎng)到小球再次穿過P點(diǎn)所在的這條電場(chǎng)線經(jīng)歷的時(shí)間t.【答案】(1)20m/s方向與電場(chǎng)E的方向之間的夾角為60°斜向上(2)3.5s速度v的方向與電場(chǎng)E的方向之間的夾角θ滿足tanθ＝eq\f(qE,mg)③代入數(shù)據(jù)解得tanθ＝eq\r(3)θ＝60°④(2)解法一：撤去磁場(chǎng)，小球在重力與電場(chǎng)力的合力作用下做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度為a，有a＝eq\f(\r(q2E2＋m2g2),m)⑤設(shè)撤掉磁場(chǎng)后小球在初速度方向上的分位移為x，有x＝vt⑥設(shè)小球在重力與電場(chǎng)力的合力方向上分位移為y，有y＝eq\f(1,2)at2⑦a與mg的夾角和v與E的夾角相同，均為θ，又tanθ＝eq\f(y,x)⑧聯(lián)立④⑤⑥⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)解得t＝2eq\r(3)s＝3.5s⑨解法二：【特別提醒】平拋運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)重要推論推論Ⅰ：做平拋(或類平拋)運(yùn)動(dòng)的物體在任一時(shí)刻任一位置處，設(shè)其末速度方向與水平方向的夾角為α，位移方向與水平方向的夾角為θ，那么tanα＝2tanθ.推論Ⅱ：做平拋(或類平拋)運(yùn)動(dòng)的物體，任意時(shí)刻的瞬時(shí)速度方向的反向延長(zhǎng)線一定通過此時(shí)水平位移的中點(diǎn)．【變式探究】在水平地面上的O點(diǎn)同時(shí)將甲、乙兩塊小石頭斜向上拋出，甲、乙在同一豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其軌跡如下圖，A點(diǎn)是兩軌跡在空中的交點(diǎn)，甲、乙運(yùn)動(dòng)的最大高度相等．假設(shè)不計(jì)空氣阻力，那么以下判斷正確的選項(xiàng)是()A．甲先到達(dá)最大高度處B．乙先到達(dá)最大高度處C．乙先到達(dá)A點(diǎn)D．甲先到達(dá)水平地面【答案】C【解析】斜拋可以分解為水平勻速運(yùn)動(dòng)和豎直勻變速運(yùn)動(dòng)，由于甲、乙運(yùn)動(dòng)的最大高度相等，由v2＝2gh，那么可知其豎直方向初速度相同，那么甲、乙同時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)，故A、B錯(cuò)誤；由前面分析，結(jié)合圖象可知，乙到達(dá)A點(diǎn)時(shí)，甲在上升階段，故C正確；由于甲、乙豎直方向運(yùn)動(dòng)一致，故會(huì)同時(shí)到達(dá)地面，故D錯(cuò)誤．【命題熱點(diǎn)突破三】圓周運(yùn)動(dòng)問題的分析1．圓周運(yùn)動(dòng)主要分為水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)盤上的物體、汽車拐彎、火車拐彎、圓錐擺等)和豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)(繩模型、汽車過拱形橋、水流星、內(nèi)軌道、輕桿模型、管道模型)．2．找向心力的來源是解決圓周運(yùn)動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)，學(xué)會(huì)牛頓第二定律在曲線運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用．3．注意有些題目中有“恰能〞、“剛好〞、“正好〞、“最大〞、“最小〞、“至多〞、“至少〞等字眼，明顯說明題述的過程存在著臨界點(diǎn)．例3．如下圖，輕桿長(zhǎng)3L，在桿兩端分別固定質(zhì)量均為m的球A和B，光滑水平轉(zhuǎn)軸穿過桿上距球A為L(zhǎng)處的O點(diǎn)，外界給系統(tǒng)一定能量后，桿和球在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，球B運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，桿對(duì)球B恰好無作用力．忽略空氣阻力．那么球B在最高點(diǎn)時(shí)()A．球B的速度為零B．球A的速度大小為eq\r(2gL)C．水平轉(zhuǎn)軸對(duì)桿的作用力為1.5mgD．水平轉(zhuǎn)軸對(duì)桿的作用力為2.5mg【變式探究】如下圖，質(zhì)量為m的豎直光滑圓環(huán)A的半徑為r，豎直固定在質(zhì)量為m的木板B上，木板B的兩側(cè)各有一豎直擋板固定在地面上，使木板不能左右運(yùn)動(dòng)．在環(huán)的最低點(diǎn)靜置一質(zhì)量為m的小球C.現(xiàn)給小球一水平向右的瞬時(shí)速度v0，小球會(huì)在環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)．為保證小球能通過環(huán)的最高點(diǎn)，且不會(huì)使木板離開地面，那么初速度v0必須滿足()A.eq\r(3gr)≤v0≤eq\r(5gr)B.eq\r(gr)≤v0≤eq\r(3gr)C.eq\r(7gr)≤v0≤3eq\r(gr)D.eq\r(5gr)≤v0≤eq\r(7gr)【命題熱點(diǎn)突破四】拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)的綜合曲線運(yùn)動(dòng)的綜合題往往涉及圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)等多個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，常結(jié)合功能關(guān)系進(jìn)行求解，解答時(shí)可從以下兩點(diǎn)進(jìn)行突破：1．分析臨界點(diǎn)對(duì)于物體在臨界點(diǎn)相關(guān)的多個(gè)物理量，需要區(qū)分哪些物理量能夠突變，哪些物理量不能突變，而不能突變的物理量(一般指線速度)往往是解決問題的突破口．2．分析每個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)對(duì)于物體參與的多個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，要仔細(xì)分析每個(gè)運(yùn)動(dòng)過程做何種運(yùn)動(dòng)：(1)假設(shè)為圓周運(yùn)動(dòng)，應(yīng)明確是水平面的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，還是豎直平面的變速圓周運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能是否守恒．(2)假設(shè)為拋體運(yùn)動(dòng)，應(yīng)明確是平拋運(yùn)動(dòng)，還是類平拋運(yùn)動(dòng)，垂直于初速度方向的力是由哪個(gè)力、哪個(gè)力的分力或哪幾個(gè)力提供的．例4．[2022·全國卷Ⅱ]輕質(zhì)彈簧原長(zhǎng)為2l，將彈簧豎直放置在地面上，在其頂端將一質(zhì)量為5m的物體由靜止釋放，當(dāng)彈簧被壓縮到最短時(shí)，彈簧長(zhǎng)度為l.現(xiàn)將該彈簧水平放置，一端固定在A點(diǎn)，另一端與物塊P接觸但不連接．AB是長(zhǎng)度為5l的水平軌道，B端與半徑為l的光滑半圓軌道BCD相切，半圓的直徑BD豎直，如下圖．物塊P與AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5.用外力推動(dòng)物塊P，將彈簧壓縮至長(zhǎng)度l，然后放開，P(1)假設(shè)P的質(zhì)量為m，求P到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度的大小，以及它離開圓軌道后落回到AB上的位置與B點(diǎn)間的距離；(2)假設(shè)P能滑上圓軌道，且仍能沿圓軌道滑下，求P的質(zhì)量的取值范圍．圖1-【答案】(1)eq\r(6gl)2eq\r(2)l(2)eq\f(5,3)m≤M<eq\f(5,2)m假設(shè)P能沿圓軌道運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，其到達(dá)D點(diǎn)時(shí)的向心力不能小于重力，即P此時(shí)的速度大小v應(yīng)滿足eq\f(mv2,l)－mg≥0④設(shè)P滑到D點(diǎn)時(shí)的速度為vD，由機(jī)械能守恒定律得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)＋mg·2l⑤聯(lián)立③⑤式得vD＝eq\r(2gl)⑥vD滿足④式要求，故P能運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，并從D點(diǎn)以速度vD水平射出．設(shè)P落回到軌道AB所需的時(shí)間為t，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得2l＝eq\f(1,2)gt2⑦P落回到AB上的位置與B點(diǎn)之間的距離為s＝vDt⑧聯(lián)立⑥⑦⑧式得s＝2eq\r(2)l⑨(2)為使P能滑上圓軌道，它到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度不能小于零．由①②式可知5mgl>μMg·4要使P仍能沿圓軌道滑回，P在圓軌道的上升高度不能超過半圓軌道的中點(diǎn)C.由機(jī)械能守恒定律有eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,B)≤Mgl?聯(lián)立①②⑩?式得eq\f(5,3)m≤M<eq\f(5,2)m?【變式探究】如下圖，參加某電視臺(tái)娛樂節(jié)目的選手從較高的平臺(tái)以v0＝8m/s的速度從A點(diǎn)水平躍出后，沿B點(diǎn)切線方向進(jìn)入光滑圓弧軌道，沿軌道滑到C點(diǎn)后離開軌道．A、B之間的豎直高度H＝1.8m，圓弧軌道半徑R＝10m，選手質(zhì)量m＝50kg，不計(jì)空氣阻力，g＝10m/s2，求：(1)選手從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的時(shí)間及到達(dá)B點(diǎn)的速度；(2)選手到達(dá)C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力．【答案】(1)0.6s10m/s，與水平方向的夾角為37°(2)1200N，方向豎直向下(2)從B點(diǎn)到C點(diǎn)：mgR(1－cosθ)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)在C點(diǎn)：FNC－mg＝meq\f(v\o\al(2,C),R)FNC＝1200N由牛頓第三定律得，選手對(duì)軌道的壓力FNC′＝FNC＝1200N，方向豎直向下?！靖呖颊骖}解讀】1.〔2022·江蘇〕如圖1-所示，傾角為α的斜面A被固定在水平面上，細(xì)線的一端固定于墻面，另一端跨過斜面頂端的小滑輪與物塊B相連，B靜止在斜面上．滑輪左側(cè)的細(xì)線水平，右側(cè)的細(xì)線與斜面平行．A、B的質(zhì)量均為m.撤去固定A的裝置后，A、B均做直線運(yùn)動(dòng)．不計(jì)一切摩擦，重力加速度為g.求：圖1-(1)A固定不動(dòng)時(shí)，A對(duì)B支持力的大小N；(2)A滑動(dòng)的位移為x時(shí)，B的位移大小s；(3)A滑動(dòng)的位移為x時(shí)的速度大小vA.【答案】(1)mgcosα(2)eq\r(2〔1－cosα〕·x)(3)eq\r(\f(2gxsinα,3－2cosα))根據(jù)速度的定義得vA＝eq\f(Δx,Δt)，vB＝eq\f(Δs,Δt)那么vB＝eq\r(2〔1－cosα〕)·vA解得vA＝eq\r(\f(2gxsinα,3－2cosα))2.[2022·全國卷Ⅰ]如圖1-，一輕彈簧原長(zhǎng)為2R，其一端固定在傾角為37°的固定直軌道AC的底端A處，另一端位于直軌道上B處，彈簧處于自然狀態(tài)，直軌道與一半徑為eq\f(5,6)R的光滑圓弧軌道相切于C點(diǎn)，AC＝7R，A、B、C、D均在同一豎直平面內(nèi)．質(zhì)量為m的小物塊P自C點(diǎn)由靜止開始下滑，最低到達(dá)E點(diǎn)(未畫出)，隨后P沿軌道被彈回，最高到達(dá)F點(diǎn)，AF＝4R，P與直軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝eq\f(1,4)，重力加速度大小為g.(取sin37°＝eq\f(3,5)，cos37°＝eq\f(4,5))(1)求P第一次運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度的大?。?2)求P運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能．(3)改變物塊P的質(zhì)量，將P推至E點(diǎn)，從靜止開始釋放．P自圓弧軌道的最高點(diǎn)D處水平飛出后，恰好通過G點(diǎn)．G點(diǎn)在C點(diǎn)左下方，與C點(diǎn)水平相距eq\f(7,2)R、豎直相距R，求P運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)速度的大小和改變后P的質(zhì)量．圖1-【答案】(1)2eq\r(gR)(2)eq\f(12,5)mgR(3)eq\f(3,5)eq\r(5gR)eq\f(1,3)m(2)設(shè)BE＝x，P到達(dá)E點(diǎn)時(shí)速度為零，設(shè)此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep.P由B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到E點(diǎn)的過程中，由動(dòng)能定理有mgxsinθ－μmgxcosθ－Ep＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)④E、F之間的距離l1為l1＝4R－2R＋x⑤P到達(dá)E點(diǎn)后反彈，從E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到F點(diǎn)的過程中，由動(dòng)能定理有Ep－mgl1sinθ－μmgl1cosθ＝0⑥聯(lián)立③④⑤⑥式并由題給條件得x＝R⑦Ep＝eq\f(12,5)mgR⑧3.[2022·天津卷]如圖1-所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E＝5eq\r(3)N/C，同時(shí)存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向與電場(chǎng)方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.5T．有一帶正電的小球，質(zhì)量m＝1×10－6kg，電荷量q＝2×10－6C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)撤掉磁場(chǎng)(不考慮磁場(chǎng)消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)，g取10m/s2.求：圖1-(1)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和方向；(2)從撤掉磁場(chǎng)到小球再次穿過P點(diǎn)所在的這條電場(chǎng)線經(jīng)歷的時(shí)間t.【答案】(1)20m/s方向與電場(chǎng)E的方向之間的夾角為60°斜向上(2)3.5s(2)解法一：撤去磁場(chǎng)，小球在重力與電場(chǎng)力的合力作用下做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度為a，有a＝eq\f(\r(q2E2＋m2g2),m)⑤設(shè)撤掉磁場(chǎng)后小球在初速度方向上的分位移為x，有x＝vt⑥設(shè)小球在重力與電場(chǎng)力的合力方向上分位移為y，有y＝eq\f(1,2)at2⑦a與mg的夾角和v與E的夾角相同，均為θ，又tanθ＝eq\f(y,x)⑧聯(lián)立④⑤⑥⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)解得t＝2eq\r(3)s＝3.5s⑨解法二：撤去磁場(chǎng)后，由于電場(chǎng)力垂直于豎直方向，它對(duì)豎直方向的分運(yùn)動(dòng)沒有影響，以P點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，豎直向上為正方向，小球在豎直方向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，其初速度為vy＝vsinθ⑤假設(shè)使小球再次穿過P點(diǎn)所在的電場(chǎng)線，僅需小球的豎直方向上分位移為零，那么有vyt－eq\f(1,2)gt2＝0⑥聯(lián)立⑤⑥式，代入數(shù)據(jù)解得t＝2eq\r(3)s＝3.5s4.[2022·江蘇卷]有A、B兩小球，B的質(zhì)量為A的兩倍．現(xiàn)將它們以相同速率沿同一方向拋出，不計(jì)空氣阻力．圖中①為A的運(yùn)動(dòng)軌跡，那么B的運(yùn)動(dòng)軌跡是()圖1-A．①B．②C．③D．④5.[2022·浙江卷]在真空環(huán)境內(nèi)探測(cè)微粒在重力場(chǎng)中能量的簡(jiǎn)化裝置如圖1-9所示．P是一個(gè)微粒源，能持續(xù)水平向右發(fā)射質(zhì)量相同、初速度不同的微粒．高度為h的探測(cè)屏AB豎直放置，離P點(diǎn)的水平距離為L(zhǎng)，上端A與P點(diǎn)的高度差也為h.圖1-9(1)假設(shè)微粒打在探測(cè)屏AB的中點(diǎn)，求微粒在空中飛行的時(shí)間；(2)求能被屏探測(cè)到的微粒的初速度范圍；(3)假設(shè)打在探測(cè)屏A、B兩點(diǎn)的微粒的動(dòng)能相等，求L與h的關(guān)系．【答案】(1)eq\r(\f(3h,g))(2)Leq\r(\f(g,4h))≤v≤Leq\r(\f(g,2h))(3)L＝2eq\r(2)h【解析】(1)打在中點(diǎn)的微粒eq\f(3,2)h＝eq\f(1,2)gt2①t＝eq\r(\f(3h,g))②6.[2022·全國卷Ⅲ]如下圖，一固定容器的內(nèi)壁是半徑為R的半球面；在半球面水平直徑的一端有一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)P.它在容器內(nèi)壁由靜止下滑到最低點(diǎn)的過程中，克服摩擦力做的功為W.重力加速度大小為g.設(shè)質(zhì)點(diǎn)P在最低點(diǎn)時(shí)，向心加速度的大小為a，容器對(duì)它的支持力大小為N，那么()圖1-A．a(chǎn)＝eq\f(2〔mgR－W〕,mR)B．a(chǎn)＝eq\f(2mgR－W,mR)C．N＝eq\f(3mgR－2W,R)D．N＝eq\f(2〔mgR－W〕,R)【答案】AC【解析】質(zhì)點(diǎn)P下滑到底端的過程，由動(dòng)能定理得mgR－W＝eq\f(1,2)mv2－0，可得v2＝eq\f(2〔mgR－W〕,m)，所以a＝eq\f(v2,R)＝eq\f(2〔mgR－W〕,mR)，A正確，B錯(cuò)誤；在最低點(diǎn)，由牛頓第二定律得N－mg＝meq\f(v2,R)，故N＝mg＋meq\f(v2,R)＝mg＋eq\f(m,R)·eq\f(2〔mgR－W〕,m)＝eq\f(3mgR－2W,R)，C正確，D錯(cuò)誤．7.[2022·全國卷Ⅲ]如圖1-所示，在豎直平面內(nèi)有由eq\f(1,4)圓弧AB和eq\f(1,2)圓弧BC組成的光滑固定軌道，兩者在最低點(diǎn)B平滑連接．AB弧的半徑為R，BC弧的半徑為eq\f(R,2).一小球在A點(diǎn)正上方與A相距eq\f(R,4)處由靜止開始自由下落，經(jīng)A點(diǎn)沿圓弧軌道運(yùn)動(dòng)．(1)求小球在B、A兩點(diǎn)的動(dòng)能之比；(2)通過計(jì)算判斷小球能否沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)．圖1-【答案】(1)5(2)能【解析】(1)設(shè)小球的質(zhì)量為m，小球在A點(diǎn)的動(dòng)能為EkA，由機(jī)械能守恒得EkA＝mgeq\f(R,4)①設(shè)小球在B點(diǎn)的動(dòng)能為EkB，同理有EkB＝mgeq\f(5R,4)②由①②式得eq\f(EkB,EkA)＝5③8.[2022·天津卷]我國將于2022年舉辦冬奧會(huì)，跳臺(tái)滑雪是其中最具欣賞性的工程之一．如圖1-所示，質(zhì)量m＝60kg的運(yùn)發(fā)動(dòng)從長(zhǎng)直助滑道AB的A處由靜止開始以加速度a＝3.6m/s2勻加速滑下，到達(dá)助滑道末端B時(shí)速度vB＝24m/s，A與B的豎直高度差H＝48m．為了改變運(yùn)發(fā)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方向，在助滑道與起跳臺(tái)之間用一段彎曲滑道銜接，其中最低點(diǎn)C處附近是一段以O(shè)為圓心的圓?。滥┒薆與滑道最低點(diǎn)C的高度差h＝5m，運(yùn)發(fā)動(dòng)在B、C間運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力做功W＝－1530J，g取10m/s2.圖1-(1)求運(yùn)發(fā)動(dòng)在AB段下滑時(shí)受到阻力Ff的大??；(2)假設(shè)運(yùn)發(fā)動(dòng)能夠承受的最大壓力為其所受重力的6倍，那么C點(diǎn)所在圓弧的半徑R至少應(yīng)為多大？【答案】(1)144N(2)12.5m9.[2022·浙江卷]如圖1-6所示為賽車場(chǎng)的一個(gè)水平“梨形〞賽道，兩個(gè)彎道分別為半徑R＝90m的大圓弧和r＝40m的小圓弧，直道與彎道相切．大、小圓弧圓心O、O′距離L＝100m．賽車沿彎道路線行駛時(shí)，路面對(duì)輪胎的最大徑向靜摩擦力是賽車重力的2.25倍．假設(shè)賽車在直道上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，在彎道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．要使賽車不打滑，繞賽道一圈時(shí)間最短(發(fā)動(dòng)機(jī)功率足夠大，重力加速度g取10m/s2，π＝3.14)，那么賽車()圖1-6A．在繞過小圓弧彎道后加速B．在大圓弧彎道上的速率為45m/sC．在直道上的加速度大小為5.63m/s2D．通過小圓弧彎道的時(shí)間為5.58s15.[2022·江蘇卷]據(jù)報(bào)道，一法國攝影師拍到“天宮一號(hào)〞空間站飛過太陽的瞬間．照片中，“天宮一號(hào)〞的太陽帆板輪廓清晰可見．如下圖，假設(shè)“天宮一號(hào)〞正以速度v＝7.7km/s繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向與太陽帆板兩端M、N的連線垂直，M、N間的距離L＝20m，地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于v，MN所在平面的分量B＝1.0×10－5T，將太陽帆板視為導(dǎo)體．圖1-(1)求M、N間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E；(2)在太陽帆板上將一只“1.5V，0.3W〞的小燈泡與M、N相連構(gòu)成閉合電路，不計(jì)太陽帆板和導(dǎo)線的電阻．試判斷小燈泡能否發(fā)光，并說明理由；(3)取地球半徑R＝6.4×103km，地球外表的重力加速度g＝9.8m/s2，試估算“天宮一號(hào)〞距離地球外表的高度【答案】(1)1.54V(2)不能，理由見解析(3)4×10【解析】(1)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝BLv，代入數(shù)據(jù)得E＝1.54V(2)不能，因?yàn)榇┻^閉合回路的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流．(3)在地球外表有Geq\f(Mm,R2)＝mg勻速圓周運(yùn)動(dòng)Geq\f(Mm,〔R＋h〕2)＝meq\f(v2,R＋h)解得h＝geq\f(R2,v2)－R，代入數(shù)據(jù)得h≈4×105m(數(shù)量級(jí)正確都算對(duì))17.[2022·全國卷Ⅱ]小球P和Q用不可伸長(zhǎng)的輕繩懸掛在天花板上，P球的質(zhì)量大于Q球的質(zhì)量，懸掛P球的繩比懸掛Q球的繩短．將兩球拉起，使兩繩均被水平拉直，如圖1-所示．將兩球由靜止釋放，在各自軌跡的最低點(diǎn)()圖1-A．P球的速度一定大于Q球的速度B．P球的動(dòng)能一定小于Q球的動(dòng)能C．P球所受繩的拉力一定大于Q球所受繩的拉力D．P球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度18.[2022·全國卷Ⅱ]輕質(zhì)彈簧原長(zhǎng)為2l，將彈簧豎直放置在地面上，在其頂端將一質(zhì)量為5m的物體由靜止釋放，當(dāng)彈簧被壓縮到最短時(shí)，彈簧長(zhǎng)度為l.現(xiàn)將該彈簧水平放置，一端固定在A點(diǎn)，另一端與物塊P接觸但不連接．AB是長(zhǎng)度為5l的水平軌道，B端與半徑為l的光滑半圓軌道BCD相切，半圓的直徑BD豎直，如下圖．物塊P與AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5.用外力推動(dòng)物塊P，將彈簧壓縮至長(zhǎng)度l，然后放開，P開始沿軌道運(yùn)動(dòng)，重力加速度大小為(1)假設(shè)P的質(zhì)量為m，求P到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度的大小，以及它離開圓軌道后落回到AB上的位置與B點(diǎn)間的距離；(2)假設(shè)P能滑上圓軌道，且仍能沿圓軌道滑下，求P的質(zhì)量的取值范圍．圖1-【答案】(1)eq\r(6gl)2eq\r(2)l(2)eq\f(5,3)m≤M<eq\f(5,2)m聯(lián)立①②式，取M＝m并代入題給數(shù)據(jù)得vB＝eq\r(6gl)③假設(shè)P能沿圓軌道運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，其到達(dá)D點(diǎn)時(shí)的向心力不能小于重力，即P此時(shí)的速度大小v應(yīng)滿足eq\f(mv2,l)－mg≥0④設(shè)P滑到D點(diǎn)時(shí)的速度為vD，由機(jī)械能守恒定律得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,D)＋mg·2l⑤聯(lián)立③⑤式得vD＝eq\r(2gl)⑥vD滿足④式要求，故P能運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，并從D點(diǎn)以速度vD水平射出．設(shè)P落回到軌道AB所需的時(shí)間為t，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得2l＝eq\f(1,2)gt2⑦P落回到AB上的位置與B點(diǎn)之間的距離為s＝vDt⑧聯(lián)立⑥⑦⑧式得s＝2eq\r(2)l⑨(2)為使P能滑上圓軌道，它到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度不能小于零．由①②式可知5mgl>μMg·4要使P仍能沿圓軌道滑回，P在圓軌道的上升高度不能超過半圓軌道的中點(diǎn)C.由機(jī)械能守恒定律有eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,B)≤Mgl?聯(lián)立①②⑩?式得eq\f(5,3)m≤M<eq\f(5,2)m?1.(2022·天津理綜，4)未來的星際航行中，宇航員長(zhǎng)期處于零重力狀態(tài)，為緩解這種狀態(tài)帶來的不適，有人設(shè)想在未來的航天器上加裝一段圓柱形“旋轉(zhuǎn)艙〞，如圖2所示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)艙繞其軸線勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，宇航員站在旋轉(zhuǎn)艙內(nèi)圓柱形側(cè)壁上，可以受到與他站在地球外表時(shí)相同大小的支持力。為到達(dá)上述目的，以下說法正確的選項(xiàng)是()圖2A.旋轉(zhuǎn)艙的半徑越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度就應(yīng)越大B.旋轉(zhuǎn)艙的半徑越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度就應(yīng)越小C.宇航員質(zhì)量越大，旋轉(zhuǎn)艙的角速度就應(yīng)越大D.宇航員質(zhì)量越大，旋轉(zhuǎn)艙的角速度就應(yīng)越小解析由題意知有mg＝F＝mω2r，即g＝ω2r，因此r越大，ω越小，且與m無關(guān)，B正確。答案B2．(2022·山東卷)距地面高5m的水平直軌道上A、B兩點(diǎn)相距2m，在B點(diǎn)用細(xì)線懸掛一小球，離地高度為h，如圖．小車始終以4m/s的速度沿軌道勻速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)將隨車攜帶的小球由軌道高度自由卸下，小車運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)細(xì)線被軋斷，最后兩球同時(shí)落地．不計(jì)空氣阻力，取重力加速度的大小g＝10m/s2.可求得h等于()A．1.25m B．2.25mC．3.75m D．4.75m解析：從小車卸下的小球做平拋運(yùn)動(dòng)，由H＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,1)，t1＝1s．小車由A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間是t2，那么xAB＝vt2，t2＝0.5s．所以經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)下落的小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間Δt＝t1－t2＝0.5s，那么B球下落的高度h＝eq\f(1,2)g(Δt)2＝1.25m，選項(xiàng)A正確．答案：A3.(2022·山東理綜，15)如圖3所示，拉格朗日點(diǎn)L1位于地球和月球連線上，處在該點(diǎn)的物體在地球和月球引力的共同作用下，可與月球一起以相同的周期繞地球運(yùn)動(dòng)。據(jù)此，科學(xué)家設(shè)想在拉格朗日點(diǎn)L1建立空間站，使其與月球同周期繞地球運(yùn)動(dòng)。以a1、a2分別表示該空間站和月球向心加速度的大小，a3表示地球同步衛(wèi)星向心加速度的大小。以下判斷正確的選項(xiàng)是()圖3A.a2>a3>a1B.a2>a1>a3C.a3>a1>a2D.a3>a2>a1答案D4.(2022·四川理綜，5)登上火星是人類的夢(mèng)想，“嫦娥之父〞歐陽自遠(yuǎn)透露：中國方案于2022年登陸火星。地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，忽略行星自轉(zhuǎn)影響。根據(jù)下表，火星和地球相比()行星半徑/m質(zhì)量/kg軌道半徑/m地球6.4×1066.0×10241.5×1011火星3.4×1066.4×10232.3×1011A.火星的公轉(zhuǎn)周期較小B.火星做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度較小C.火星外表的重力加速度較大D.火星的第一宇宙速度較大解析由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(4π2,T2)r＝ma知，T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，a＝eq\f(GM,r2)，軌道半徑越大，公轉(zhuǎn)周期越大，加速度越小，A錯(cuò)誤，B正確；由Geq\f(Mm,R2)＝mg得g＝Geq\f(M,R2)，eq\f(g地,g火)＝eq\f(M地,M火)·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(R火,R地)))eq\s\up12(2)＝2.6，火星外表的重力加速度較小，C錯(cuò)誤；由Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)得v＝eq\r(\f(GM,R))，eq\f(v地,v火)＝eq\r(\f(M地,M火)·\f(R火,R地))＝eq\r(5)，火星的第一宇宙速度較小，D錯(cuò)誤。答案B5.(2022·浙江理綜，17)如圖8所示為足球球門，球門寬為L(zhǎng)。一個(gè)球員在球門中心正前方距離球門s處高高躍起，將足球頂入球門的左下方死角(圖中P點(diǎn))。球員頂球點(diǎn)的高度為h，足球做平拋運(yùn)動(dòng)(足球可看成質(zhì)點(diǎn)，忽略空氣阻力)，那么()圖8A.足球位移的大小x＝eq\r(\f(L2,4)＋s2)B.足球初速度的大小v0＝eq\r(\f(g,2h)〔\f(L2,4)＋s2〕)C.足球末速度的大小v＝eq\r(\f(g,2h)〔\f(L2,4)＋s2〕＋4gh)D.足球初速度的方向與球門線夾角的正切值tanθ＝eq\f(L,2s)答案B6．(2022·新課標(biāo)全國Ⅰ·18)一帶有乒乓球發(fā)射機(jī)的乒乓球臺(tái)如圖1所示．水平臺(tái)面的長(zhǎng)和寬分別為L(zhǎng)1和L2，中間球網(wǎng)高度為h.發(fā)射機(jī)安裝于臺(tái)面左側(cè)邊緣的中點(diǎn)，能以不同速率向右側(cè)不同方向水平發(fā)射乒乓球，發(fā)射點(diǎn)距臺(tái)面高度為3h.不計(jì)空氣的作用，重力加速度大小為g.假設(shè)乒乓球的發(fā)射速率v在某范圍內(nèi)，通過選擇適宜的方向，就能使乒乓球落到球網(wǎng)右側(cè)臺(tái)面上，那么v的最大取值范圍是()圖1A.eq\f(L1,2)eq\r(\f(g,6h))＜v＜L1eq\r(\f(g,6h))B.eq\f(L1,4)eq\r(\f(g,h))＜v＜eq\r(\f(4L\o\al(2,1)＋L\o\al(2,2)g,6h))C.eq\f(L1,2)eq\r(\f(g,6h))＜v＜eq\f(1,2)eq\r(\f(4L\o\al(2,1)＋L\o\al(2,2)g,6h))D.eq\f(L1,4)eq\r(\f(g,h))＜v＜eq\f(1,2)eq\r(\f(4L\o\al(2,1)＋L\o\al(2,2)g,6h))【答案】D【解析】發(fā)射機(jī)無論向哪個(gè)方向水平發(fā)射，乒乓球都做平拋運(yùn)動(dòng)．當(dāng)速度v最小時(shí)，球沿中線恰好