高考物理 第四章 第三講 創(chuàng)新演練大沖關(guān)

創(chuàng)新演練大沖關(guān)(時間45分鐘，滿分100分)一、選擇題(本題包括9小題，每小題6分，共54分．每小題只有一個選項正確)1．如圖1所示，光滑水平面上，小球m在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動．當(dāng)小球運(yùn)動到P點(diǎn)時拉力F發(fā)生變化，關(guān)于小球以后運(yùn)動情況的說法正確的是()A．若拉力突然消失，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動B．若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動圖1C．若拉力突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動D．若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運(yùn)動解析：當(dāng)拉力變小時，小球會由于拉力不足以提供向心力而做離心運(yùn)動，同時又由于細(xì)線還有拉力而改變運(yùn)動方向，所以小球?qū)⒀厍芯€和圓周之間的某一方向飛出，即沿軌跡Pb做離心運(yùn)動；在拉力突然變大后，由于所施加的拉力大于所需的向心力，會把小球向內(nèi)拉動，偏離了圓周，而向圓心的一側(cè)運(yùn)動，即沿軌跡Pc運(yùn)動；若拉力突然消失，小球?qū)⒂捎趹T性沿軌跡Pa做離心運(yùn)動．故只有A正確．答案：A2．如圖2所示，一小物塊在開口向上的半圓形曲面內(nèi)以某一速率開始下滑，曲面內(nèi)各處動摩擦因數(shù)不同，此摩擦作用使物塊下滑時速率保持不變，則下列說法錯誤的是()A．因物塊下滑速率保持不變，故加速度為零圖2B．物塊所受合外力大小不變，方向改變C．在滑到最低點(diǎn)以前，物塊對曲面的壓力越來越大D．在滑到最低點(diǎn)以前，物塊受到的摩擦力越來越小解析：物塊下滑速率不變，可理解為物塊的運(yùn)動是勻速圓周運(yùn)動的一部分，物塊所受合外力充當(dāng)所需的向心力，故合外力大小不變，而方向改變，向心加速度不為零；設(shè)下滑過程中物塊和圓心的連線與豎直方向的夾角為θ，對物塊進(jìn)行受力分析可得FN－mgcosθ＝meq\f(v2,R)，其中θ越來越小，所以FN越來越大；Ff＝mgsinθ，θ越來越小時Ff越來越小，故選項B、C、D正確．答案：A3．(·南平模擬)如圖3所示，圓弧軌道AB在豎直平面內(nèi)，在B點(diǎn)，軌道的切線是水平的，一小球由圓弧軌道上的某點(diǎn)從靜止開始下滑，不計任何阻力．設(shè)小球剛到達(dá)B點(diǎn)時的加速度為a1，剛滑過B點(diǎn)時的加速度為a2，則()圖3A．a(chǎn)1、a2大小一定相等，方向可能相同B．a(chǎn)1、a2大小一定相等，方向可能相反C．a(chǎn)1、a2大小可能不等，方向一定相同D．a(chǎn)1、a2大小可能不等，方向一定相反解析：剛到達(dá)B點(diǎn)時，小球仍做圓周運(yùn)動，此時a1＝eq\f(v\o\al(2,B),R)，方向豎直向上，當(dāng)剛滑過B點(diǎn)后，小球做平拋運(yùn)動，a2＝g，方向豎直向下，eq\f(v\o\al(2,B),R)有可能等于g，故D正確．答案：D4．有一種雜技表演叫“飛車走壁”．由雜技演員駕駛摩擦車沿圓臺形表演臺的側(cè)壁，做勻速圓周運(yùn)動．圖4中粗線圓表示摩托車的行駛軌跡，軌跡離地面的高度為h.下列說法中正確的是()A．h越高，摩托車對側(cè)壁的壓力將越大圖4B．h越高，摩托車做圓周運(yùn)動的向心力將越大C．h越高，摩托車做圓周運(yùn)動的周期將越小D．h越高，摩托車做圓周運(yùn)動的線速度將越大解析：只有重力和支持力作用，這兩個力合力方向指向圓心，F(xiàn)合＝mgtanθ.大小不變，合外力等于圓周運(yùn)動物體所需要的向心力F向＝meq\f(v2,r).h越高，r越大，摩托車做圓周運(yùn)動的線速度將越大．答案：D5．如圖5所示，質(zhì)量為M的物體內(nèi)有光滑圓形軌道，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的小滑塊沿該圓形軌道內(nèi)側(cè)在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動，A、C分別為圓周的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，B、D兩點(diǎn)與圓心O在同一水平線上．小滑塊運(yùn)動時，物體M始終處于靜止?fàn)顟B(tài).則關(guān)于物體M對地面的壓力FN和圖5地面對M的摩擦力的有關(guān)說法中正確的是(重力加速度為g)()A．小滑塊在A點(diǎn)時，F(xiàn)N＞(M＋m)g，摩擦力方向向左B．小滑塊在B點(diǎn)時，F(xiàn)N＝Mg，摩擦力方向向右C．小滑塊在C點(diǎn)時，F(xiàn)N＝(M＋m)g，M與地面無摩擦D．小滑塊在D點(diǎn)時，F(xiàn)N＝(M＋m)g，摩擦力方向向左解析：小滑塊在A點(diǎn)時，具有向下的加速度，整體處于失重狀態(tài)，F(xiàn)N＜(M＋m)g，小滑塊在C點(diǎn)時，具有向上的向心加速度，整體處于超重狀態(tài)，F(xiàn)N＞(M＋m)g，小滑塊在B、D兩點(diǎn)時，具有豎直向下的加速度g，故此時FN＜(M＋m)g，A、C、D均錯誤；小滑塊在B點(diǎn)，受圓形軌道水平向右的彈力，提供向心力，故小滑塊對圓形軌道的力水平向左，地面對M的靜摩擦力水平向右，且豎直方向上，F(xiàn)N＝Mg，B正確．答案：B6．(·龍巖檢測)如圖6所示，長為r的細(xì)桿一端固定一個質(zhì)量為m的小球，使之繞另一端O在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動，小球運(yùn)動到最高點(diǎn)時的速度v＝eq\r(gr/2)，物體在這點(diǎn)時()A．小球?qū)?xì)桿的拉力是mg/2圖6B．小球?qū)U的壓力是eq\f(mg,2)C．小球?qū)U的拉力是eq\f(3,2)mgD．小球?qū)U的壓力是mg解析：設(shè)在最高點(diǎn)，小球受桿的支持力FN，方向向上，則由牛頓第二定律得：mg－FN＝meq\f(v2,r)，得出FN＝eq\f(1,2)mg，故桿對小球的支持力為eq\f(1,2)mg，由牛頓第三定律知，小球?qū)U的壓力為eq\f(1,2)mg，B正確．答案：B7．如圖7所示，線段OA＝2AB，A、B兩球質(zhì)量相等．當(dāng)它們繞O點(diǎn)在光滑的水平桌面上以相同的角速度轉(zhuǎn)動時，兩線段拉力之比FAB∶FOB為()圖7A．2∶3 B．3∶2C．5∶3 D．2∶1解析：FAB＝m(OA)ω2，F(xiàn)OB－FAB＝m(OB)ω2，OB＝AB＝eq\f(1,2)OA，F(xiàn)OB＝eq\f(3,2)m(OA)ω2，∴FAB∶FOB＝2∶3.答案：A8．如圖8所示，某同學(xué)用硬塑料管和一個質(zhì)量為m的鐵質(zhì)螺絲帽研究勻速圓周運(yùn)動，將螺絲帽套在塑料管上，手握塑料管使其保持豎直并沿水平方向做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動，則只要運(yùn)動角速度大小合適，螺絲帽恰好不下滑．假設(shè)螺絲帽與塑料管間的動摩擦因數(shù)為μ，認(rèn)為最大靜摩擦力近似等于滑動摩擦力．則在該同學(xué)手轉(zhuǎn)動塑料管使螺絲帽恰好不下滑時，下述分析正確的是()A．螺絲帽受的重力與最大靜摩擦力平衡圖8B．螺絲帽受到桿的彈力方向水平向外，背離圓心C．此時手轉(zhuǎn)動塑料管的角速度ω＝eq\r(\f(mg,μr))D．若桿的轉(zhuǎn)動加快，螺絲帽有可能相對桿發(fā)生運(yùn)動解析：由于螺絲帽做圓周運(yùn)動過程中恰好不下滑，則豎直方向上重力與最大靜摩擦力平衡，桿對螺絲帽的彈力提供其做勻速圓周運(yùn)動的向心力，有mg＝Ff＝μFN＝μmω2r，得ω＝eq\r(\f(g,μr))，選項A正確、B、C錯誤；桿的轉(zhuǎn)動速度增大時，桿對螺絲帽的彈力增大，最大靜摩擦力也增大，螺絲帽不可能相對桿發(fā)生運(yùn)動，故選項D錯誤．答案：A9．如圖9所示，在豎直的轉(zhuǎn)動軸上，a、b兩點(diǎn)間距為40cm，細(xì)線ac長50cm，bc長30cm，在c點(diǎn)系一質(zhì)量為m的小球，在轉(zhuǎn)動軸帶著小球轉(zhuǎn)動過程中，下列說法不正確的是()A．轉(zhuǎn)速小時，ac受拉力，bc松弛圖9B．bc剛好拉直時ac中拉力為1.25mgC．bc拉直后轉(zhuǎn)速增大，ac拉力不變D．bc拉直后轉(zhuǎn)速增大，ac拉力增大解析：設(shè)bc拉直時，ac與豎直方向夾角為θ，當(dāng)bc剛好拉直時，F(xiàn)ac·cosθ＝mg，F(xiàn)ac·sinθ＝mωeq\o\al(2,0)·r得Fac＝eq\f(mg,cosθ)＝1.25mg，ω0＝eq\r(\f(gtanθ,r))，當(dāng)轉(zhuǎn)速較小時，對應(yīng)ω＜ω0時，ac受拉力，而bc松弛，A正確，bc剛好拉直時，F(xiàn)ac＝1.25mg，B正確；若轉(zhuǎn)速增大，則仍有：Fac·cosθ＝mg，故Fac并不隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，C正確，D錯誤．答案：D二、非選擇題(本題包括3小題，共46分)10．(15分)如圖10所示，一根長0.1m的細(xì)線，一端系著一個質(zhì)量為0.18kg的小球，拉住線的另一端，使球在光滑的水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動，使小球的轉(zhuǎn)速很緩慢地增加，當(dāng)小球的轉(zhuǎn)速增加到開始時轉(zhuǎn)速的3倍時，細(xì)線斷開，線斷開前的瞬間線受到的拉力圖10比開始時大40N，求：(1)線斷開前的瞬間，線受到的拉力大?。?2)線斷開的瞬間，小球運(yùn)動的線速度；(3)如果小球離開桌面時，速度方向與桌邊線的夾角為60°，桌面高出地面0.8m，則小球飛出后的落地點(diǎn)距桌邊線的水平距離．解析：(1)線的拉力等于向心力，設(shè)開始時角速度為ω0，向心力是F0，線斷開的瞬間，角速度為ω，線的拉力是FT.F0＝mωeq\o\al(2,0)R ①FT＝mω2R ②由①②得eq\f(FT,F0)＝eq\f(ω2,ω\o\al(2,0))＝eq\f(9,1) ③又因為FT＝F0＋40N ④由③④得FT＝45N． ⑤(2)設(shè)線斷開時速度為v由FT＝eq\f(mv2,R)得v＝eq\r(\f(FTR,m))＝eq\r(\f(45×0.1,0.18))m/s＝5m/s. ⑥(3)設(shè)桌面高度為h，小球落地經(jīng)歷時間為t，落地點(diǎn)與飛出桌面點(diǎn)的水平距離為x.t＝eq\r(\f(2h,g))＝0.4s ⑦x＝vt＝2m ⑧則小球飛出后的落地點(diǎn)到桌邊線的水平距離為l＝x·sin60°＝1.73m.答案：(1)45N(2)5m/s(3)1.73m11．(15分)年11月17日廣州亞運(yùn)會體操男子單杠決賽中，中國小將張成龍問鼎冠軍．張成龍完成了一個單臂回環(huán)動作后恰好靜止在最高點(diǎn)，如圖11所示．設(shè)張成龍的重心離杠l＝1.1m，體重51kg.忽略摩擦力，且認(rèn)為單臂回環(huán)動作是圓周運(yùn)動(g＝10m/s2)．試求：(1)達(dá)到如圖11所示效果，張成龍的重心在最低點(diǎn)的速度大?。?2)張成龍在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)時對杠的作用力分別是多大．圖11解析：(1)根據(jù)機(jī)械能守恒，設(shè)張成龍在最低點(diǎn)的速度為v，則mgh＝eq\f(1,2)mv2h＝2l所以v＝eq\r(2gh)＝2eq\r(gl)＝2eq\r(11)m/s≈6.6m/s.(2)在最高點(diǎn)張成龍?zhí)幱陟o止?fàn)顟B(tài)，故所受杠的支持力等于其重力FN＝mg＝510N由牛頓第三定律，張成龍對杠的作用力為510N.在最低點(diǎn)做圓周運(yùn)動，設(shè)杠對張成龍的作用力為FN′則FN′－mg＝meq\f(v2,l)故FN′＝mg＋meq\f(v2,l)＝2550N由牛頓第三定律知，張成龍對杠的作用力為2550N.答案：(1)6.6m/s(2)510N2550N12．(16分)如圖12所示，質(zhì)量為m的小球置于方形的光滑盒子中，盒子的邊長略大于小球的直徑．某同學(xué)拿著該盒子在豎直平面內(nèi)以O(shè)點(diǎn)為圓心做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動，已知重力加速度為g，空氣阻力不計，求：(1)若要使盒子運(yùn)動到最高點(diǎn)時與小球之間恰好無作用力，則該同圖12學(xué)拿著盒子做勻速圓周運(yùn)動的周期為多少？(2)若該同學(xué)拿著盒子以第(1)問中周期的eq\f(1,2)做勻速圓周運(yùn)動，則當(dāng)盒子運(yùn)動到如圖所示位置(球心與O點(diǎn)位于同一水平面上)時，小球?qū)凶拥哪男┟嬗凶饔昧Γ饔昧Υ笮》謩e為多少？解析：(1)設(shè)盒子的運(yùn)動周期為T0.因為在最高點(diǎn)時盒子與小球之間剛好無作用力，因此小球僅受重力作用，由重力提供向心力，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律得mg＝mR(eq\f(2π,T0))2解得T0＝2πeq\r(\f(R,g))(2