高考物理二轮总复习专题分层突破练3力与曲线运动

专题分层突破练3力与曲线运动A组1.(2022广东卷)如图所示,在竖直平面内,截面为三角形的小积木悬挂在离地足够高处,一玩具枪的枪口与小积木上P点等高且相距为l。当玩具子弹以水平速度v从枪口向P点射出时,小积木恰好由静止释放,子弹从射出至击中积木所用时间为t。不计空气阻力。下列关于子弹的说法正确的是()A.将击中P点,t大于lB.将击中P点,t等于lC.将击中P点上方,t大于lD.将击中P点下方,t等于l2.有关圆周运动的基本模型如图所示,下列说法正确的是()A.图甲中火车转弯超过规定速度行驶时,内轨对轮缘会有挤压作用B.图乙中汽车通过拱桥的最高点时处于超重状态C.图丙中若摆球高相同,则两锥摆的角速度就相同D.图丁中同一小球在光滑圆锥筒内的不同位置做水平匀速圆周运动时角速度相同3.(多选)如图所示,细绳一端系着质量为m0=0.5kg的物体在水平台面上,另一端通过光滑小孔吊着质量为m=0.3kg的物体,质量为m0的物体(可视为质点)与圆孔的距离为0.2m,已知质量为m0的物体和水平台面的最大静摩擦力为2N,现在质量为m0的物体相对水平台面静止一起绕中心轴线匀速转动,当角速度ω突然变为以下何值时,质量为m的物体将向上移动(g取10m/s2)()A.7rad/s B.8rad/sC.9rad/s D.10rad/s4.光滑水平面上质量为2kg的物体,在五个水平方向的共点力作用下处于平衡状态,现在将其中F1=5N和F2=9N的两个力同时撤去,下列关于物体的运动描述正确的是()A.物体一定做匀加速直线运动,加速度大小可能为5m/s2B.物体可能做变加速直线运动C.物体可能做匀速圆周运动D.物体可能做匀变速曲线运动,加速度大小为3m/s25.武汉“东湖之眼”摩天轮面朝东湖,背靠磨山,是武汉的新地标之一,如图所示。假设“东湖之眼”悬挂的座舱及舱内乘客在竖直平面内做匀速圆周运动(乘客总是保持头上脚下的姿态),则下列说法正确的是()A.乘客所受的合外力始终不变B.乘客所受重力的功率始终不变C.乘客在最低点与最高点对水平座椅的压力之差与摩天轮转动速度无关D.乘客在最低点与最高点对水平座椅的压力之和与摩天轮转动速度无关6.如图所示,倾角θ=37°的斜面足够大,顶端MN水平。一质量m=0.9kg的小球自MN上一点以v0=2m/s的初速度垂直MN水平抛出,已知重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计空气阻力。(1)求小球自抛出至落到斜面上的时间;(2)若小球运动过程中始终受到平行于MN的恒定水平风力,小球落到斜面上时的位移大小为1.25m,求小球受到的水平风力大小。B组7.如图所示,倾角为30°的斜面上,一质量为4m的物块经跨过定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连。现将小球从水平位置由静止开始释放,初状态细绳上的拉力为0,小球由水平位置第一次运动到最低点的过程中,物块和斜面始终静止,则在此过程中()A.细绳的拉力先增大后减小B.物块所受摩擦力先减小后增大C.地面对斜面的支持力先减小后增大D.地面对斜面的摩擦力先增大后减小8.(多选)(2023广西南宁一模)田径比赛使用的是周长为400m的标准跑道,通常设有8条水平分道,最内侧弯道半径(内径)为37.90m,弯道技术成为赛跑的制胜关键。弯道跑中最重要的是有意识地使身体向圆心方向倾斜,使跑道对运动员的作用力指向身体重心。对于不同道次上的运动员来说,跑道半径不同,即使速率相同,人体的倾斜角度也是不同的。假设某一运动员在弯道上的速率为10m/s;则在最内侧跑道时的倾斜角为15.07°,在最外侧跑道时的倾斜角为12.34°,(sin15.07°=0.260,cos15.07°≈0.966,sin12.34°≈0.214,cos12.34°≈0.977)下列说法正确的是()A.运动员在同一弯道上跑步时,速率越大倾斜角度越大B.运动员以同一速率跑步时,弯道半径越小倾斜角越小C.最外侧跑道的半径(内径)为46.05mD.最外侧跑道的半径(内径)为46.57m9.(2023江苏苏州期中)如图甲所示,一半径为R=0.5m的水平转盘可以绕着竖直轴OO'转动,水平转盘中心O处有一个光滑小孔,用一根长为l=1m的细线穿过小孔将质量分别为mA=0.2kg、mB=0.5kg的小球A和小物块B连接。现让小球和水平转盘各以一定的角速度在水平面内转动起来,小物块B与水平转盘间的动摩擦因数μ=0.3,且始终处于水平转盘的边缘处与转盘相对静止,g取10m/s2。(1)若小球A的角速度ω=5rad/s,求细线与竖直方向的夹角θ;(2)在满足(1)中的条件下,通过计算给出水平转盘角速度ωB的取值范围,并在图乙中画出Ffω2图像(假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,且规定沿半径指向圆心为正方向);(3)在水平转盘角速度ωB为(2)中的最大值的情况下,当小球A和小物块B转动至两者速度方向相反时,由于某种原因细线突然断裂,经过多长时间A和B的速度相互垂直。(可能使用到的数据:sin30°=12,cos30°=22,sin37°=35,cos37°答案：1.B解析不计空气阻力,子弹射出做平抛运动,因为枪口与P点等高,子弹和小积木在竖直方向上做自由落体运动,当子弹击中积木时,子弹和积木运动时间相同,根据h=12gt2可知下落高度相同,所以子弹将击中P点。又由于初始状态子弹到P点的水平距离为l,子弹在水平方向上做匀速直线运动,故有t=l2.C3.BCD解析设绳子的拉力为FT,转盘对质量为m0的物体的最大静摩擦力为Ff,当质量为m的物体恰好上滑时,有FT+Ff=m0ω2r,可得ω=7.07rad/s,只要大于该值,质量为m的物体将向上移动,故选BCD。4.D解析原来物体处于平衡状态,则物体可能是静止状态,也可能是做匀速直线运动;F1=5N和F2=9N的合力范围为4N≤F12≤14N,则撤去这两个水平力后,剩下力的合力大小的范围为4N≤F合≤14N,由牛顿第二定律F合=ma可知,加速度的取值范围为2m/s2≤a≤7m/s2,因为加速度恒定,所以物体只能做匀变速运动,而不能做变加速直线运动或匀速圆周运动,故B、C错误。由于速度方向不确定,因此合力方向可能与速度方向在一条直线上,也可能不在一条直线上,物体可能做匀变速直线运动,也可能做匀变速曲线运动,加速度的大小在2m/s2到7m/s2之间,故A错误,D正确。5.D解析由于乘客做匀速圆周运动,所受的合力始终指向圆心,方向不断改变,因此合力为变力,A错误。设θ为速度方向与竖直方向的夹角,重力的功率P=mg·vcosθ,可知在最高点和最低点重力的功率为0,而在与圆心等高位置,重力的功率最大,B错误。设乘客做圆周运动的速度为v,在最低点根据牛顿第二定律得FN1mg=mv2R,而在最高点mgFN2=mv2R,因此在最低点与最高点对水平座椅的压力之差FN1FN2=2mv2R6.答案(1)0.3s(2)20N解析(1)小球水平位移x=v0t1竖直位移y=1又tanθ=y联立并代入数据得t1=0.3s。(2)小球落在斜面上的时间不变,即t2=t1=0.3s小球沿MN方向的位移z=1小球的位移为s2=x2+y2+z2解得水平加速度a=2009m/s风力为F=ma解得F=20N。7.B解析小球向下摆动的过程中,设细绳与竖直方向的夹角为θ,滑轮到小球的距离为l,则有FTmgcosθ=mv2l,得FT=mgcosθ+mv2l,由于夹角减小,速度增大,则细绳对小球的拉力一直增大,故A错误。开始摩擦力沿斜面向上,Ff0=4mgsin30°=2mg,当小球在最低点时,根据动能定理可得mgl=12mv'2,根据牛顿第二定律可得FT'mg=mv'2l,解得最低点绳子拉力为FT'=3mg,此时物块的摩擦力大小为Ff8.AD解析对运动员进行受力分析,如图所示,可得mgtanθ=mv2R,可知R不变时,v越大,θ越大,且当v不变时,R越小,θ越大,故A正确,B错误。对最外侧和最内侧跑道的运动员分析可得mgtan15.07°=mv2R内,解得R内=37.92m,又知mgtan12.34°=mv2R9.答案(1)37°(2)2rad/s≤ωB≤4rad/sFfω2图像见解析(3)0.17s解析(1)对小球A受力分析如图甲所示,并将拉力与重力合成,合力水平,甲mgtanθ=mω2rA,rA=(lR)sinθ,得cosθ=45,则θ=(2)在满足(1)中的条件下,即绳的拉力F大小不变,根据对小球A的分析,F=mAgcosθ=对B物块受力分析,拉力和摩擦力的合力提供向心力,由于水平转盘中心O处的小孔光滑,拉力也等于F,当水平转盘角速度取最小ωB1时,B物块有向内运动的趋势,则摩擦力沿半径向外并且静摩擦力达到最大值,有FμmBg=mBωB1解得ωB1=2rad/s当水平转盘角速度取最大ωB2时,B物块有向外运动的趋势,则摩擦力沿半径向内并且静摩擦力达到最大值,有F+μmBg=mBωB22R,得ωB2所以ωB的取值范围是2rad/s≤ωB≤4rad/s规定沿半径指向圆心为正方向,则向心力表达式为F+Ff=mBω2R,则Ff=F+mBω2R=(2.5+0.25ω