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2016年三维设计物理一轮复习第三章高频考点真题验收全通关


第三章高频考点真题验收全通关 [把握本章在高考中考什么、怎么考,练通此卷、平步高考!] 高频考点一:物理学史及物理方法 1.(2013· 全国卷Ⅰ)图 1 是伽利略 1604 年做斜面实验时的一页手稿照片,照片左上角的 三列数据如下表。表中第二列是时间,第三列是物体沿斜面运动的距离,第一列是伽利略在 分析实验数据时添加的。根据表中的数据,伽利略可以得出的结论是( 1 4 9 16

25 36 49 64 1 2 3 4 5 6 7 8 32 130 298 526 824 1 192 1 600 2 104 )

图1 A.物体具有惯性 B.斜面倾角一定时,加速度与质量无关 C.物体运动的距离与时间的平方成正比 D.物体运动的加速度与重力加速度成正比 2.(多选)(2013· 山东高考)伽利略开创了实验研究和逻辑推理相结合探索自然规律的科 学方法,利用这种方法伽利略发现的规律有( A.力不是维持物体运动的原因 B.物体之间普遍存在相互吸引力 C.忽略空气阻力,重物与轻物下落得同样快 D.物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反 高频考点二:超重与失重 3.(多选)(2012· 山东高考)将地面上静止的货物竖直向上吊起,货物由地面运动至最高 点的过程中,vt 图像如图 2 所示。以下判断正确的是( ) )

图2 A.前 3 s 内货物处于超重状态 B.最后 2 s 内货物只受重力作用 C.前 3 s 内与最后 2 s 内货物的平均速度相同 D.第 3 s 末至第 5 s 末的过程中,货物的机械能守恒 4.(2010· 浙江高考)如图 3 所示,A、B 两物体叠放在一起,以相同的初速度上抛(不计 空气阻力)。下列说法正确的是( )

图3 A.在上升和下降过程中 A 物体对 B 物体的压力一定为零 B.上升过程中 A 物体对 B 物体的压力大于 A 物体受到的重力 C.下降过程中 A 物体对 B 物体的压力大于 A 物体受到的重力 D.在上升和下降过程中 A 物体对 B 物体的压力等于 A 物体受到的重力 高频考点三:牛顿运动定律的应用 5.(多选)(2010· 海南高考)如图 4,木箱内有一竖直放置的弹簧,弹簧上方有一物块;木 箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上。若在某一时间内,物块对箱顶刚好无压力, 则在此段时间内,木箱的运动状态可能为( )

图4 A.加速下降 C.减速上升 B.加速上升 D.减速下降

6.(2012· 安徽高考)如图 5 所示,放在固定斜面上的物块以加速度 a 沿斜面匀加速下滑, 若在物块上再施加一个竖直向下的恒力 F,则( )

图5 A.物块可能匀速下滑

B.物块仍以加速度 a 匀加速下滑 C.物块将以大于 a 的加速度匀加速下滑 D.物块将以小于 a 的加速度匀加速下滑 7.(2014· 大纲卷)一物块沿倾角为 θ 的斜坡向上滑动。当物块的初速度为 v 时,上升的最 v 大高度为 H,如图 6 所示;当物块的初速度为 时,上升的最大高度记为 h。重力加速度大 2 小为 g。物块与斜坡间的动摩擦因数和 h 分别为( )

图6 H A.tan θ 和 2 H C.tan θ 和 4 v2 H B.?2gH-1?tan θ 和 2 ? ? v H D.?2gH-1?tan θ 和 4 ? ?
2

8.(2013· 全国卷Ⅱ)一物块静止在粗糙的水平桌面上。从某时刻开始,物块受到一方向 不变的水平拉力作用。 假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。 以 a 表示物块的 加速度大小,F 表示水平拉力的大小。能正确描述 F 与 a 之间关系的图像是( )

图7 高频考点四:整体法与隔离法 9.(2011· 大纲卷)如图 8,在光滑水平面上有一质量为 m1 的足够长的木板,其上叠放一 质量为 m2 的木块。假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。现给木块施加 一随时间 t 增大的水平力 F=kt(k 是常数),木板和木块加速度的大小分别为 a1 和 a2。下列 反映 a1 和 a2 变化的图线中正确的是( )

图8

图9 10.(2012· 江苏高考)如图 10 所示,一夹子夹住木块,在力 F 作用下向上提升。夹子和 木块的质量分别为 m、M,夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为 f。若木块不滑动,力 F

的最大值是(

)

图 10 2f?m+M? A. M 2f?m+M? B. m 2f?m+M? C. -(m+M)g M 2f?m+M? D. +(m+M)g m 高频考点五:动力学的两类基本问题 11.(2012· 安徽高考)质量为 0.1 kg 的弹性球从空中某高度由静止开始下落,该下落过程 3 对应的 vt 图像如图 11 所示。球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的 。设 4 球受到的空气阻力大小恒为 f,取 g=10 m/s2,求:

图 11 (1)弹性球受到的空气阻力 f 的大小; (2)弹性球第一次碰撞后反弹的高度 h。

12.(2012· 浙江高考)为了研究鱼所受水的阻力与其形状的关系,小明同学用石蜡做成两 条质量均为 m、形状不同的“A 鱼”和“B 鱼”,如图 12 所示。在高出水面 H 处分别静止 释放“A 鱼”和“B 鱼”,“A 鱼”竖直下潜 hA 后速度减小为零,“B 鱼”竖直下潜 hB 后 速度减小为零。“鱼”在水中运动时,除受重力外,还受到浮力和水的阻力。已知“鱼”在 10 水中所受浮力是其重力的 倍, 重力加速度为 g, “鱼”运动的位移值远大于“鱼”的长度。 9 假设“鱼”运动时所受水的阻力恒定,空气阻力不计。求:

图 12 (1)“A 鱼”入水瞬间的速度 vA1; (2)“A 鱼”在水中运动时所受阻力 fA; (3)“A 鱼”和“B 鱼”在水中运动时所受阻力之比 fA∶fB。

13.(2012· 上海高考)如图 13,将质量 m=0.1 kg 的圆环套在固定的水平直杆上。环的直 径略大于杆的截面直径。环与杆间动摩擦因数 μ=0.8。对环施加一位于竖直平面内斜向上, 与杆夹角 θ=53° 的拉力 F, 使圆环以 a=4.4 m/s2 的加速度沿杆运动, 求 F 的大小。 (取 sin 53° =0.8,cos 53° =0.6,g=10 m/s2)

图 13

14.(2014· 豫东· 豫北十校联考)如图 14 所示,与水平方向成 37° 角的传送带以恒定速度 v=2 m/s 沿顺时针方向转动,两传动轮间距 L=5 m。现将质量为 1 kg 且可视为质点的物块 以 v0=4 m/s 的速度沿传送带向上的方向自底端滑上传送带。物块与传送带间的动摩擦因数 为 μ=0.5,取 g=10 m/s2,已知 sin 37° =0.6,cos 37° =0.8,计算时,可认为滑动摩擦力近 似等于最大静摩擦力,求物块在传送带上上升的最大高度。

图 14

高频考点六:滑块、滑板模型 15.(2010· 海南高考)图 15 甲中,质量为 m 的物块叠放在质量为 2m 的足够长的木板上 方右侧,木板放在光滑的水平地面上,物块与木板之间的动摩擦因数为 μ=0.2。在木板上施 加一水平向右的拉力 F,在 0~3 s 内 F 的变化如图乙所示,图中 F 以 mg 为单位,重力加速 度 g=10 m/s2。整个系统开始时静止。 (1)求 1 s、1.5 s、2 s、3 s 末木板的速度以及 2 s、3 s 末物块的速度; (2)在同一坐标系中画出 0~3 s 内木板和物块的 vt 图像,据此求 0~3 s 内物块相对于 木板滑过的距离。

图 15

16.(2013· 江苏高考)如图 16 所示,将小砝码置于桌面上的薄纸板上,用水平向右的拉 力将纸板迅速抽出,砝码的移动很小,几乎观察不到,这就是大家熟悉的惯性演示实验。若 砝码和纸板的质量分别为 m1 和 m2,各接触面间的动摩擦因数均为 μ,重力加速度为 g。

图 16 (1)当纸板相对砝码运动时,求纸板所受摩擦力的大小; (2)要使纸板相对砝码运动,求所需拉力的大小; (3)本实验中,m1=0.5 kg,m2=0.1 kg,μ=0.2,砝码与纸板左端的距离 d=0.1 m,取 g

=10 m/s2。若砝码移动的距离超过 l=0.002 m,人眼就能感知。为确保实验成功,纸板所需 的拉力至少多大?

答案 1.选 C 由表可以看出第二列数据与第一列为二次方关系,而第三列数据与第一列在 误差范围内成正比,说明物体沿斜面通过的距离与时间的二次方成正比,故选项 C 正确。 2.选 AC 本题考查物理学史,意在考查考生对物理学发展历程的认识。伽利略利用 理想斜面实验和逻辑推理相结合的方法否定了亚里士多德 “ 力是维持物体运动状态的原 因”的错误结论,正确地指出力不是维持物体运动状态的原因,A 项正确;牛顿提出万有引 力定律,B 项错;伽利略首先运用逻辑推理的方法发现物体下落的快慢和它的重量无关,C 项正确;牛顿提出了物体间的相互作用力总是等大反向的结论,D 项错。 Δv 3.选 AC 由 vt 图像可知前 3 s 内,a= =2 m/s2,货物具有向上的加速度,故处于 Δt Δv 超重状态,选项 A 正确;最后 2 s 内加速度 a′= =-3 m/s2,小于重力加速度,故吊绳 Δt 1 拉力不为零,选项 B 错误;根据 v = v=3 m/s 可知选项 C 正确;第 3 s 末至第 5 s 末的过 2 程中,货物匀速上升,货物机械能增加,选项 D 错误。 4.选 A 本题考查牛顿运动定律的应用——超重和失重的知识。A、B 两物体抛出以后 处于完全失重状态,无论是上升还是下降,A 物体对 B 物体的压力一定为零,A 选项正确。 5.选 BD 因为木箱静止时弹簧处于压缩状态,且物块压在顶板上,则有:FT=mg+ FN,某时间内物块对顶板刚好无压力,说明弹簧的长度没有变化,则弹力没有变化,由于 FN=0,故物块所受的合外力为 F 合=FT-mg,方向竖直向上,故木箱有向上的加速度,而 有向上的加速度的直线运动有两种:加速上升和减速下降。 6.选 C 对物块进行受力分析,设斜面的角度为 θ,可列方程 mgsin θ-μmgcos θ=ma, a sin θ-μcos θ= ,当加上力 F 后,由牛顿第二定律得(mg+F)sin θ-μ(mg+F)cos θ=ma1, g 即 mgsin θ-μmgcos θ+Fsin θ-μFcos θ=ma1,ma+Fsin θ-μFcos θ=ma1,Fsin θ-μFcos θ Fa Fa =F(sin θ-μcos θ)= , 大于零,代入上式知,a1 大于 a。物块将以大于 a 的加速度匀加 g g 速下滑。只有 C 项正确。 7.选 D 物块沿斜坡向上运动过程中,对其受力分析,如图所示,

根据牛顿第二定律可得 N=mgcos θ,μN+mgsin θ=ma,可得 a=μgcos θ+gsin θ。由图中几 v2 v2 H h H 何关系和运动学公式可得 v2=2a , =2a ,可得 h= ,μ=?2gH-1?tan θ,选项 sin θ 4 sin θ 4 ? ? D 正确,选项 A、B、C 错误。 8.选 C 本题考查摩擦力、牛顿第二定律等基础知识点,意在考查考生应用相关知识 分析问题、解决问题的能力。设物块所受滑动摩擦力为 f,在水平拉力 F 作用下,物块做匀 加速直线运动,由牛顿第二定律,F-f=ma,F=ma+f,所以能正确描述 F 与 a 之间关系 的图像是 C,选项 C 正确,A、B、D 错误。 F 9.选 A 本题中开始阶段两物体一起做加速运动,有 F=(m1+m2)a,即 a= , m1+m2 两物体加速度相同且与时间成正比。当两物体间的摩擦力达到 μm2g 后两者发生相对滑动。 F-f 对 m2 有 F-f=ma2, 在相对滑动之前 f 逐渐增大, 相对滑动后 f=μm2g 不再变化, a2= , m2 μm2g 故其图像斜率增大;而对 m1 ,在发生相对滑动后,有 μm2g=m1a1,故 a1= 为定值。 m1 故 A 选项正确。 10.选 A 当夹子与木块两侧间的摩擦力达到最大摩擦力 f 时,拉力 F 最大,系统向上 的加速度为 a。先以 m 为研究对象,进行受力分析,根据牛顿第二定律可知: F-2f-mg=ma, 再以 M 为研究对象,进行受力分析,根据牛顿第二定律可知:2f-Mg=Ma, 2f?m+M? 两式联立可解得 F= ,A 正确。 M 11.解析: (1)设弹性球第一次下落过程中的加速度大小为 a1,由图知 Δv 4 a1= = m/s2=8 m/s2 Δt 0.5 根据牛顿第二定律,得 mg-f=ma1 f=m(g-a1)=0.2 N。 (2)由图知弹性球第一次到达地面时的速度大小为 v1=4 m/s,设球第一次离开地面时的 速度大小为 v2,则 3 v2= v1=3 m/s 4 第一次离开地面后,设上升过程中球的加速度大小为 a2,则 mg+f=ma2 a2=12 m/s2 于是,有 0-v22=-2a2h 3 解得 h= m。 8

答案:(1)0.2 N

3 (2) m 8

12.解析:(1)“A 鱼”在入水前做自由落体运动,有 vA12-0=2gH① 得:vA1= 2gH。② (2)“A 鱼”在水中运动时受重力、浮力和阻力的作用,做匀减速运动,设加速度为 aA, 有 F 合=F 浮+fA-mg③ F 合=maA④ 0-vA12=-2aAhA⑤ 10 由题意:F 浮= mg 9 H 1 综合上述各式,得 fA=mg( - )。⑥ hA 9 H 1 (3)考虑到“B 鱼”的受力、运动情况与“A 鱼”相似,有 fB=mg( - )⑦ hB 9 fA hB?9H-hA? 综合⑥、⑦两式,得 = 。 fB hA?9H-hB? hB?9H-hA? H 1 答案:(1) 2gH (2)mg( - ) (3) hA 9 hA?9H-hB? Fcos θ 13.解析:令 Fsin 53° -mg=0,解得 F=1.25 N。由于 =7.5 m/s2≠4.4 m/s2,则 m F≠1.25 N,它的取值分大于和小于 1.25 N 两种情况。

甲 当 F<1.25 N 时,环与杆的上部接触,受力示意图如图甲所示 由牛顿第二定律得 Fcos θ-μFN=ma 又 Fsin θ+FN=mg m?a+μg? 联立解得 F= cos θ+μsin θ 代入数据得 F=1 N

乙 当 F>1.25 N 时,环与杆的下部接触,受力示意图如图乙所示 由牛顿第二定律得

Fcos θ-μFN=ma 又 Fsin θ=mg+FN m?a-μg? 联立解得 F= cos θ-μsin θ 代入数据得 F=9 N。 答案:1 N 或 9 N 14.解析:刚滑上传送带时,物块相对传送带向上运动,受到摩擦力沿传送带向下,将 匀减速上滑,直至与传送带等速,由牛顿第二定律得 mgsin θ+μmgcos θ=ma1 则 a1=g(sin θ+μcos θ)=10 m/s2 v02-v2 位移 x1= =0.6 m 2a1 物块与传送带相对静止瞬间,由于最大静摩擦力 f=μmgcos θ<mgsin θ,相对静止状 态不能持续,物块速度会继续减小。此后,物块受到滑动摩擦力沿传送带向上,但合力沿传 送带向下,故继续匀减速上升,直到速度为零 由 mgsin θ-μmgcos θ=ma2

得 a2=g(sin θ-μcos θ)=2 m/s2 v2 位移 x2= =1 m 2a2 则物块沿传送带上升的最大高度为 H=(x1+x2)sin 37° =0.96 m。 答案:0.96 m 15.解析:(1)设木板和物块的加速度分别为 a 和 a′,在 t 时刻木板和物块的速度分别 为 vt 和 vt′,木板和物块之间摩擦力的大小为 f。根据牛顿第二定律、运动学公式得 对物块 f=ma′ ① f=μmg ② 当 vt′<vt 时 vt2′=vt1′+a′(t2-t1) ③ 对木板 F-f=(2m)a ④ vt2=vt1+a(t2-t1) ⑤ 由①②③④⑤式与题给条件得 v1=4 m/s,v1.5=4.5 m/s,v2=4 m/s,v3=4 m/s v2′=4 m/s,v3′=4 m/s。 (2)由(1)的结果得到物块与木板运动的 vt 图像,如图所示。在 0~3 s 内物块相对于木 板滑过的距离 Δs 等于木板和物块 vt 图线下的面积之差,即图中阴影部分的面积。阴影部 分由两个三角形组成:上面的三角形面积代表 0.25 m,下面的三角形面积代表 2 m,因此 Δs =2.25 m。

答案:(1)4 m/s、4.5 m/s、4 m/s、4 m/s、4 m/s、4 m/s (2)图见解析 2.25 m 16.解析:(1)砝码对纸板的摩擦力 f1=μm1g 桌面对纸板的摩擦力 f2=μ(m1+m2)g f=f1+f2 解得 f=μ(2m1+m2)g (2)设砝码的加速度为 a1,纸板的加速度为 a2,则 f1=m1a1 F-f1-f2=m2a2 发生相对运动 a2>a1 解得 F>2μ(m1+m2)g。 1 (3)纸板抽出前,砝码运动的距离 x1= a1t12 2 1 纸板运动的距离 d+x1= a2t12 2 纸板抽出后,砝码在桌面上运动的距离 1 x2= a3t22 2 l=x1+x2 由题意知 a1=a3,a1t1=a3t2

? d? ? 解得 F=2μ? ?m1+?1+ l ?m2?g
代入数据得 F=22.4 N。 答案:(1)μ(2m1+m2)g (2)F>2μ(m1+m2)g (3)22.4 N


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