2024年高考物理【热点·重点·难点】重难点03 运动的合成与分解　抛体运动-专练（新高考专用）解析版原卷版

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1.命题情境源自生产生活中的与曲线运动相关的情境或科学探究情境，解题时能从具体情境中抽象出物理模型，正确受力分析，画出受力分析图，运动过程分析，正确利用运动的合成与分解的思想，结合抛体运动知识，或类抛体运动知识解决问题。
2.立体情境命题增多，要培养会看画立体图，将立体图转化为平面图。
3.结合数学三角函数知识的命题比重很大，特别是像极值、临界问题。
4.命题中既有重力场中的平抛运动和斜抛运动，又有电场中的类平抛运动、类斜抛运动。
5.命题知识点结合运动的合成与分解、动量、动能定理，注重物理思维与物理能力的考核。
一、端速问题解题原则
把物体的实际速度分解为垂直于绳(杆)和平行于绳(杆)两个分量，根据沿绳(杆)方向的分速度大小相等求解．常见的模型如图所示．
二、平抛运动
1．建立坐标，分解运动
将平抛运动分解为竖直方向的自由落体运动和水平方向上的匀速直线运动(在某些情况下运动分解的方向不一定在竖直方向和水平方向上)．
2．各自独立，分别分析
3．平抛运动是匀变速曲线运动，在任意相等的时间内速度的变化量Δv相等，Δv＝gΔt，方向恒为竖直向下．
4．两个分运动与合运动具有等时性，且t＝eq \r(\f(2y,g))，由下降高度决定，与初速度v0无关．
5．任意时刻的速度与水平方向的夹角θ的正切值总等于该时刻的位移与水平方向的夹角φ的正切值的2倍，即tan θ＝2tan φ.
6．建好“两个模型”
(1)常规的平抛运动及类平抛模型
(2)与斜面相结合的平抛运动模型
①从斜面上水平抛出又落回到斜面上：位移方向恒定，落点速度方向与斜面间的夹角恒定，此时往往分解位移，构建位移三角形．
②从斜面外水平抛出垂直落在斜面上：速度方向确定，此时往往分解速度，构建速度三角形．
三、斜抛运动
1．斜抛运动的性质：斜抛运动是加速度恒为重力加速度g的匀变速曲线运动，轨迹是抛物线．
2.斜抛运动的基本规律(以斜上抛为例说明，如图所示)
斜上抛运动可以看成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的竖直上抛运动的合运动．
(1)速度公式：vx＝v0x＝v0cs θ
vy＝v0y－gt＝v0sin θ－gt
(2)位移公式：x＝v0cs θ·t
y＝v0sin θ·t－eq \f(1,2)gt2
(3)当vy＝0时，v＝v0x＝v0cs θ，物体到达最高点hmax＝eq \f(v\\al(0y2),2g)＝eq \f(v\\al(02)sin2θ,2g).
（建议用时：30分钟）
一、单选题
1．（2023·山东·模拟预测）如图，汽车从静止开始通过缆绳将质量为m的货物从A处沿光滑斜面拉到B处，此过程中货物上升高度为h，到B处时定滑轮右侧缆绳与水平方向间的夹角为θ，左侧缆绳与斜面间的夹角为2θ，汽车的速度大小为v，此时货物的速度大小为（ ）

A．B．
C．D．
2．（2023·湖南岳阳·统考三模）如图所示，一轻绳绕过无摩擦的两个轻质小定滑轮、，一端和质量为的小球连接，另一端与套在光滑固定直杆上质量也为的小物块连接，直杆与两定滑轮在同一竖直面内，与水平面的夹角，直杆上点与两定滑轮均在同一高度，点到定滑轮的距离为，直杆上点到点的距离也为，重力加速度为，直杆足够长，小球运动过程中不会与其他物体相碰。现将小物块从点由静止释放，下列说法错误的是（ ）
A．小物块刚释放时，轻绳中的张力大小为
B．小球运动到最低点时，小物块加速度的大小为
C．小物块下滑至点时，小物块与小球的速度大小之比为
D．小物块下滑至点时，小物块的速度大小为
3．（2023·湖南·统考高考真题）如图（a），我国某些农村地区人们用手抛撒谷粒进行水稻播种。某次抛出的谷粒中有两颗的运动轨迹如图（b）所示，其轨迹在同一竖直平面内，抛出点均为，且轨迹交于点，抛出时谷粒1和谷粒2的初速度分别为和，其中方向水平，方向斜向上。忽略空气阻力，关于两谷粒在空中的运动，下列说法正确的是（ ）

A．谷粒1的加速度小于谷粒2的加速度B．谷粒2在最高点的速度小于
C．两谷粒从到的运动时间相等D．两谷粒从到的平均速度相等
4．（2022·广东·高考真题）图是滑雪道的示意图。可视为质点的运动员从斜坡上的M点由静止自由滑下，经过水平NP段后飞入空中，在Q点落地。不计运动员经过N点的机械能损失，不计摩擦力和空气阻力。下列能表示该过程运动员速度大小v或加速度大小a随时间t变化的图像是（ ）
A．B．
C．D．
二、多选题
5．（2023·四川攀枝花·统考一模）某同学参加校运会铅球比赛，某次投掷时铅球的飞行过程如图所示，铅球从A点离手后朝斜向上方飞出，经过最高点B后落到水平地面上的C点。如果A点离地面高h＝1.95m，最高点B离地高H＝3.2m，落地点C离A点正下方O点的水平距离x＝13m，铅球可视为质点、其质量m＝5kg，重力加速度g取，不计空气阻力，则（ ）
A．铅球离手后在空中的运动时间是0.8s
B．铅球离手时的速度大小
C．该同学本次投掷对铅球所做的功为312.5J
D．铅球落地时速度与水平方向夹角的正切值为0.8
6．（2023·山西吕梁·统考一模）跳台滑雪运动起源于19世纪的挪威，1924年跳台滑雪被列为冬奥会项目。在2022北京冬奥会中我国首座跳台滑雪场馆“雪如意”惊艳亮相。跳台由助滑道、起跳区、着陆坡、停止区组成。运动员从起跳区水平起跳后在空中运动的速度变化量、重力的瞬时功率P、动能、机械能E，运动员在空中的运动时间t，设起跳处为零势能参考面，不计运动员空气阻力，下列图像中可能正确的是（ ）
A．B．
C．D．
三、解答题
7．（2023·山东·统考高考真题）电磁炮灭火消防车（图甲）采用电磁弹射技术投射灭火弹进入高层建筑快速灭火。电容器储存的能量通过电磁感应转化成灭火弹的动能，设置储能电容器的工作电压可获得所需的灭火弹出膛速度。如图乙所示，若电磁炮正对高楼，与高楼之间的水平距离，灭火弹出膛速度，方向与水平面夹角，不计炮口离地面高度及空气阻力，取重力加速度大小，。
（1）求灭火弹击中高楼位置距地面的高度H；
（2）已知电容器储存的电能，转化为灭火弹动能的效率，灭火弹的质量为，电容，电容器工作电压U应设置为多少？

8．（2023·黑龙江·校联考模拟预测）“打水漂”是很多同学体验过的游戏，小石片被水平抛出，碰到水面时并不会直接沉入水中，而是擦着水面滑行一小段距离再次弹起飞行，跳跃数次后沉入水中。如图所示，某同学在岸边离水面高度h0=0.45m处，将一块质量m=0.1kg的小石片以初速度v0=4m/s水平抛出。若小石片与水面碰撞后，竖直分速度反向，大小变为碰前的一半，水平分速度方向不变，大小变为碰前的，空气阻力及小石片与水面接触时间可忽略不计，重力加速度取g=10m/s2。求：
（1）第一次接触水面前瞬间小石片的动能；
（2）小石片第二次接触水面处与抛出点的水平距离。

（建议用时：30分钟）
一、单选题
1．（2023·江西景德镇·统考三模）2023年2月26日和27日，景德镇一中和景德镇二中分别举行了2023届成人礼暨高考百日冲刺誓师大会（如图）。如图1为大会上某队列的走方阵示意图，与垂直操场跑道，某时刻该队伍前排刚到直线处，正在点的政教处工作人员准备沿直线方向从静止开始穿到对面，已知工作人员的速度的平方与人离点的距离变化的关系如图2所示，与相距，队列前进的速度为，操场宽，则以下说法正确的是（ ）


A．该工作人员会在到达点之前影响到队伍前进
B．该工作人员穿过操场用时
C．该工作人员的加速度大小为
D．该工作人员相对队伍最大的速度为
2．（2023·陕西商洛·统考一模）某篮球运动员正在进行投篮训练，篮球的运动轨迹可简化为如图所示的曲线，其中A是篮球的投出点，B是运动轨迹的最高点，C是篮球的投入点。已知篮球在A点的速度方向与水平方向的夹角为，在B点的速度大小为v0，在C点的速度方向与水平方向的夹角为，篮球可视为质点，忽略空气阻力，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A．从A点到B点，篮球运动的时间为
B．从B点到C点，篮球运动的时间为
C．A、B两点的高度差为
D．A、C两点的水平距离为
二、多选题
3．如图所示，斯特林发动机的机械装置可以将圆周运动转化为直线上的往复运动。连杆AB，OB可绕图中A、B、O三处的转轴转动，连杆OB长为R，连杆AB长为L（），当OB杆以角速度ω逆时针匀速转动时，滑块在水平横杆上左右滑动，连杆AB与水平方向夹角为α，AB杆与OB杆的夹角为β。在滑块向左滑动过程中（ ）
A．滑块A从右向左先做加速度减小的加速运动，后做加速度减小的减速运动
B．当OB杆与OA垂直时，滑块的速度大小为
C．当OB杆与OA垂直时，滑块的速度大小为
D．当时，滑块的速度大小为
4．如图所示，A、B两球沿倾角为的斜面先后向上滚动，离开斜面后同时落在水平地面上，C点为斜面的最高点，C点距地面的高度为2m。B球在地面上的落点距C点的水平距离为1.6m，距A球落点的距离为2.4m。不计空气阻力，两球均可视为质点，已知重力加速度g取，，。下列说法正确的是（ ）
A．A、B两球离开斜面后运动至与C点等高位置时的速度方向相同
B．A、B两球到达地面时的速度方向相同
C．A、B两球离开斜面的时间间隔为0.1s
D．A、B两球离开斜面的时间间隔为0.2s
三、解答题
5．如图所示，一个固定在竖直平面内的光滑四分之一圆弧轨道半径，下端恰好与光滑水平面OA平滑对接，质量为的铁球（可视为质点）由圆弧轨道顶端无初速度释放，运动一段时间后从A点冲上倾角为的光滑斜面，铁球在斜面上运动后在B点冲出斜面做斜抛运动落到C点，BC水平，已知，重力加速度g取，求：
（1）铁球运动到圆弧轨道底端对圆弧轨道的压力大小；
（2）斜面的长度；
（3）铁球从B到C的时间和B、C间的水平距离．
6．（2023·山东潍坊·统考模拟预测）如图甲是风洞实验室全景图，风洞实验室是可量度气流对实体作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备。图乙为风洞实验室的侧视图，两水平面（虚线）之间的距离为H，其间为风洞区域，物体进入该区域会受到水平方向的恒力，自该区域下边界的O点将质量为m的小球以一定的初速度竖直上抛，从M点离开风洞区域，经过最高点Q后小球再次从N点返回风洞区域后做直线运动，落在风洞区域的下边界P处，NP与水平方向的夹角为37°，，，重力加速度大小为g。求；
（1）风洞区域小球受到水平方向恒力的大小；
（2）小球运动过程中离风洞下边界OP的最大高度；
（3）OP的距离。

7．（2023·天津·模拟预测）1965年3月18日，前苏联宇航员列昂诺夫搭乘“上升2号”飞船，进行了人类的首次太空行走，期间由于宇航服故障，导致列昂诺夫无法回到飞船，悬停在了距离飞船的位置，如图所示（图中角度已知为）．此时，列昂诺夫携带着两个便携式氮气罐，可朝各个方向喷气，每个氮气罐喷气能够为他带来的反作用力．他依次实施了如下步骤：
①打开一个氮气罐，朝轴正方向喷气后，关闭喷气；
②打开一个氮气罐，朝轴负方向喷气后关闭，同时打开另一个氮气罐，朝轴正方向喷气后，关闭喷气；
③打开一个氮气罐，朝轴负方向喷气时间，关闭喷气；
最终列昂诺夫恰好到达飞船，成功获救．假设列昂诺夫、宇航服和便携式氮气罐的总质量为，不考虑喷出的气体质量．
（1）求列昂诺夫喷气时获得的加速度；
（2）求步骤①完成后，距离下一次喷气的时间；
（3）求列昂诺夫从开始喷气到获救的总用时．
8．（2023·山东·模拟预测）空气动力学是世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一，为了研究各类高速运动的物体，如飞机、汽车等在实际运行过程中所受空气阻力的影响，可在实验室中构建出不同的风力环境进而模拟出实际环境。现利用能产生水平方向恒定风力的实验室研究小球的运动情况，如图所示，设定风力只存在于的区域内。将小球从原点O竖直向上抛出，在实验室中测得小球运动的最高点高度为，再次经过x轴的坐标为，已知小球质量为，重力加速度g取，求：
（1）实验室设定的风力大小为多少？
（2）再次经过x轴前的运动过程中速度的最大值和最小值分别为多少？