高考物理精品【一轮复习】讲义练习资料合集 (11)

这是一份高考物理精品【一轮复习】讲义练习资料合集 (11)，共6页。试卷主要包含了6，cs 37°＝0等内容，欢迎下载使用。

例1 (2023·浙江高一期中)如图所示，甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车，甲、乙两图的轨道车在轨道的外侧做圆周运动，丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动，两种过山车都有安全锁(由上、下、侧三个轮子组成)把轨道车套在了轨道上，车中座椅是指底座、靠背以及安全卡扣组成的整体，四个图中轨道的半径都为R，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A．甲图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时，座椅一定给人向上的力
B．乙图中，轨道车过最低点的最大速度为eq \r(gR)
C．丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，座椅一定给人向上的力
D．丁图中，轨道车过最高点的最小速度为eq \r(gR)
答案 C
解析 由重力提供向心力可得mg＝meq \f(v2,R)，轨道车通过最高点的临界速度为v＝eq \r(gR)，若通过最高点速度大于临界速度，座椅给人的力向下，若通过最高点速度小于临界速度，座椅给人的力向上，故A错误；乙图中轨道车合力向上，可得F－mg＝meq \f(v2,R)，由于不知轨道车和轨道弹力最大值，所以不能求出速度最大值，故B错误；丙图中人所受合力向上，提供向心力，所以座椅给人向上的力，故C正确；丁图中，轨道可以对轨道车提供向上的弹力，属于圆周运动轻杆模型，所以最高点速度大于零即可，故D错误。
例2 (2022·无锡市期末)某同学经过长时间的观察后发现，路面出现水坑的地方，如果不及时修补，水坑很快会变大，善于思考的他结合学过的物理知识，对这个现象提出了多种解释，则下列说法中不合理的解释是( )
A．车辆上下颠簸过程中，某些时刻处于超重状态
B．把坑看作凹陷的弧形，车对坑底的压力比平路大
C．车辆的驱动轮出坑时，对地的摩擦力比平路大
D．坑洼路面与轮胎间的动摩擦因数比平直路面大
答案 D
解析 车辆上下颠簸过程中，在某些时刻加速度向上，则车辆处于超重状态，A正确，不符合题意；把坑看作凹陷的弧形，根据牛顿第二定律有FN＝meq \f(v2,R)＋mg，则根据牛顿第三定律，车对坑底的压力比平路大，B正确，不符合题意；车辆的驱动轮出坑时，对地的摩擦力比平路大，C正确，不符合题意；动摩擦因数由接触面的粗糙程度决定，而坑洼路面可能比平直路面更光滑，则动摩擦因数可能更小，D错误，符合题意。
例3 (2023·长春市第五中学期末)2022年北京冬奥会上，有一项技术动作叫双人螺旋线，如图(a)所示，以男选手为轴心，女选手围绕男选手旋转。将这一情景做如图(b)所示的抽象：一细线一端系住一小球，另一端固定在一竖直细杆上，小球以一定大小的速度随着细杆在水平面内做匀速圆周运动，细线便在空中划出一个圆锥面，这样的模型叫“圆锥摆”。圆锥摆是研究水平面内质点做匀速圆周运动动力学关系的典型特例。若小球(可视为质点)质量为m，细线AC长为l，重力加速度为g，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，下列说法正确的是( )
A．若图(b)中小球做匀速圆周运动时，细线与竖直方向所成夹角为θ，则小球受重力、细线的拉力和向心力作用
B．若图(b)中θ＝53°，则小球做匀速圆周运动的角速度为eq \r(\f(5g,4l))
C．图(c)中用一根更长的细线AB系一质量更大的小球(可视为质点)，保持B、C两球在同一水平面内绕竖直杆做匀速圆周运动，则ωB>ωC
D．若小球在空中旋转的角速度ω小于eq \r(\f(g,l))时，细线会像图(d)那样缠绕在竖直杆上，最后随细杆转动
答案 D
解析 题图(b)中小球做匀速圆周运动时，小球受重力和细线的拉力，合力提供向心力，故A错误。题图(b)中小球做匀速圆周运动，mgtan θ＝mω2lsin θ，得角速度ω＝eq \r(\f(5g,3l))，故B错误；题图(c)中满足mgtan θ＝mω2l线sin θ，则ω＝eq \r(\f(g,l线cs θ))＝eq \r(\f(g,h))，可知高度相同，所以角速度相同，故C错误；由以上分析可知，当θ＝0时ω＝eq \r(\f(g,l))，故角速度ω小于eq \r(\f(g,l))时，细线会像题图(d)那样缠绕在竖直杆上，最后随细杆转动，故D正确。
例4 (2022·惠州市高一期末)如图所示，是一种模拟旋转秋千的装置，整个装置可绕置于地面上的竖直轴Oa转动，已知与转轴固定连接的水平杆ab长s＝0.1 m，连接小球的细绳长L＝eq \f(1,3) m，小球质量m＝0.1 kg，整个装置绕竖直轴Oa做匀速圆周运动时，连接小球的细绳与竖直方向成37°角，小球到地面的高度h＝0.8 m，重力加速度g＝10 m/s2，不计空气阻力，已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，求：
(1)细绳对小球的拉力FT是多大；
(2)该装置匀速转动角速度的大小；
(3)若转动过程中，细绳突然断裂，小球落地时到转轴Oa的水平距离。
答案 (1)1.25 N (2)5 rad/s (3)eq \f(3\r(5),10) m
解析 (1)小球竖直方向受力平衡，有FT＝eq \f(mg,cs 37°)
解得FT＝1.25 N
(2)小球做水平面内的匀速圆周运动，合力提供向心力，可得mgtan 37°＝mω2r
小球做圆周运动的半径r＝s＋Lsin 37°
联立解得ω＝5 rad/s
(3)细绳断裂时，小球的线速度大小为v＝ωr＝1.5 m/s
由h＝eq \f(1,2)gt2
解得t＝0.4 s
小球平抛过程中，水平分位移为x＝vt＝0.6 m
根据几何关系可得小球落地时到转轴Oa的水平距离为d＝eq \r(x2＋r2)
解得d＝eq \f(3,10)eq \r(5) m。
例5 (2023·连云港市高一统考期中)很多青少年在山地自行车上安装了气门嘴灯，夜间骑车时犹如踏着风火轮，格外亮眼。如图甲是某种自行车气门嘴灯，气门嘴灯内部开关结构如图乙所示，弹簧一端固定，另一端与质量为m的小滑块(含触点a)连接，当触点a、b接触，电路接通使气门嘴灯发光，触点b位于车轮边缘。车轮静止且气门嘴灯在最低点时触点a、b距离为L，弹簧劲度系数为eq \f(mg,L)，g为重力加速度大小，自行车轮胎半径为R，不计开关中的一切摩擦，滑块和触点a、b均可视为质点。(L与R相比可以忽略)
(1)若自行车匀速行驶过程中气门嘴灯每次到达车轮最低点时刚好发光，求自行车的速度大小；
(2)若自行车匀速行驶过程中气门嘴灯可以一直发光，求自行车行驶的最小速度；
(3)若自行车以eq \r(2gR)的速度匀速行驶，求车轮每转一圈，气门嘴灯的发光时间。
答案 (1)eq \r(gR) (2)eq \r(3gR) (3)eq \f(π,2g)eq \r(2gR)
解析 (1)车轮静止且气门嘴灯在车轮最低点时，设弹簧的伸长量为L1，则根据平衡条件有
kL1＝mg
解得L1＝L
要使在最低点刚好发光，则弹簧的伸长量应为2L，则由
2kL－mg＝meq \f(v12,R)
解得v1＝eq \r(gR)
(2)只要气门嘴灯转到车轮最高点时，触点a、b能够接触即可保证全程气门嘴灯一直发光，气门嘴灯位于最高点时根据牛顿第二定律有
mg＋2kL＝eq \f(mv2,R)
解得满足要求的最小速度为
v＝eq \r(3gR)
(3)速度为eq \r(2gR)时车轮滚动的周期为
T＝eq \f(2πR,\r(2gR))＝eq \f(π,g)eq \r(2gR)
此速度下气门嘴灯所需的向心力为
meq \f(\r(2gR)2,R)＝2mg
此力恰好等于触点a、b接触时弹簧的弹力，即无重力参与向心力，对应与圆心等高的点，故当气门嘴灯位于下半圆周时灯亮，即
t＝eq \f(T,2)＝eq \f(π,2g)eq \r(2gR)。物理观念
线速度v
物体做圆周运动，在一段很短的时间 Δt 内，通过的弧长为Δs，则通常把Δs与Δt之比称为线速度
角速度ω
连接物体与圆心的半径转过的角Δθ与所用时间Δt之比叫作角速度
周期T
做匀速圆周运动的物体，运动一周所用的时间
频率f
做匀速圆周运动的物体每秒内完成的圆周运动的次数
转速n
物体转动的圈数与所用时间之比。n 的单位为r/s
匀速圆周运动
物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等，这种运动叫作匀速圆周运动
向心力
定义
做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力
特点
(1)方向始终指向圆心且与速度方向垂直，是变力
(2)匀速圆周运动的物体，线速度大小不变，故向心力只改变线速度的方向
(3)向心力是根据力的作用效果命名的，它是由某个力或者几个力的合力提供的
向心加速度
定义
物体做匀速圆周运动时的加速度总指向圆心，这个加速度叫作向心加速度。用an表达
作用
改变速度的方向，不改变速度的大小
离心运动
定义
做圆周运动的物体沿切线方向飞出或做逐渐远离圆心的运动
科学思维
极限思想
通过分析线速度、角速度与周期的关系，应用极限思想分析圆周运动的向心加速度等具体问题，发展学生的科学推理能力
构建模型
通过对物体做圆周运动的实际情境进行抽象、概括，形成质点在水平面和竖直平面内的圆周运动模型，以此来发展学生的模型建构能力
综合分析生产生活中的圆周运动
通过分析向心加速度与圆周运动的半径之间的关系、向心力来源等问题，发展学生的科学论证能力
通过讨论向心加速度与圆周运动半径的关系，以及汽车“飞离”地面的速度等具体问题，发展学生的质疑与创新能力
科学探究
1.通过控制变量法探究向心力大小与质量、角速度和半径的关系
2.让学生经历观察思考、自主探究、交流讨论等活动，以模拟观察、视频审视、实地了解等形式对火车转弯、汽车过拱形桥等模型受力分析，探究其中的受力情况，并运用牛顿第二定律计算
3.通过同学间的讨论与交流，培养学生合作学习与相互交流的能力
科学态度与责任
1.应用圆周运动的知识解释物理现象，引导学生认识科学的价值
2.通过实验体验向心力的存在，激发学习兴趣，增强求知的欲望；培养学生仔细观察、认真思考、积极参与、实事求是的科学态度
3.在真实的物理情境中引导学生进行计算、推理、分析、反思，引导学生情感的投入，培养学生的社会责任感等。通过生活生产实践中人类的聪明才智体会圆周运动的奥妙，培养学生学习物理知识的求知欲