2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练专题3.20牛顿运动定律相关的临界问题含解析.pdf
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1、专题 3.20 牛顿运动定律相关的临界问题专题 3.20 牛顿运动定律相关的临界问题 一选择题一选择题 1.1.如图甲是某景点的山坡滑道图片,为了探究滑行者在滑道直线部分AE滑行的时间,技术人员通过测量绘 制出如图乙所示的示意图。AC是滑道的竖直高度,D点是AC竖直线上的一点,且有ADDE10 m,滑道 AE可视为光滑, 滑行者从坡顶A点由静止开始沿滑道AE向下做直线滑动,g取 10 m/s2, 则滑行者在滑道 AE上滑行的时间为( ) A. s B.2 s C. s D.2 s232 【参考答案】 B 【名师解析】 A、E两点在以D为圆心半径为R10 m的圆上,在AE上的滑行时间与沿AD所在
2、的直径自由下落的时间相同,t 2 s。 4R g 4AD g 2.2.如图所示, 几条足够长的光滑直轨道与水平面成不同角度, 从P点以大小不同的初速度沿各轨道发射小球, 若各小球恰好在相同的时间内到达各自的最高点,则各小球最高点的位置( ) A.在同一水平线上 B.在同一竖直线上 C.在同一抛物线上 D.在同一圆周上 【参考答案】 D 【名师解析】 设某一直轨道与水平面成角,末速度为零的匀减速直线运动可逆向看成初速度为零的匀加速直线运动, 则小球在直轨道上运动的加速度agsin ,由位移公式得lat2gsin t2,即 mgsin m 1 2 1 2 l sin gt2,不同的倾角对应不同的位
3、移l,但相同,即各小球最高点的位置在直径为gt2的圆周上, 1 2 l sin 1 2 选项 D 正确。 二计算题二计算题 1 (11 分) (2019 山东枣庄二模)1 (11 分) (2019 山东枣庄二模)如图所示,倾角为 45 的光滑轨道 AB 和水平轨道 BC 在 B 处用一小段光滑 圆弧轨道平滑连接,水平轨道上 D 点的正上方有一探测器,探测器只能探测处于其正下方的物体。一小物 块 P 自倾斜轨道 AB 上离水平轨道 BC 高 h 处由静止释放,以小物块 P 运动到 B 处的时刻为计时零点,探测 器只在t12s末至t3s末内工作, 已知P的质量为m1kg, BD段长为L6m, BC
4、间的动摩擦因数为H0.2, 取 g10m,P 视为质点。 (1)若 h1.25m,求小物块 P 从 B 点运动到 D 点所用的时间。 (2)若小物块 P 能在探测器的工作时间内通过 D 点,求 h 的取值范围。 【思路分析】 (1)先研究物块在斜面上下滑的过程,由牛顿第二定律求出加速度,由速度位移关系公式求 出物块到达 A 点的速度 v。 再研究物块在 AC 上滑行的过程, 由牛顿第二定律和位移公式结合求解时间 t 即可。 (2)结合上题的结果得到 v 与时间 t 的关系式,当物体 P 反弹后到达 B 点的速度恰好为 0 时,求出时间, 从而得到时间范围,解出速度 v 的范围,从而得到 h 的
5、范围。 【名师解析】 (1)设物块沿倾斜轨道 AB 运动的加速度为 a1,由牛顿第二定律有: mgsin45ma1 设物块到达 A 处的速度为 v,由速度位移关系有: v22a1 由于 P 与挡板的碰撞为弹性碰撞。故 P 在 AC 间等效为匀减速运动,设 P 在 AC 段加速度大小为 a2, 则 a2g0.110m/s21m/s2 P 返回经过 B 时,有:3Lvta2t2 联立解得 t2s (2)设小物块恰好到达 D 点时,释放点的高度为 h,由动能定理得: mgh1mgL0 解得:h11.2m 设在 B 到 D 的过程中,小物块运动时间为 t3,根据运动学公式得: Lat32 解得:t3s
6、; 因 2st33s,故在探测器的工作时间内,符合题意。 结合(1)的结果可知,在 t12s 末到达 D 点,h1.25m,故要使小物块在探测器工作时间内过 P 点,故 h 的取值范围为: 1.2mh1.25m。 答:(1)P 与挡板碰撞反弹后运动到 B 点所用的时间是 2s。 (2)h 的取值范围为 1.2mh1.25m 【点评】正确分析物体的受力情况,求解加速度是解答本题的基础,熟悉运动学公式是正确解题的关键, 要把握隐含的临界状态:物体 P 反弹后到达 B 点的速度恰好为 0,运用函数法研究 h 的范围。 2 (2019 浙江模拟)2 (2019 浙江模拟) 如图 1 所示,一质量为的物
7、体置于水平面上,在水平外力的作用下由静止 开始运动,水平外力随时间的变化情况如图 2 所示,物体运动的速度随时间变化的情况如下图 3 所示,4s 后图线没有画出取求: 物体在第 3s末的加速度大小; 物体与水平面间的动摩擦因数; 物体在前 6s内的位移 【名师解析】 由图象可知, 物体在前4s做匀变速直线运动, 所以物体在第3s末的加速度等于前4s内的加速度, 根据图象和加速度定义式: 得, 在内,在水平方向: 解出: 设前 4 s的位移为,由位移公式:; 设 4 s后物体运动时的加速度为,则: 解得, 物体在 4s末时的速度为 ,设物体从 4s末后运动时间速度减为 0,则: 解得: s 所以
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