内容正文:
素养提升课(三)
力与运动在高考中的应用
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(多选)如图所示,A、B、C三个小球的质量均为m,轻质弹簧一端固定在斜面顶端,另一端与A球相连,A、B间固定一个轻杆,B、C间由一个轻质细线连接。已知倾角为θ的斜面光滑且固定在地面上,弹簧、轻杆与细线均平行于斜面,初始时系统处于静止状态,则细线被烧断的瞬间,下列说法正确的是( )
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[答案] CD
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本题综合考查了细线、轻杆、轻弹簧的受力特点,实现了对“科学思维”的考查。题目要求学生应用清晰、系统的“物理观念”来解决力与运动的瞬时问题,实现了对“物理观念”的考查。
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[解析] 两滑块匀速运动的过程中,弹簧对P、Q的弹力大小为kx=μmg,当撤去拉力后,对滑块P,由牛顿第二定律有kx′+μmg=ma1,同理对滑块Q有μmg-kx′=ma2,从撤去拉力到弹簧第一次恢复原长过程中,弹力由μmg一直减小到零,所以P的加速度大小的最大值为刚撤去拉力F瞬间的加速度大小,此时P的加速度大小为2μg,而弹簧恢复原长时,Q的加速度大小达到最大值,即Q的最大加速度大小为μg,A项正确,B项错误;由于弹簧恢复原长前滑块P的加速度一直大于Q的加速度,且两滑块初速度相同,所以撤去拉力后P的速度一直小于同一时刻Q的速度,所以P的位移一定小于Q的位移,C项错误,D项正确。
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(1)圆筒释放前,活塞受到的摩擦力大小和方向;
[解析] 对活塞进行受力分析可知f=mg
解得摩擦力大小f=1 N,方向竖直向上。
[答案] 1 N 竖直向上
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(2)圆筒落地后,活塞下滑过程中的加速度大小;
[解析] 圆筒刚落地时活塞的速度v=gt=3 m/s
圆筒落地后活塞距地高度h=0.3 m
根据2ah=v2,解得加速度大小a=15 m/s2。
[答案] 15 m/s2
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(3)圆筒落地后,活塞下滑过程中受到的摩擦力大小。
[解析] 根据牛顿第二定律得f′-mg=ma
解得摩擦力大小f′=2.5 N。
[答案] 2.5 N
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(1)A、B达到共同速度的时间和共同速度的大小;
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(2)木板A的最短长度L。
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■核心素养解读
本题中的物理模型为板块模型,试题围绕摩擦力展开分析,涉及牛顿运动定律在多物体、多过程问题中的应用,培养了学生建构物理模型的意识和能力,体现了分析综合、推理论证等科学的思想方法。
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牛顿运动定律的应用是历年高考的重要考点,常渗透在整套试卷中考查。
1.在选择题中常结合受力分析、匀变速直线运动(如2021年全国甲卷T14)或动力学图象(如2021年全国乙卷T23)或连接体问题(如2022年乙卷T15、甲卷T19)进行考查。考虑到动量与力学知识的结合,预测2024年高考也可能给出变力的图象,结合动量知识考查牛顿运动定律。
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2.在实验题中常结合测动摩擦因数和验证牛顿第二定律进行考查,这两个实验均是高考命题的热点。力学实验创设新情境也常结合牛顿第二定律考查。
3.在力学计算题中经常结合运动学或能量知识考查与生产、生活、体育运动相关的实际问题,结合动量或能量知识考查与常规模型(弹簧模型、板块模型、传送带模型)相关的问题。
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答案:A
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2.(多选)如图甲所示,物块的质量m=1 kg,初速度v0=10 m/s,在一水平向左的恒力F作用下从O点沿粗糙的水平面向右运动,某时刻恒力F突然反向,整个过程中物块速度的平方随位置坐标变化的关系图象如图乙所示(g取10 m/s2),下列说法正确的是( )
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A.0~5 s内物块做匀减速运动
B.在t=1 s时刻恒力F反向
C.恒力F大小为10 N
D.物块与水平面间的动摩擦因数为0.3
答案:BD
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3.(多选)羽毛球运动员进行了如图所示的原地纵跳摸高训练。已知质量m=60 kg的运动员原地静止站立(不起跳)摸高为2.10 m,比赛过程中,该运动员先下蹲,重心下降0.5 m,经过充分调整后,发力跳起摸到了2.90 m的高度。若将运动员起跳过程视为做匀加速运动,忽略空气阻力影响,g取10 m/s2,则下列说法正确的是( )
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A.运动员起跳过程处于超重状态
B.起跳过程的平均速度比离地上升到最高点过程的平均速度大
C.起跳过程中运动员对地面的压力为960 N
D.从开始起跳到双脚落地需要1.05 s
答案:AD
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