第4章 运动和力的关系 高考强化-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理必修1同步课件 (人教版 北京专版)

物理 必修第一册 RJ 北京专版 1 4 第四章高考强化 刷真题 2 1.[辽宁2023·2] 安培通过实验研究，发现了电流之间相互作用力的规律.若两段长度分别为 和、电流大小分别为和的平行直导线间距为 时，相互作用力的大小可以表示为 .比例系数 的单位是( ) B A. B. C. D. 考点1 力学单位制 3 解析 由题中可知,所以的单位为 ,B正确. 考点1 力学单位制 4 2.[浙江2023年6月·2] 在足球运动中,足球入网如图所示，则( ) B A.踢香蕉球时足球可视为质点 B.足球在飞行和触网时惯性不变 C.足球在飞行时受到脚的作用力和重力 D.触网时足球对网的力大于网对足球的力 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 5 解析 踢香蕉球时需要考虑足球的旋转，此时足球的大小和形状均不能忽略，故A错误；惯性只 与物体的质量有关，与物体的运动状态、所处位置等因素无关，故 B正确；足球在飞行时受到重 力和空气阻力，不受脚的作用力，故C错误；足球对网的力与网对足球的力是一对相互作用力， 等大反向，故 D 错误. 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 6 3.[全国乙2022·15] 如图，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为 的小球，初始时整个系统静置 于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长.一大小为 的水平恒力作用在轻绳的中点，方向与 两球连线垂直.当两球运动至二者相距 时，它们加速度的大小均为( ) A A. B. C. D. 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 7 解析 设两侧轻绳的方向与力所在直线夹角均为 ,对绳的中点受力分析,由力的合成与分解可得 ,当两球相距时,由几何知识可得,由牛顿第二定律有 ,联立解得 ,故A正确. 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 8 4.[全国甲2023·19] （多选）用水平拉力使质量分别为、 的甲、乙两物体在水平桌面上 由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为和 .甲、乙两物体运动后，所 受拉力与其加速度 的关系图线如图所示.由图可知( ) BC A. B. C. D. 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 9 解析 物体在水平桌面上在拉力 和滑动摩擦力的作用下做加速运动,根据牛顿第二定律有 ,整理得,可知图像的斜率表示物体的质量,则有 ,纵截 距表示物体所受的滑动摩擦力大小,则甲、乙受到的滑动摩擦力大小相等,又 ,则有 ,B、C正确. 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 10 5.[北京2023·13] 某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量 仪”.如图所示，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺.不挂钢球时， 弹簧下端指针位于直尺 20 cm刻度处；下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺 40 cm 刻度处.将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向 的加速度.取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ） A A.30 cm 刻度对应的加速度为-0.5g B.40 cm 刻度对应的加速度为 g C.50 cm 刻度对应的加速度为 2g D.各刻度对应加速度的值是不均匀的 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 11 解析 由题知，不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20 cm 刻度处，则弹簧的原长 =0.2 m；下 端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40 cm刻度处，根据受力平衡有 ，在 30 cm刻度 处，有(取竖直向上为正方向)，，代入数据解得，A 正 确；在40 cm 刻度处，有 ，则 40 cm 刻度对应的加速度为零，B错误；在 50 cm刻度 处，有(取竖直向上为正方向)，，代入数据解得 ，C 错误；设刻度对应值为x，结合分析可知，（取竖直向上为正方向）， 经过整理有或，根据以上分析，加速度a与刻度对应 值x是线性关系，则各刻度对应加速度的值是均匀的，D 错误. 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 12 快解 设刻度对应值为x，弹簧的弹力与刻度对应值x是线性关系，所以加速度a与刻度对应值x是 线性关系，则各刻度对应加速度的值是均匀的，D错误. 考点2 牛顿运动定律的理解及综合应用 13 6.[北京2023·6] 如图所示，在光滑水平地面上，两相同物块用细线相连.两物块质量均为 ,细 线能承受的最大拉力为.若在水平拉力作用下，两物块一起向右做匀加速直线运动，则 的最 大值为( ) C A. B. C. D. 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 14 解析 细线能承受的最大拉力为,则对左边物块进行受力分析,可知最大加速度 满足 ,解得,对两物块整体进行受力分析可知,拉力 最大值满足 ,C正确. 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 15 7.[全国乙2021·21] （多选）水平地面上有一质量为的长木板，木板的左端上有一质量为 的物块，如图（a）所示.用水平向右的拉力作用在物块上，随时间 的变化关系如图（b）所示, 其中、分别为、时刻的大小.木板的加速度随时间 的变化关系如图（c）所示.已知木 板与地面间的动摩擦因数为,物块与木板间的动摩擦因数为 .假设最大静摩擦力均与相应的滑 动摩擦力相等,重力加速度大小为 .则( ) BCD 图（a） 图（b） 图（c） A. B. C. D.在 时间段物块与木板加速度相等 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 16 解析 由题图（c）可知,时刻前物块和木板静止,时刻后木板和物块共同加速, 时刻后木板和 物块相对滑动,D正确；时刻,对木板和物块整体有,A错误； 时刻,对物块有 ,对木板有,联立解得 ,B正 确；时间内,物块对木板的静摩擦力使木板加速,有 ,解得 ,C正确. 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 17 方法总结 木板上下表面均有摩擦问题总结如下： 木板上表面与物块之间最大静摩擦力 , 木板下表面与地面之间最大静摩擦力 , 木板能够加速运动,意味着,否则无论拉力 多大,木板不可能在地面上滑动. 当 时,物块与木板均静止； 若拉力为 时,物块与木板恰好要发生相对滑动, 则,,求得 ； 当 时,物块与木板以相同的加速度共同加速运动； 当 时,木板加速度不变,物块以更大的加速度加速运动. 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 18 8.[湖南2023·10] （多选）如图，光滑水平地面上有一质量为的小车在水平推力 的作用下 加速运动.车厢内有质量均为的、两小球，两球用轻杆相连，球靠在光滑左壁上， 球处在 车厢水平底面上，且与底面的动摩擦因数为 ,杆与竖直方向的夹角为 ,杆与车厢始终保持相对 静止.假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.下列说法正确的是( ) CD A.若球受到的摩擦力为零，则 B.若推力向左，且 ,则的最大值为 C.若推力向左，且 ,则的最大值为 D.若推力向右，且 ,则 的范围为 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 19 解析 对A、B两球分别进行受力分析,如图1所示, 图1 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 20 图2 A球在竖直方向上受力平衡,有,解得 ,则杆对B球的 力；B球在竖直方向受力平衡,有 ,若 B球受到的摩擦力为零,对B球,由牛顿第二定律有 ,解得 ；对小车和A、B两球整体,由牛顿第二定律有 , A错误.若推力 向左,对于A、B两球有两种临界状 态,第1种为A球恰不滑动,临界条件为车厢对A球的支持力 ,对A球,由 牛顿第二定律得,又,解得 ； 第2种为B球恰不滑动,临界条件为向左的摩擦力达到最大静摩擦力,受力分析如图2所示, 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 21 图3 对B球,由牛顿第二定律得,又 , 解得 ,当 时, ,加速度最大可取 ,对小车和A、B两球整体,由牛顿第二定律有 ,B错误.当 时, ,加速度 最大可取 ,对小车和A、B两球整体,由牛顿第二定律有 ,C正确.若推力向右,且 ,对A、 B两球受力分析如图3所示, 在竖直方向上有 ,若B球所受摩擦力水平向左且达到最大静摩擦力,有 ,得 ,若B球所受摩擦力水平向右且达到最大静摩擦力,有 ,得,即 ,对小车和A、 B两球整体由牛顿第二定律有,则 ,D正确. 考点3 连接体（滑块、传送带模型） 22 图1 9.[北京2021·15] 物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实 验仪器、实验方法、实验操作数据分析等.例如： （1）实验仪器.用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示. 则该 金属管的内径为 mm. 31.4 解析 (1)根据游标卡尺的读数规则可知，游标卡尺读数为. 考点4 实验：牛顿第二定律 23 解析 每隔4个点取一个点作为计数点，故相邻两个计数点间的时间间隔为， 匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，则有. （2）数据分析.打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，B、 C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出.打点计时器接在 频率为 50 Hz的交流电源上.则打C点时，纸带运动的速度=______m/s(结果保留小数点后两位). 0.44 图2 考点4 实验：牛顿第二定律 24 （3）实验原理.图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图.认为桶 和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力.实验中平衡了摩擦力后， 要求桶和砂的总质量比小车质量小得多，请分析说明这个要求的理由. 解析 设绳的拉力大小为，小车运动的加速度大小为a.对桶和砂，有；对小车，有 .得.小车受到细绳的拉力等于小车受到的合力，即. 可见，只有桶和砂的总质量比小车质量小得多时，才能认为桶和砂所受的重力等于使小车 做匀加速直线运动的合力. 图3 考点4 实验：牛顿第二定律 25 注意说明 主尺读数与游标尺读数之和为游标卡尺示数，不需要估读；在匀变速直线运动中， 中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度. 考点4 实验：牛顿第二定律 26 甲 10.[山东2022·13] 在天宫课堂中，我国航天员演示了 利用牛顿第二定律测量物体质量的实验.受此启发，某 同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、 轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验， 如图甲所示.主要步骤如下： ①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上； ②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨； 考点4 实验：牛顿第二定律 27 ③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块.弹簧处于原长时滑块左端位于点，点到 点的距离 为，拉动滑块使其左端处于 点，由静止释放并开始计时； ④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力、加速度随时间 变化的图像，部分图像如图乙所示. 乙 丙 回答以下问题（结果均保留两位有效数字） 考点4 实验：牛顿第二定律 28 （1）弹簧的劲度系数为____ . 12 解析 弹簧伸长量,此时弹簧的弹力 ,由胡克定律可得,弹 簧的劲度系数 . （2）该同学从图乙中提取某些时刻与的数据，画出 图像如图丙中 Ⅰ 所示，由此可得滑 块与加速度传感器的总质量为______ . 0.20 解析 由牛顿第二定律可得,即 图像的斜率的倒数表示滑块与加速度传感器的 总质量,则总质量 . （3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的 图像Ⅱ，则待 测物体的质量为______ . 0.13 解析 滑块、加速度传感器和待测物体的总质量 ,所以待测物体的质量 . 考点4 实验：牛顿第二定律 29 4 第四章高考强化 刷原创 30 1.跳楼机是一种新兴的娱乐项目，当质量为 的游客乘坐座椅到达最高处后，座椅就会在短暂 的静止之后开始自由下落，而当座椅即将落到地面时，跳楼机的钢索将启动，使座椅向下做匀减 速运动，落到地面时速度恰好为零.现有一台跳楼机，其座椅升到最高处时距地面的高度恰好是 ，重力加速度 . 31 （1）已知座椅在距离地面 时将开始减速，那么座椅减速时的加速度大小应为多少，才能使 其到达地面时速度恰好为零？减速过程中座椅对游客的支持力多大？ [答案] ; 解析 自由下落到距离地面时，有 ， 距离地面时将开始减速，有 ， 联立解得 ， 减速过程，对游客，根据牛顿第二定律有，解得 . 32 （2）假设人体在短时间内只能承受5倍的重力加速度，那么跳楼机最晚可以在什么位置开始减速？ [答案] 距离地面 时 解析 人体在短时间内只能承受5倍的重力加速度，则 ， 设跳楼机在距离地面 处开始减速，落到地面时速度恰好为零， 则有， ， 联立解得 . 33 （3）应游客要求，游乐园方决定使跳楼机在距离地面 时向下做匀减速运动，减速过程中座 椅对游客的支持力为 ,在匀减速之前有一段匀速运动过程，求跳楼机整个下落过程所经历 的时间？ [答案] 34 解析 在距离地面 时跳楼机向下做匀减速运动，对游客，由牛顿第二定律有 ，解得减速运动的加速度大小为 ，从开始减速到落地过程中，运用 逆向思维，由得 ， 对自由落体过程有 ， 解得 ， 自由落体过程有,解得 ， 匀速运动过程经历的时间 ， 减速过程经历的时间 ， 所以跳楼机整个下落过程经历的时间为 . 35 2.如图所示，这是两块粗糙程度不同但面积均为的正方形地砖、 ，有两个小朋友正在地砖 上玩弹棋，已知地砖与棋子间的动摩擦因数为，地砖与棋子间的动摩擦因数为 ，棋子被 弹出后在每块地砖上的运动均可视为匀减速直线运动，重力加速度 . 36 （1）若甲想从边上弹出一颗棋子，使其能够恰好停在 边上，那么他把棋子弹出的速度最少 应为多少？ [答案] 解析 棋子能够恰好停在边上，要使棋子弹出的速度最小，则棋子弹出后沿平行 方向运动， 总位移为，设弹出速度为，到达两块地砖交界处的速度为 ，根据运动学公式有 ，，由，得，由 ，得 ，联立解得 . 37 （2）若乙想从边上弹出一颗棋子，使其能够恰好停在 边上，那么他把棋子弹出的速度最多 应为多少？ [答案] 解析 从边上弹出一颗棋子，使其能够恰好停在 边上，要使棋子弹出的速度最大，则棋子 弹出后沿对角线运动，总位移为，由运动学公式得， ， 其中，联立解得 . 38 （3）以（1）问中的初速度从或 中的一条边上弹出一枚棋子，使其恰好停在另一条边上， 这个过程最少要花费多长时间？ [答案] 解析 如图所示，图线①表示棋子从边运动到边，图线②表示棋子从边运动到 边，两 种情况位移大小相等，由图可知，要使时间最短，则棋子从边运动到边，且方向平行于 方向，设棋子位移中点为（交界处），由运动学公式得， ，联立解 得，,则最短时间为 . 39 $$