2021届高考物理模拟题思维方法精练07 临界问题（解析版）.pdf

《2021届高考物理模拟题思维方法精练07 临界问题（解析版）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021届高考物理模拟题思维方法精练07 临界问题（解析版）.pdf（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、物理思维方法2021最新模拟题精练专题7临界问题选择题1.（202（）洛阳联考）如图所示，水平转台上有一个质量为，”的物块，用长为/的轻质细绳将物块连接在转1轴上，细绳与竖直转轴的夹角。=30。，此时细绳伸直但无张力，物 块 与 转 台 间 动 摩 擦 因 数 为 最 大 静摩擦力等于滑动摩擦力，物块随转台由静止开始缓慢加速转动，角速度为。，重力加速度为g,则（)A.当CDB.C.D.当a当co当 3 =,细绳的拉力为0,物块与转台间的摩擦力为01细绳的拉力大小为子”g4，细绳的拉力大小为【参考答案】AC【名师解析】当转台的角速度比较小时，物块只受重力、支持力和摩擦力，当细绳恰好要产生拉力时/

2、阳=wco?/sin30,解得她随角速度的增大，细绳上的拉力增大，当物块恰好要离开转台时，物块受2 到重力和细绳的拉力的作用，?水1130。=“援/sin30。，解 得 也=3/,由于融 一4/2 g Z,所以小球能到达P 点；由机械能守恒定律可知小球到达P 点的速度 为 做；由 于 鼠 4 或，故小球在P 点受到轻杆向上的弹力。4.（多选）如图6 所示，竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上，半径，=0.4 m,最低点处有一小球（半径比r 小很多），现给小球一水平向右的初速度内,则要使小球不脱离圆轨道运动,W）应当满足Q=10m/s2）（）图 6A.2 m/s B.4 m/s C.6 m/s

3、 D.8 m/s【参考答案】ACD【名师解析解决本题的关键是全面理解“小球不脱离圆轨道运动”所包含的两种情况：（I）小球通过最高点并完成圆周运动；（2）小球没有通过最高点，但小球没有脱离圆轨道。对于第（1）种情况，当 较 大 时，小球能够通过最高点，这时小球在最高点处需要满足的条件是，烂 1 1又 根 据 机 械 能 守 恒 定 律 有 可 求 得 v仑2小m/s,对于第（2）种情况，当 vo较小时，小球不能通过最高点，这时对应的临界条件是小球上升到与圆心等高位置处，速度恰好减为零，根据机械能守恒定律有叱=加加 可求得voW 2啦m/s,所 以 啥 2小m/s或 物 上 啦 m/s均符合要求，

4、故选项A、C、D 正确。L5.如图所示，球网上沿高出桌面H,网到桌边的距离为小某人在乒乓球训练中，从左侧2 处，将球沿垂直于网的方向水平击出，球恰好通过网的上沿落到右侧桌边缘。设乒乓球的运动为平抛运动。则乒乓球（）A.在空中做变加速曲线运动B.在水平方向做匀加速直线运动C.在网的右侧运动的时间是左侧的2 倍D.击球点的高度是网高的2 倍【参考答案】C【名师解析】乒乓球击出后，在重力的作用下做平抛运动，其运动可分解为水平方向上的匀速直线运动和12 L v 水 箱h1竖直方向上的自由落体运动，A、B错误；球 在 网 的 左 侧 和 右 侧 通 过 的 水 平 距 离 之 比 石=芯=5,C正确；设

5、击球点到桌面的高度为小则击球点到网上沿的高度与击球点到桌面的高度之比为=错误!=1h 99-所以击球点的高度与网高度之比为万=3，D错误。6.（多选）如图所示，一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道，管道里有一个直径略小于管道内径的小球，小球在管道内做圆周运动，从B点脱离后做平抛运动，经过0.3 s 后又恰好垂直与倾角为4 5。的斜面相碰。已知半圆形管道的半径R=1 m,小 球 可 看 做 质 点 且 其 质 量 为 k g,g取 1 0 m/s 2。则（）A.小球在斜面上的相碰点C 与 B点的水平距离是0.9 mB.小球在斜面上的相碰点C与 8点的水平距离是1.9 mC.小球经过管道的B点时，

6、受到管道的作用力FNS的大小是1 ND.小球经过管道的B点时，受到管道的作用力FNB的大小是2 N【参考答案】A C【名师解析】根据平抛运动的规律，小球在。点的竖直分速度力=g f=3 m/s,水平分速度以=t a n 4 5。=3 m/s,则 8点与C点的水平距离的 x=w=0.9 m,选项A 正确，B错误；在 8点设管道对小球的作用力方向向下,根据牛顿第二定律，有尸N 8 +m g =，错误！，V B=M r =3m/S,解得尸N 8=I N,负号表示管道对小球的作用力方向向上，选项C 正确，D错误。7.（多选）（20 15浙江理综）如图9 所示为赛车场的一个水平“U”形弯道，转弯处为圆心

7、在。点的半圆，内外半径分别为r 和 2r。一辆质量为小的赛车通过A B线 经 弯 道 到 达 线，有如图所示的、三条路线,其中路线是以0 为圆心的半圆，。，=，。赛车沿圆弧路线行驶时，路面对轮胎的最大径向静摩擦力为F m a x。选择路线，赛车以不打滑的最大速率通过弯道（所选路线内赛车速率不变，发动机功率足够大），贝 立 ）A图 9A.选择路线，赛车经过的路程最短B.选择路线，赛车的速率最小C.选择路线，赛车所用时间最短D.、三条路线的圆弧上，赛车的向心加速度大小相等【参考答案】A C D【名师解析】赛车经过路线的路程s i=+2 r=m+2）r,路线的路程S 2=2+2r=（2兀+2）r,路

8、线mv2 I FnmR的路程53=2”，A 正确；根 据 入 曲=R得 V m=N m 可知R越小，其不打滑的最大速率越小，所以路线的最大速率最小，B错误；三种路线对应的最大速率V 2=V 3=&m，则选择路线所用时间=（JI+2）r（2加+2）r 2 nrn ，路线所用时间 2=8 ，路线所用时间/3=声，得，2白，可见7 3最小，C 正确：由 E n a x=，a,可知三条路线对应的。相等，D正确。8.（多选）如图所示，在水平转台上放一个质量M=2.o k g 的木块，它与台面间的最大静摩擦力6bl=6.0 N,绳的一端系住木块，另一端穿过转台的中心孔0（为光滑的）悬吊一质量，=1.0 k

9、 g 的小球，当转台以3=5.0r a d/s 的角速度转动时，欲使木块相对转台静止，则它到。孔的距离可能是（）图 10A.6 c mC.30 c mB.15 c mD.34 c m【参考答案】B C【名师解析】转台以一定的角速度。旋转，木块用所需的向心力与回旋半径r 成正比，在离。点最近处r=八时，M 有向O点的运动趋势，这时摩擦力6 沿半径向外，刚好达最大静摩擦力F/i n.即m g-F M c o h sm g-Fm、1.0 x 10-6.0得 n =Meo2=2.0 x 5.02 m=0.0 8 m=8 c m同理，M在离。点最远处=力时，有远离。点的运动趋势，这时摩擦力R的方向指向。

10、点，且达到最大静摩擦力 Ffin,即 mg+Fjm=Mco2r2+1.0 x 10 +6.0得 ri=Meo2=2.0 x 5.02 m=0.32 m=3 2 c m则木块M 能够相对转台静止，回旋半径，应 满 足 关 系 式 呼 m。选项B、C 正确。计算题1.（10分）（2019河北省衡水中学第一次调研）现有一辆长为5 m 的汽车以w=15 m/s的速度行驶，在离铁路与公路交叉点175 m 处，汽车司机突然发现离交叉点200 m 处有一列长300 m 的列车以也=20 m/s的速度行驶过来，为了避免事故的发生，汽车司机如果立刻刹车做匀减速运动，则最小加速度为多少？汽车司机如果立刻做匀加速运

11、动，则最小加速度应为多少？【答案】0.643 m/s2 0.6 m/s2300+200【解析】列车通过交叉点所需时间为：八=20 s=25s1汽车减速到停止有：350ti=15 s=23.33 srA,r L对 8,有 F+fimg=mcolrB,rn=2 L方法提炼解决此类问题的般思路首先要考虑达到临界条件时物体所处的状态，其次分析该状态下物体的受力特点，最后结合圆周运动知识,列出相应的动力学方程综合分析。7.在水平轨道上有两列火车A和 B相距s,A车在后面做初速度为加 加速度大小为2 a的匀减速直线运动，而 B车同时做初速度为零、加速度大小为的匀加速直线运动，两车运动方向相同.要使两车不相

12、撞，求A车的初速度w满足的条件.【名师解析】：A 车的位移 AI=v)/+-.(-2 a)/22B车的位移X2=at-2X|=X2+S即：v()r+一 (-2 a)t2=at2+s2 2整理得：3 at2-2 v()t+2 s=0这是一个关于时间t 的一元二次方程，当根的判别式小于零时，t 无实数解，即两车不相撞。由(2V O)2-4X3“X2S O,解得：w)W J 6 a s。即 A车的初速度即满足的条件是：v oW J 6 a s -8.(2 0 1 2重庆理综)某校举行托乒乓球跑步比赛，赛道为水平直道，比赛距离为s 比赛时，某同学将球置于球拍中心，以大小为a的加速度从静止开始做匀加速直

13、线运动，当速度达到no时，再以w做匀速直线运动跑至终点。整个过程中球一直保持在球拍中心不动。比赛中，该同学在匀速直线运动阶段保持球拍的倾 角 为 如 题 1 1 5 A 图所示。设球在运动中受到空气阻力大小与其速度大小成正比，方向与运动方向相反,不计球与球拍之间的摩擦，球的质量为m,重力加速度为g。(1)求空气阻力大小与球速大小的比例系数左；(2)求在加速跑阶段球拍倾角6随速度v变化的关系式；(3)整个匀速跑阶段，若该同学速度仍为血，而球拍的倾角比仇大了夕并保持不变，不计球在球拍上的移动引起的空气阻力变化，为保证到达终点前球不从球拍上距离中心为r的下边沿掉落，求少应满足的条件。【名师解析】：(

14、1)在匀速运动阶段，有agtan&产仙0,mg用 牟 得：k=-tan%。%(2)加速阶段，设球拍对球的支持力为M,W Ns,m0-kv=ma,Ncosf)=mga v联立解得：lan仇:一+tan%。g%mg 以W做匀速直线运动时，设空气阻力与重力的合力为尸，有：F=,球 拍 倾 角 为 仇 时，空气阻力与重力的合力不变，设球沿球拍面下滑的加速度大小为“，有：Fsin忏ma,设匀速跑阶段所用时间为f,有：s=w f+曳，2a解得-，%2a球不从球拍上掉落的条件为一72夕。22r解得sin =vt 可解得 用=-心）此时必须满足 H-i L 2 h()时，滑雪者直接落到地面上，h=-1 gtf

15、9 s2=vt2可解得$2 =(-n.（2007全国理综1）两平面荧光屏互相垂直放置，在两屏内分别取垂直于两屏交线的直线为X和 y 轴，交点O 为原点，如图所示。在 y0,0 x0,xa的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场，两区域内的磁感应强度大小均为B。在 O 点出有一小孔，一束质量为m、带电量为q（q0）的粒子沿x 周经小孔射入磁场，最后打在竖直和水平荧光屏上，使荧光屏发亮。入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值。已 知 速 度 最 大 的 粒 子 在 的 区 域 中 运 动 的 时 间 与 在 xa的区域中运动的时间之比为2:5,在磁场中运动的总时间为77712,其中T 为该粒子在

16、磁感应强度为B 的匀强磁场中做圆周运动的周期。试求两个荧光屏上亮线的范围（不计重力的影响）。【名师解析】：2粒子在磁感应强度为B 的匀强磁场中运动，qvB=m,mv解得：i-qBX速度小的粒子将在x a的区域走完半圆，射到竖直屏上。半圆的直径在y 轴上，半径的范围从0 到。，竖直荧光屏上发亮的范围从0 到 2”。轨道半径大于。的粒子开始进入右侧磁场。考虑r=a的极限情况，这种粒子在右侧的圆轨迹与x 轴在D 点相 切（图中虚线），0 D=2 a,这是水平荧光屏上发亮范围的左边界。速度最大的粒子的轨迹如图这实线所示。由两段圆弧组成，圆心分别是C 和 C，,C 在 y 轴上，由对称性可知C 在 x=

17、2a直线上。八一2设人为粒子在0 xa的区域运动的时间，匕 为 粒 子 在 的 区 域 运 动 的 时 间，由题意可知：y-=-oJo J+=-T由此解得乙=一 T ,Z2=T。1 6 2 12由上面两式和对称性可得：ZOCM=60,ZA/CW=60,NMC尸=360 x5/l 2=150,所以：/NCP=150-60=90。即弧N P为 1/4圆周，因此圆心C 在 x 轴上.设速度为最大值粒子的轨道半径为R,由直角 C 0C 可得：2/?sin60=2a,解得：/?=友人由图可知,OP=2a+R,因此水平荧光屏上发亮范围的右边界的坐标为：a2(1+走)。3水平荧光屏上发亮的范围是从北到2(1

18、+左)或312.(2015深圳第一次五校联考).(18分)如图所示，内圆半径为八外圆半径为3r的圆环区域内有垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场。圆环左侧的平行板电容器两板间电压为U,靠近M 板处静止释放质量为”?、电量为g的正离子，经过电场加速后从N板小孔射出，并沿圆环直径方向射入磁场，不计离子的重力，忽略平行板外的电场。求：(1)离子从N板小孔射出时的速率；(2)离子在磁场中做圆周运动的周期；(3)要使离子不进入小圆区域，电压U的取值范围。【名师解析工(1)设离子射入匀强磁场时的速率为V,由动能定理得：1 )q U =mv.3 分2vF.2分V m(2)设离子在磁场中做圆周运动的半径为

19、尺离子所受洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可可得2q v B-m 2 分_ 2勿 刀得丁 二词1分(3)若离子恰好不进入小圆，设离子与小圆相切时轨道半径为岛，此时轨迹如图所示由几何关系得：K；+(3 r)2 =(R +r)22分解得：&=4 7 1分又R&R。1分qvB=m.1 分R联立解得 U S q，B 2分m1 3.如题图所示，一大木箱放在平板车的后部，到驾驶室的距离为L=1.6 0 m,木箱与平板车之间的动摩擦因数为=0.4 8 4,平板车以恒定的速度v o=2 2.O m/s匀速行驶，突然驾驶员刹车，使车均匀减速，为不让木箱撞击驾驶室，从开始刹车到车完全停定，至少要经过多长时间？(

20、g取l O.O m*)题图【名师解析】：设平板车的加速度为a i,车经时间t停定，车的位移为s i,则:v o-a i t=O va1=2as设木箱的加速度为a 2,由牛顿第二定律得:limg=mai解得 az=p g =4.8 4m/s 2 木箱从刹车到停止运动的位移为S2,则:92 =2“2 s 2 要使木箱不撞击驾驶室，贝 I I：S2-S1 L由式解得：2d -.7-0 =5.0 m/s2v 1 2 Lg当m 取最大值5.0 m/s 2 代入得r=4.4s 即为不让木箱撞击驾驶室，从开始刹车到车完全停定，至少要经过4.4s。1 4、如图所示，足够长的水平传送带沿顺时针方向以=2 m/s

21、 的速度匀速转动，A、8两个完全相同的小物块从M点和N 点同时以v=4 m/s 的初速度相向运动.已知小物块4、B在传送带上运动的过程中恰好不会发生碰撞，小物块A、B均可视为质点且与传送带间的动摩擦因数=0.4,重力加速度g取 1 0 m/s 2.求：(1)两个小物块相对传送带运动时间的差值.(2)M点和N 点之间的距离.【参考答案】(1)1 s (2)5 m【名师解析】：(1)小物块受到的摩擦力提供加速度，根据牛顿第二定律可知，a=g=4m/s 2.两个小物块恰好不发生碰撞，最终与传送带共速.V-V 0小物块A向右减速至与传送带共速的过程，以=丁=0.5 s.v+v o小物块B向左减速至0,再反向加速至与传送带共速的过程，tn=a 1 .5 S.两个小物块相对传送带运动时间的差值t=tB tA 1 S.(2)两小物块刚好不发生相撞，最终处于同一位置.加=1.5 s 内，小物块A向右运动的位移XA 2,c i+丫。(俯-Z x)=3.5 m.v2 一诏小物块B向左运动的位移XB 2 a=1-5 m.M点和N 点之间的距离X=XA+XR=5 m.