高考物理圆周运动、航天与星体问题冲刺专题复习。
一位优秀的教师不打无准备之仗，会提前做好准备，作为教师就要早早地准备好适合的教案课件。教案可以更好的帮助学生们打好基础，帮助教师缓解教学的压力，提高教学质量。我们要如何写好一份值得称赞的教案呢？为此，小编从网络上为大家精心整理了《高考物理圆周运动、航天与星体问题冲刺专题复习》，希望能为您提供更多的参考。
20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题05：第3专题圆周运动、航天与星体问题（1）知识网络
考点预测
本专题包含两类问题或者说两大题型，无论是星体问题还是其他圆周运动的问题，往往都要运用牛顿运动定律和功能关系进行求解，但由于在高考中地位重要，因`而单独作为一个专题进行总结、分类和强化训练．
航天与星体问题是近几年各地高考卷中的必考题型．由于对这个小模块每年都考，各类题型都有，考得很细，所以历年高考试题往往与近期天文的新发现或航天的新成就、新事件结合，我们在平时学习的过程中应多思考这类天文新发现和航天新事件中可能用于命题的要素．
在高考卷中，关于航天及星体问题的大部分试题的解题思路明确，即向心力由万有引力提供，设问的难度不大，但也可能出现设问新颖、综合性强、难度大的试题．如2008年高考全国理综卷Ⅱ中第25题，2009年高考全国理综卷Ⅱ第26题．
要点归纳
一、圆周运动
1．描述匀速圆周运动的相关物理量及其关系
(1)物理量：线速度v、角速度ω、周期T、频率f、转速n、向心加速度a等等．
(2)关系：v＝2πrT＝ωr＝2πrf，a＝v2r＝ω2r＝4π2T2r＝4π2f2r．
2．匀速圆周运动的向心力
(1)向心力的来源：向心力是由效果命名的力，它可以由重力、弹力、摩擦力等力来充当，也可以是由这些力的合力或它们的分力来提供，即任何力都可能提供向心力，向心力的作用是只改变线速度的方向，不改变线速度的大小．
(2)大小：F向＝ma＝mv2r＝mω2r＝m4π2T2r
＝4mπ2f2r(牛顿第二定律)
3．圆周运动的临界问题
分析圆周运动的临界问题时，一般应从与研究对象相联系的物体(如：绳、杆、轨道等)的力学特征着手．
(1)如图3－1所示，绳系小球在竖直平面内做圆周运动及小球沿竖直圆轨道的内侧面做圆周运动过最高点的临界问题(小球只受重力、绳或轨道的弹力)．
图3－1
由于小球运动到圆轨迹的最高点时，绳或轨道对小球的作用力只能向下，作用力最小为零，所以小球做完整的圆周运动在最高点应有一最小速度vmin．当小球刚好能通过最高点时，有：
mg＝mvmin2r
解得：vmin＝gr．
又由机械能守恒定律有：12mv下2＝12mv上2＋mg2R，可得v下≥5gR
所以，小球要能通过最高点，它在最高点时的速度v需要满足的条件是v≥gr．当v＞gr时，绳对球产生拉力，轨道对球产生压力．
(2)如图3－2所示，轻质杆一端的小球绕杆的另一端做圆周运动及小球在竖直放置的圆环内做圆周运动过最高点的临界问题．
图3－2
分析小球在最高点的受力情况：小球受重力mg、杆或轨道对小球的力F．
小球在最高点的动力学方程为：
mg＋F＝mv2r．
由于小球运动到圆轨迹的最高点时，杆或轨道对小球的作用力可以向下，可以向上，也可以为零；以向下的方向为正方向，设小球在最高点时杆或轨道对它的作用力大小为F，方向向上，速度大小为v，则有：
mg－F＝mv2r
当v＝0时，F＝mg，方向向上；
当0＜v＜gr时，F随v的增大而减小，方向向上；
当v＝gr时，F＝0；
当v＞gr时，F为负值，表示方向向下，且F随v的增大而增大．
4．弯道问题
(1)火车的弯道、公路的弯道都向内侧倾斜，若弯道半径为r，车辆通过速度为v0，则弯道的倾角应为：
θ＝arctanv02rg．
(2)飞机、鸟在空中盘旋时受力与火车以“v0”过弯道相同，故机翼、翅膀的倾角θ＝arctanv2rg．
图3－3
(3)骑自行车在水平路面上转弯时，向心力由静摩擦力提供，但车身的倾斜角仍为θ＝arctanv2rg．
二、航天与星体问题
1．天体运动的两个基本规律
(1)万有引力提供向心力
行星卫星模型：F＝GMmr2＝mv2r＝mrω2＝m4π2T2r
双星模型：Gm1m2L2＝m1ω2r1＝m2ω2(L－r1)
其中，G＝6.67×10－11Nm2/kg2
2．万有引力等于重力
GMmR2＝mg(物体在地球表面且忽略地球自转效应)；
GMm(R＋h)2＝mg′(在离地面高h处，忽略地球自转效应完全相等，g′为该处的重力加速度)
2．人造卫星的加速度、线速度、角速度、周期跟轨道半径的关系
F万＝GMmr2＝F向＝ma→a＝GMr2→a∝1r2mv2r→v＝GMr→v∝1rmω2r→ω＝GMr3→ω∝1r3m4π2T2r→T＝4π2r3GM→T∝r3.
3．宇宙速度
(1)第一宇宙速度(环绕速度)：v＝gR＝7.9_km/s，是卫星发射的最小速度，也是卫星环绕地球运行的最大速度．
(2)第二宇宙速度：v＝11.2km/s
(3)第三宇宙速度：v＝16.7km/s
注意：①三个宇宙速度的大小都是取地球中心为参照系；
②以上数据是地球上的宇宙速度，其他星球上都有各自的宇宙速度，计算方法与地球相同．
4．关于地球同步卫星
地球同步卫星是指与地球自转同步的卫星，它相对于地球表面是静止的，广泛应用于通信领域，又叫做同步通信卫星．其特点可概括为六个“一定”：
(1)位置一定(必须位于地球赤道的上空)
地球同步卫星绕地球旋转的轨道平面一定与地球的赤道面重合．
假设同步卫星的轨道平面与赤道平面不重合，而与某一纬线所在的平面重合，如图3－4所示．同步卫星由于受到地球指向地心的万有引力F的作用，绕地轴做圆周运动，F的一个分力F1提供向心力，而另一个分力F2将使同步卫星不断地移向赤道面，最终直至与赤道面重合为止(此时万有引力F全部提供向心力)．
图3－4
(2)周期(T)一定
①同步卫星的运行方向与地球自转的方向一致．
②同步卫星的运转周期与地球的自转周期相同，即T＝24h．
(3)角速度(ω)一定
由公式ω＝φt知，地球同步卫星的角速度ω＝2πT，因为T恒定，π为常数，故ω也一定．
(4)向心加速度(a)的大小一定
地球同步卫星的向心加速度为a，则由牛顿第二定律和万有引力定律得：
GMm(R＋h)2＝ma，a＝GM(R＋h)2．
(5)距离地球表面的高度(h)一定
由于万有引力提供向心力，则在ω一定的条件下，同步卫星的高度不具有任意性，而是唯一确定的．
根据GMm(R＋h)2＝mω2(R＋h)得：
h＝3GMω2－R＝3GM(2πT)2－R≈36000km．
(6)环绕速率(v)一定
在轨道半径一定的条件下，同步卫星的环绕速率也一定，且为v＝GMr＝R2gR＋h＝3.08km/s．
因此，所有同步卫星的线速度大小、角速度大小及周期、半径都相等．
由此可知要发射同步卫星必须同时满足三个条件：
①卫星运行周期和地球自转周期相同；
②卫星的运行轨道在地球的赤道平面内；
③卫星距地面高度有确定值．
热点、重点、难点
一、圆周运动
关于圆周运动，在高考中除了一般会出现星体问题，带电粒子在匀强磁场中的运动的试题外，还常会出现其他考查动能和功能关系的圆周运动问题．如2009年高考安徽理综卷第24题、浙江理综卷第24题，2008年高考山东理综卷第24题、广东物理卷第17题，2007年高考全国理综卷Ⅱ第23题等．
●例1如图3－5所示，两个34圆弧轨道固定在水平地面上，半径R相同，A轨道由金属凹槽制成，B轨道由金属圆管制成，均可视为光滑轨道．在两轨道右侧的正上方分别将金属小球A和B由静止释放，小球距离地面的高度分别用hA和hB表示，则下列说法正确的是()
图3－5
A．若hA＝hB≥2R，则两小球都能沿轨道运动到最高点
B．若hA＝hB＝3R2，由于机械能守恒，两个小球沿轨道上升的最大高度均为3R2
C．适当调整hA和hB，均可使两小球从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端口处
D．若使小球沿轨道运动并且从最高点飞出，A小球的最小高度为5R2，B小球在hB2R的任何高度均可
【解析】当hB＝2R时，B小球能沿圆管运动到达最高点，且由机械能守恒定律知到达最高点时速度减为零，故当hA＝2R时，A小球到达最高点前已离开圆弧轨道；同理，当hA＝hB＝32R时，B小球能恰好上升至32R，A小球上升至3R2前已离开圆弧，故选项A、B错误．
要使小球从轨道最高点飞出后恰好落在轨道右端口，在最高点的初速度应为v0＝R2Rg＝Rg2
又因为A小球沿凹槽到达最高点的条件为mv2R≥mg，即v≥gR，故A小球不可能从轨道最高点飞出后恰好落在轨道右端口处．
又由机械能守恒定律，A小球能到达凹槽轨道高点的条件为：
mgha≥mg2R＋12m(gR)2
得ha≥52R．故选项C错误、D正确．
[答案]D
【点评】除了天体问题和带电粒子在匀强磁场中运动外，竖直方向的圆周运动问题是较常出现的题型．本例题较典型地包含这类问题中的动力学关系和动能关系．
二、天体质量、密度及表面重力加速度的计算
1．星体表面的重力加速度：g＝GMR2
2．天体质量常用的计算公式：M＝rv2G＝4π2r3GT2
●例2假设某个国家发射了一颗绕火星做圆周运动的卫星．已知该卫星贴着火星表面运动，把火星视为均匀球体，如果知道该卫星的运行周期为T，引力常量为G，那么()
A．可以计算火星的质量
B．可以计算火星表面的引力加速度
C．可以计算火星的密度
D．可以计算火星的半径
【解析】卫星绕火星做圆周运动的向心力由万有引力提供，则有：GMmr2＝m4π2T2r
而火星的质量M＝ρ43πr3
联立解得：火星的密度ρ＝3πGT2
由M＝4π2r3GT2，g＝GMr2＝4π2T2r知，不能确定火星的质量、半径和其的表面引力加速度，所以C正确．
[答案]C
【点评】历年的高考中都常见到关于星体质量(或密度)、重力加速度的计算试题，如2009年高考全国理综卷Ⅰ第19题，江苏物理卷第3题，2008年高考上海物理卷1(A)等．★同类拓展1我国探月的嫦娥工程已启动，在不久的将来，我国宇航员将登上月球．假如宇航员在月球上测得摆长为l的单摆做小振幅振动的周期为T，将月球视为密度均匀、半径为r的球体，则月球的密度为()
A．3πGT2B．3πlGrT2C．16πl3GrT2D．3πl16GrT2
【解析】设月球表面附近的重力加速度为g0．
有：T＝2πlg0
又由g0＝GMr2，ρ＝3M4πr3
可解得ρ＝3πlGrT2．
[答案]B
三、行星、卫星的动力学问题
不同轨道的行星(卫星)的速度、周期、角速度的关系在“要点归纳”中已有总结，关于这类问题还需特别注意分析清楚卫星的变轨过程及变轨前后的速度、周期及向心加速度的关系．
●例32008年9月25日到28日，我国成功发射了神舟七号载人航天飞行并实现了航天员首次出舱．飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟．下列判断正确的是[2009年高考山东理综卷]()
A．飞船变轨前后的机械能相等
B．飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态
C．飞船在此圆轨道上运动的角速度大于同步卫星运动的角速度
D．飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度
【解析】飞船点火变轨，反冲力对飞船做正功，飞船的机械能不守恒，A错误．飞船在圆形轨道上绕行时，航天员(包括飞船及其他物品)受到的万有引力恰好提供所需的向心力，处于完全失重状态，B正确．神舟七号的运行高度远低于同步卫星，由ω2∝1r3知，C正确．由牛顿第二定律a＝F引m＝GMr2知，变轨前后过同一点的加速度相等．
[答案]BC
【点评】对于这类卫星变轨的问题，特别要注意比较加速度时不能根据运动学公式a＝v2r＝ω2r，因为变轨前后卫星在同一点的速度、轨道半径均变化，一般要通过决定式a＝Fm来比较．
★同类拓展2为纪念伽利略将望远镜用于天文观测400周年，2009年被定为以“探索我的宇宙”为主题的国际天文年．我国发射的嫦娥一号卫星绕月球经过一年多的运行，完成了既定任务，于2009年3月1日16日13分成功撞月．图示为嫦娥一号卫星撞月的模拟图，卫星在控制点1开始进入撞月轨道．假设卫星绕月球做圆周运动的轨道半径为R，周期为T，引力常量为G．根据题中信息()
A．可以求出月球的质量
B．可以求出月球对嫦娥一号卫星的引力
C．可知嫦娥一号卫星在控制点1处应减速
D．可知嫦娥一号在地面的发射速度大于11.2km/s
【解析】由GMmR2＝m4π2T2R可得月球的质量M＝4π2R3GT2，A正确．由于不知嫦娥一号的质量，无法求得引力，B错误．卫星在控制点1开始做近月运动，知在该点万有引力要大于所需的向心力，故知在控制点1应减速，C正确．嫦娥一号进入绕月轨道后，同时还与月球一起绕地球运行，并未脱离地球，故知发射速度小于11.2km/s，D错误．
[答案]AC
四、星体、航天问题中涉及的一些功能关系
1．质量相同的绕地做圆周运动的卫星，在越高的轨道动能Ek＝12mv2＝GMm2r越小，引力势能越大，总机械能越大．
2．若假设距某星球无穷远的引力势能为零，则距它r处卫星的引力势能Ep＝－GMmr(不需推导和记忆)．在星球表面处发射物体能逃逸的初动能为Ek≥|Ep|＝GMmR．
●例42008年12月，天文学家们通过观测的数据确认了银河系中央的黑洞“人马座A*”的质量与太阳质量的倍数关系．研究发现，有一星体S2绕人马座A*做椭圆运动，其轨道半长轴为9.50×102天文单位(地球公转轨道的半径为一个天文单位)，人马座A*就处在该椭圆的一个焦点上．观测得到S2星的运动周期为15.2年．
(1)若将S2星的运行轨道视为半径r＝9.50×102天文单位的圆轨道，试估算人马座A*的质量MA是太阳质量MS的多少倍．(结果保留一位有效数字)
(2)黑洞的第二宇宙速度极大，处于黑洞表面的粒子即使以光速运动，其具有的动能也不足以克服黑洞对它的引力束缚．由于引力的作用，黑洞表面处质量为m的粒子具有的势能为Ep＝－GMmR(设粒子在离黑洞无限远处的势能为零)，式中M、R分别表示黑洞的质量和半径．已知引力常量G＝6.7×10－11Nm2/kg2，光速c＝3.0×108m/s，太阳质量MS＝2.0×1030kg，太阳半径RS＝7.0×108m，不考虑相对论效应，利用上问结果，在经典力学范围内求人马座A*的半径RA与太阳半径RS之比应小于多少．(结果按四舍五入保留整数)
[2009年高考天津理综卷]
【解析】(1)S2星绕人马座A*做圆周运动的向心力由人马座A*对S2星的万有引力提供，设S2星的质量为mS2，角速度为ω，周期为T，则有：
GMAmS2r2＝mS2ω2r
ω＝2πT
设地球质量为mE，公转轨道半径为rE，周期为TE，则：
GMSmErE2＝mE(2πTE)2rE
综合上述三式得：MAMS＝(rrE)3(TET)2
上式中TE＝1年，rE＝1天文单位
代入数据可得：MAMS＝4×106．
(2)引力对粒子作用不到的地方即为无限远处，此时粒子的势能为零．“处于黑洞表面的粒子即使以光速运动，其具有的动能也不足以克服黑洞对它的引力束缚”，说明了黑洞表面处以光速运动的粒子在远离黑洞的过程中克服引力做功，粒子在到达无限远之前，其动能便减小为零，此时势能仍为负值，则其能量总和小于零．根据能量守恒定律可知，粒子在黑洞表面处的能量也小于零，则有：
12mc2－GMmR＜0
依题意可知：R＝RA，M＝MA
可得：RA＜2GMAc2
代入数据得：RA＜1.2×1010m
故RARS＜17．
[答案](1)4×106(2)RARS17
【点评】①“黑洞”问题在高考中时有出现，关键要理解好其“不能逃逸”的动能定理方程：12mc2－GMmR0．
②Ep＝－GMmR是假定离星球无穷远的物体与星球共有的引力势能为零时，物体在其他位置(与星球共有)的引力势能，同样有引力做的功等于引力势能的减少．
★同类拓展32005年10月12日，神舟六号飞船顺利升空后，在离地面340km的圆轨道上运行了73圈．运行中需要多次进行轨道维持．所谓“轨道维持”就是通过控制飞船上发动机的点火时间、推力的大小和方向，使飞船能保持在预定轨道上稳定运行．如果不进行轨道维持，由于飞船在轨道上运动受摩擦阻力的作用，轨道高度会逐渐缓慢降低，在这种情况下，下列说法正确的是()
A．飞船受到的万有引力逐渐增大、线速度逐渐减小
B．飞船的向心加速度逐渐增大、周期逐渐减小、线速度和角速度都逐渐增大
C．飞船的动能、重力势能和机械能都逐渐减小
D．重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，机械能逐渐减小
【解析】飞船的轨道高度缓慢降低，由万有引力定律知其受到的万有引力逐渐增大，向心加速度逐渐增大，又由于轨道变化的缓慢性，即在很短时间可当做匀速圆周运动，由GMmr2＝mv2r＝mω2r＝m4π2T2r知，其线速度逐渐增大，动能增大，由此可知飞船动能逐渐增大，重力势能逐渐减小，由空气阻力做负功知机械能逐渐减少．
[答案]BD
五、双星问题
●例5天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星．双星系统在银河系中很普遍．利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量．已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T，两颗恒星之间的距离为r，试推算这个双星系统的总质量．(引力常量为G)
[2008年高考宁夏理综卷]
【解析】设两颗恒星的质量分别为m1、m2，做圆周运动的半径分别为r1、r2，角速度分别为ω1、ω2．根据题意有：
ω1＝ω2
r1＋r2＝r
根据万有引力定律和牛顿定律，有：
Gm1m2r2＝m1r1ω12
Gm1m2r2＝m2r2ω22
联立解得：r1＝m2rm1＋m2
根据角速度与周期的关系知ω1＝ω2＝2πT
联立解得：m1＋m2＝4π2r3T2G．
[答案]4π2r3T2G
【点评】在双星系统中，当其中一星体质量远远大于另一星体时，它们的共同圆心就在大质量星球内部且趋近于球心．
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俗话说，磨刀不误砍柴工。高中教师要准备好教案，这是高中教师的任务之一。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来，让高中教师能够快速的解决各种教学问题。优秀有创意的高中教案要怎样写呢？小编收集并整理了“高考物理备考复习圆周运动中的临界问题教案”，大家不妨来参考。希望您能喜欢！
§6.8.《圆周运动中的临界问题》学案
【学习目标】
1.熟练处理水平面内的临界问题
2.掌握竖直面内的临界问题
【自主学习】
一．水平面内的圆周运动
例1：如图8—1所示水平转盘上放有质量为m的物快，当物块到转轴的距离为r时,若物块始终相对转盘静止，物块和转盘间最大静摩擦力是正压力的倍，求转盘转动的最大角速度是多大？
拓展：如o点与物块连接一细线，求当①1=时，细线的拉力T②2=时，细线的拉力T
图8—1
注：分析物体恰能做圆周运动的受力特点是关键
二．竖直平面内圆周运动中的临界问题
图8—2甲图8—2乙图8—3甲图8—3乙
1．如图8—2甲、乙所示，没有支撑物的小球在竖直平面作圆周运动过最高点的情况
○1临界条件
○2能过最高点的条件，此时绳或轨道对球分别产生______________
○3不能过最高点的条件
2．如图8—3甲、乙所示，为有支撑物的小球在竖直平面做圆周运动过最高点的情况
竖直平面内的圆周运动，往往是典型的变速圆周运动。对于物体在竖直平面内的变速圆周运动问题，中学阶段只分析通过最高点和最低点的情况，并且经常出现临界状态，下面对这类问题进行简要分析。
○1能过最高点的条件，此时杆对球的作用力
○2当0V时，杆对小球，其大小
当v=时，杆对小球
当v时，杆对小球的力为其大小为____________
讨论：绳与杆对小球的作用力有什么不同？
例2．长度为L=0.50m的轻质细杆OA，A端有一质量为m=3.0kg的小球，如图8—4所示，小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速率是2.0m/s，（g=10m/s）则此时细杆OA受的（）
A.6.0N的拉力B.6.0N的压力C.24N的压力D.24N的拉力
【针对训练】
1．汽车与路面的动摩擦因数为，公路某转弯处半径为R（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）问：若路面水平，汽车转弯不发生侧滑，汽车最大速度应为多少？
2．长为L的细绳，一端系一质量为m的小球,另一端固定于某点，当绳竖直时小球静止，现给小球一水平初速度v，使小球在竖直平面内做圆周运动，并且刚好过最高点，则下列说法中正确的是：（）
A.小球过最高点时速度为零
B.小球开始运动时绳对小球的拉力为m
C.小球过最高点时绳对小的拉力mg
D.小球过最高点时速度大小为
3.如图8—5所示，细杆的一端与小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动，先给小球一初速度，使它做圆周运动。图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对小球的作用力可能是：()
A．a处为拉力b处为拉力
B.a处为拉力b处为推力
C.a处为推力b处为拉力
D.a处为推力b处为拉力
A
图8—4图8—5
4．以下说法中正确的是：（）
A.在光滑的水平冰面上，汽车可以转弯
B.火车转弯速率小于规定的数值时，内轨将会受压力作用
C.飞机在空中沿半径为R的水平圆周盘旋时，飞机的翅膀一定处于倾斜状态
D.汽车转弯时需要的向心力由司机转动方向盘所提供的力
【能力训练】
1.如图8—6所示A、B、C三个物体放在旋转圆台上，动摩擦因数均为，A的质量为2m，B、C质量均为m，A、B离轴为R,C离轴为2R，则当圆台旋转时，（设A、B、C都没有滑动）：（）
A.C物的向心加速度最大B.B物的静摩擦力最小
C.当圆台转速增加时，C比A先滑动D.当圆台转速增加时，B比A先滑动
2．如图8—7所示，物体与圆筒壁的动摩擦因数为，圆筒的半径为R，若要物体不滑下，圆筒的角速度至少为：（）
A.B.C.D.
图8—6图8—7图8—8
3.把盛水的水桶拴在长为L的绳子一端，使这水桶在竖直平面做圆周运动，要使水桶转到最高点时不从桶里流出来，这时水桶的线速度至少应该是：（）
A.B.C.D.2E.0
4．如图8—8所示，小球在光华圆环内滚动，且刚好通过最高点，则求在最低点的速率为：（）
A.4grB.2C.2grD.
5．汽车在倾斜的弯道上拐弯，弯道的倾角为，半径为r，则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是：（）
A.B.C.D.
6．如图8—9所示，长为L的轻杆一端固定一个小球，另一端固定在光滑水平轴上，使小球在竖直平面内做圆周运动，关于小球在过最高点的速度,下列叙述中正确的是：（）
A.的极小值为
B.由零逐渐增大，向心力也逐渐增大
C.当由值逐渐增大时，杆对小球的弹力也逐渐增大
D.当由值逐渐减小时，杆对小球的弹力也逐渐增大
7．如图8—10所示，质量为m的物体随水平传送带一起匀速运动,A为传送带的终端皮带轮，皮带轮半径为r，要使物体通过终端时，能水平抛出，皮带轮的转速至少为：（）
A.B.C.D.
8．用绝缘细线拴住一带正电的小球，在方向竖直向上的匀强电场中的竖直平面内做圆周运动，则正确的说法是：（）
A.当小球运动到最高点a时，线的张力一定最小
B.当小球运动到最低点b时，小球的速度一定最大
C.小球可能做匀速圆周运动
D.小球不可能做匀速圆周运动A
m
aa
图8—9图8—10图8—11
9．童非，江西人，中国著名体操运动员，首次在单杠项目实现了“单臂大回环”，用一只手抓住单杠，伸展身体，以单杠为轴做圆周运动，假设童非质量为65kg，那么，在完成“单臂大回环”的过程中，童非的单臂至少要能够承受多大的力？(g=10m/s)
10．如图8—11所示，质量为m=100g的小物块，从距地面h=2.0m出的斜轨道上由静止开始下滑，与斜轨道相接的是半径r=0.4m的圆轨道，若物体运动到圆轨道的最高点A时，物块对轨道恰好无压力，求物块从开始下滑到A点的运动过程中克服阻力做的功。(g=10m/s)
【学后反思】
___________________________________________________________________________________________________________________。
《圆周运动中的临界问题》学案参考答案:
例1=拓展:○1T1=0○2T=例2.B
针对训练:1.V=2.D3.AB4.BC
能力训练：1.ABC2.D3.A4.D5.C6.BC7.C8.C9.5mg10.1J
高考物理力与运动冲刺专题复习
古人云，工欲善其事，必先利其器。高中教师要准备好教案，这是教师工作中的一部分。教案可以更好的帮助学生们打好基础，帮助高中教师有计划有步骤有质量的完成教学任务。你知道怎么写具体的高中教案内容吗？为此，小编从网络上为大家精心整理了《高考物理力与运动冲刺专题复习》，欢迎大家与身边的朋友分享吧！
20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题01：第1专题力与运动（1）
知识网络
考点预测
本专题复习三个模块的内容：运动的描述、受力分析与平衡、牛顿运动定律的运用．运动的描述与受力分析是两个相互独立的内容，它们通过牛顿运动定律才能连成一个有机的整体．虽然运动的描述、受力平衡在近几年(特别是2008年以前)都有独立的命题出现在高考中(如2008年的全国理综卷Ⅰ第23题、四川理综卷第23题)，但由于理综考试题量的局限以及课改趋势，独立考查前两模块的命题在20xx年高考中出现的概率很小，大部分高考卷中应该都会出现同时考查三个模块知识的试题，而且占不少分值．
在综合复习这三个模块内容的时候，应该把握以下几点：
1．运动的描述是物理学的重要基础，其理论体系为用数学函数或图象的方法来描述、推断质点的运动规律，公式和推论众多．其中，平抛运动、追及问题、实际运动的描述应为复习的重点和难点．
2．无论是平衡问题，还是动力学问题，一般都需要进行受力分析，而正交分解法、隔离法与整体法相结合是最常用、最重要的思想方法，每年高考都会对其进行考查．
3．牛顿运动定律的应用是高中物理的重要内容之一，与此有关的高考试题每年都有，题型有选择题、计算题等，趋向于运用牛顿运动定律解决生产、生活和科技中的实际问题．此外，它还经常与电场、磁场结合，构成难度较大的综合性试题．
一、运动的描述
要点归纳
(一)匀变速直线运动的几个重要推论和解题方法
1．某段时间内的平均速度等于这段时间的中间时刻的瞬时速度，即v－t＝vt2．
2．在连续相等的时间间隔T内的位移之差Δs为恒量，且Δs＝aT2．
3．在初速度为零的匀变速直线运动中，相等的时间T内连续通过的位移之比为：
s1∶s2∶s3∶…∶sn＝1∶3∶5∶…∶(2n－1)
通过连续相等的位移所用的时间之比为：
t1∶t2∶t3∶…∶tn＝1∶(2－1)∶(3－2)∶…∶(n－n－1)．
4．竖直上抛运动
(1)对称性：上升阶段和下落阶段具有时间和速度等方面的对称性．
(2)可逆性：上升过程做匀减速运动，可逆向看做初速度为零的匀加速运动来研究．
(3)整体性：整个运动过程实质上是匀变速直线运动．
5．解决匀变速直线运动问题的常用方法
(1)公式法
灵活运用匀变速直线运动的基本公式及一些有用的推导公式直接解决．
(2)比例法
在初速度为零的匀加速直线运动中，其速度、位移和时间都存在一定的比例关系，灵活利用这些关系可使解题过程简化．
(3)逆向过程处理法
逆向过程处理法是把运动过程的“末态”作为“初态”，将物体的运动过程倒过来进行研究的方法．
(4)速度图象法
速度图象法是力学中一种常见的重要方法，它能够将问题中的许多关系，特别是一些隐藏关系，在图象上明显地反映出来，从而得到正确、简捷的解题方法．
(二)运动的合成与分解
1．小船渡河
设水流的速度为v1，船的航行速度为v2，河的宽度为d．
(1)过河时间t仅由v2沿垂直于河岸方向的分量v⊥决定，即t＝dv⊥，与v1无关，所以当v2垂直于河岸时，渡河所用的时间最短，最短时间tmin＝dv2．
(2)渡河的路程由小船实际运动轨迹的方向决定．当v1＜v2时，最短路程smin＝d；当v1＞v2时，最短路程smin＝v1v2d，如图1－1所示．
图1－1
2．轻绳、轻杆两末端速度的关系
(1)分解法
把绳子(包括连杆)两端的速度都沿绳子的方向和垂直于绳子的方向分解，沿绳子方向的分运动相等(垂直方向的分运动不相关)，即v1cosθ1＝v2cos_θ2．
(2)功率法
通过轻绳(轻杆)连接物体时，往往力拉轻绳(轻杆)做功的功率等于轻绳(轻杆)对物体做功的功率．
3．平抛运动
如图1－2所示，物体从O处以水平初速度v0抛出，经时间t到达P点．
图1－2
(1)加速度水平方向：ax＝0竖直方向：ay＝g
(2)速度水平方向：vx＝v0竖直方向：vy＝gt
合速度的大小v＝v2x＋v2y＝v20＋g2t2
设合速度的方向与水平方向的夹角为θ，有：
tanθ＝vyvx＝gtv0，即θ＝arctangtv0．
(3)位移水平方向：sx＝v0t竖直方向：sy＝12gt2
设合位移的大小s＝s2x＋s2y＝(v0t)2＋(12gt2)2
合位移的方向与水平方向的夹角为α，有：
tanα＝sysx＝12gt2v0t＝gt2v0，即α＝arctangt2v0
要注意合速度的方向与水平方向的夹角不是合位移的方向与水平方向的夹角的2倍，即θ≠2α，而是tanθ＝2tanα．
(4)时间：由sy＝12gt2得，t＝2syg，平抛物体在空中运动的时间t只由物体抛出时离地的高度sy决定，而与抛出时的初速度v0无关．
(5)速度变化：平抛运动是匀变速曲线运动，故在相等的时间内，速度的变化量(g＝ΔvΔt)相等，且必沿竖直方向，如图1－3所示．
图1－3
任意两时刻的速度与速度的变化量Δv构成直角三角形，Δv沿竖直方向．
注意：平抛运动的速率随时间并不均匀变化，而速度随时间是均匀变化的．
(6)带电粒子(只受电场力的作用)垂直进入匀强电场中的运动与平抛运动相似，出电场后做匀速直线运动，如图1－4所示．
图1－4
故有：y＝(L′＋L2)tanα＝(L′＋L2)qULdmv20．
热点、重点、难点
(一)直线运动
高考中对直线运动规律的考查一般以图象的应用或追及问题出现．这类题目侧重于考查学生应用数学知识处理物理问题的能力．对于追及问题，存在的困难在于选用哪些公式来列方程，作图求解，而熟记和运用好直线运动的重要推论往往是解决问题的捷径．
●例1如图1－5甲所示，A、B两辆汽车在笔直的公路上同向行驶．当B车在A车前s＝84m处时，B车的速度vB＝4m/s，且正以a＝2m/s2的加速度做匀加速运动；经过一段时间后，B车的加速度突然变为零．A车一直以vA＝20m/s的速度做匀速运动，从最初相距84m时开始计时，经过t0＝12s后两车相遇．问B车加速行驶的时间是多少？
图1－5甲
【解析】设B车加速行驶的时间为t，相遇时A车的位移为：sA＝vAt0
B车加速阶段的位移为：
sB1＝vBt＋12at2
匀速阶段的速度v＝vB＋at，匀速阶段的位移为：
sB2＝v(t0－t)
相遇时，依题意有：
sA＝sB1＋sB2＋s
联立以上各式得：t2－2t0t－2[(vB－vA)t0＋s]a＝0
将题中数据vA＝20m/s，vB＝4m/s，a＝2m/s2，t0＝12s，代入上式有：t2－24t＋108＝0
解得：t1＝6s，t2＝18s(不合题意，舍去)
因此，B车加速行驶的时间为6s．
[答案]6s
【点评】①出现不符合实际的解(t2＝18s)的原因是方程“sB2＝v(t0－t)”并不完全描述B车的位移，还需加一定义域t≤12s．
②解析后可以作出vA－t、vB－t图象加以验证．
图1－5乙
根据v－t图象与t围成的面积等于位移可得，t＝12s时，Δs＝[12×(16＋4)×6＋4×6]m＝84m．
(二)平抛运动
平抛运动在高考试题中出现的几率相当高，或出现于力学综合题中，如2008年北京、山东理综卷第24题；或出现于带电粒子在匀强电场中的偏转一类问题中，如2008年宁夏理综卷第24题、天津理综卷第23题；或出现于此知识点的单独命题中，如2009年高考福建理综卷第20题、广东物理卷第17(1)题、2008年全国理综卷Ⅰ第14题．对于这一知识点的复习，除了要熟记两垂直方向上的分速度、分位移公式外，还要特别理解和运用好速度偏转角公式、位移偏转角公式以及两偏转角的关系式(即tanθ＝2tanα)．
●例2图1－6甲所示，m为在水平传送带上被传送的小物体(可视为质点)，A为终端皮带轮．已知皮带轮的半径为r，传送带与皮带轮间不会打滑．当m可被水平抛出时，A轮每秒的转数最少为()
图1－6甲
A．12πgrB．gr
C．grD．12πgr
【解析】解法一m到达皮带轮的顶端时，若mv2r≥mg，表示m受到的重力小于(或等于)m沿皮带轮表面做圆周运动的向心力，m将离开皮带轮的外表面而做平抛运动
又因为转数n＝ω2π＝v2πr
所以当v≥gr，即转数n≥12πgr时，m可被水平抛出，故选项A正确．
解法二建立如图1－6乙所示的直角坐标系．当m到达皮带轮的顶端有一速度时，若没有皮带轮在下面，m将做平抛运动，根据速度的大小可以作出平抛运动的轨迹．若轨迹在皮带轮的下方，说明m将被皮带轮挡住，先沿皮带轮下滑；若轨迹在皮带轮的上方，说明m立即离开皮带轮做平抛运动．
图1－6乙
又因为皮带轮圆弧在坐标系中的函数为：当y2＋x2＝r2
初速度为v的平抛运动在坐标系中的函数为：
y＝r－12g(xv)2
平抛运动的轨迹在皮带轮上方的条件为：当x0时，平抛运动的轨迹上各点与O点间的距离大于r，即y2＋x2r
即[r－12g(xv)2]2＋x2r
解得：v≥gr
又因皮带轮的转速n与v的关系为：n＝v2πr
可得：当n≥12πgr时，m可被水平抛出．
[答案]A
【点评】“解法一”应用动力学的方法分析求解；“解法二”应用运动学的方法(数学方法)求解，由于加速度的定义式为a＝ΔvΔt，而决定式为a＝Fm，故这两种方法殊途同归．
★同类拓展1高台滑雪以其惊险刺激而闻名，运动员在空中的飞跃姿势具有很强的观赏性．某滑雪轨道的完整结构可以简化成如图1－7所示的示意图．其中AB段是助滑雪道，倾角α＝30°，BC段是水平起跳台，CD段是着陆雪道，AB段与BC段圆滑相连，DE段是一小段圆弧(其长度可忽略)，在D、E两点分别与CD、EF相切，EF是减速雪道，倾角θ＝37°．轨道各部分与滑雪板间的动摩擦因数均为μ＝0.25，图中轨道最高点A处的起滑台距起跳台BC的竖直高度h＝10m．A点与C点的水平距离L1＝20m，C点与D点的距离为32.625m．运动员连同滑雪板的总质量m＝60kg．滑雪运动员从A点由静止开始起滑，通过起跳台从C点水平飞出，在落到着陆雪道上时，运动员靠改变姿势进行缓冲使自己只保留沿着陆雪道的分速度而不弹起．除缓冲外运动员均可视为质点，设运动员在全过程中不使用雪杖助滑，忽略空气阻力的影响，取重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8．求：
图1－7
(1)运动员在C点水平飞出时的速度大小．
(2)运动员在着陆雪道CD上的着陆位置与C点的距离．
(3)运动员滑过D点时的速度大小．
【解析】(1)滑雪运动员从A到C的过程中，由动能定理得：mgh－μmgcosαhsinα－μmg(L1－hcotα)＝12mv2C
解得：vC＝10m/s．
(2)滑雪运动员从C点水平飞出到落到着陆雪道的过程中做平抛运动，有：
x＝vCt
y＝12gt2
yx＝tanθ
着陆位置与C点的距离s＝xcosθ
解得：s＝18.75m，t＝1.5s．
(3)着陆位置到D点的距离s′＝13.875m，滑雪运动员在着陆雪道上做匀加速直线运动．把平抛运动沿雪道和垂直雪道分解，可得着落后的初速度v0＝vCcosθ＋gtsinθ
加速度为：mgsinθ－μmgcosθ＝ma
运动到D点的速度为：v2D＝v20＋2as′
解得：vD＝20m/s．
[答案](1)10m/s(2)18.75m(3)20m/s
互动辨析在斜面上的平抛问题较为常见，“位移与水平面的夹角等于倾角”为着落条件．同学们还要能总结出距斜面最远的时刻以及这一距离．
二、受力分析
要点归纳
(一)常见的五种性质的力
产生原因
或条件方向大小
重
力由于地球的吸引而产生总是竖直向下(铅直向下或垂直水平面向下)，注意不一定指向地心，不一定垂直地面向下G重＝mg＝GMmR2
地球表面附近一切物体都受重力作用，与物体是否处于超重或失重状态无关
弹
力①接触
②弹性形变①支持力的方向总是垂直于接触面而指向被支持的物体
②压力的方向总是垂直于接触面而指向被压的物体
③绳的拉力总是沿着绳而指向绳收缩的方向F＝－kx
弹力的大小往往利用平衡条件和牛顿第二定律求解
摩
擦
力滑
动
摩
擦
力①接触，接触面粗糙
②存在正压力
③与接触面有相对运动与接触面的相对运动方向相反f＝μFN
只与μ、FN有关，与接触面积、相对速度、加速度均无关
静
摩
擦
力①接触，接触面粗糙
②存在正压力
③与接触面存在相对运动的趋势与接触面相对运动的趋势相反①与产生相对运动趋势的动力的大小相等
②存在最大静摩擦力，最大静摩擦力的大小由粗糙程度、正压力决定
续表
产生原因
或条件方向大小
电
场
力点电荷间的库仑力：真空中两个点电荷之间的相互作用作用力的方向沿两点电荷的连线，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引F＝kq1q2r2
电场对处于其中的电荷的作用正电荷的受力方向与该处场强的方向一致，负电荷的受力方向与该处场强的方向相反F＝qE
磁
场
力安培力：磁场对通电导线的作用力F⊥B，F⊥I，即安培力F垂直于电流I和磁感应强度B所确定的平面．安培力的方向可用左手定则来判断F＝BIL
安培力的实质是运动电荷受洛伦兹力作用的宏观表现
洛伦兹力：运动电荷在磁场中所受到的力用左手定则判断洛伦兹力的方向．特别要注意四指应指向正电荷的运动方向；若为负电荷，则四指指向运动的反方向带电粒子平行于磁场方向运动时，不受洛伦兹力的作用；带电粒子垂直于磁场方向运动时，所受洛伦兹力最大，即f洛＝qvB
(二)力的运算、物体的平衡
1．力的合成与分解遵循力的平行四边形定则(或力的三角形定则)．
2．平衡状态是指物体处于匀速直线运动或静止状态，物体处于平衡状态的动力学条件是：F合＝0或Fx＝0、Fy＝0、Fz＝0．
注意：静止状态是指速度和加速度都为零的状态，如做竖直上抛运动的物体到达最高点时速度为零，但加速度等于重力加速度，不为零，因此不是平衡状态．
3．平衡条件的推论
(1)物体处于平衡状态时，它所受的任何一个力与它所受的其余力的合力等大、反向．
(2)物体在同一平面上的三个不平行的力的作用下处于平衡状态时，这三个力必为共点力．
物体在三个共点力的作用下而处于平衡状态时，表示这三个力的有向线段组成一封闭的矢量三角形，如图1－8所示．
图1－8
4．共点力作用下物体的平衡分析
热点、重点、难点
(一)正交分解法、平行四边形法则的应用
1．正交分解法是分析平衡状态物体受力时最常用、最主要的方法．即当F合＝0时有：
Fx合＝0，Fy合＝0，Fz合＝0．
2．平行四边形法有时可巧妙用于定性分析物体受力的变化或确定相关几个力之比．
●例3举重运动员在抓举比赛中为了减小杠铃上升的高度和发力，抓杠铃的两手间要有较大的距离．某运动员成功抓举杠铃时，测得两手臂间的夹角为120°，运动员的质量为75kg，举起的杠铃的质量为125kg，如图1－9甲所示．求该运动员每只手臂对杠铃的作用力的大小．(取g＝10m/s2)
图1－9甲
【分析】由手臂的肌肉、骨骼构造以及平时的用力习惯可知，伸直的手臂主要沿手臂方向发力．取手腕、手掌为研究对象，握杠的手掌对杠有竖直向上的弹力和沿杠向外的静摩擦力，其合力沿手臂方向，如图1－9乙所示．
图1－9乙
【解析】手臂对杠铃的作用力的方向沿手臂的方向，设该作用力的大小为F，则杠铃的受力情况如图1－9丙所示
图1－9丙
由平衡条件得：
2Fcos60°＝mg
解得：F＝1250N．
[答案]1250N
●例4两个可视为质点的小球a和b，用质量可忽略的刚性细杆相连放置在一个光滑的半球面内，如图1－10甲所示．已知小球a和b的质量之比为3，细杆长度是球面半径的2倍．两球处于平衡状态时，细杆与水平面的夹角θ是[2008年高考四川延考区理综卷]()
图1－10甲
A．45°B．30°C．22.5°D．15°
【解析】解法一设细杆对两球的弹力大小为T，小球a、b的受力情况如图1－10乙所示
图1－10乙
其中球面对两球的弹力方向指向圆心，即有：
cosα＝22RR＝22
解得：α＝45°
故FNa的方向为向上偏右，即β1＝π2－45°－θ＝45°－θ
FNb的方向为向上偏左，即β2＝π2－(45°－θ)＝45°＋θ
两球都受到重力、细杆的弹力和球面的弹力的作用，过O作竖直线交ab于c点，设球面的半径为R，由几何关系可得：
magOc＝FNaR
mbgOc＝FNbR
解得：FNa＝3FNb
取a、b及细杆组成的整体为研究对象，由平衡条件得：
FNasinβ1＝FNbsinβ2
即3FNbsin(45°－θ)＝FNbsin(45°＋θ)
解得：θ＝15°．
解法二由几何关系及细杆的长度知，平衡时有：
sin∠Oab＝22RR＝22
故∠Oab＝∠Oba＝45°
再设两小球及细杆组成的整体重心位于c点，由悬挂法的原理知c点位于O点的正下方，且acbc＝mamb＝3
即Rsin(45°－θ)∶Rsin(45°＋θ)＝1∶3
解得：θ＝15°．
[答案]D
【点评】①利用平行四边形(三角形)定则分析物体的受力情况在各类教辅中较常见．掌握好这种方法的关键在于深刻地理解好“在力的图示中，有向线段替代了力的矢量”．
②在理论上，本题也可用隔离法分析小球a、b的受力情况，根据正交分解法分别列平衡方程进行求解，但是求解三角函数方程组时难度很大．
③解法二较简便，但确定重心的公式acbc＝mamb＝3超纲．
(二)带电粒子在复合场中的平衡问题
在高考试题中，也常出现带电粒子在复合场中受力平衡的物理情境，出现概率较大的是在正交的电场和磁场中的平衡问题及在电场和重力场中的平衡问题．
在如图1－11所示的速度选择器中，选择的速度v＝EB；在如图1－12所示的电磁流量计中，流速v＝uBd，流量Q＝πdu4B．
图1－11图1－12
●例5在地面附近的空间中有水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场的方向垂直纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动，如图1－13所示．由此可判断下列说法正确的是()
图1－13
A．如果油滴带正电，则油滴从M点运动到N点
B．如果油滴带正电，则油滴从N点运动到M点
C．如果电场方向水平向右，则油滴从N点运动到M点
D．如果电场方向水平向左，则油滴从N点运动到M点
【解析】油滴在运动过程中受到重力、电场力及洛伦兹力的作用，因洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，大小随速度的改变而改变，而电场力与重力的合力是恒力，所以物体做匀速直线运动；又因电场力一定在水平方向上，故洛伦兹力的方向是斜向上方的，因而当油滴带正电时，应该由M点向N点运动，故选项A正确、B错误．若电场方向水平向右，则油滴需带负电，此时斜向右上方与MN垂直的洛伦兹力对应粒子从N点运动到M点，即选项C正确．同理，电场方向水平向左时，油滴需带正电，油滴是从M点运动到N点的，故选项D错误．
[答案]AC
【点评】对于带电粒子在复合场中做直线运动的问题要注意受力分析．因为洛伦兹力的方向与速度的方向垂直，而且与磁场的方向、带电粒子的电性都有关，分析时更要注意．本题中重力和电场力均为恒力，要保证油滴做直线运动，两力的合力必须与洛伦兹力平衡，粒子的运动就只能是匀速直线运动．
★同类拓展2如图1－14甲所示，悬挂在O点的一根不可伸长的绝缘细线下端挂有一个带电荷量不变的小球A．在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球B．当B到达悬点O的正下方并与A在同一水平线上，A处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为θ．若两次实验中B的电荷量分别为q1和q2，θ分别为30°和45°，则q2q1为[2007年高考重庆理综卷]()
图1－14甲
A．2B．3C．23D．33
【解析】对A球进行受力分析，如图1－14乙所示，
图1－14乙
由于绳子的拉力和点电荷间的斥力的合力与A球的重力平衡，故有：F电＝mgtanθ，又F电＝kqQAr2．设绳子的长度为L，则A、B两球之间的距离r＝Lsinθ，联立可得：q＝mL2gtanθsin2θkQA，由此可见，q与tanθsin2θ成正比，即q2q1＝tan45°sin245°tan30°sin230°＝23，故选项C正确．
[答案]C
互动辨析本题为带电体在重力场和电场中的平衡问题，解题的关键在于：先根据小球的受力情况画出平衡状态下的受力分析示意图；然后根据平衡条件和几何关系列式，得出电荷量的通解表达式，进而分析求解．本题体现了新课标在知识考查中重视方法渗透的思想．
三、牛顿运动定律的应用
要点归纳
(一)深刻理解牛顿第一、第三定律
1．牛顿第一定律(惯性定律)
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止．
(1)理解要点
①运动是物体的一种属性，物体的运动不需要力来维持．
②它定性地揭示了运动与力的关系：力是改变物体运动状态的原因，是使物体产生加速度的原因．
③牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，不能认为它是牛顿第二定律合外力为零时的特例．牛顿第一定律定性地给出了力与运动的关系，第二定律定量地给出力与运动的关系．
(2)惯性：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性．
①惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动状态无关．
②质量是物体惯性大小的量度．
2．牛顿第三定律
(1)两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上，可用公式表示为F＝－F′．
(2)作用力与反作用力一定是同种性质的力，作用效果不能抵消．
(3)牛顿第三定律的应用非常广泛，凡是涉及两个或两个以上物体的物理情境、过程的解答，往往都需要应用这一定律．
(二)牛顿第二定律
1．定律内容
物体的加速度a跟物体所受的合外力F合成正比，跟物体的质量m成反比．
2．公式：F合＝ma
理解要点
①因果性：F合是产生加速度a的原因，它们同时产生，同时变化，同时存在，同时消失．
②方向性：a与F合都是矢量，方向严格相同．
③瞬时性和对应性：a为某时刻某物体的加速度，F合是该时刻作用在该物体上的合外力．
3．应用牛顿第二定律解题的一般步骤：
(1)确定研究对象；
(2)分析研究对象的受力情况，画出受力分析图并找出加速度的方向；
(3)建立直角坐标系，使尽可能多的力或加速度落在坐标轴上，并将其余的力或加速度分解到两坐标轴上；
(4)分别沿x轴方向和y轴方向应用牛顿第二定律列出方程；
(5)统一单位，计算数值．
热点、重点、难点
一、正交分解法在动力学问题中的应用
当物体受到多个方向的外力作用产生加速度时，常要用到正交分解法．
1．在适当的方向建立直角坐标系，使需要分解的矢量尽可能少．
2．Fx合＝max合，Fy合＝may合，Fz合＝maz合．
3．正交分解法对本章各类问题，甚至对整个高中物理来说都是一重要的思想方法．
●例6如图1－15甲所示，在风洞实验室里，一根足够长的细杆与水平面成θ＝37°固定，质量m＝1kg的小球穿在细杆上静止于细杆底端O点．现有水平向右的风力F作用于小球上，经时间t1＝2s后停止，小球沿细杆运动的部分v－t图象如图1－15乙所示．试求：(取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)
图1－15
(1)小球在0～2s内的加速度a1和2～4s内的加速度a2．
(2)风对小球的作用力F的大小．
【解析】(1)由图象可知，在0～2s内小球的加速度为：
a1＝v2－v1t1＝20m/s2，方向沿杆向上
在2～4s内小球的加速度为：
a2＝v3－v2t2＝－10m/s2，负号表示方向沿杆向下．
(2)有风力时的上升过程，小球的受力情况如图1－15丙所示
图1－15丙
在y方向，由平衡条件得：
FN1＝Fsinθ＋mgcosθ
在x方向，由牛顿第二定律得：
Fcosθ－mgsinθ－μFN1＝ma1
停风后上升阶段，小球的受力情况如图1－15丁所示
图1－15丁
在y方向，由平衡条件得：
FN2＝mgcosθ
在x方向，由牛顿第二定律得：
－mgsinθ－μFN2＝ma2
联立以上各式可得：F＝60N．
【点评】①斜面(或类斜面)问题是高中最常出现的物理模型．
②正交分解法是求解高中物理题最重要的思想方法之一．
二、连接体问题(整体法与隔离法)
高考卷中常出现涉及两个研究对象的动力学问题，其中又包含两种情况：一是两对象的速度相同需分析它们之间的相互作用，二是两对象的加速度不同需分析各自的运动或受力．隔离(或与整体法相结合)的思想方法是处理这类问题的重要手段．
1．整体法是指当连接体内(即系统内)各物体具有相同的加速度时，可以把连接体内所有物体组成的系统作为整体考虑，分析其受力情况，运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法．
2．隔离法是指当研究对象涉及由多个物体组成的系统时，若要求连接体内物体间的相互作用力，则应把某个物体或某几个物体从系统中隔离出来，分析其受力情况及运动情况，再利用牛顿第二定律对隔离出来的物体列式求解的方法．
3．当连接体中各物体运动的加速度相同或要求合外力时，优先考虑整体法；当连接体中各物体运动的加速度不相同或要求物体间的作用力时，优先考虑隔离法．有时一个问题要两种方法结合起来使用才能解决．
●例7如图1－16所示，在光滑的水平地面上有两个质量相等的物体，中间用劲度系数为k的轻质弹簧相连，在外力F1、F2的作用下运动．已知F1＞F2，当运动达到稳定时，弹簧的伸长量为()
图1－16
A．F1－F2kB．F1－F22k
C．F1＋F22kD．F1＋F2k
【解析】取A、B及弹簧整体为研究对象，由牛顿第二定律得：F1－F2＝2ma
取B为研究对象：kx－F2＝ma
(或取A为研究对象：F1－kx＝ma)
可解得：x＝F1＋F22k．
[答案]C
【点评】①解析中的三个方程任取两个求解都可以．
②当地面粗糙时，只要两物体与地面的动摩擦因数相同，则A、B之间的拉力与地面光滑时相同．
★同类拓展3如图1－17所示，质量为m的小物块A放在质量为M的木板B的左端，B在水平拉力的作用下沿水平地面匀速向右滑动，且A、B相对静止．某时刻撤去水平拉力，经过一段时间，B在地面上滑行了一段距离x，A在B上相对于B向右滑行了一段距离L(设木板B足够长)后A和B都停了下来．已知A、B间的动摩擦因数为μ1，B与地面间的动摩擦因数为μ2，且μ2＞μ1，则x的表达式应为()
图1－17
A．x＝MmLB．x＝(M＋m)Lm
C．x＝μ1ML(μ2－μ1)(m＋M)D．x＝μ1ML(μ2＋μ1)(m＋M)
【解析】设A、B相对静止一起向右匀速运动时的速度为v，撤去外力后至停止的过程中，A受到的滑动摩擦力为：
f1＝μ1mg
其加速度大小a1＝f1m＝μ1g
B做减速运动的加速度大小a2＝μ2(m＋M)g－μ1mgM
由于μ2＞μ1，所以a2＞μ2g＞μ1g＝a1
即木板B先停止后，A在木板上继续做匀减速运动，且其加速度大小不变
对A应用动能定理得：－f1(L＋x)＝0－12mv2
对B应用动能定理得：
μ1mgx－μ2(m＋M)gx＝0－12Mv2
解得：x＝μ1ML(μ2－μ1)(m＋M)．
[答案]C
【点评】①虽然使A产生加速度的力由B施加，但产生的加速度a1＝μ1g是取大地为参照系的．加速度是相对速度而言的，所以加速度一定和速度取相同的参照系，与施力物体的速度无关．
②动能定理可由牛顿第二定律推导，特别对于匀变速直线运动，两表达式很容易相互转换．
三、临界问题
●例8如图1－18甲所示，滑块A置于光滑的水平面上，一细线的一端固定于倾角为45°、质量为M的光滑楔形滑块A的顶端P处，细线另一端拴一质量为m的小球B．现对滑块施加一水平方向的恒力F，要使小球B能相对斜面静止，恒力F应满足什么条件？
图1－18甲
【解析】
先考虑恒力背离斜面方向(水平向左)的情况：设恒力大小为F1时，B还在斜面上且对斜面的压力为零，此时A、B有共同加速度a1，B的受力情况如图1－18乙所示，有：
图1－18乙
Tsinθ＝mg，Tcosθ＝ma1
解得：a1＝gcotθ
即F1＝(M＋m)a1＝(M＋m)gcotθ
由此可知，当水平向左的力大于(M＋m)gcotθ时，小球B将离开斜面，对于水平恒力向斜面一侧方向(水平向右)的情况：设恒力大小为F2时，B相对斜面静止时对悬绳的拉力恰好为零，此时A、B的共同加速度为a2，B的受力情况如图1－18丙所示，有：
图1－18丙
FNcosθ＝mg，FNsinθ＝ma2
解得：a2＝gtanθ
即F2＝(M＋m)a2＝(M＋m)gtanθ
由此可知，当水平向右的力大于(M＋m)gtanθ，B将沿斜面上滑，综上可知，当作用在A上的恒力F向左小于(M＋m)gcotθ，或向右小于(M＋m)gtanθ时，B能静止在斜面上．
[答案]向左小于(M＋m)gcotθ或向右小于(M＋m)gtanθ
【点评】斜面上的物体、被细绳悬挂的物体这两类物理模型是高中物理中重要的物理模型，也是高考常出现的重要物理情境．
四、超重与失重问题
1．超重与失重只是物体在竖直方向上具有加速度时所受支持力不等于重力的情形．
2．要注意飞行器绕地球做圆周运动时在竖直方向上具有向心加速度，处于失重状态．
●例9为了测量某住宅大楼每层的平均高度(层高)及电梯的运行情况，甲、乙两位同学在一楼电梯内用电子体重计及秒表进行了以下实验：质量m＝50kg的甲同学站在体重计上，乙同学记录电梯从地面一楼到顶层的过程中，体重计的示数随时间变化的情况，并作出了如图1－19甲所示的图象．已知t＝0时，电梯静止不动，从电梯内楼层按钮上获知该大楼共19层．求：
(1)电梯启动和制动时的加速度大小．
(2)该大楼的层高．
图1－19甲
【解析】(1)对于启动状态有：F1－mg＝ma1
得：a1＝2m/s2
对于制动状态有：mg－F3＝ma2
得：a2＝2m/s2．
(2)电梯匀速运动的速度v＝a1t1＝2×1m/s＝2m/s
从图中读得电梯匀速上升的时间t2＝26s
电梯运行的总时间t＝28s
电梯运行的v－t图象如图1－19乙所示，
图1－19乙
所以总位移s＝12v(t2＋t)＝12×2×(26＋28)m＝54m
层高h＝s18＝5418＝3m．
[答案](1)2m/s22m/s2(2)3m
高考物理冲刺力与运动2专题复习
一名优秀的教师就要对每一课堂负责，作为教师准备好教案是必不可少的一步。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来，帮助教师提高自己的教学质量。所以你在写教案时要注意些什么呢？急您所急，小编为朋友们了收集和编辑了“高考物理冲刺力与运动2专题复习”，仅供参考，欢迎大家阅读。
20xx届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题02：第1专题力与运动（2）经典考题
在本专题中，正交分解、整体与隔离相结合是最重要也是最常用的思想方法，是高考中考查的重点．力的独立性原理、运动图象的应用次之，在高考中出现的概率也较大．
1．有一个直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑．AO上套有小环P，OB上套有小环Q，两环质量均为m，两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡(如图1－20甲所示)．现将P环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是[1998年高考上海物理卷]()
图1－20甲
A．N不变，T变大B．N不变，T变小
C．N变大，T变大D．N变大，T变小
【解析】Q环的受力情况如图1－20乙所示，由平衡条件得：Tcosθ＝mg．
P环向左移动后θ变小，T＝mgcosθ变小．
图1－20乙图1－20丙
P环的受力情况如图1－20丙所示，由平衡条件得：
NP＝mg＋Tcosθ＝2mg，NP与θ角无关．
故选项B正确．
[答案]B
【点评】①本例是正交分解法、隔离法的典型应用，以后的许多考题都由此改编而来．
②求解支持力N时，还可取P、Q组成的整体为研究对象，将整体受到的外力正交分解知竖直方向有：NQ＝2mg．
2．如图1－21甲所示，在倾角为α的固定光滑斜面上有一块用绳子拴着的长木板，木板上站着一只猫．已知木板的质量是猫的质量的2倍．当绳子突然断开时，猫立即沿着板向上跑，以保持其相对斜面的位置不变．则此时木板沿斜面下滑的加速度为[2004年高考全国理综卷Ⅳ]()
图1－21甲
A．g2sinαB．gsinα
C．32gsinαD．2gsinα
【解析】绳子断开后猫的受力情况如图1－21乙所示，由平衡条件知，木板对猫有沿斜面向上的摩擦力，有：
f＝mgsinα
图1－21乙图1－21丙
再取木板为研究对象，其受力情况如图1－21丙所示．由牛顿第二定律知：
2mgsinα＋f′＝2ma
解得：a＝32gsinα．
[答案]C
【点评】①猫脚与木块之间的摩擦力使猫保持平衡状态．
②还可取猫、木板组成的整体为研究对象，由牛顿第二定律：3mgsinα＝2ma求解，但这一方法高中不作要求．
3．如图1－22所示，某货场需将质量m1＝100kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面，为避免货物与地面发生撞击，现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道，使货物由轨道顶端无初速度滑下，轨道半径R＝1.8m．地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B，长度均为l＝2m，质量均为m2＝100kg，木板上表面与轨道末端相切．货物与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数μ2＝0.2．(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取g＝10m/s2)
[2009年高考山东理综卷]
图1－22
(1)求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力．
(2)若货物滑上木板A时，木板不动，而滑上木板B时，木板B开始滑动，求μ1应满足的条件．
(3)若μ1＝0.5，求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间．
【解析】(1)设货物滑到圆轨道末端时的速度为v0，对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得：
mgR＝12m1v20
设货物在轨道末端所受支持力的大小为FN，根据牛顿第二定律得，FN－m1g＝m1v20R
联立以上两式并代入数据得FN＝3000N
根据牛顿第三定律，货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为3000N，方向竖直向下．
(2)若滑上木板A时，木板不动，由受力分析得：
μ1m1g≤μ2(m1＋2m2)g
若滑上木板B时，木板B开始滑动，由受力分析得：
μ1m1g＞μ2(m1＋m2)g
联立并代入数据得0.4＜μ1≤0.6．
(3)μ1＝0.5，由上问可得，货物在木板A上滑动时，木板不动，设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为a1，由牛顿第二定律得μ1m1g＝m1a1
设货物滑到木板A末端时的速度为v1，由运动学公式得：
v21－v20＝－2a1l
联立并代入数据得v1＝4m/s
设在木板A上运动的时间为t，由运动学公式得：
v1＝v0－a1t
联立并代入数据得t＝0.4s．
[答案](1)3000N，方向竖直向下(2)0.4＜μ1≤0.6
(3)0.4s
【点评】象这样同时考查受力分析、动力学、运动学的题型在20xx届高考中出现的可能性最大．
4．如图1－23甲所示，P、Q为某地区水平地面上的两点，在P点正下方一球形区域内储藏有石油．假定区域周围岩石均匀分布，密度为ρ；石油密度远小于ρ，可将上述球形区域视为空腔．如果没有这一空腔，则该地区重力加速度(正常值)沿竖直方向；当存在空腔时，该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏离．重力加速度在原竖直方向(即PO方向)上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”．为了探寻石油区域的位置和石油储量，常利用P点附近重力加速度反常现象．已知引力常数为G．
图1－23甲
(1)设球形空腔体积为V，球心深度为d(远小于地球半径)，PQ＝x，求空腔所引起的Q点处的重力加速度反常．
(2)若在水平地面上半径L的范围内发现：重力加速度反常值在δ与kδ(k＞1)之间变化，且重力加速度反常的最大值出现在半径为L的范围的中心，如果这种反常是由于地下存在某一球形空腔造成的，试求此球形空腔球心的深度和空腔的体积．
[2009年高考全国理综卷Ⅱ]
【解析】(1)由牛顿第二定律得：a＝F引m
故重力加速度g＝GMr2
假设空腔处存在密度为ρ的岩石时，对Q处物体的引力产生的重力加速度为Δg＝GM′d2＋x2＝GρVd2＋x2
由力的独立原理及矢量的合成定则知，球形区域为空腔时Q点处的物体的重力加速度的矢量关系如图1－23乙所示
图1－23乙
即
故加速度反常Δg′＝Δgcosθ＝GρVd(d2＋x2)3．
(2)由(1)解可得，重力加速度反常Δg′的最大值和最小值分别为：
(Δg′)max＝GρVd2，(Δg′)min＝
由题设有(Δg′)max＝kδ、(Δg′)min＝δ
联立以上各式得，地下球形空腔球心的深度和空腔的体积分别为：
d＝，V＝．
[答案](1)(2)
【点评】①对于本题大部分同学不知如何入手，其原因在于对力的独立性原理及矢量(加速度)的合成与分解理解不够深刻和熟练．
②本考题使大部分同学陷入一个思维误区，总在思考g＝Gm，而不去思考g也是自由落体的加速度g＝F引m，遵循矢量的平行四边形定则．
能力演练
一、选择题(10×4分)
1．如图所示，A、B是两个长方形物块，F是作用在物块B上沿水平方向的力，A和B以相同的速度在水平地面C上做匀速直线运动(空气阻力不计)．由此可知，A、B间的动摩擦因数μ1和B、C间的动摩擦因数μ2有可能是()
A．μ1＝0，μ2＝0B．μ1＝0，μ2≠0
C．μ1≠0，μ2＝0D．μ1≠0，μ2≠0
【解析】本题中选A、B整体为研究对象，由于A、B在推力F的作用下做匀速直线运动，可知地面对B的摩擦力一定水平向左，故μ2≠0；对A进行受力分析可知，水平方向不受力，μ1可能为零，故正确答案为BD．
[答案]BD
2．如图所示，从倾角为θ、高h＝1.8m的斜面顶端A处水平抛出一石子，石子刚好落在这个斜面底端的B点处．石子抛出后，经时间t距斜面最远，则时间t的大小为(取g＝10m/s2)()
A．0.1sB．0.2sC．0.3sD．0.6s
【解析】由题意知，石子下落的时间t0＝2hg＝0.6s
又因为水平位移x＝hcotθ
故石子平抛的水平初速度v0＝xt0＝hcotθt0
当石子的速度方向与斜面平行时，石子距斜面最远
即gtv0＝tanθ
解得：t＝h2g＝0.3s．
[答案]C
3．在轻绳的两端各拴一个小球，一人用手拿着上端的小球站在3楼的阳台上，放手后让小球自由下落，两小球相继落地的时间差为T．如果站在4楼的阳台上，同样放手让小球自由下落，则两小球相继落地的时间差将()
A．不变B．增大C．减小D．无法判断
【解析】两小球都做自由落体运动，可在同一v－t图象中作出速度随时间变化的关系曲线，如图所示．设人在3楼的阳台上释放小球后，两球落地的时间差为Δt1，图中阴影部分的面积为Δh；若人在4楼的阳台上释放小球后，两球落地的时间差为Δt2，要保证阴影部分的面积也是Δh，从图中可以看出一定有Δt2＜Δt1．
[答案]C
4．如图甲所示，小球静止在小车中的光滑斜面A和光滑竖直挡板B之间，原来小车向左匀速运动．现在小车改为向左减速运动，那么关于斜面对小球的弹力NA的大小和挡板B对小球的弹力NB的大小，以下说法正确的是()
甲
A．NA不变，NB减小B．NA增大，NB不变
C．NB有可能增大D．NA可能为零
【解析】小球的受力情况如图乙所示，有：
乙
NAcosθ＝mg
NAsinθ－NB＝ma
故NA不变，NB减小．
[答案]A
5．小球从空中自由下落，与水平地面第一次相碰后弹到空中某一高度，其速度随时间变化的关系如图所示，则()
A．小球第一次反弹后的速度大小为3m/s
B．小球碰撞时速度的改变量为2m/s
C．小球是从5m高处自由下落的
D．小球反弹起的最大高度为0.45m
【解析】第一次反弹后的速度为－3m/s，负号表示方向向上，A正确．碰撞时速度的改变量Δv＝－8m/s，B错误．下落的高度h1＝12×5×0.5m＝1.25m，反弹的高度h2＝12×3×0.3＝0.45m，D正确．
[答案]AD
6．如图甲所示，四个质量、形状相同的斜面体放在粗糙的水平面上，将四个质量相同的物块放在斜面顶端，因物块与斜面的摩擦力不同，四个物块运动情况不同．A物块放上后匀加速下滑，B物块获一初速度后匀速下滑，C物块获一初速度后匀减速下滑，D物块放上后静止在斜面上．若在上述四种情况下斜面体均保持静止且对地面的压力依次为F1、F2、F3、F4，则它们的大小关系是()
甲
A．F1＝F2＝F3＝F4B．F1＞F2＞F3＞F4
C．F1＜F2＝F4＜F3D．F1＝F3＜F2＜F4
【解析】斜面的受力情况如乙图所示，其中，f1、N分别为斜面对物块的摩擦力和支持力的反作用力
乙
N＝mgcosθ
f2可能向左，也可能向右或为零．
a图中，f1＜mgsinθ，故
F＝Mg＋mgcosθcosθ＋f1sinθ＜(M＋m)g
b图中，f1＝mgsinθ，故F＝Mg＋mgcosθcosθ＋f1sinθ＝(M＋m)g
c图中，f1＞mgsinθ，故F＝Mg＋mgcosθcosθ＋f1sinθ＞(M＋m)g
d图中，f1＝mgsinθ，故F＝(M＋m)g．
[答案]C
7．把一钢球系在一根弹性绳的一端，绳的另一端固定在天花板上，先把钢球托起(如图所示)，然后放手．若弹性绳的伸长始终在弹性限度内，关于钢球的加速度a、速度v随时间t变化的图象，下列说法正确的是()
A．甲为a－t图象B．乙为a－t图象
C．丙为v－t图象D．丁为v－t图象
【解析】由题图可知，弹性绳处于松弛状态下降时钢球做自由落体运动，绷紧后小球做简谐运动；当小球上升至绳再次松弛时做竖直上抛运动，故v～t图象为图甲，a～t图象为图乙．
[答案]B
8．如图所示，足够长的水平传送带以速度v沿顺时针方向运动，传送带的右端与光滑曲面的底部平滑连接，曲面上的A点距离底部的高度h＝0.45m．一小物块从A点静止滑下，再滑上传送带，经过一段时间又返回曲面．g取10m/s2，则下列说法正确的是()
A．若v＝1m/s，则小物块能回到A点
B．若v＝2m/s，则小物块能回到A点
C．若v＝5m/s，则小物块能回到A点
D．无论v等于多少，小物块均能回到A点
【解析】小物块滑上传送带的初速度v0＝2gh＝3m/s
当传送带的速度v≥3m/s时，小物块返回曲面的初速度都等于3m/s，恰好能回到A点，当传送带的传送速度v＜3m/s时，小物块返回曲面的初速度等于v，不能回到A点．
[答案]C
9．如图甲所示，质量为m的物体用细绳拴住放在粗糙的水平传送带上，物体距传送带左端的距离为L．当传送带分别以v1、v2的速度逆时针转动(v1＜v2)，稳定时绳与水平方向的夹角为θ，绳中的拉力分别为F1，F2；若剪断细绳时，物体到达左端的时间分别为t1、t2，则下列说法正确的是()
甲
A．F1＜F2B．F1＝F2
C．t1一定大于t2D．t1可能等于t2
【解析】绳剪断前物体的受力情况如图乙所示，由平衡条件得：FN＋Fsinθ＝mg
乙
f＝μFN＝Fcosθ
解得：F＝μmgμsinθ＋cosθ，F的大小与传送带的速度无关绳剪断后m在两速度的传送带上的加速度相同
若L≤v212μg，则两次都是匀加速到达左端，t1＝t2
若L＞v212μg，则物体在传送带上先加速再匀速到达左端，在速度小的传送带上需要的时间更长，t1＞t2．
[答案]BD
10．静电透镜是利用静电场使电子束会聚或发散的一种装置，其中某部分静电场的分布如图甲所示．图中虚线表示这个静电场在xOy平面内的一族等势线，等势线形状关于Ox轴、Oy轴对称．等势线的电势沿x轴正方向增加，且相邻两等势线的电势差相等．一个电子经过P点(其横坐标为－x0)时，速度与Ox轴平行，适当控制实验条件，使该电子通过电场区域时仅在Ox轴上方运动．在通过电场区域过程中，该电子沿y轴方向的分速度vy随位置坐标x变化的示意图是图乙中的()
甲
乙
【解析】在x轴负方向，电子所受的电场力向右偏下，则电子的竖直分速度沿y轴负方向不断增加，到达x＝0时竖直分速度最大，到达x轴正方向后，电子所受的电场力向右偏上，则其竖直分速度沿y轴负方向不断减小；又由于在x轴负方向的电子运动处的电场线比在x轴正方向电子运动处的电场线密，相应的电子的加速度大，故电子在x轴正方向经过与x轴负方向相同的水平距离时，y轴方向的分速度不能减为零，D正确．
[答案]D
二、非选择题(共60分)
11．(6分)在某次实验中得到小车做直线运动的s－t关系如图所示．
(1)由图可以确定，小车在AC段和DE段的运动分别为()
A．AC段是匀加速运动，DE段是匀速运动
B．AC段是加速运动，DE段是匀加速运动
C．AC段是加速运动；DE段是匀速运动
D．AC段是匀加速运动；DE段是匀加速运动
(2)在与AB、AC、AD对应的平均速度中，最接近小车在A点的瞬时速度是________段中的平均速度．
[答案](1)C(2)AB(每空3分)
12．(9分)当物体从高空下落时，其所受阻力会随物体速度的增大而增大，因此物体下落一段距离后将保持匀速运动状态，这个速度称为此物体下落的收尾速度．研究发现，在相同环境下，球形物体的收尾速度仅与球的半径和质量有关．下表是某次研究的实验数据．
小球编号ABCDE
小球的半径(×10－3m)0.50.51.522.5
小球的质量(×10－6kg)254540100
小球的收尾速度(m/s)1640402032
(1)根据表中的数据，求出B球与C球达到收尾速度时所受的阻力之比．
(2)根据表中的数据，归纳出球形物体所受的阻力f与球的速度大小及球的半径之间的关系．(写出有关表达式，并求出比例系数，重力加速度g取9.8m/s2)
(3)现将C球和D球用轻质细线连接，若它们在下落时所受的阻力与单独下落时的规律相同，让它们同时从足够高的同一高度下落，试求出它们的收尾速度，并判断它们落地的顺序(不需要写出判断理由)．
【解析】(1)球在达到收尾速度时处于平衡状态，有：
f＝mg
则fB∶fC＝mB∶mC
代入数据解得：fB∶fC＝1∶9．
(2)由表中A、B两球的有关数据可得，阻力与速度成正比，即f∝v
由表中B、C两球的有关数据可得，阻力与球的半径的平方成正比，即f∝r2
得：f＝kvr2
其中k＝4.9Ns/m3．
(3)将C球和D球用细线连接后，应满足：
mCg＋mDg＝fC＋fD
即mCg＋mDg＝kv(r2C＋r2D)
代入数据解得：v＝27.2m/s
比较C、D两小球的质量和半径，可判断出C球先落地．
[答案](1)1∶9(3分)
(2)f＝kvr2，k＝4.9Ns/m3(3分)
(3)27.2m/sC球先落地(3分)
13．(10分)将一平板支撑成一斜面，一石块可以沿着斜面往不同的方向滑行，如图所示．如果使石块具有初速度v，方向沿斜面向下，那么它将做匀减速运动，经过距离L1后停下来；如果使石块具有同样大小的速度，但方向沿斜面向上，它将向上运动距离L2后停下来．现在平板上沿水平方向钉一光滑木条(图中MN所示)，木条的侧边与斜面垂直．如果使石块在水平方向以与前两种情况同样大小的初速度紧贴着光滑木条运动，求石块在水平方向通过的距离L．
【解析】设斜面的倾斜角为θ，石块与斜面间的动摩擦因数为μ，故石块沿斜面减速下滑时的加速度为：
a1＝μgcosθ－gsinθ(2分)
沿斜面减速上滑时的加速度a2＝μgcosθ＋gsinθ
(2分)
紧贴光滑木条水平运动时的加速度a3＝μgcosθ
(2分)
由题意可得：
v2＝2a1L1
v2＝2a2L2
v2＝2a3L(3分)
解得：L＝2L1L2L1＋L2．(1分)
[答案]2L1L2L1＋L2
14．(10分)如图所示，一固定的斜面倾角为30°，一边与地面垂直，顶上有一定滑轮．一柔软的细线跨过定滑轮，两端分别与物块A和B连结，A的质量为4m，B的质量为m．开始时将B按在地面上不动，然后放开手，让A沿斜面下滑而B上升．物块A与斜面间无摩擦．当A沿斜面下滑s距离后，细线突然断了，求物块B上升的最大高度．(不计细线与滑轮之间的摩擦)
【解析】设细线断前物块的加速度大小为a，细线的张力为T，由牛顿第二定律得：
4mgsin30°－T＝4ma(2分)
T－mg＝ma(2分)
解得：a＝15g(1分)
故线断瞬间B的速度大小vB＝2as＝25gs(2分)
线断后B再上升的最大高度h＝v2B2g＝15s(1分)
物块B上升的最大高度h总＝s＋h＝65s．(2分)
[答案]65s
15．(12分)在光滑的绝缘水平面上有一质量m＝1.0×10－3kg、电荷量q＝＋1.0×10－10C的带电小球静止在O点，以O点为原点在该水平面内建立直角坐标系xOy(如图所示)．现突然加一个沿x轴正方向、场强大小E＝2.0×106V/m的匀强电场使小球运动，并开始计时．在第1s末所加电场方向突然变为沿y轴正方向，大小不变；在第2s末电场突然消失，求第3s末小球的位置．
一位同学这样分析：第1s内小球沿x轴做初速度为零的匀加速直线运动，可求出其位移x1；第2s内小球沿y轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动，可求出其位移y2及其速度v，第3s内小球沿y轴正方向做匀速直线运动，可求出其位移s，最后小球的横坐标是x1，纵坐标是y2＋s．
你认为他的分析正确吗？如果认为正确，请按他的思路求出第3s末小球的位置；如果认为不正确，请指出错误之处并求出第3s末小球的位置．
【解析】该同学的分析不正确．因为第1s末小球有沿x方向的初速度，所以第2s内小球做类平抛运动，第3s内也不沿y轴正方向运动．(3分)
第1s内小球做初速度为零的匀加速直线运动，有：
a1x＝Fm＝qEm(1分)
x1＝12a1xt21＝qEt212m
＝1.0×10－10×2.0×106×122×1.0×10－3m＝0.1m(1分)
v1x＝a1xt1＝qEt1m
第2s内小球做类平抛运动，有：
a2y＝qEm(1分)
y2＝12a2yt22＝qEt222m
＝1.0×10－10×2.0×106×122×1.0×10－3m＝0.1m(1分)
v2y＝a2t2＝qEt2m
x2＝v1xt2＝qEt1t2m
＝1.0×10－10×2.0×106×1×11.0×10－3m＝0.2m(1分)
第3s内小球做匀速直线运动，沿x方向速度为v1x，沿y方向速度为v2y，有：
x3＝v1xt3＝qEt1t3m
＝1.0×10－10×2.0×106×1×11.0×10－3m＝0.2m(1分)
y3＝v2yt3＝qEt2t3m
＝1.0×10－10×2.0×106×1×11.0×10－3m＝0.2m(1分)
第3s末小球的位置坐标为：
x＝x1＋x2＋x3＝0.5m(1分)
y＝y2＋y3＝0.3m．(1分)
[答案]略
16．(13分)如图所示，长L＝1.5m、高h＝0.45m、质量M＝10kg的长方体木箱在水平面上向右做直线运动．当木箱的速度v0＝3.6m/s时，对木箱施加一个方向水平向左的恒力F＝50N，并同时将一个质量m＝1kg的小球轻放在距木箱右端L3处的P点(小球可视为质点，放在P点时相对于地面的速度为零)，经过一段时间，小球脱离木箱落到地面．已知木箱与地面的动摩擦因数μ＝0.2，而小球与木箱之间的摩擦不计．取g＝10m/s2，求：
(1)小球从开始离开木箱至落到地面所用的时间．
(2)小球放上P点后，木箱向右运动的最大位移．
(3)小球离开木箱时木箱的速度．
【解析】(1)小球离开木箱后做自由落体运动，设其落到地面所用的时间为t，由h＝12gt2得：
t＝2hg＝2×0.4510s＝0.3s．(2分)
(2)小球放上木箱后相对地面静止
由F＋μFN＝Ma1(1分)
FN＝(M＋m)g(1分)
得木箱的加速度：
a1＝F＋μ(M＋m)gM＝50＋0.2(10＋1)×1010m/s2
＝7.2m/s2(2分)
木箱向右运动的最大位移s1＝v202a1＝3.622×7.2m＝0.9m．
(1分)
(3)由于s1＝0.9m＜1m，故木箱在向右运动期间，小球不会从木箱的左端掉下(1分)
得木箱向左运动的加速度：
a2＝F－μ(M＋m)gM＝50－0.2(10＋1)×1010m/s2
＝2.8m/s2(2分)
设木箱向左运动s2时，小球从木箱的右端掉下，有：
s2＝s1＋L3＝0.9m＋0.5m＝1.4m(1分)
设木箱向左运动所用的时间为t2，则由s2＝12a2t22得：
t2＝2s2a2＝2×1.42.8s＝1s(1分)
小球刚离开木箱时木箱的速度方向向左，大小为：
v2＝a2t2＝2.8×1m/s＝2.8m/s．(1分)
[答案](1)0.3s(2)0.9m(3)2.8m/s
高考物理备考复习：圆周运动、向心力
§6.7.《圆周运动、向心力》检测题
一、选择题
1．质量相同的两个小球，分别用L和2L的细绳悬挂在天花板上。分别拉起小球使线伸直呈水平状态，然后轻轻释放，当小球到达最低位置时：（）
A．两球运动的线速度相等B．两球运动的角速度相等
C．两球的向心加速度相等D．细绳对两球的拉力相等
2．对于做匀速圆周运动的质点，下列说法正确的是：（）
A．根据公式a=V2/r，可知其向心加速度a与半径r成反比
B．根据公式a=ω2r，可知其向心加速度a与半径r成正比
C．根据公式ω=V/r，可知其角速度ω与半径r成反比
D．根据公式ω=2πn，可知其角速度ω与转数n成正比
3、下列说法正确的是：（）
A.做匀速圆周运动的物体处于平衡状态
B.做匀速圆周运动的物体所受的合外力是恒力
C.做匀速圆周运动的物体的速度恒定
D.做匀速圆周运动的物体的加速度大小恒定
4．物体做圆周运动时，关于向心力的说法中欠准确的是：()
①向心力是产生向心加速度的力②向心力是物体受到的合外力③向心力的作用是改变物体速度的方向④物体做匀速圆周运动时，受到的向心力是恒力
A.①B．①③C．③D.②④
5．做圆周运动的两个物体M和N，它们所受的向心力F与轨道半径置间的关系如图1—4所示，其中N的图线为双曲线的一个分支，则由图象可知：()
A．物体M、N的线速度均不变
B．物体M、N的角速度均不变
C.物体M的角速度不变，N的线速度大小不变
D.物体N的角速度不变，M的线速度大小不变
6．长度为L＝0.50m的轻质细杆OA，A端有一质量为m＝3.0kg的小球，如图5-19所示，小球以O点为圆心，在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时，小球的速率是v＝2.0m/s，
g取10m/s2，则细杆此时受到：()
A．6.0N拉力B．6.0N压力
C．24N拉力D．24N压力图5-19
7、关于向心力的说法中正确的是：（）
A、物体受到向心力的作用才可能做圆周运动
B、向心力是指向圆心方向的合力，是根据力的作用效果命名的
C、向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力的合力，也可以是其中一种力或一种力的分力
D、向心力只改变物体运动的方向，不可能改变物体运动的快慢
8．在质量为M的电动机飞轮上，固定着一个质量为m的重物，重物到转轴的距离为R，如图9—19所示，为了使电动机不从地面上跳起，电动机飞轮转动的最大角速度不能超过：（）
（A）（B）（C）（D）S
9、质量为m的物块，沿着半径为R的半球形金属壳内壁滑下，半球形金属壳竖直放置，开口向上，滑到最低点时速度大小为V，若物体与球壳之间的摩擦因数为μ，则物体在最低点时，下列说法正确的是：（）
A.受到向心力为B.受到的摩擦力为
C.受到的摩擦力为μmgD受到的合力方向斜向左上方.
10、物体m用线通过光滑的水平板间小孔与砝码M相连，并且正在做匀速圆周运动，如图2所示，如果减少M的重量，则物体m的轨道半径r，角速度ω，线速度v的大小变化情况是（）
A．r不变.v变小
B．r增大，ω减小
C．r减小，v不变
D．r减小，ω不变
二、填空题
11．吊车以4m长的钢绳挂着质量为200kg的重物，吊车水平移动的速度是5m/s，在吊车紧急刹车的瞬间，钢绳对重物的拉力为___________________N（g=10m/s2）
12、质量为m的物块，系在弹簧的一端，弹簧的另一端固定在转轴上如右图所示，弹簧的自由长度为l。劲度系数为K，使物块在光滑水平支持面上以角速度作匀速圆周运动，则此时弹簧的长度为。
13、一圆环，其圆心为O，若以它的直径AB为轴做匀速转动，如下图所示，（1）圆环上P、Q两点的线速度大小之比是_____
（2）若圆环的半径是20cm，绕AB轴转动的周期是0．01s，环上Q点的向心加速度大小是_______。
三、计算题
14、A、B两球质量分别为m1与m2，用一劲度系数为K的弹簧相连，一长为l1的细线与m1相连，置于水平光滑桌面上，细线的另一端拴在竖直轴OO`上，如图所示，当m1与m2均以角速度w绕OO`做匀速圆周运动时，弹簧长度为l2。
求：（1）此时弹簧伸长量多大？绳子张力多大？
（2）将线突然烧断瞬间两球加速度各多大？
15、如图所示,在内壁光滑的平底试管内放一个质量为1g的小球,试管的开口端加盖与水平轴O连接.试管底与O相距5cm,试管在转轴带动下沿竖直平面做匀速圆周运动.求：
(1)转轴的角速度达到多大时,试管底所受压力的最大值等于最小值的3倍.
(2)转轴的角速度满足什么条件时,会出现小球与试管底脱离接触的情况?g取10m/s.
16、如图所示，轻杆长2l，中点装在水平轴O点，两端分别固定着小球A和B，A球质量为m,B球质量为2m，两者一起在竖直平面内绕O轴做圆周运动。
（1）若A球在最高点时，杆A端恰好不受力，求此时O轴的受力大小和方向；
（2）若B球到最高点时的速度等于第（1）小题中A球到达最高点时的速度，则B球运动到最高点时，O轴的受力大小和方向又如何？
（3）在杆的转速逐渐变化的过程中，能否出现O轴不受力的情况？若不能，请说明理由；若能，则求出此时A、B球的速度大小。
17．如图1—10所示，竖直圆筒内壁光滑，半径为R，顶部有入口A，在A的正下方h处有出口B，一质量为m的小球从人口A沿圆筒壁切线方向水平射人圆筒内，要使球从B处飞出，小球进入入口A处的速度vo应满足什么条件?在运动过程中，球对简的压力多大?
《圆周运动、向心力》检测参考答案
一、选择题
12345678910
CDDDDCBAADDB
二、填空题
11、325012、13、（1）1：（2）7．9×102m/s2
三、计算题
14、解：（1）m2只受弹簧弹力，设弹簧伸长Δl，满足：KΔl=m2w2(l1＋l2)
则弹簧伸长量Δl=m2w2(l1＋l2)/K
对m1，受绳拉力T和弹簧弹力f做匀速圆周运动，
满足：T－f=m1w2l1
绳子拉力T=m1w2l1＋m2w2(l1＋l2)
（2）线烧断瞬间
A球加速度a1=f/m1=m2w2(l1＋l2)/m1
B球加速度a2=f/m2=w2(l1＋l2)
15、解：(1)(2)
16、解：(1)A在最高点时，对A有mg=m，对B有TOB-2mg=2m，可得TOB=4mg。根据牛顿第三定律，O轴所受有力大小为4mg，方向竖直向下
（2）B在最高点时，对B有2mg+T′OB=2m，代入（1）中的v，可得T′OB=0；对A有T′OA-mg=m,T′OA=2mg。根据牛顿第三定律，O轴所受的力的大小为2mg，方向竖直向下
（3）要使O轴不受力，据B的质量大于A的质量，可判断B球应在最高点。对B有T′′OB+2mg=2m，对A有T′′OA-mg=m。轴O不受力时，T′′OA=T′′OB,可得v′=
17、解：小球在竖直方向做自由落体运动，所以小球在桶内的运动时间为:①
在水平方向，以圆周运动的规律来研究，得
(n=1、2、3…)②
所以(n=1、2、3…)③
由牛顿第二定律
(n=l、2、3…)，④
