高中物理高考 押课标卷物理第16题-备战2021年高考物理临考题号押题（新课标卷）（解析版）

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押课标卷理综第16题高考频度：★★★★★     难易程度：★☆☆☆☆题号考情分析考查知识点分值预测知识点第16题　近几年高考中平抛运动、圆周运动仍为考查重点，命题频繁；有约束条件的抛体运动，竖直面内圆周运动的“两类模型”，圆周运动中的两类临界问题．此类问题经常结合牛顿第二定律和力的合成与分解一起考察。这里要求考生会用线速度、角速度、周期描述匀速圆周运动。能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。圆周运动、力的合成与分解6预计2021年高考新课标全国卷第16题会以曲线运动为主。（2020·新课标全国Ⅰ卷）如图，一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为10 m，该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计，当该同学荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8 m/s，此时每根绳子平均承受的拉力约为（　　）A．200 N B．400 N C．600 N D．800 N【答案】B【解析】在最低点由知T=410N即每根绳子拉力约为410N，故选B。如图所示，一轻绳穿过水平桌面上的小圆孔，上端拴物体M，下端拴物体N。若物体M在桌面上做半径为r的匀速圆周运动时，角速度为ω，线速度大小为v，物体N处于静止状态，则（不计摩擦）（　　）
 A．M所需向心力大小等于N所受重力的大小B．M所需向心力大小大于N所受重力的大小C．v2与r成正比D．ω2与r成正比【解析】AB．N物体静止不动，绳子拉力与N物体重力相等，M物体做匀速圆周运动，绳子拉力完全提供向心力，即，所以M所需向心力大小等于N所受重力的大小，A正确，B错误；C．根据向心加速度公式和牛顿第二定律得则v2与r成正比，C正确；D．根据向心加速度公式和牛顿第二定律得则ω2与r成反比，D错误。故选AC。1．临界状态当物体从某种特性变化为另一种特性时发生质的飞跃的转折状态，通常叫做临界状态，出现临界状态时，既可理解为“恰好出现”，也可理解为“恰好不出现”．2．轻绳类轻绳拴球在竖直面内做圆周运动，过最高点时，临界速度为v＝，此时F绳＝0.3．轻杆类(1)小球能过最高点的临界条件：v＝0.(2)当0<v<时，F为支持力；(3)当v＝时，F＝0；(4)当v>时，F为拉力．4.汽车过拱桥(如图所示)当压力为零时，即G－m＝0，v＝，这个速度是汽车能正常过拱桥的临界速度．v<是汽车安全过桥的条件．5.摩擦力提供向心力如图所示，物体随着水平圆盘一起转动，汽车在水平路面上转弯，它们做圆周运动的向心力等于静摩擦力，当静摩擦力达到最大时，物体运动速度也达到最大，由Fm＝m得vm＝，这就是物体以半径r做圆周运动的临界速度．一、单选题1．如图所示，金属环M、N用不可伸长的细线连接，分别套在水平粗糙细杆和竖直光滑细杆上，当整个装置以竖直杆为轴、以不同大小的角速度匀速转动时，两金属环一直相对杆不动，下列判断正确的是（　　）A．转动的角速度越大，细线中的拉力越大B．转动的角速度越大，环M与水平杆之间的弹力越大C．转动的角速度越大，环N与竖直杆之间的弹力越大D．转动的角速度不同，环M与水平杆之间的摩擦力大小可能相等2．如图所示，半圆形光滑圆环，竖直放置，环绕轴以恒定角速度转动，一小球套在环上，若小球可在环上任意位置相对环静止，圆的方程为为常量），则下列的值正确的是（　　）A． B． C． D．3．如图所示，线段OA=2OB，A、B为两个质量相等的小球，当他们绕O点在光滑的水平面上以相同的角速度转动时，两线段拉力FAB：FOB为（　　）A．3：2 B．2：3 C．5：3 D．2：14．如图所示，天花板上O点固定一拉力传感器，不可伸长的细线一端系在拉力传感器上，另一端系住一个可视为质点的金属小球，在O点正下方有一钉子，钉子到最低点B的距离为细线长度的。把细球线拉直，让小球从图中A位置由静止释放，细线碰上钉子前后瞬间拉力传感器的读数变化量为△F。多次改变k的值，但每次都让小球从A位置由静止释放，发现△F与k有一定的关系，则下列说法正确的是（　　）A．△F与k值成正比 B．△F与k2成正比C．△F与k-1成正比 D．△F与k+1成正比5．图甲为游乐场中一种叫“魔盘”的娱乐设施，游客坐在转动的魔盘上，当魔盘转速增大到一定值时，游客就会滑向盘边缘，其装置可以简化为图乙。若魔盘转速缓慢增大，则游客在滑动之前（　　）A．受到魔盘的支持力缓慢增大B．受到魔盘的摩擦力缓慢增大C．受到的合外力大小不变D．受到魔盘的作用力大小不变6．如图所示，用手握着细绳的一端在水平桌面上做半径为r的匀速圆周运动，圆心为O，角速度为ω，细绳长为L，质量忽略不计，运动过程中细绳始终与小圆相切。在细绳的另外一端系着一个质量为m的小球，小球在桌面上恰好在以O为圆心的大圆上做圆周运动。小球和桌面之间的动摩擦因数处处相同，以下说法正确的是（　　）A．小球将做变速圆周运动B．小球与桌面间的动摩擦因数μ＝C．细绳拉力为mω2D．手对细绳做功的功率为7．如图所示，摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动。座舱的质量为m，运动半径为R，角速度大小为ω，重力加速度为g，一质量为M的小孩坐在座舱里，则（　　）A．小孩运动周期为B．线速度的大小大于ωRC．在A位置小孩受座舱作用力的大小为MgD．小孩所受合力大小始终为Mω2R8．北京时间2015年7月24日，美国宇航局宣布，可能发现了“另一个地球”——开普勒－452b。将开普勒－452b简化成如图所示的模型：MN为该星球的自转轴，A、B是该星球表面的两点，它们与地心O的连线OA、OB与MN的夹角分别为α=30°，β=60°；在A、B两点处放置质量分别为mA、mB的物体。设该星球的自转周期为T，半径为R，引力常量为G。则下列说法正确的是（　　）A．该星球的第一宇宙速度为B．若不考虑该星球自转，在A点用弹簧测力计称量质量为mA的物体，平衡时示数为F，则星球的质量为C．放在A、B两点处的物体随星球自转的向心力大小的比值为D．放在A、B两点处的物体随星球自转的向心力大小的比值为9．如图所示，某同学用细绳一端拴住小球，在光滑的水平桌面上抡动细绳，使小球做圆周运动，体验手对做圆周运动小球的拉力，下列叙述符合事实的是（　　）
 A．松手之后，小球将沿轨迹的切线方向飞出B．松手之后，小球将继续做圆周运动C．保持半径和旋转速度不变，换一个质量较大的小球，拉力变小D．保持半径和旋转速度不变，换一个质量较大的小球，拉力不变10．如图所示，OO′为竖直固定转轴，足够长的光滑轻杆用铰链固定于转轴O点，杆与竖直方向的夹角为。轻质弹簧套在杆上，下端固定于O点，上端系住小球A（A套在杆上），弹簧原长为l。现使杆随转轴OO′转动，角速度从零开始缓慢增大，下列说法正确的是（　　）A．杆对小球的弹力不变B．弹簧对小球的弹力减小C．当时，弹簧对小球的弹力大小恰好为零D．小球的转动平面缓慢升高，杆对小球做的功等于小球机械能的增加量11．随着嫦娥五号完美收官，中国计划后续发射载人登月。假设你有幸成为载人登月的航天员，在月表附近，绕月做匀速圆周运动的轨道舱内做了如下实验：长为L的细绳一端固定在转轴O处，一端系质量为m的木块（可视为质点），某时刻细绳恰好伸直且与AB连线成角，通过击打使木块获得在纸面内垂直于AB连线向左的速度v0，下列说法正确的是（　　）A．木块获得速度后，以O点为圆心，做匀速圆周运动B．木块过A点时，绳的拉力为C．木块在整个运动过程中机械能守恒D．木块从获得速度到第一次回到被击打位置所需的时间为12．绳子的一端拴一重物，用手握住绳子另一端，使重物在水平面内做匀速圆周运动，下列判断中正确的是（　　）A．每秒转数相同时，绳短的容易断 B．线速度大小相等时，绳短的容易断C．旋转周期相同时，绳短的容易断 D．角速度相同时，绳短的容易断二、多选题13．如图所示，在竖直平面内固定一个四分之一圆弧轨道AP，圆弧轨道的圆心为O，OA水平，OP竖直，半径R=0.2 m。一质量m=1 kg的小物块从圆弧顶点A开始以 m/s的速度从A到P做匀速圆周运动，重力加速度g=10 m/s2，Q为圆弧AP的一个三等分点(图中未画出)，OA与OQ的夹角为30°，则下列说法正确的是（　　）A．从A到P的过程中小物块与轨道间的动摩擦因数一直减小B．在Q点时，小物块对圆弧轨道的压力大小为10 NC．在Q点时，小物块受到圆弧轨道的摩擦力大小为5 ND．在P点时，小物块对圆弧轨道的压力大小为25 N14．波轮洗衣机中的脱水筒（如图所示）在脱水时，衣服紧贴在筒壁上做匀速圆周运动。某洗衣机的主要技术参数如表所示。在运行脱水程序时，有一质量m=6g的硬币被甩到筒壁上，随筒壁一起做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　）主要技术参数额定电压、频率220V、50Hz额定脱水功率225W质量31kg脱水转速600r/min脱水筒尺寸直径300mm、高370mm外形尺寸长555mm、宽510mm、高870mmA．硬币的角速度约为20rad/sB．硬币的线速度大小约为9.42m/sC．硬币的向心加速度大小约为60m/s2D．筒壁对硬币的弹力大小约为3.55N15．一种餐桌的构造如图1所示，已知圆形玻璃转盘的半径r=0.6 m，圆形桌面的半径R=1 m，不计转盘的厚度，桌面到地面的高度h=1 m。轻绳一端固定在转盘边缘，另一端连着小球，小球被轻绳带动沿桌面边缘一起旋转，达到稳定状态后，二者角速度相同，俯视图如图2所示。某时刻绳子突然断裂，小球沿桌面边缘飞出后的落地点到桌面和转盘共同圆心的距离s= m，重力加速度g取10 m/s2。则（　　）
 A．小球飞出桌面边缘的速度大小为 m/sB．小球飞出桌面边缘的速度大小为 m/sC．小球与桌面之间的动摩擦因数为0.75D．小球与桌面之间的动摩擦因数为0.37516．如图所示，一个大小可忽略，质量为的模型飞机，在距水平地面高为的水平面内以大小为的线速度绕圆心做半径为的匀速圆周运动，为圆心在水平地面上的投影点。某时刻有一小螺丝掉离飞机，不计空气对小螺丝的阻力，取。下列说法正确的是（　　）A．模型飞机做匀速圆周运动时空气对其的作用力大小为B．小螺丝在空中的运动时间为C．小螺丝的着地点到的距离为D．小螺丝着地时的速度大小为17．如图所示，一根不可伸长的轻绳两端各系一个小球a和b跨在两根固定在同一高度的光滑水平细杆C和D上，质量为ma的a球置于地面上，质量为mb的b球从水平位置静止释放。当b球摆过的角度为90°时，a球对地面的压力刚好为零，下列结论正确的是（　　）
 A．ma：mb=2：1B．ma：mb=3：1C．若只将b的质量变大，则当b球摆过的角度为小于90°的某值时，a球对地面的压力刚好为零D．若只将细杆D水平向左移动少许，则当b球摆过的角度为小于90°的某值时，a球对地面的压力刚好为零18．如图所示，一竖直圆盘上固定一质量为的小球（可视为质点），小球与圆盘圆心的距离为。现使圆盘绕过圆心且垂直于圆盘的水平轴以大小为的角速度匀速转动，重力加速度大小为，则（　　）A．小球的重力和圆盘对小球作用力的合力不变B．当小球运动到点正上方时。圆盘对小球的作用力最小C．圆盘对小球的作用力方向与竖直方向的夹角最大为D．小球从最高点运动到最低点的过程中，圆盘对小球的作用力先减小后增大19．如图所示，有一皮带传动装置，A、B、C三点到各自转轴的距离分别为、、，已知，若在传动过程中，皮带不打滑。则（　　）
 A．A点与C点的角速度大小相等B．A点与C点的线速度大小相等C．B点与C点的角速度大小之比为D．B点与C点的一质量相同的质点的向心力大小之比为20．设计师设计了一个非常有创意的募捐箱，如图甲所示，把硬币从投币口放入，接着在募捐箱上类似于漏斗形的部位（如图丙所示，O点为漏斗形口的圆心）滑动很多圈之后从中间的小孔掉入募捐箱。如果硬币在不同位置的运动都可以看成匀速圆周运动，摩擦阻力忽略不计，则关于某一枚硬币通过a、b两处时运动和受力情况的说法正确的是（　　）
 A．在a、b两处做圆周运动的圆心都为O点B．向心力的大小C．角速度的大小D．向心力速度的大小参考答案1．D【解析】AC．设细线与竖直方向的夹角为θ，对N受力分析，受到竖直向下的重力GN、细线的拉力T、杆的水平支持力N1，因为两环相对杆的位置不变，所以N处于静止状态，所受合力为零，则在竖直方向上有T·cosθ=GN在水平方向上有N1=Tsinθ因为重力恒定，角θ恒定，所以细线的拉力不变，环N与杆之间的弹力恒定，故AC错误；BD．对M受力分析，受到细线的拉力T'（T'=T）、竖直向下的重力GM、竖直向上的支持力N2以及水平杆施加的摩擦力f，在竖直方向上有N2=GM+T'cosθ=GM+GN恒定不变，在装置以较小角速度转动时，M所受摩擦力方向向右，在水平方向有T'sinθ-f右=mr解得f右=Tsinθ-mr随着角速度的增大，摩擦力方向可能变成向左，在水平方向有T'sinθ+f左=mr解得f左=mr-Tsinθ则可能存在f右=f左，即Tsinθ-mr=mr-Tsinθ故B错误，D正确；故选D。2．C【解析】设环与的连线与竖直方向之间的夹角为，小球转动的半径为小球所受的合力垂直指向转轴，根据平行四边形定则其中联立可得故C正确，ABD错误。故选C。3．B【解析】设OA=2r，则OB=r，角速度为ω，每个小球的质量为m，则根据牛顿第二定律，对B球对A球联立以上两式得故选B。4．C【解析】在最低点时，球受重力和拉力，根据牛顿第二定律，有：
细线碰撞钉子前细线碰撞钉子后其中△F=F2-F1联立解得 故ABD错误，C正确。
故选C。5．B【解析】AB．设转盘斜面倾角为θ，对人受力分析可知， 解得 则随着魔盘转速缓慢增大，则人受到魔盘的支持力N缓慢减小，人受到魔盘的摩擦力f缓慢增大，选项A错误，B正确；C．根据F=mω2r可知，随转速增加人受到的合外力大小增大，选项C错误； D．人受到魔盘的作用力是支持力和摩擦力的合力，其大小为则大小随着转速的增加而增大，选项D错误。故选B。6．B【解析】A．手握着细绳做的是匀速圆周运动，所以细绳的另外一端小球随着小球做的也是匀速圆周运动，故A错误；B．根据摩擦力公式可得又有由于，所以有故B正确；C．设大圆半径为R，如图由图分析可知设绳中张力为T，则有故有故C错误；D．拉力的功率为
 故D错误。故选B。7．D【解析】A. 小孩运动周期为选项A错误；B. 线速度的大小v=ωR选项B错误；C. 在A位置，小孩在竖直方向受座舱的支持力Mg，水平方向受到座舱弹力Mω2R，则小孩受座舱作用力的大小大于Mg，选项C错误。D. 小孩做匀速圆周运动，则所受合力大小始终为F合=Mω2R选项D正确；故选D。8．C【解析】A．该星球的第一宇宙速度而是星球自转的最大线速度，A错误；B．若不考虑该星球自转，A点处的重力加速度g=由得M=，B错误；C．放在A、B两处的物体随星球自转的向心力大小分别为FA=mAω2rA=mAω2RsinαFB=mBω2rB=mBω2Rsinβ可解得，C正确，D错误。故选C。9．A【解析】AB．小物体在光滑的水平桌面上做圆周运动时。绳子对小物体的拉力T提供向心力，松手之后，小球将沿轨迹的切线方向飞出，故A正确，B错误；CD．由向心力公式可知，r及v不变，m增大，则拉力T将增大，故CD错误。故选A。10．C【解析】ABC．对小球受力分析，由牛顿第二定律可知水平方向上有 FNcosθ+F弹sinθ=mω2r竖直方向上有 FNsinθ+ F弹cosθ=mg则当角速度从零开始缓慢增大时，小球转动的平面逐渐升高，转动半径变大，弹簧的弹力F弹先减小后增加，杆对小球的弹力FN也将发生变化；当弹簧对小球的弹力大小F弹恰好为零时，此时转动半径r=lsinθ解得选项C正确；D．由能量关系可知，小球的转动平面缓慢升高，杆对小球做的功与弹簧对球作用之和等于小球机械能的增加量，选项D错误。故选C。11．B【解析】ABC．由于航天器处于完全失重状态，木块被击打后获得速度，做匀速直线运动，到左边对称点细绳拉直时有速度损失，保留的切线速度为，木块的机械能减小，之后以该速度做匀速圆周运动。木块过A点时，绳的拉力为可知AC错误，B项正确。D．木块从获得速度后到第一次回到被击打位置并不是做匀速圆周运动，则所需的时间不等于，选项D错误。故选B。12．B【解析】A．根据牛顿第二定律得m一定，当转速n相同时，绳长r越长，绳子拉力F越大，即绳子越长越容易断，选项A错误；B．根据牛顿第二定律得m一定，线速度大小相等时，绳长r越短，绳子拉力F越大，即绳短的容易断，选项B正确；C．根据牛顿第二定律得m一定，当周期T相同时，绳长r越长，绳子拉力F越大，即绳子长越越容易断，选项C错误；D．根据牛顿第二定律得m一定，当角速度相同时，绳长r越长，绳子拉力F越大，即绳子越长越容易断，选项D错误。故选B。13．AD【解析】A．从A到P的过程中小物块的速度大小不变，任选一点，设其切线方向与水平方向的夹角为α，在指向圆心方向，有N-mgcos α=m在该点沿切线方向，由平衡条件有f=mgsin α又f=μN，联立解得μ=从A到P的过程中，α不断减小，小物块与轨道间的动摩擦因数μ也逐渐减小，A正确；BC．在Q点时，其切线方向与水平方向的夹角α=60°，代入上述N与f的表达式，解得在Q点时，小物块对圆弧轨道的压力大小为20 N，小物块受到圆弧轨道的摩擦力大小为5 N，BC错误；D．在P点时，由牛顿第二定律有N-mg=m结合牛顿第三定律得到小物块对圆弧轨道的压力大小为25 N，D正确。故选AD。14．BD【解析】A．根据表格数据读出脱水筒的转速为n=600r/min=10r/s由匀速圆周运动的角速度和转速的关系可得硬币的角速度为ω=2πn=20πrad/s≈62.8rad/s故A错误；B．硬币做匀速圆周运动的半径为r==150mm则线速度大小为v=ωr=20π×150×10-3m/s=3πm/s≈9.42m/s故B正确；C．硬币做匀速圆周运动的向心加速度大小为an=ω2r=（20π）2×150×10-3m/s2=60π2m/s2故C错误；D．筒壁对硬币的弹力提供硬币做匀速圆周运动的向心力FN=man=6×10-3×60π2N=0.36π2N≈3.55N故D正确；故选BD。15．AD【解析】AB．小球沿桌面边缘飞出后做平抛运动，竖直方向有水平方向有由几何关系知，落地点到桌面和转盘共同圆心的距离联立解得小球飞出桌面边缘的速度B错误A正确；CD．对小球进行受力分析，设绳子拉力大小为F，方向与过小球和圆心的直线的夹角为θ，则小球受到的向心力由绳子的拉力、摩擦力共同提供，故又联立解得小球与桌面之间的动摩擦因数C错误D正确。故选AD。16．AD【解析】A．飞机做圆周运动的向心力 空气对其的作用力大小为选项A正确； B．小螺丝在空中做平抛运动，则运动时间为选项B错误；C．小螺丝的着地点到的水平距离为则选项C错误；D．小螺丝着地时的速度大小为选项D正确。故选AD。17．BC【解析】AB．由于球摆动90°过程中机械能守恒，则有此时球对地面压力刚好为零，说明此时绳子张力为，根据牛顿运动定律和向心力公式得解得故A错误，B正确；C当b球摆过的角度为θ(小于90°)时，则若此时a球对地面的压力刚好为零，则解得对比可知，若只将b的质量变大，当b球摆过的角度为小于90°的某值时，a球对地面的压力刚好为零，则C正确；D．由上述求解过程可以看出得所以球到悬点的距离跟最终结果无关，若只将细杆D水平向左移动少许，则当b球摆过的角度为90°时，a球对地面的压力刚好为零，故D错误。故选BC。18．BC【解析】A．小球随圆盘做匀速圆周运动，合力提供向心力，大小不变方向时刻改变，故A错误；B．当小球运动到点正上方时圆盘对小球的作用力最小为故B正确；C．如图所示当圆盘对小球的作用力方向与半径方向垂直时，与竖直方向夹角最大，此时则故C正确；D．根据力的矢量三角形可知，小球从最高点运动到最低点的过程中，圆盘对小球的作用力一直增大，故D错误。故选BC。19．BD【解析】AB．A点与C点是同缘转动，则线速度相等，由于转动半径不等，则角速度大小不相等，选项A错误，B正确；C．因AB两点角速度相等，而根据可知AB两点的线速度之比2:1，则B点与C点的角速度大小之比为1:2，选项C错误；D．根据可知，B点与C点的一质量相同的质点的向心力大小之比为，选项D正确。故选BD。20．CD【解析】A．在a、b两处做圆周运动的圆心是分别过a、b两点做通过O点的竖直轴的垂线，垂足即为做匀速圆周运动的圆心，不是以O点为圆心的，故A错误；
B．设在a、b所在弧的切线与水平方向的夹角为α、β，根据力的合成可得a的向心力Fa=mgtanαb的向心力Fb=mgtanβ而α＜β，故向心力的大小Fa＜Fb故B错误；
C．根据向心力公式F=mrω2可知，Fa＜Fb，ra＞rb，则角速度的大小ωa＜ωb故C正确；
D．根据F=ma，可知ab的向心加速度分别为aa=gtanαab=gtanβ而α＜β，故向心加速度的大小aa＜ab故D正确。
故选CD。