高三物理二轮高频考点冲刺突破专题04三大力场中的抛体运动(原卷版+解析)

这是一份高三物理二轮高频考点冲刺突破专题04三大力场中的抛体运动(原卷版+解析)，共41页。
【典例专练】
高考真题
1．（2022广东卷）图是滑雪道的示意图。可视为质点的运动员从斜坡上的M点由静止自由滑下，经过水平NP段后飞入空中，在Q点落地。不计运动员经过N点的机械能损失，不计摩擦力和空气阻力。下列能表示该过程运动员速度大小v或加速度大小a随时间t变化的图像是（ ）
A．B．
C．D．
2．（2022河北卷）如图，广场水平地面上同种盆栽紧密排列在以为圆心、和为半径的同心圆上，圆心处装有竖直细水管，其上端水平喷水嘴的高度、出水速度及转动的角速度均可调节，以保障喷出的水全部落入相应的花盆中。依次给内圈和外圈上的盆栽浇水时，喷水嘴的高度、出水速度及转动的角速度分别用、、和、、表示。花盆大小相同，半径远小于同心圆半径，出水口截面积保持不变，忽略喷水嘴水平长度和空气阻力。下列说法正确的是（ ）
A．若，则
B．若，则
C．若，，喷水嘴各转动一周，则落入每个花盆的水量相同
D．若，喷水嘴各转动一周且落入每个花盆的水量相同，则
3．（2022山东卷）如图所示，某同学将离地的网球以的速度斜向上击出，击球点到竖直墙壁的距离。当网球竖直分速度为零时，击中墙壁上离地高度为的P点。网球与墙壁碰撞后，垂直墙面速度分量大小变为碰前的0.75倍。平行墙面的速度分量不变。重力加速度g取，网球碰墙后的速度大小v和着地点到墙壁的距离d分别为（ ）
A．B．C．D．
4．（2022湖南卷）如图，间距的U形金属导轨，一端接有的定值电阻，固定在高的绝缘水平桌面上。质量均为的匀质导体棒a和b静止在导轨上，两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，接入电路的阻值均为，与导轨间的动摩擦因数均为0.1（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），导体棒距离导轨最右端。整个空间存在竖直向下的匀强磁场（图中未画出），磁感应强度大小为。用沿导轨水平向右的恒力拉导体棒a，当导体棒a运动到导轨最右端时，导体棒b刚要滑动，撤去，导体棒a离开导轨后落到水平地面上。重力加速度取，不计空气阻力，不计其他电阻，下列说法正确的是（ ）
A．导体棒a离开导轨至落地过程中，水平位移为
B．导体棒a离开导轨至落地前，其感应电动势不变
C．导体棒a在导轨上运动的过程中，导体棒b有向右运动的趋势
D．导体棒a在导轨上运动的过程中，通过电阻的电荷量为
5．（2022重庆卷）小明设计了一个青蛙捉飞虫的游戏，游戏中蛙和虫都在竖直平面内运动。虫可以从水平x轴上任意位置处由静止开始做匀加速直线运动，每次运动的加速度大小恒为（g为重力加速度），方向均与x轴负方向成斜向上（x轴向右为正）。蛙位于y轴上M点处，，能以不同速率向右或向左水平跳出，蛙运动过程中仅受重力作用。蛙和虫均视为质点，取。
（1）若虫飞出一段时间后，蛙以其最大跳出速率向右水平跳出，在的高度捉住虫时，蛙与虫的水平位移大小之比为，求蛙的最大跳出速率。
（2）若蛙跳出的速率不大于（1）问中的最大跳出速率，蛙跳出时刻不早于虫飞出时刻，虫能被捉住，求虫在x轴上飞出的位置范围。
（3）若虫从某位置飞出后，蛙可选择在某时刻以某速率跳出，捉住虫时蛙与虫的运动时间之比为；蛙也可选择在另一时刻以同一速率跳出，捉住虫时蛙与虫的运动时间之比为。求满足上述条件的虫飞出的所有可能位置及蛙对应的跳出速率。
6．（2022北京卷）体育课上，甲同学在距离地面高处将排球击出，球的初速度沿水平方向，大小为；乙同学在离地处将排球垫起，垫起前后球的速度大小相等，方向相反。已知排球质量，取重力加速度。不计空气阻力。求：
（1）排球被垫起前在水平方向飞行的距离x；
（2）排球被垫起前瞬间的速度大小v及方向；
（3）排球与乙同学作用过程中所受冲量的大小I。
重力场中的抛体运动
7．将一弹性小球从距地面高度h处的P点以某一速度水平抛出，与前方的一面竖直墙弹性碰撞，且碰撞满足光的反射定律（碰后小球竖直速度不变，水平速度大小不变，与墙壁的夹角不变）。已知与竖直墙面的夹角为，小球落地后不再反弹。落地点到墙面的距离为；若小球从P点以的初速度沿原方向水平抛出，落地点到墙面的距离为。已知重力加速度为g，则小球第一次抛出的初速度和P点到墙面的距离s为（ ）
A．B．
C．D．
8．如图所示，有一倾角的粗糙斜面固定于空中的某一位置。A为斜面底端，距水平面的高度，O为A点正下方地面上的点。一物体从斜面上的B点由静止开始下滑，滑离斜面后落在地面上。已知A、B间的高度差。物体与斜面间的动摩擦因数，重力加速度，不计空气阻力。则物体在地面上的落点距O点的距离为（ ）
A．0.6mB．0.2mC．D．
9．如图所示，倾角为37°的斜面放置在水平面上，小球甲从A点以水平初速度抛出，经过时间t1，落到斜面上的P点时，速度正好垂直斜面；小球乙从B点以水平初速度抛出，经过时间t2，也落到斜面上的P点，已知B、P两点的连线与斜面垂直，不计空气阻力，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8，下列说法正确的是（ ）
A．若A、B两点在同一水平面上，则
B．若 ，则
C．若甲、乙在水平方向的分位移相等，则
D．若甲、乙的位移大小相等，则
10．如图所示，一个小球以初速度为从高为的墙的上端水平抛出，在距离墙壁为d处有一竖直挡板与墙面平行，竖直挡板高也为，距离墙脚O点处有一个小坑A。小球落地前至少与挡板发生一次碰撞，假定小球与墙壁和挡板的碰撞都是完全弹性的，即小球碰撞前后水平速度大小不变，方向相反，竖直方向速度不变。不计碰撞时间，重力加速度g取，现左右移动挡板调整d的大小，可以使小球第一次到达地面时恰好落到小坑A中，则d的取值可能为（ ）
A．B．C．D．
11．排球训练中某同学在距离地面高处O点将排球水平击出，另一同学将排球在A点垫起，假设垫起后排球的速率与垫起前瞬间相同，速度方向有甲、乙、丙三种情况，其中甲的速度方向恰好与垫起前瞬间相反。已知O、A两点水平距离是竖直距离的两倍，三种方式小球轨迹均在同一竖直面内，忽略空气阻力。关于这三种情况，下列分析正确的是（ ）
A．甲种方式，小球可以通过O点，且速度方向水平
B．乙种方式，小球轨迹最高点的位置可能在O点右侧
C．丙种方式，小球轨迹最高点的位置一定在O点左侧
D．乙和丙两种方式，小球轨迹最高点的位置可能在同一竖直线上
12．篮球运动是一项是以手为中心的身体对抗性体育运动，深受同学们喜爱。国际篮联场地标准为长28m，宽15m，篮圈下沿距地面高为3.05m，三分线半径为6.75m（三分线到篮筐中心在地面投影的距离），如图所示，某次训练中，运动员紧贴三分线外a处进行定点投篮练习，篮球离手时距地面高度为2.25m，经过0.5s到达最高点，之后在下落过程中恰好穿过篮筐。假设篮球出手时在三分线正上方，篮球出手时初速度与水平面夹角为，不计空气阻力，g取，则（ ）
A．B．
C．D．
电场中的抛体运动
13．如图所示，xOy坐标系内存在平行于坐标平面的匀强电场。一个质量为m，电荷量为+q的带电粒子，以v0的速度沿AB方向入射，粒子恰好以最小的速度垂直于y轴击中C点。已知A、B、C三个点的坐标分别为（−L，0）、（0，2L）、（0，L）。若不计重力与空气阻力，则下列说法中正确的是（ ）
A．带电粒子由A到C过程中最小速度一定为
B．带电粒子由A到C过程中电势能先减小后增大
C．匀强电场的场强大小为
D．若改变匀强电场，使粒子恰好能沿AB直线方向到达B点，则此状态下电场强度大小为
14．如图所示，光滑绝缘圆弧轨道出口水平，下方与斜面在O点相连接，带电荷量为－q的小球自圆弧轨道上的A点由静止下滑，恰好落在斜面上的B点，若在斜面所处区域加一竖直向下的匀强电场，电场强度大小为，小球仍自A点由静止下滑，经O点后落在斜面上的C点（图中未画出），以下说法正确的是（ ）
A．小球两次从O点到斜面上所用时间之比为1∶4
B．BC间距离为OB间距离的2倍
C．小球落到B、C两点时的速度方向相同
D．小球落到B、C两点的过程中动能变化量相同
15．平行板电容器两极板长度均为，宽度均为，两极板间距为d，在极板左侧有一“狭缝”粒子源（粒子源长度也为a），沿极板中心平面连续不断地向整个电容器射入相同粒子，距极板右端处有一与极板垂直的足够大光屏，如图所示。粒子质量为m，电荷量为，初速度大小均为，初速度方向均垂直于光屏。当平行板电容器两极板间电压为时，粒子恰好从极板右侧边缘飞出电场。在两极板间加上连续变化的电压，每个粒子通过电容器的时间都远小于电压变化的时间，在每个粒子通过电容器的时间内，电场可视为匀强电场，不计粒子重力。则关于粒子运动下列说法正确的是（ ）
A．电压U0满足
B．粒子打在光屏上的最大速度为
C．粒子打在光屏上的最大速度与光屏夹角a满足
D．粒子打在光屏上的区域面积为
16．如图所示，水平面内有一正方形区域ABCD，所在的平面与某一匀强电场平行，在A点有一个粒子源沿各个方向发射带负电的粒子，若与AB成45°的方向以的速度射入正方形区域的粒子恰好垂直于BC打到了E点，E点是BC的中点，已知正方形的边长为1m，粒子的比荷为0.1C/kg，C点电势为0，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用，则下列说法正确的是（ ）
A．该匀强电场的方向可能水平向右
B．打到E点的粒子在运动过程中动能逐渐减少，电势能逐渐增加
C．C点电势低于B点电势，
D．从AD方向射入的粒子可能到达C点
17．如图xOy空间中有沿y轴正方向的匀强电场E1，P点右侧还有沿x轴正方向的匀强电场E2，一带电液滴电荷量为q（q>0），质量为m，带电液滴以初动能Ek0沿直线从A运动到O。液滴经过O点时电场E大小不变，方向突然反向，液滴经一段时间t运动到P点，又经过相同时间t沿直线运动到N点，已知yN=-d，E2=2E1，重力加速度为g，则下列分析中正确的是（ ）
A．液滴过O点后，先做类平抛运动，再做匀速直线运动
B．
C．
D．P点坐标为
18．如图所示，相距2L的AB、CD两直线间的区域存在两个大小不同、方向相反的有界匀强电场，其中PS下方的电场的场强方向为竖直向上，PS上方的电场的场强方向为竖直向下。在电场左边界AB上宽为L的PQ区域内，连续分布着电荷量为、质量为m的粒子。从某时刻起由Q到P点间的带电粒子，依次以相同的初速度沿水平方向垂直射入匀强电场中。从Q点射入的粒子，通过PS上的某点R进入匀强电场后从CD边上的M点水平射出，其轨迹如图。若MS两点的距离为。不计粒子的重力及它们间的相互作用。下列说法正确的是（ ）
A．PQ间水平射入电场的粒子，它们到达CD边的时间均为
B．PQ间水平射入电场的粒子，它们一定都垂直于CD边水平射出
C．电场强度
D．PQ间距离P点为的粒子射入电场后垂直于CD边水平射出
磁场中的抛体运动
19．绝缘光滑斜面与水平面成角，一质量为m、电荷量为－q的小球从斜面上高h处，以初速度为切方向与斜面底边MN平行射入；如图所示，整个装置处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于MN且平行于斜面向上。已知斜面足够大，小球能够沿斜面到达底边MN。则下列判断错误的是（ ）
A．小球在斜面上做匀变速曲线运动
B．小球到达底边MN的时间
C．匀强磁场磁感应强度的取值范围为00），质量为m，带电液滴以初动能Ek0沿直线从A运动到O。液滴经过O点时电场E大小不变，方向突然反向，液滴经一段时间t运动到P点，又经过相同时间t沿直线运动到N点，已知yN=-d，E2=2E1，重力加速度为g，则下列分析中正确的是（ ）
A．液滴过O点后，先做类平抛运动，再做匀速直线运动
B．
C．
D．P点坐标为
【答案】BD
【详解】A．液滴过O点时，合力与速度方向垂直，之后合力恒定，则O到P做类平抛运动；过P点后，分析可知，合力与速度方向共线，则再做匀加速直线运动。故A错误；
B．由平衡条件得解得故B正确；
CD．O到N，竖直方向为初速度为0的匀加速直线运动，由于O到P和P到N的时间相等。则
P点过后，合力与水平方向的夹角设为，则解得，O到P，由平抛规律有；又，，E2=2E1联立解得
则P点坐标为。故C错误，D正确。故选BD。
18．如图所示，相距2L的AB、CD两直线间的区域存在两个大小不同、方向相反的有界匀强电场，其中PS下方的电场的场强方向为竖直向上，PS上方的电场的场强方向为竖直向下。在电场左边界AB上宽为L的PQ区域内，连续分布着电荷量为、质量为m的粒子。从某时刻起由Q到P点间的带电粒子，依次以相同的初速度沿水平方向垂直射入匀强电场中。从Q点射入的粒子，通过PS上的某点R进入匀强电场后从CD边上的M点水平射出，其轨迹如图。若MS两点的距离为。不计粒子的重力及它们间的相互作用。下列说法正确的是（ ）
A．PQ间水平射入电场的粒子，它们到达CD边的时间均为
B．PQ间水平射入电场的粒子，它们一定都垂直于CD边水平射出
C．电场强度
D．PQ间距离P点为的粒子射入电场后垂直于CD边水平射出
【答案】ACD
【详解】A．PQ间水平射入电场的粒子在水平方向都做匀速直线运动，则它们到达CD边的时间均为
故A正确；
C．从Q点射入的粒子，设从Q到R的时间为，R到M的时间为，到达R时的竖直速度为，则根据牛顿第二定律可得，粒子在PS下方的加速度为粒子在PS上方的加速度为
根据类平抛规律有；；；联立可得，故C正确；
BD．设PQ到P点距离为h的粒子射入电场后，经过n个类似于Q到R到M的循环运动（包括粒子从电场穿过PS进入电场的运动）后，恰好垂直于CD边水平射出，则该粒子的速度第一次变为水平所用的时间为（）第一次到达PS边的时间则为，则有（）
则PQ间距离P点为的粒子射入电场后垂直于CD边水平射出，故B错误，D正确。故选ACD。
磁场中的抛体运动
19．绝缘光滑斜面与水平面成角，一质量为m、电荷量为－q的小球从斜面上高h处，以初速度为切方向与斜面底边MN平行射入；如图所示，整个装置处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于MN且平行于斜面向上。已知斜面足够大，小球能够沿斜面到达底边MN。则下列判断错误的是（ ）
A．小球在斜面上做匀变速曲线运动
B．小球到达底边MN的时间
C．匀强磁场磁感应强度的取值范围为0