考点3 曲线运动—五年（2020—2024年）高考物理真题专项分类汇编(含答案)

这是一份考点3 曲线运动—五年（2020—2024年）高考物理真题专项分类汇编(含答案)，共20页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．如图所示，有五片荷叶伸出荷塘水面，一只青蛙要从高处荷叶跳到低处荷叶上，设低处荷叶和青蛙在同一竖直平面内，高度相同，高度相同，分别在正上方。将青蛙的跳跃视为平抛运动，若以最小的初速度完成跳跃，则它应跳到( )
A.荷叶aB.荷叶bC.荷叶cD.荷叶d
2．陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。如图所示是生产陶磁的简化工作台，当陶磁匀速转动时，台面面上掉有陶屑，陶屑与桌面间的动摩因数处处相同（台面够大），则( )
A.离轴越远的陶屑质量越大B.离轴越近的陶屑质量越小
C.只有平台边缘有陶屑D.离轴最远的陶屑距离不会超过某一值
3．如图所示，不可伸长的光滑细线穿过质量为0.1kg的小铁球，两端A、B悬挂在倾角为的固定斜杆上，间距为1.5m。小球平衡时，A端细线与杆垂直；当小球受到垂直纸面方向的扰动做微小摆动时，等效于悬挂点位于小球重垂线与AB交点的单摆，重力加速度，则( )
A.摆角变小，周期变大B.小球摆动周期约为2s
C.小球平衡时，A端拉力为ND.小球平衡时，A端拉力小于B端拉力
4．在某地区的干旱季节，人们常用水泵从深水井中抽水灌溉农田，简化模型如图所示。水井中的水面距离水平地面的高度为H。出水口距水平地面的高度为h，与落地点的水平距离约为l。假设抽水过程中H保持不变，水泵输出能量的η倍转化为水被抽到出水口处增加的机械能。已知水的密度为ρ，水管内径的横截面积为S，重力加速度大小为g，不计空气阻力。则水泵的输出功率约为( )
A.B.
C.D.
5．铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，下列关于铅球在空中运动时的加速度大小a、速度大小v、动能和机械能E随运动时间t的变化关系中，正确的是( )
A.B.
C.D.
6．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.
二、多选题
7．电动小车在水平面内做匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A.小车的动能不变B.小车的动量守恒
C.小车的加速度不变D.小车所受的合外力一定指向圆心
8．如图所示，轻绳的一端拴一个蜂鸣器，另一端穿过竖直管握在手中。蜂鸣器在水平面内做匀速圆周运动，缓慢下拉绳子，使蜂鸣器升高到水平面内继续做匀速圆周运动。不计空气阻力和摩擦力，与升高前相比，蜂鸣器( )
A.角速度不变B.线速度减小
C.向心加速度增大D.所受拉力大小不变
9．如图所示，某同学将离地1.25 m的网球以13 m/s的速度斜向上击出，击球点到竖直墙壁的距离4.8 m.当网球竖直分速度为零时，击中墙壁上离地高度为8.45 m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.
三、实验题
10．（1）水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体，如图（a）所示，图（b）为俯视图，测得圆盘直径，圆柱体质量，圆盘绕过盘心的竖直轴匀速转动，转动时小圆柱体相对圆盘静止。
为了研究小圆柱体做匀速圆周运动时所需要的向心力情况，某同学设计了如下实验步骤：
①用秒表测圆盘转动10周所用的时间，则圆盘转动的角速度_______（π取3.14）
②用游标卡尺测量小圆柱体不同位置的直径，某次测量的示数如图（c）所示，该读数___________mm，多次测量后，得到平均值恰好与d相等。
③写出小圆柱体所需向心力表达式_________（用表示），其大小为_________N（保留2位有效数字）
（2）为验证两个互成角度的力的合成规律，某组同学用两个弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材，按照如下实验步骤完成实验：
（Ⅰ）用图钉将白纸固定在水平木板上；
（Ⅱ）如图（d）（e）所示，橡皮条的一端固定在木板上的G点，另一端连接轻质小圆环，将两细线系在小圆环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用两个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置，并标记圆环的圆心位置为O点，拉力和的方向分别过和点，大小分别为；拉力和，改用一个弹簧测力计拉动小圆环，使其圆心到O点，在拉力F的方向上标记点，拉力的大小为请完成下列问题：
①在图（e）中按照给定的标度画出和F的图示，然后按平行四边形定则画出的合力；
②比较F和，写出可能产生误差的两点原因__________________；__________________。
四、计算题
11．如图所示，水平放置的排水管满口排水，管口的横截面积为S，管口离水池水面的高度为h，水在水池中的落点与管口的水平距离为d。假定水在空中做平抛运动，已知重力加速度为g，h远大于管口内径。求：
（1）水从管口到水面的运动时间t；
（2）水从管口排出时的速度大小；
（3）管口单位时间内流出水的体积Q。
12．某兴趣小组为研究非摩擦形式的阻力设计了如图甲的模型。模型由大齿轮、小齿轮、链条、阻力装置K及绝缘圆盘等组成。K由固定在绝缘圆盘上两个完全相同的环状扇形线圈、组成。小齿轮与绝缘圆盘固定于同一转轴上，转轴轴线位于磁场边界处，方向与磁场方向平行，匀强磁场磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，与K所在平面垂直。大、小齿轮半径比为n，通过链条连接。K的结构参数见图乙，其中，每个线圈的圆心角为，圆心在转轴轴线上，电阻为R。不计摩擦，忽略磁场边界处的磁场，若大齿轮以ω的角速度保持匀速转动，以线圈的ab边某次进入磁场时为计时起点，求K转动一周。
（1）不同时间线圈受到的安培力大小；
（2）流过线圈的电流有效值；
（3）装置K消耗的平均电功率。
13．“转碟”是传统的杂技项目.如图所示，质量为m的发光物体放在半径为r的碟子边缘，杂技演员用杆顶住碟子中心，使发光物体随碟子一起在水平面内绕A点做匀速圆周运动.当角速度为时，碟子边缘看似一个光环.求此时发光物体的速度大小和受到的静摩擦力大小f.
14．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。
15．如图所示，处于竖直平面内的一探究装置，由倾角的光滑直轨道AB、圆心为的半圆形光滑轨道BCD、圆心为的半圆形光滑细圆管轨道DEF、倾角也为37°的粗糙直轨道FG组成，和F为轨道间的相切点，弹性板垂直轨道固定在G点（与B点等高），和F点处于同一直线上。已知可视为质点的滑块质量，轨道BCD和DEF的半径，轨道AB长度，滑块与轨道FG间的动摩擦因数。滑块与弹性板作用后，以等大速度弹回，，。滑块开始时均从轨道AB上某点静止释放。
（1）若释放点距B点的长度，求滑块到最低点C时轨道对其支持力的大小；
（2）设释放点距B点的长度为，求滑块第1次经F点时的速度v与之间的关系式；
（3）若滑块最终静止在轨道FG的中点，求释放点距B点长度的值。
16．2022年北京冬奥会短道速滑混合团体2000米接力决赛中，我国短道速滑队夺得中国队在本届冬奥会的首金。
（1）如果把运动员起跑后进入弯道前的过程看作初速度为零的匀加速直线运动，若运动员加速到速度时，滑过的距离，求加速度的大小；
（2）如果把运动员在弯道滑行的过程看作轨道为半圆的匀速圆周运动，如图所示，若甲、乙两名运动员同时进入弯道，滑行半径分别为，滑行速率分别为，求甲、乙过弯道时的向心加速度大小之比，并通过计算判断哪位运动员先出弯道。
参考答案
1．答案：C
解析：
2．答案：D
解析：ABC.与台面相对静止的陶屑做匀速圆周运动，静摩擦力提供向心力，当静摩擦力为最大静摩擦力时，根据牛顿第二定律可得
解得
因与台面相对静止的这些陶屑的角速度相同，由此可知能与台面相对静止的陶屑离轴的距离与陶屑质量无关，只要在台面上不发生相对滑动的位置都有陶屑。故ABC错误；
D.离轴最远的陶屑其受到的静摩擦力为最大静摩擦力，由前述分析可知最大的运动半径为
μ与ω均一定，故R为定值，即离轴最远的陶屑距离不超过某一值R。故D正确。
故选D。
3．答案：B
解析：A.根据单摆的周期公式可知周期与摆角无关，故A错误；
CD.同一根绳中，A端拉力等于B端拉力，平衡时对小球受力分析如图
可得
解得
故CD错误；
B.根据几何知识可知摆长为
故周期为
故B正确。
故选B。
4．答案：B
解析：设水从出水口射出的初速度为，取t时间内的水为研究对象，该部分水的质量为
根据平抛运动规律

解得
根据功能关系得
联立解得水泵的输出功率为
故选B。
5．答案：D
解析：由题意可知，铅球被水平推出后做平抛运动，加速度a即为重力加速度，故a不变，A错误；设铅球初速度大小为，由平抛运动规律以及速度的合成可知，v与t的关系为，不是一次函数关系，B错误；由动能可知，与t是二次函数关系，C错误；铅球在空中运动时只受重力，机械能守恒，D正确.
6．答案：C
解析：本题考查匀变速直线运动、匀速直线运动与平抛运动的速度与加速度。不计摩擦力和空气阻力，运动员在阶段做初速度为零、加速度为的匀加速直线运动；在阶段做匀速直线运动；在阶段做平抛运动，加速度为，平抛运动中，v与t不再是线性关系，C项正确。
7．答案：AD
解析：A.做匀速圆周运动的物体速度大小不变，故动能不变，故A正确；
B.做匀速圆周运动的物体速度方向时刻在改变，故动量不守恒，故B错误；
C.做匀速圆周运动的物体加速度大小不变，方向时刻在改变，故C错误；
D.做匀速圆周运动的物体所受的合外力一定指向圆心，故D正确。
故选AD。
8．答案：BC
解析：设绳子与竖直方向夹角为θ，绳子长度为l，小球所在平面距离顶点的竖直高度为h，对小球分析有
整理有
，，
A.由于
小球从A处到达B处，l减小，θ增大，则无法判断的关系，故A错误；
B.由于
其中
联立有
由题意可知，小球从A处到达B处，h减小，则，故B正确；
CD.由于
整理有
由题意可知，其角度θ变大，所以小球所受向心力变大，即，向心加速度大小也变大，即，故C正确、D错误。
故选BC。
9．答案：BD
解析：网球的运动过程如图所示，设网球的竖直分速度为，则有，则网球的水平分速度，网球从被击出到与墙壁碰撞经历的时间为，网球的击出点到碰墙点的投影间的距离，网球在碰到墙壁时的速度大小为，速度方向与墙壁间的夹角满足，网球碰到墙壁前瞬间平行于墙壁的分速度，垂直墙壁的速度，网球碰到墙壁后的速度大小，A错误，B正确.网球碰到墙壁后沿墙壁方向的速度与垂直墙壁方向的速度相等，则合速度方向与墙壁间的夹角，网球着地所用时间，网球着地过程的轨迹在水平面的投影长度，则网球着地点到墙壁的距离，C错误，D正确.
10．答案：（1）1；16.2；；
（2）①；②没有做到弹簧秤、细绳、橡皮条都与木板平行；读数时没有正视弹簧测力计
解析：（1）圆盘转动10周所用的时间，则圆盘转动的周期为
根据角速度与周期的关系有
根据游标卡尺的读数规则有
小圆柱体做圆周运动的半径为
则小圆柱体所需向心力表达式
代入数据有
（2）①按照给定的标度画出和F的图示，然后按平行四边形定则画出的合力，如下图所示
②F和不完全重合的误差可能是：没有做到弹簧秤、细绳、橡皮条都与木板平行；读数时没有正视弹簧测力计。
11．答案：（1）（2）（3）
解析：（1）水在空中做平抛运动，由平抛运动规律得，竖直方向
解得水从管口到水面的运动时间
（2）由平抛运动规律得，水平方向
解得水从管口排出时的速度大小
（3）管口单位时间内流出水的体积
12．答案：（1）见解析；（2）；（3）
解析：（1）由题意知大齿轮以ω的角速度保持匀速转动，大小齿轮线速度相等，则
，
可得小齿轮转动的角速度为
转动周期为
以线圈的ab边某次进入磁场时为计时起点，到cd边进入磁场，经历的时间为
这段时间内线圈产生的电动势为
电流为
受到的安培力大小
当ab边和cd边均进入磁场后到ab边离开磁场，经历的时间为
由于线圈磁通量不变，无感应电流，安培力大小为0；
当线圈ab边离开磁场到cd边离开磁场，经历的时间为
此时的安培力大小由前面分析可知
方向与进入时相反；
当线圈cd边离开磁场到ab边进入磁场，经历的时间为
同理可知安培力为0。
（2）根据（1）可知设流过线圈的电流有效值为I，则根据有效值定义有
其中
，
联立解得
（3）根据题意可知流过线圈和的电流有效值相同，则在一个周期内装置K消耗的平均电功率为
13．答案：
解析：发光物体做匀速圆周运动，角速度为，做圆周运动的半径为r，由匀速圆周运动规律可知，发光物体的速度大小，
发光物体受到的静摩擦力提供其做圆周运动的向心力，有.
14．答案：（1）（2）（3），或，
解析：（1）虫子做匀加速直线运动，青蛙做平抛运动，由几何关系可知
青蛙做平抛运动，设时间为，有
联立解得
（2）若蛙和虫同时开始运动，时间均为t，则虫的水平分加速度和竖直分加速度分别为
，
相遇时有，解得
则最小的坐标
若蛙和虫不同时刻出发，轨迹相切时，青蛙的平抛运动有，
可得轨迹方程为
虫的轨迹方程为
两轨迹相交，可得
整理可知
令，即
解得
虫在x轴上飞出的位置范围为
（3）设蛙的运动时间为，有
解得，
若青蛙两次都向右跳出，则，
解得，
若青蛙一次向左跳出，一次向右跳出，则
解得，
15．答案：（1）7 N
（2）
（3）或
解析：（1）滑块从A到C的过程只有重力做功，机械能守恒，则
在C点根据牛顿第二定律有
代入数据解得
（2）要使得滑块到达F点，则必过圆弧轨道DEF的最高点，即有
即
滑块运动到F的过程中，由机械能守恒定律有
解得
（3）设最终摩擦力做的功为滑块第一次到达FG中点时的n倍，由动能定理得
其中
解得
将代入上式可得
由运动过程可知，n只能取1、3、5
①当时，
②当时，
③当时，
16.
（1）答案：
解析：由匀变速直线运动规律有
解得
（2）答案：见解析
解析：匀速圆周运动的向心加速度
则
运动员做匀速圆周运动，转过半圆，所用时间为
因为
则，故甲先出弯道