2010-2012高考物理高频考点精选分类解析6 超重和失重 运动平衡问题

本人声明：本资源属本人原创作品，授予21世纪教育网独家发行。
2010~2012高考物理高频考点精选分类解析
高频考点6 超重和失重 运动平衡问题
1．（2010高考海南物理）如图5，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块，木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上．若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为
A．加速下降 B．加速上升 C．减速上升 D．减速下降
【答案】BD
【解析】：木箱静止时物块对箱顶有压力，则物块受到箱顶向下的压力。当物块对箱顶刚好无压力时，表明系统处于超重状态，有向上的加速度，属于超重，木箱的运动状态可能为加速上升或减速下降，选项BD正确。
【点评】此题考查受力分析、牛顿第二定律及超重和失重现象。要注意题述中的“可能”运动状态，不要漏选。
2（2010山东理综）如图4所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动（m1在地面，m2在空中），力F与水平方向成(角，则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是
A．N= m1g+ m2g- Fsin(
B．N= m1g+ m2g- Fcos(
C．f=Fcos(
D．f=Fsin(
【答案】AC
【解析】：把两个物体看作一个整体，由两个物体一起沿水平方向做匀速直线运动可知水平方向f=Fcos(，选项C正确D错误；设轻弹簧中弹力为F1，弹簧方向与水平方向的夹角为α，隔离m2，分析受力，由平衡条件，在竖直方向有，Fsin(=m2g+ F1sinα，
隔离m1，分析受力，由平衡条件，在竖直方向有，m1g=N+ F1sinα，
联立解得，N= m1g+ m2g- Fsin(，选项A正确B错误。
3（2010新课标卷）如图1所示，一物块置于水平地面上.。当用与水平方向成60°角的力F1拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成30°角的力F2推物块时，物块仍做匀速直线运动.若F1和F2的大小相等，则物块与地面之间的动摩擦因数为
A． B．
C． D．1-
【答案】B
【解析】物体受重力mg、支持力N、摩擦力f和已知力F1或F2处于平衡状态，根据平衡条件，将F1或F2分别沿水平方向和竖直方向分解，根据平衡条件，
当用与水平方向成60°角的力F1拉物块时，
F1cos60°=f
N+F1sin60°=mg
f=μN；
当改用与水平方向成30°角的力F2推物块时，
F1cos30°=f
N=mg+F1sin30°
f=μN；
联立解得μ=2-。所以选项B正确。
【点评】此题考查受力分析和平衡条件的应用。要注意两种情况下压力不同，滑动摩擦力不同。
4.（2010浙江理综） 如图4所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛（不计空气阻力）。下列说法正确的是 （　）
A. 在上升和下降过程中A对B的压力一定为零
B. 上升过程中A对B的压力大于A对物体受到的重力
C. 下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
D. 在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
4【答案】A
【解析】：以A、B整体为研究对象，仅受重力，由牛顿第二定律知二者运动的加速度为g，方向竖直向下。以A为研究对象，因加速度为g，方向竖直向下，故由牛顿第二定律知A所受合力为A的重力，所以A仅受重力作用，在上升和下降过程中A对B的压力一定为零，选项A正确BCD错误。
5．（19分）（2012·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线运动，当速度达到v0时，再以v0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θ0，如题25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；
（2）求在加速跑阶段球拍倾角随速度变化的关系式；
（3）整个匀速跑阶段，若该同学速度仍为v0，而球拍的倾角比θ0大了β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β应满足的条件。
5.【解析】：（1）在匀速运动阶段，有mgtanθ0=kv0，
解得：k=tanθ0。
（2）加速阶段，设球拍对球的支持力为N’，有N’sinθ-kv=ma，
N’cosθ=mg
联立解得：tanθ=+tanθ0。
（3）以v0做匀速直线运动时，设空气阻力与重力的合力为F，有
F=。
球拍倾角为θ0+β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a’，有
Fsinβ=ma’，
设匀速跑阶段所用时间为t，有：t=-，
球不从球拍上掉落的条件为 a’t2≤r。
解得sinβ≤cosθ0。
【考点定位】此题考查平衡条件牛顿运动定律及其相关知识。
本人声明：本资源属本人原创作品，授予21世纪教育网独家发行。
2010~2012高考物理高频考点精选分类解析
高频考点6 超重和失重 运动平衡问题
1．（2010高考海南物理）如图5，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块，木箱静止时弹簧处于压缩状态且物块压在箱顶上．若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为
A．加速下降 B．加速上升 C．减速上升 D．减速下降
【答案】BD
【解析】：木箱静止时物块对箱顶有压力，则物块受到箱顶向下的压力。当物块对箱顶刚好无压力时，表明系统处于超重状态，有向上的加速度，属于超重，木箱的运动状态可能为加速上升或减速下降，选项BD正确。
【点评】此题考查受力分析、牛顿第二定律及超重和失重现象。要注意题述中的“可能”运动状态，不要漏选。
2（2010山东理综）如图4所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动（m1在地面，m2在空中），力F与水平方向成(角，则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是
A．N= m1g+ m2g- Fsin(
B．N= m1g+ m2g- Fcos(
C．f=Fcos(
D．f=Fsin(
【答案】AC
【解析】：把两个物体看作一个整体，由两个物体一起沿水平方向做匀速直线运动可知水平方向f=Fcos(，选项C正确D错误；设轻弹簧中弹力为F1，弹簧方向与水平方向的夹角为α，隔离m2，分析受力，由平衡条件，在竖直方向有，Fsin(=m2g+ F1sinα，
隔离m1，分析受力，由平衡条件，在竖直方向有，m1g=N+ F1sinα，
联立解得，N= m1g+ m2g- Fsin(，选项A正确B错误。
3（2010新课标卷）如图1所示，一物块置于水平地面上.。当用与水平方向成60°角的力F1拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成30°角的力F2推物块时，物块仍做匀速直线运动.若F1和F2的大小相等，则物块与地面之间的动摩擦因数为
A． B．
C． D．1-
【答案】B
【解析】物体受重力mg、支持力N、摩擦力f和已知力F1或F2处于平衡状态，根据平衡条件，将F1或F2分别沿水平方向和竖直方向分解，根据平衡条件，
当用与水平方向成60°角的力F1拉物块时，
F1cos60°=f
N+F1sin60°=mg
f=μN；
当改用与水平方向成30°角的力F2推物块时，
F1cos30°=f
N=mg+F1sin30°
f=μN；
联立解得μ=2-。所以选项B正确。
【点评】此题考查受力分析和平衡条件的应用。要注意两种情况下压力不同，滑动摩擦力不同。
4.（2010浙江理综） 如图4所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛（不计空气阻力）。下列说法正确的是 （　）
A. 在上升和下降过程中A对B的压力一定为零
B. 上升过程中A对B的压力大于A对物体受到的重力
C. 下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力
D. 在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力
4【答案】A
【解析】：以A、B整体为研究对象，仅受重力，由牛顿第二定律知二者运动的加速度为g，方向竖直向下。以A为研究对象，因加速度为g，方向竖直向下，故由牛顿第二定律知A所受合力为A的重力，所以A仅受重力作用，在上升和下降过程中A对B的压力一定为零，选项A正确BCD错误。
5．（19分）（2012·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线运动，当速度达到v0时，再以v0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θ0，如题25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；
（2）求在加速跑阶段球拍倾角随速度变化的关系式；
（3）整个匀速跑阶段，若该同学速度仍为v0，而球拍的倾角比θ0大了β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β应满足的条件。
5.【解析】：（1）在匀速运动阶段，有mgtanθ0=kv0，
解得：k=tanθ0。
（2）加速阶段，设球拍对球的支持力为N’，有N’sinθ-kv=ma，
N’cosθ=mg
联立解得：tanθ=+tanθ0。
（3）以v0做匀速直线运动时，设空气阻力与重力的合力为F，有
F=。
球拍倾角为θ0+β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a’，有
Fsinβ=ma’，
设匀速跑阶段所用时间为t，有：t=-，
球不从球拍上掉落的条件为 a’t2≤r。
解得sinβ≤cosθ0。
【考点定位】此题考查平衡条件牛顿运动定律及其相关知识。