历年高考物理力学压轴题经典题精选汇总 9页

‎2001—2008届高考物理压轴题分类汇编 一、力学 ‎2001年全国理综（江苏、安徽、福建卷）‎ ‎31．（28分）太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e+4→+释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10％，太阳将离开主序垦阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化，假定目前太阳全部由电子和核组成。‎ ‎（1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M。已知地球半径R=6.4×106 m，地球质量m=6.0×1024 kg，日地中心的距离r=1.5×1011 m，地球表面处的重力加速度g=10 m/s2，1年约为3.2×107秒。试估算目前太阳的质量M。‎ ‎（2）已知质子质量mp=1.6726×10－27 kg，质量mα=6.6458×10－27 kg，电子质量me=0.9×10－30 kg，光速c=3×108 m/s。求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。‎ ‎（3）又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能w=1.35×103 W/m2。试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命。‎ ‎（估算结果只要求一位有效数字。）‎ 参考解答：‎ ‎（1）估算太阳的质量M 设T为地球绕日心运动的周期，则由万有引力定律和牛顿定律可知 ‎ ① ‎ 地球表面处的重力加速度 ‎ ②‎ 由①、②式联立解得 ‎ ③‎ 以题给数值代入，得M＝2×1030 kg ④‎ ‎（2）根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为 ‎△E=（4mp+2me－mα）c2 ⑤‎ 代入数值，解得 ‎△E=4.2×10－12 J ⑥‎ ‎（3）根据题给假定，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为 ‎×10% ⑦‎ 因此，太阳总共辐射出的能量为 E＝N·△E 设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能为 ε=4πr2w ⑧‎ 所以太阳继续保持在主序星的时间为 ‎ ⑨‎ 由以上各式解得 以题给数据代入，并以年为单位，可得 t=1×1010 年=1 百亿年 ⑩‎ 评分标准：本题28分，其中第（1）问14分，第（2）问7分。第（3）问7分。‎ ‎ 第（1）问中，①、②两式各3分，③式4分，得出④式4分；‎ ‎ 第（2）问中⑤式4分，⑥式3分；‎ ‎ 第（3）问中⑦、⑧两式各2分，⑨式2分，⑩式1分。‎ ‎2003年理综（全国卷） 34．（22分）一传送带装置示意如图，其中传送带经过AB区域时是水平的，经过BC区域时变为圆弧形（圆弧由光滑模板形成，未画出），经过CD区域时是倾斜的，AB和CD都与BC相切。现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上，放置时初速为零，经传送带运送到D处，D和A的高度差为h。稳定工作时传送带速度不变，CD段上各箱等距排列，相邻两箱的距离为L。每个箱子在A处投放后，在到达B之前已经相对于传送带静止，且以后也不再滑动（忽略经BC段时的微小滑动）。已知在一段相当长的时间T内，共运送小货箱的数目为N。这装置由电动机带动，传送带与轮子间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦。求电动机的平均抽出功率。‎ 参考解答：‎ 以地面为参考系（下同），设传送带的运动速度为v0，在水平段运输的过程中，小货箱先在滑动摩擦力作用下做匀加速运动，设这段路程为s，所用时间为t，加速度为a，则对小箱有 s＝1/2at2 ①‎ v0＝at ②‎ 在这段时间内，传送带运动的路程为 s0＝v0t ③‎ 由以上可得 s0＝2s ④‎ 用f表示小箱与传送带之间的滑动摩擦力，则传送带对小箱做功为 A＝fs＝1/2mv02 ⑤‎ 传送带克服小箱对它的摩擦力做功 A0＝fs0＝2·1/2mv02 ⑥‎ 两者之差就是克服摩擦力做功发出的热量 Q＝1/2mv02 ⑦‎ 可见，在小箱加速运动过程中，小箱获得的动能与发热量相等。‎ T时间内，电动机输出的功为 W＝T ⑧‎ 此功用于增加小箱的动能、势能以及克服摩擦力发热，即 W＝1/2Nmv02＋Nmgh＋NQ ⑨‎ 已知相邻两小箱的距离为L，所以 v0T＝NL ⑩‎ 联立⑦⑧⑨⑩，得 ‎＝[＋gh]‎ ‎2004年全国理综 ‎25．（20分）‎ 柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成，气缸与活塞间有柴油与空气的混合物。在重锤与桩碰撞的过程中，通过压缩使混合物燃烧，产生高温高压气体，从而使桩向下运动，锤向上运动。现把柴油打桩机和打桩过程简化如下：‎ 柴油打桩机重锤的质量为m，锤在桩帽以上高度为h处（如图1）从静止开始沿竖直轨道自由落下，打在质量为M（包括桩帽）的钢筋混凝土桩子上。同时，柴油燃烧，产生猛烈推力，锤和桩分离，这一过程的时间极短。随后，桩在泥土中向下移动一距离l。已知锤反跳后到达最高点时，锤与已停下的桩幅之间的距离也为h（如图2）。已知m＝1.0×103kg，M＝2.0×103kg，h＝2.0m，l＝0.20m，重力加速度g＝10m/s2，混合物的质量不计。设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F是恒力，求此力的大小。‎ ‎25．锤自由下落，碰桩前速度v1向下，‎ ‎ ①‎ 碰后，已知锤上升高度为（h－l），故刚碰后向上的速度为 ‎ ②‎ 设碰后桩的速度为V，方向向下，由动量守恒，‎ ‎ ③‎ 桩下降的过程中，根据功能关系，‎ ‎ ④‎ 由①、②、③、④式得 ‎ ⑤‎ 代入数值，得 ‎ N ⑥‎ ‎2005年理综（四川、贵州、云南、陕西、甘肃）‎ ‎25.（20分）如图所示，一对杂技演员（都视为质点）乘秋千（秋千绳处于水平位置）从A点由静止出发绕O点下摆，当摆到最低点B时，女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出，然后自己刚好能回到高处A。求男演员落地点C与O点的水平距离s。已知男演员质量m1和女演员质量m2之比m1/m2＝2秋千的质量不计，秋千的摆长为R，C点低5R。‎ 解：设分离前男女演员在秋千最低点B的速度为v0，由机械能守恒定律， 设刚分离时男演员速度的大小为v1，方向与v0相同；女演员速度的大小为v2，方向与v0相反，由动量守恒，分离后，男演员做平抛运动，设男演员从被推出到落在C点所需的时间为t，根据题给条件，由运动学规律， ，根据题给条件，女演员刚好回A点，由机械能守恒定律，，已知m1＝2m2，由以上各式可得x＝8R ‎2006年全国理综（天津卷）‎ ‎25．（22分）神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体，探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律。天文学家观测河外星系麦哲伦云时，发现了LMCX-3双星系统，它由可见星A和不可见的暗星B构成，两星视为质点，不考虑其它天体的影响，A、B围绕两者连线上的O点做匀速圆周运动，它们之间的距离保持不变，如图所示。引力常量为G，由观测能够得到可见星A的速率v和运行周期。‎ ‎　　　（1）可见得A所受暗星B的引力FA可等效为位于O点处质量为m/的星体（视为质点）对它的引力，设A和B的质量分别为m1、m2。试求m/的（用m1、m2表示）；‎ ‎　　　（2）求暗星B的质量m2与可见星A的速率v、运行周期T和质量m1之间的关系式；‎ ‎　　　（3）恒星演化到末期，如果其质量大于太阳质量mI 的两倍，它将有可能成为黑洞。若可见星A的速率v＝‎2.7m/s，运行周期T＝4.7π×104s，质量m1＝‎6mI，试通过估算来判断暗星B有可能是黑洞吗？‎ ‎　　　　　（G＝6.67×10N·m/kg2，mI＝2.0×1030kg）‎ 解析（1）设A、B的圆轨道半径分别为r1、r2，由题意知，A、B做匀速圆周运动的角速相同，其为ω。由牛顿运动运动定律，有 FA＝m1ω2r1‎ FB＝m2ω2r2‎ FA＝FB 设A、B之间的距离为r，又r＝r1＋r2，由上述各式得 ‎　　　r＝ ①‎ 由万有引力定律，有 FA＝G 将①代入得 FA＝G 令 FA＝G ‎ 比较可得 ‎　　　　　　　　 ②‎ ‎（2）由牛顿第二定律，有 ‎ ③‎ 又可见星A的轨道半径 ‎　　　 r1＝ ④‎ 由②③④式可得 ‎　　　　　　　　　　　‎ ‎（3）将m1＝6mI代入⑤式，得 ‎　　　　　　　　　　⑤‎ 代入数据得 ‎　　　　　　　　　　⑥‎ 设m2＝nmI，（n＞0），将其代入⑥式，得 ‎　　　　⑦‎ ‎　　　可见，的值随n的增大而增大，试令n=2，得 ‎　　　　　　⑧‎ ‎　　　若使⑦式成立，则n必须大于2，即暗星B的质量m2必须大于2mI，由此得出结论：暗星B有可能是黑洞。‎ ‎2006年全国理综（重庆卷）‎ ‎25.(20分)（请在答题卡上作答）‎ 题25图 如题25图，半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直面内。小球A、B质量分别为m、βm（β为待定系数）。A球从工边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑，与静止于轨道最低点的B球相撞，碰撞后A、B球能达到的最大高度均为,碰撞中无机械能损失。重力加速度为g。试求：‎ ‎（1）待定系数β;‎ ‎（2）第一次碰撞刚结束时小球A、B各自的速度和B球对轨道的压力;‎ ‎（3）小球A、B在轨道最低处第二次碰撞刚结束时各自的速度，并讨论小球A、B在轨道最低处第n次碰撞刚结束时各自的速度。‎ 解析：（1）由mgR＝+得 ‎　　　　　β＝3‎ ‎　（2）设A、B碰撞后的速度分别为v1、v2，则 ‎　　　　‎ ‎　　　　　设向右为正、向左为负，解得 ‎　　　　　　v1＝，方向向左 v2＝，方向向右 ‎　　　　　设轨道对B球的支持力为N，B球对轨道的压力为N /，方向竖直向上为正、向下为负。则　‎ N－βmg＝‎ ‎　　　　　　N /＝－N＝－4.5mg，方向竖直向下 ‎（3）设A、B球第二次碰撞刚结束时的速度分别为V1、V2，则 解得：V1＝－，V2＝0‎ ‎（另一组：V1＝－v1，V2＝－v2，不合题意，舍去）‎ 由此可得：‎ 当n为奇数时，小球A、B在第n次碰撞刚结束时的速度分别与第一次碰撞刚结束时相同 当n为偶数时，小球A、B在第n次碰撞刚结束时的速度分别与第二次碰撞刚结束时相同 ‎2008年（四川卷）‎ ‎25．（20分）‎ 一倾角为θ＝45°的斜血固定于地面，斜面顶端离地面的高度h0＝‎1m，斜面底端有一垂直于斜而的固定挡板。在斜面顶端自由释放一质量m＝‎0.09kg的小物块（视为质点）。小物块与斜面之间的动摩擦因数μ＝0.2。当小物块与挡板碰撞后，将以原速返回。重力加速度g＝‎10 m/s2。在小物块与挡板的前4次碰撞过程中，挡板给予小物块的总冲量是多少？‎ ‎25．（20分）‎ 解法一：设小物块从高为h处由静止开始沿斜面向下运动，到达斜面底端时速度为v。‎ 由功能关系得 ‎ ① ‎ 以沿斜面向上为动量的正方向。按动量定理，碰撞过程中挡板给小物块的冲量 ‎ ②‎ 设碰撞后小物块所能达到的最大高度为h’，则 ‎ ③‎ 同理，有 ‎ ④‎ ‎ ⑤‎ 式中，v’为小物块再次到达斜面底端时的速度，I’为再次碰撞过程中挡板给小物块的冲量。由①②③④⑤式得 ‎ ⑥‎ 式中 ⑦‎ 由此可知，小物块前4次与挡板碰撞所获得的冲量成等比级数，首项为 ‎ ⑧‎ 总冲量为 ‎ ‎ ⑨‎ 由 ⑩‎ 得 ⑾‎ 代入数据得 N·s ⑿‎ 解法二：设小物块从高为h处由静止开始沿斜面向下运动，小物块受到重力，斜面对它的摩擦力和支持力，小物块向下运动的加速度为a，依牛顿第二定律得 ‎ ①‎ 设小物块与挡板碰撞前的速度为v，则 ‎ ②‎ 以沿斜面向上为动量的正方向。按动量定理，碰撞过程中挡板给小物块的冲量为 ‎ ③‎ 由①②③式得 ‎ ④‎ 设小物块碰撞后沿斜面向上运动的加速度大小为a’， 依牛顿第二定律有 ‎ ⑤‎ 小物块沿斜面向上运动的最大高度为 ‎ ⑥‎ 由②⑤⑥式得 ⑦‎ 式中 ⑧‎ 同理，小物块再次与挡板碰撞所获得的冲量 ‎ ⑨‎ 由④⑦⑨式得 ⑩‎ 由此可知，小物块前4次与挡板碰撞所获得的冲量成等比级数，首项为 ‎ ⑾‎ 总冲量为 ⑿‎ 由 ⒀‎ 得 ⒁‎ 代入数据得 N·s ⒂‎ ‎2008年（全国Ⅱ卷）‎ ‎25．（20分）我国发射的“嫦娥一号”探月卫星沿近似于圆形轨道绕月飞行。为了获得月球表面全貌的信息，让卫星轨道平面缓慢变化。卫星将获得的信息持续用微波信号发回地球。设地球和月球的质量分别为M和m，地球和月球的半径分别为R和R1，月球绕地球的轨道半径和卫星绕月球的轨道半径分别为r和r1，月球绕地球转动的周期为T。假定在卫星绕月运行的一个周期内卫星轨道平面与地月连心线共面，求在该周期内卫星发射的微波信号因月球遮挡而不能到达地球的时间（用M、m、R、R1、r、r1和T表示，忽略月球绕地球转动对遮挡时间的影响）。‎ ‎25．（20分）‎ 如图，O和O/分别表示地球和月球的中心。在卫星轨道平面上，A是地月连心线OO/与地月球面的公切线ACD的交点，D、C和B分别是该公切线与地球表面、月球表面和卫星圆轨道的交点。根据对称性，过A点在另一侧作地月球面的公切线，交卫星轨道于E点。卫星在BE弧上运动时发出的信号被遮挡。‎ 设探月卫星的质量为m0，万有引力常量为G，根据万有引力定律有 ‎ ‎ 式中，T1是探月卫星绕月球转动的周期。由式得 ‎ 设卫星的微波信号被遮挡的时间为t，则由于卫星绕月做匀速圆周运动，应有 ‎ 式中， ， 。由几何关系得 ‎ ‎ 由式得 ‎ 评分参考：式各4分，式5分，式各2分，式3分。得到结果 ‎ 的也同样得分。‎ ‎2008年（广东卷）‎ ‎20．（17分）‎ ‎　　如图17所示，固定的凹槽水平表面光滑，其内放置Ｕ形滑板Ｎ，滑板两端为半径Ｒ＝0.45m的1/4圆弧面，Ａ和Ｄ分别是圆弧的端点，ＢＣ段表面粗糙，其余段表面光滑．小滑块Ｐ1和Ｐ2的质量均为m，滑板的质量Ｍ＝4m．Ｐ1和Ｐ2与ＢＣ面的动摩擦因数分别为μ1=0.10和μ2=0.40，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力．开始时滑板紧靠槽的左端，Ｐ2静止在粗糙面的Ｂ点．Ｐ1以v0　=　4.0m/s的初速度从Ａ点沿弧面自由滑下，与Ｐ２发生弹性碰撞后，Ｐ1处在粗糙面Ｂ点上．当Ｐ2滑到Ｃ点时，滑板恰好与槽的右端碰撞并牢固粘连，Ｐ2继续滑动，到达Ｄ点时速度为零．Ｐ1与Ｐ2视为质点，取g =10m/s2，问：‎ ‎　　(1) Ｐ1在ＢＣ段向右滑动时，滑板的加速度为多大？‎ N A P1‎ P2‎ R B C R D 图17‎ ‎　　(2) ＢＣ长度为多少？Ｎ、Ｐ1、Ｐ2最终静止后，Ｐ1与Ｐ2间的距离为多少？‎ ‎20．（1）P1滑到最低点速度为，由机械能守恒定律有：‎ ‎ 解得：‎ P1、P2碰撞，满足动量守恒，机械能守恒定律，设碰后速度分别为、‎ ‎ ‎ 解得： =5m/s P2向右滑动时，假设P1保持不动，对P2有：（向左）‎ 对P1、M有： ‎ 此时对P1有：，所以假设成立。‎ ‎（2）P2滑到C点速度为，由 得 P1、P2碰撞到P2滑到C点时，设P1、M速度为v，对动量守恒定律：‎ ‎ 解得：‎ 对P1、P2、M为系统：‎ 代入数值得：‎ 滑板碰后，P1向右滑行距离：‎ P2向左滑行距离：‎ 所以P1、P2静止后距离：‎ ‎2008年（北京卷）‎ ‎24．（20分）有两个完全相同的小滑块A和B， A沿光滑水平面以速度v0与静止在平面边缘O点的B发生正碰，碰撞中无机械能损失。碰后B运动的轨迹为OD曲线，如图所示。‎ ‎（1）已知滑块质量为m，碰撞时间为Dt，求碰撞过程中A对B平均冲力的大小；‎ ‎（2）为了研究物体从光滑抛物线轨道顶端无初速下滑的运动，物制做一个与B平抛轨迹完全相同的光滑轨道，并将该轨道固定在与OD曲线重合的位置，让A沿该轨道无初速下滑（经分析A在下滑过程中不会脱离轨道），‎ a．分析A沿轨道下滑到任意一点时的动量PA与B平抛经过该点时的动量PB的大小关系；‎ b．在OD曲线上有一点M，O和M两点的连线与竖直方向的夹角为45°，求A通过M点时的水平分速度和竖直分速度。‎ ‎24、（1）mvA＋mvB＝mv0，mvA2＋mvB2＝mv02，解得：vA＝0，vB＝v0，对B有：FDt＝mv0，所以F＝，‎ ‎（2）a．设该点的竖直高度为d，对A有：EkA＝mgd，对B有：EkB＝mgd＋mv02，而P＝，所以PA