2023年高考物理十年压轴真题题型解读与模拟预测 力学压轴选择题

力学压轴选择题（全国甲卷和I卷）

高考物理力学压轴题是考查学生物理学科素养高低的试金石，表现为综合性强、求解难度

大、对考生的综合分析能力和应用数学知识解决物理问题的能力要求高等特点。

一、命题范围

1.万有引力与宇宙航行（压轴指数★★★）

①行星冲日问题。结合开普勒第二定律和万有引力定律解决。

②结合最近航天事业发展的最新动态，利用万有引力与宇宙航行的知识解决相关问题。

2、牛顿运动定律综合性题目（压轴指数★★★★）

整体法和隔离法在牛顿第二定律中的应用，临界问题和瞬时性问题。

3、共点力平衡（压轴指数★★★）

三力平衡的处理方法，除常规的合成法，正交分解法，还要注意一些特殊的方法，例如相似

三角形法和正弦定理和余弦定理处理相关问题。

4、机械能守恒定律和能量守恒定律（压轴指数★★★★★）

利用机械能守恒定律或动能定理、能量守恒定律处理力学综合类题目。

二、命题类型

1.力学情境综合型。物理情境选自生活生产情境或学习探究情境，物理力学情境综合型试题

的物理模型有：斜面、板块、弹簧等模型。研究对象包含两个或两个以上物体、物理过程复

杂程度高。已知条件情境化、隐秘化、需要仔细挖掘题目信息。求解方法技巧性强、灵活性

高、应用数学知识解决问题的能力要求高的特点。命题点常包含：匀变速直线运动、圆周运

动、抛体运动等。命题常涉及运动学、力学、功能关系等多个物理规律的综合运用，有时也

会与相关图像联系在一起。

2.单一物体多过程型、多物体同一过程型问题。对单一物体多过程型问题，比较多过程的

不同之处，利用数学语言列方程求解。对于多物体同一过程型问题，要灵活选取研究对象，

善于寻找相互联系。选取研究对象，或采用隔离法，或采用整体法，或将隔离法与整体法交

叉使用。

应存策略

预测2023年高考物理压轴题重点要放在单个物体与弹簧模型结合的直线运动、圆周

运动与抛体运动以及多物体与板块模型、运动图像相结合的直线运动问题上。

在复习备考中应注意以下几点：

1.读懂题目情境，要注重审题，深究细琢，纵观全局重点推敲，挖掘并应用隐含条件，梳理

解题思路、用数学语言表达物理过程。隐含条件可通过观察物理现象、认识物理模型和分析

物理过程，甚至从题目的字里行间或图像图表中去挖掘，也可通过画出状态或过程示意图，

找出隐含在其中的数学关系。

2.对于多解问题，要认真分析制约条件，周密探讨多种情况。解题时必须根据不同条件对各

种可能情况进行全面分析，必要时要拟定讨论方案，将问题根据一定的标准分类，再逐类进

行探讨，防止漏解。

3.对于数学知识应用性较强的问题，要耐心细致寻找规律，熟练运用适当的数学方法。求解

物理问题，通常采用的数学方法有；方程法、比例法、数列法、不等式法、函数极值法、微

元分析法、图像法和几何法等。

历年交麴

一、单选题

1.（2016•全国•高考真题）利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之

间保持无线电通讯，目前地球同步卫星的轨道半径为地球半径的6.6倍，假设地球的自转周

期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为（）

A.lhB.4hC.8hD.16h

【答案】B

【解析】设地球的半径为R,周期T=24h,地球自转周期最小时，三颗同步卫星的位置如图

所示

所以此时同步卫星的半径

n=2R

由开普勒第三定律得

,3

故选Bo

2.（2021,全国•高考真题）如图，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板P处，

上部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角。可变。将小

物块由平板与竖直杆交点Q处静止释放，物块沿平板从Q点滑至P点所用的时间t与夹角的

。的大小有关。若由30。逐渐增大至60。，物块的下滑时间/将（）

Q光滑长平板

铁架台/

A.逐渐增大B.逐渐减小C.先增大后减小D.先减小后增大

【答案】D

【解析】本题考查受力分析及匀变速直线运动。设8之间的水平距离为L,则8的长度

X=\,物块沿光滑斜面下滑的加速度"=8$也。，根据匀变速直线运动的规律x联立

各式可得》=2、了三,夹角。由30。逐渐增大至60。过程中，sin26先增大后减小，故时间先

减小后增大，D项正确。

二、多选题

2.（2022•全国•高考真题）如图，质量相等的两滑块P、Q置于水平桌面上，二者用一轻弹

簧水平连接，两滑块与桌面间的动摩擦因数均为〃。重力加速度大小为g。用水平向右的拉

力R拉动P,使两滑块均做匀速运动；某时刻突然撤去该拉力，则从此刻开始到弹簧第一次

恢复原长之前（）

Wwwfpl——

/////////////////////////////////////

A.P的加速度大小的最大值为2〃g

B.Q的加速度大小的最大值为2〃g

C.P的位移大小一定大于Q的位移大小

D.P的速度大小均不大于同一时刻Q的速度大小

【答案】AD

【解析】设两物块的质量均为如撤去拉力前，两滑块均做匀速直线运动，则拉力大小为

F=2/^img

撤去拉力前对Q受力分析可知，弹簧的弹力为

照迷

To=

AB.从此刻开始到弹簧第一次恢复原长之前的过程中，以向右为正方向，撤去拉力瞬间弹簧

弹力不变为刖g,两滑块与地面间仍然保持相对滑动，此时滑块P的加速度为

-TQ-jumg=mapi

解得

flpi=

此刻滑块Q所受的外力不变，加速度仍为零，过后滑块P做减速运动，故PQ间距离减小，

弹簧的伸长量变小，弹簧弹力变小。根据牛顿第二定律可知P减速的加速度减小，滑块Q

的合外力增大，合力向左，做加速度增大的减速运动。

故P加速度大小的最大值是刚撤去拉力瞬间的加速度为2〃go

Q加速度大小最大值为弹簧恢复原长时

解得

«Qm=Yg

故滑块Q加速度大小最大值为〃g,A正确，B错误；

C.滑块PQ水平向右运动，PQ间的距离在减小，故P的位移一定小于Q的位移，C错误；

D.滑块P在弹簧恢复到原长时的加速度为

-jumg=ma^

解得

«P2=一"

撤去拉力时，PQ的初速度相等，滑块P由开始的加速度大小为2〃g做加速度减小的减速运

动，最后弹簧原长时加速度大小为〃g；滑块Q由开始的加速度为0做加速度增大的减速运

动，最后弹簧原长时加速度大小也为〃g。分析可知P的速度大小均不大于同一时刻Q的速

度大小，D正确。

故选ADo

3.（2019•全国•高考真题）在星球〃上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在

弹簧上端，尸由静止向下运动，物体的加速度。与弹簧的压缩量X间的关系如图中实线所

示.在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a-x关系如图中

虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体.已知星球M的半径是星球N的3倍，则

A.“与N的密度相等

B.。的质量是P的3倍

C.。下落过程中的最大动能是P的4倍

D.。下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

【答案】AC

【解析】A、由a-x图象可知，加速度沿竖直向下方向为正方向，根据牛顿第二定律有：

kk

mg-kx=ma,变形式为：a=g」x,该图象的斜率为纵轴截距为重力加速度g.根据

mm

图象的纵轴截距可知，两星球表面的重力加速度之比为：华=生=;;又因为在某星球表面

&NaQ1

上的物体，所受重力和万有引力相等，即：G母=mg即该星球的质量加=岁.又因

G

为：『，联立得。=711K故两星球的密度之比为：%=警。=1：1，故A正确；

34兀RGPNgNKM

B、当物体在弹簧上运动过程中，加速度为0的一瞬间，其所受弹力和重力二力平衡，

Izjr

mg=kx,即：机.=一；结合a-x图象可知，当物体P和物体Q分别处于平衡位置时，弹簧的

g

压缩量之比为：故物体P和物体Q的质量之比为：—=—'—=!＞故B错

XQ2/2mQxQgM6

误；

C、物体P和物体Q分别处于各自的平衡位置（a=0）时，它们的动能最大；根据/=26，

结合a-x图象面积的物理意义可知：物体P的最大速度满足次=2.g3%.%=3%%,物体Q的

E—用°域mp2

最大速度满足：%=2。0x0,则两物体的最大动能之比：詈----=_-_r=4,C正确;

EkPg叫次vP

D、物体P和物体Q分别在弹簧上做简谐运动，由平衡位置（a=0）可知，物体P和Q振动

的振幅A分别为％和2%，即物体P所在弹簧最大压缩量为2%,物体Q所在弹簧最大压缩量

为4%,则Q下落过程中，弹簧最大压缩量时P物体最大压缩量的2倍，D错误；

故本题选AC.

4.（2017•全国•高考真题）如图，柔软轻绳ON的一端。固定，其中间某点M拴一重物，用

手拉住绳的另一端N.初始时，竖直且被拉直，与之间的夹角为a

现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角a不变.在由竖直被拉到水平的过

程中（）

O'

k

A.MN上的张力逐渐增大

B.MN上的张力先增大后减小

C.0M上的张力逐渐增大

D.0M上的张力先增大后减小

【答案】AD

【解析】以重物为研究对象，受重力mg,0M绳上拉力F2，MN上拉力FI，由题意知，三个

力合力始终为零，矢量三角形如图所示，

在F2转至水平的过程中，MN上的张力Fi逐渐增大，0M上的张力F2先增大后减小，所以

A、D正确；B、C错误.

5.（2015•全国•高考真题）如图（a）,一物块在U0时刻滑上一固定斜面，其运动的v—f图

线如图（b）所示。若重力加速度及图中的％、匕、。均为已知量，则可求出（）

6.（2014,全国•高考真题）太阳系的行星几乎在同一平面内沿同一方向绕太阳做圆周运动，

当地球恰好运行到某个行星和太阳之间，且三者几乎成一条直线的现象，天文学成为“行星

冲日”据报道，2014年各行星冲日时间分别是：1月6日，木星冲日，4月9日火星冲日，6

月11日土星冲日，8月29日，海王星冲日，10月8日，天王星冲日，已知地球轨道以外的

行星绕太阳运动的轨道半径如下表所示，则下列判断正确的是（）

地球火星木星土星天王星海王星

轨道半径（AU）1.01.55.29.51930

A.各地外行星每年都会出现冲日现象

B.在2015年内一定会出现木星冲日

C.天王星相邻两次的冲日的时间是土星的一半

D.地外行星中海王星相邻两次冲日间隔时间最短

【答案】BD

【解析】A.根据开普勒第三定律，有

&=里

T2琮

解得

则有

以=VTF年=1.84年

疑年=11.86年

&=的亨年=29.28年

/二而7年=82.82年

金=7^7年=164.32年

如果两次行星冲日时间间隔为1年，则地球多转动一周，有

2兀=-----t

J也

代入数据，有

是（)

A.4逐渐增大，综保持不变B.4保持不变，国逐渐减小

C.耳逐渐减小，8保持不变D."保持不变，氏逐渐增大

【答案】A

【解析】先对结点。受力分析，受物体的拉力（等于重力）、拉力R和绳子的拉力T,根据平

衡条件，结合三角形定则作图，如图所示

物体A从图中实线位置缓慢上升到虚线位置，拉力R增加。

再对环和物体整体受力分析，受重力、拉力、支持力和摩擦力，如图所示

f加

根据平衡条件有：垂直杆方向

N=Gcos0

即支持力不变；

平行杆方向

F+Gsin0=f

拉力R增大，则摩擦力增大。

根据牛顿第三定律，环对杆的摩擦力工增大，环对杆的压力”不变。

故选A。

2.如图所示，倾角为。的光滑斜面体A放在光滑的水平面上，已知A的质量为2加，高为

F=FBAsin3=mgtan0

故A错误；

B.斜面体对直杆的作用力垂直斜面向上，而直杆的位移方向为竖直向下，所以斜面体对直

杆的作用力做负功，故B错误；

C.由于运动过程中直杆B受到光滑套管C的水平作用力，所以杆和斜面体组成的系统水平

方向上动量不守恒，故C错误；

D.当在很短时间。内光滑直杆下落M高度，由几何知识可知，斜面体向右发生的位移大小

为看，所以光滑直杆与斜面体的速度大小之比为始终为tan。，当杆滑到斜面底端时，设

tan”

杆的速度大小为匕，斜面体的速度大小为%,由系统机械能守恒有

mgh=；mvf+；x2m\^

由速度关系

匕=v2tan0

解得

2gh

2+tan20

故D正确。

故选D。

3.如图，地球与月球可以看作双星系统，它们均绕连线上的C点转动，在该系统的转动平

面内有两个拉格朗日点上、L4,位于这两个点的卫星能在地球引力和月球引力的共同作用下

绕C点做匀速圆周运动，并保持与地球月球相对位置不变，L点在地月连线的延长线上，L4

点与地球球心、月球球心的连线构成一个等边三角形。我国已发射的“鹊桥"中继卫星位于工

点附近，它为“嫦娥四号”成功登陆月球背面提供了稳定的通信支持。假设心点有一颗监测卫

星，"鹊桥"中继卫星视为在心点。已知地球的质量为月球的81倍，则（）

A.地球球心和月球球心到。点的距离之比为81：1

B.地球和月球对监测卫星的引力之比为9：1

C.监测卫星绕C点运行的加速度比月球的大

D.监测卫星绕C点运行的周期比“鹊桥"中继卫星的大

【答案】C

【解析】A.设地球球心到。点的距离为。，月球球心到C点的距离为「2,对地球有

对月球有

联立解得

则地球球心和月球球心到。点的距离之比为1：81,A错误;

B.设监测卫星的质量为如由公式

可知，地球和月球对监测卫星的引力之比为等于地球的质量与月球的质量之比即为81：1,

B错误；

C.对月球有

对监测卫星，地球对监测卫星的引力当色，月球对监测卫星的引力隼丝，由于两引力的

夹角小于90。，所以两引力的合力

设监测卫星绕C点运行的加速度为幻，由

F合=mai

)GM地

设月球绕C点运行的加速度为。2,有

得

a_GW地

―丁

监测卫星绕C点运行的加速度比月球的大，C正确；

D.在不同的拉格朗日点航天器随地月系统运动的周期均相同，所以监测卫星绕C点运行的

周期与“鹊桥"中继卫星相同，D错误。

故选Co

二、多选题

4.如图，倾角37。、质量5m的斜面体置于水平地面上，质量3m的物块放在斜面上，穿过

光滑小环（。为接触点）的不可伸缩轻质细线一端连接物块，另一端系着质量机的小球，物

块与小环间的细线与斜面平行，将小球从位置。由静止释放（此时水平且细线刚好伸

直），重力加速度大小为g,sin37°=0.6,则在小球从。摆到最低点6的过程中（物块和斜面

A.斜面对物块的摩擦力先减小后增大B.斜面对物块的作用力保持不变

C.斜面对物块的摩擦力最大值为L2mgD.地面对斜面体的支持力最小值为6.2/ng

【答案】AD

【解析】A.当水平时，细线拉力为零，斜面对物块的摩擦力沿斜面向上，大小为

fi=3mgsin37°=l.Smg

小球从a摆到最低点b点，由动能定理

mgl=gmv：

由牛顿第二定律可得

2

rx-mg=m-—

解得细线拉力

叫加

Fl=3>1.8g

斜面对物块的摩擦力沿斜面向下，小球从。运动到6过程中细线的拉力逐渐最大，所以斜面

对物块的摩擦力先减小后增大，故A正确；

B.斜面对物块的支持力不变，斜面对物块的摩擦力变化，所以斜面对物块的作用力变化，

故B错误；

C.斜面对物块的沿斜面向上的摩擦力最大值为

fi=L8〃zg

斜面对物块的沿斜面向下的摩擦力最大值为

于2=3mg-l.Smg=1.2加g

所以斜面对物块的摩擦力最大值为L8%g,故C错误；

D.对斜面和物块整体分析，当细线的拉力最大时，地面对斜面体的支持力最小，最小值为

G=（5切+3m）g-耳sin37°=8mg—1.Smg=6.2mg

故D正确。

故选ADo

5.如图所示，光滑的轻滑轮通过支架固定在天花板上，一足够长的细绳跨过滑轮，一端悬

挂小球。，另一端与套在水平细杆上的小球。连接。在水平拉力R作用下小球。从图示虚线

位置开始缓慢向右移动（细绳中张力大小视为不变）。已知小球6的质量是小球。的2倍，a

的质量为如滑动摩擦力等于最大静摩擦力，小球。与细杆间的动摩擦因数为乎，重力加

速度为g。则下列说法正确的是（）

A.支架对轻滑轮的作用力大小逐渐增大

B.当细绳与细杆的夹角为60。时，拉力R的大小为（2-乎＞^

C.拉力R的大小一直增大

D.拉力R的大小先增大后减小

【答案】BC

【解析】A.对6受力分析可知，绳的拉力大小始终等于2mg,。从图示虚线位置开始缓慢

向右移动，两段绳的夹角增大，根据平行四边形定则可知，绳对滑轮的合力减小，对滑轮根

据平衡条件可知，支架对轻滑轮的作用力大小逐渐减小，A错误；

CD.对。受力分析，如图所示

设绳子与水平方向夹角为仇竖直方向有

FN=2mgs\n3—mg

向右缓慢拉动的过程中，。角逐渐减小，水平方向有

F=/J.FN~\~2mgcos0=/u(2mgs\r\0—mg)~\-2mgcos0=2wig(cos。+〃sin。)—/umg

由于

22

cos0+^isind=cos0+sin0=-j=(sin60°cos0+cos60sin。)=^=sin(60+0)

。从90。开始逐渐减小，则60。+。从150。开始逐渐减小时sin(6(T+e)逐渐增大；当。＜30。

后，竖直方向有

FN=mg-2mgslr\3

代入水平方向有

F=NFN+2mgecsf)=fi(mg-2mgs\n0)+2mgcos0=2mg(cos0—〃sin。)+〃机g

由于

cos0-/Jsin0=cos0-sin0=~^=(cos600cos61-sin60sin^)=-^cos(60+6)

。从30。开始逐渐减小时8可60。+。)逐渐增大，所以。从30。开始逐渐减小的过程中口继续增

大。综上R一直增大，C正确、D错误；

B.当细绳与细杆的夹角为60。时，根据选项CD分析，解得拉力R的大小为

F=Q--^mS

B正确。

故选BCo

6.如图，四个滑块叠放在倾角为。的固定光滑斜面上，其中3和C的质量均为加，A和D

的质量均为M,B和C之间用一平行于斜面的轻绳连接，现对A施加平行于斜面向上的拉

力E使得四个滑块以相同加速度一起沿着斜面向上运动，滑块间的动摩擦因数均为〃，重

力加速度为g,最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则()

B

cF

A

A.拉力R的最大值为13"mgcos6

B.C对D的摩擦力为0.3〃mgcos。时，A对B的摩擦力为0.5〃mgcos6-5mgsine

C.当拉力R取得最大值时，轻绳上的弹力大小为0.8〃mgcos。

D.当拉力R取得最大值时，C、D间的摩擦力为0.6〃："gcos0

【答案】CD

【解析】当A、B间的摩擦力为最大静摩擦力时，拉力歹取最大值，将B、C、D看成一个整

体，A是单独的一个整体，根据力的分配规律有

mi+m2

可得

八(m+m+3m)厂

jLtmgcosc/=-----------------------r,

(m+m+3m)+3m

解得

F=1.6jumgcos0

故A错误；

C对D的摩擦力为0.3〃agcos。时，对D进行受力分析，根据牛顿第二定律有

Q.3jLimgcos0—3mgsin0=3ma

设A对B的摩擦力为对B、C、D根据牛顿第二定律有

Fx-5mgsin6=5ma

解得

耳=0.5jLtmgcos3

故B错误；

将A、B看成一个整体，C、D看成另一个整体，根据力的分配规律有

_(m+3m)

JT.—r

(m+3m)+(m+3m)

解得

T=0.8〃mgeos。

故c正确；

将A、B、C看成一个整体，D是另一个整体，根据力的分配规律有

机L

FL=--------3----------F

CD3m++m+m）

解得

FCD=0.6jumgcos0

故D正确。

故选CD。

7.在地面以初速度%竖直向上抛出一个小球，小球运动过程中受到的空气阻力与其速率成

正比，落地时速率为匕，且落地前已匀速，重力加速度为g。下列说法正确的是（）

A.小球加速度在上升过程中逐渐减小，在下落过程中逐渐增加

B.小球抛出瞬间的加速度最大，且大小为11+孑%

C.小球上升过程中机械能逐渐减小，在下落过程中机械能逐渐增加

D.小球上升过程中克服阻力做功的数值大于下落过程中克服阻力做功的数值

【答案】BD

【解析】A.上升过程，受重力和阻力，合力向下，根据牛顿第二定律，有

frmg=ma

解得

a=g+』>g

m

由于是减速上升，阻力逐渐减小，故加速度不断减小；

下降过程，受重力和阻力，根据牛顿第二定律，有

mg-f=ma,

解得

a'=g--<g

m

由于速度变大，阻力变大，故加速度变小；即上升和下降过程，加速度一直在减小，A错

误；

B.空气阻力与其速率成正比，最终以刃匀速下降，有

mg=kvi

小球抛出瞬间，有

mg+kvo=maO

联立解得

旬=（l+%）g

V1

抛出瞬间加速度最大，B正确；

C.全程一直存在空气阻力做功，机械能一直减小，C错误；

D.上升过程同样位置的阻力大于下落过程同样位置的阻力，因此小球上升克服阻力做功的

数值大于小球下降克服阻力做功的数值，D正确。

故选BDo

8.建造一条能通向太空的电梯（如图甲所示），是人们长期的梦想。材料的力学强度是材料

众多性能中被人们极为看重的一种性能，目前已发现的高强度材料碳纳米管的抗拉强度是钢

的100倍，密度是其!，这使得人们有望在赤道上建造垂直于水平面的“太空电梯"。图乙中

厂为航天员到地心的距离，R为地球半径，图像中的图线A表示地球引力对航天员产生

的加速度大小与厂的关系，图线3表示航天员由于地球自转而产生的向心加速度大小与厂的

关系，关于相对地面静止在不同高度的航天员，地面附近重力加速度g取10m/s2,地球自转

角速度0=7.3><10-5由£1/$,地球半径R=6.4x103km。下列说法正确的有（）

图甲图乙

A.随着「增大，航天员受到电梯舱的弹力减小

B.航天员在—R处的线速度等于第一宇宙速度

C.图中“为地球同步卫星的轨道半径

D.电梯舱停在距地面高度为5.6尺的站点时，舱内质量60kg的航天员对水平地板的压力为零

【答案】CD

【解析】ABC.电梯舱内的航天员始终与地球一起同轴转动，当r=/?时电梯中的航天员受到

万有引力和电梯的弹力

GMm„mv2mv2GMm

综=工'k=叫,一^=ma^

第一宇宙速度只有万有引力提供向心力，即上式中FN=0时匀速圆周运动的线速度，即

2

GMm_"iv宇宙

R2-R

因此航天员在处的线速度小于第一宇宙速度；当r增大时，航天员受到电梯舱的弹力氤

减小，当r继续增大，直到引力产生的加速度和向心加速度相等时，即引力完全提供向心力

做匀速圆周运动时，图中即为r。所示半径，有

——GM—m=2%

%

当「继续增大，航天员受到电梯舱的弹力FN将反向增大，此时满足

GMm厂mv2

,+”=方

所以随着r从小于ro到大于r。逐渐增大的过程中，航天员受到电梯舱的弹力先减小为零后反

向增大，故AB错误，C正确。

D.此时引力完全提供向心力做匀速圆周运动，FN为零，则

GMm2

———=ma）

%

又根据地表加速度

GmM

解