2019高考物理力学专题复习资料与试题

2019高考物理力学专题复习资料与试题力学作为物理学的基石，在高考物理中始终占据着举足轻重的地位。其知识点繁多，概念抽象，综合性强，既是学生学习的重点，也是难点。为帮助同学们高效复习，巩固力学知识，提升解题能力，特编撰此专题复习资料与试题。本资料力求突出核心，点拨方法，并辅以典型试题进行实战演练，希望能为同学们的备考之路提供切实的助力。一、核心知识梳理与要点剖析力学的核心在于研究物体的运动状态及其变化原因，以及能量与动量在相互作用过程中的转化与守恒。以下将对高考常考的力学知识点进行梳理，并点明理解与应用的关键。（一）质点的直线运动*核心概念：位移与路程、速度与速率、加速度。*要点：深刻理解矢量性是学好运动学的前提。位移是由初位置指向末位置的有向线段，是矢量；路程是运动轨迹的长度，是标量。速度是描述物体运动快慢和方向的物理量，加速度是描述速度变化快慢和方向的物理量，二者均为矢量。加速度与速度的方向关系决定了物体是加速还是减速。*基本规律：匀变速直线运动的规律（三个基本公式、平均速度公式、位移差公式）。*要点：熟练掌握匀变速直线运动公式的选择与应用。注意公式中各物理量的正负号含义，通常规定初速度方向为正方向。对于刹车类问题，要先判断物体是否已经停止运动。平均速度公式`v_avg=(v0+v_t)/2`仅适用于匀变速直线运动，且在某些问题中使用可简化运算。（二）相互作用与牛顿运动定律*常见的力：重力、弹力、摩擦力、电场力（后续电学内容，但在力学综合题中可能涉及）、磁场力（后续电学内容）。*要点：弹力的有无判断与方向判断是难点，尤其是非明显形变的情况。摩擦力的分析是重点，静摩擦力的大小和方向具有被动性，随外力和运动状态变化，其最大值为最大静摩擦力；滑动摩擦力的大小由动摩擦因数和正压力决定，方向与相对运动方向相反。*力的合成与分解：平行四边形定则（或三角形定则）。*要点：这是解决力学问题的“数学工具”。在进行力的分解时，通常按力的实际作用效果或正交分解法进行。正交分解法在处理多个共点力作用下物体的平衡或加速问题时尤为方便。*牛顿运动定律：*牛顿第一定律：揭示了力是改变物体运动状态的原因，而非维持运动的原因。惯性是物体的固有属性，其大小仅由质量决定。*牛顿第二定律：`F合=ma`。这是整个力学的核心规律，定量地揭示了力与运动的关系。*要点：矢量性（加速度方向与合外力方向相同）、瞬时性（加速度与合外力同时产生、同时变化、同时消失）、独立性（每个力都能独立地产生加速度）。应用时，通常先进行受力分析，再根据加速度方向建立坐标系，列方程求解。*牛顿第三定律：作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，作用在两个不同的物体上。*要点：区分平衡力与作用力反作用力是关键。平衡力作用在同一物体上，其效果可以抵消；作用力与反作用力作用在不同物体上，效果不能抵消。（三）曲线运动与万有引力定律*曲线运动的条件：物体所受合外力方向与速度方向不在同一条直线上。*运动的合成与分解：遵循平行四边形定则。这是处理复杂运动的基本方法，即将其分解为两个方向上的简单运动。*平抛运动：*特点：水平方向匀速直线运动，竖直方向自由落体运动。*要点：运动的独立性和等时性。分别研究两个方向的运动，时间是联系两个方向运动的桥梁。*匀速圆周运动：*描述量：线速度、角速度、周期、频率、向心加速度。*向心力：`F向=mv²/r=mω²r=m(4π²/T²)r`。向心力是效果力，由某个力或几个力的合力提供。*要点：匀速圆周运动的速度方向时刻变化，是变速运动，必有加速度（向心加速度），其方向指向圆心。要能正确分析物体做圆周运动时的向心力来源。*万有引力定律：`F=G(Mm)/r²`。*应用：天体运动的基本规律。万有引力提供天体做圆周运动的向心力。黄金代换式`GM=gR²`（忽略地球自转时，地面物体所受万有引力近似等于重力）的应用非常广泛。*要点：理解中心天体质量、密度的估算方法，卫星运行参量（线速度、角速度、周期）与轨道半径的关系，以及宇宙速度的含义。（四）机械能*功与功率：*功：`W=Fscosθ`。功是能量转化的量度。*要点：判断力是否做功，以及功的正负。θ为力与位移方向的夹角。*功率：`P=W/t`（平均功率），`P=Fvcosθ`（瞬时功率）。*要点：机车启动问题是功率应用的典型模型，需区分以恒定功率启动和以恒定加速度启动两种情况。*动能定理：`W合=ΔEk=Ek末-Ek初`。*要点：动能定理是解决力学问题的重要工具，尤其适用于多过程、曲线运动或变力做功的情况。其优点是无需关注中间过程的细节，只需考虑初末状态的动能变化和合外力做的总功。*机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。*要点：明确守恒条件是关键。应用时需选取零势能面，写出初末状态的机械能表达式。*能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。*要点：这是自然界的普遍规律，在力学中常表现为机械能与内能等其他形式能量的转化。对于涉及摩擦生热等非保守力做功的问题，能量守恒定律往往是首选。（五）动量（含碰撞与动量守恒）*动量：`p=mv`，矢量，方向与速度方向相同。*冲量：`I=Ft`，矢量，方向与力的方向相同（力为恒力时）。*动量定理：`I合=Δp=p末-p初`。*要点：动量定理反映了力对时间的累积效应。在解决打击、碰撞、爆炸等时间短、作用力变化复杂的问题时非常有效。*动量守恒定律：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变。*要点：这是自然界的又一普遍规律。应用时需注意“系统”的选取和“守恒条件”的判断（理想守恒、近似守恒、某一方向守恒）。碰撞问题是动量守恒定律的典型应用，需掌握弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点。二、典型例题精析例题1（运动学与牛顿定律综合）题目：一质量为m的物体，在水平恒力F的作用下，从静止开始沿粗糙水平面运动，经过位移s后，撤去力F，物体又滑行2s后停止。求物体与水平面间的动摩擦因数μ。思路点拨：本题涉及两个运动过程：有拉力作用下的匀加速运动和撤去拉力后的匀减速运动。可分别对两个过程应用运动学公式和牛顿第二定律，或者对全过程应用动能定理。后者往往更为简便。解析：解法一：（牛顿定律与运动学公式）设物体在拉力F作用下的加速度为a1，撤去拉力后的加速度大小为a2。对加速过程：F-μmg=ma1...(1)由运动学公式：v²=2a1s...(2)(v为撤去拉力时的速度)对减速过程：μmg=ma2...(3)0-v²=-2a2(2s)...(4)联立(1)(2)(3)(4)解得：μ=F/(3mg)。解法二：（动能定理）对全过程，拉力F做正功，摩擦力做负功，动能变化量为零。W合=ΔEkFs-μmg(s+2s)=0-0解得：μ=F/(3mg)。反思总结：对于多过程问题，动能定理往往能简化运算，因为它不涉及中间状态的加速度和时间。在应用动能定理时，要准确分析所有力做的功，并明确初末状态的动能。例题2（曲线运动与机械能综合）题目：如图所示，一个光滑的四分之一圆弧轨道固定在竖直平面内，其半径R=0.5m。一质量m=0.1kg的小球（可视为质点）从轨道的最高点A由静止释放，滑至最低点B后水平飞出。已知B点距离水平地面的高度h=1.25m，重力加速度g取10m/s²。求：（1）小球到达B点时的速度大小；（2）小球落地点C到B点的水平距离x。思路点拨：小球从A到B的过程中，只有重力做功，机械能守恒，可据此求出B点速度。从B点飞出后做平抛运动，根据平抛运动规律可求出水平距离。解析：（1）小球从A到B，机械能守恒。取B点所在平面为零势能面。mgR=(1/2)mv_B²解得：v_B=√(2gR)=√(2×10×0.5)=√10m/s≈3.16m/s。（2）小球从B点飞出后做平抛运动。竖直方向：h=(1/2)gt²解得飞行时间t=√(2h/g)=√(2×1.25/10)=√0.25=0.5s。水平方向：x=v_B*t=√10*0.5≈3.16*0.5≈1.58m。反思总结：机械能守恒定律的应用关键在于准确判断守恒条件，并合理选取零势能面以简化计算。平抛运动的处理方法是“化曲为直”，分别研究水平和竖直方向的分运动。三、专题训练试题以下试题旨在检验同学们对上述核心知识的掌握程度和应用能力。请同学们认真思考，独立完成。选择题（每题只有一个选项符合题意）1.关于质点的运动，下列说法正确的是（）A.加速度为零的物体，其速度一定为零B.速度变化量大的物体，其加速度一定大C.物体速度方向改变，其加速度方向一定改变D.物体加速度方向不变，其速度方向可能改变2.如图所示，用水平力F推静止在斜面上的物块，当力F由零逐渐增大但物块仍保持静止时，物块所受摩擦力的大小（）A.一定增大B.一定减小C.先减小后增大D.先增大后减小（此处应有图：一个物块静止在倾角为θ的斜面上，一个水平向右的力F作用在物块上）3.人造地球卫星在圆形轨道上运行，关于其速率v和轨道半径r的关系，下列说法正确的是（）A.r越大，v越大B.r越大，v越小C.v与r无关D.无法确定4.一物体在水平地面上，受到与水平方向成θ角的拉力F作用而做匀速直线运动。下列说法正确的是（）A.物体所受摩擦力大小为FcosθB.物体对地面的压力大小等于其重力C.拉力F越大，物体所受摩擦力也越大D.拉力F的功率大小为Fvsinθ（v为物体运动速度）计算题5.质量为2kg的物体，在水平拉力F的作用下沿粗糙水平面由静止开始运动，拉力F随时间t变化的关系如图所示，已知物体与地面间的动摩擦因数为0.2，重力加速度g取10m/s²。求：（1）前2s内物体的加速度大小；（2）物体在第4s末的速度大小。（此处应有图：F-t图像，横坐标为t，单位s，从0到4s；纵坐标为F，单位N。图像显示，0-2s内F=10N，2s后F=6N）6.一质量为m的小球，从离地面高H处自由下落，与地面碰撞后反弹的高度为h（h<H）。若小球与地面碰撞的时间为Δt，求碰撞过程中地面对小球的平均作用力大小。（重力加速度为g，不计空气阻力）四、参考答案与提示选择题1.D*提示：加速度为零，速度可以不为零（如匀速直线运动），A错；加速度是速度变化率，速度变化量大，若时间很长，加速度可能不大，B错；速度方向改变，加速度方向不一定改变（如平抛运动），C错；加速度方向不变，速度方向可能改变（如竖直上抛运动到最高点后下落），D对。2.C*提示：未加F时，物块静止，静摩擦力沿斜面向上，大小等于mgsinθ。当施加水平F后，F有沿斜面向上的分力Fcosθ和垂直斜面向下的分力Fsinθ。初始阶段，Fcosθ<mgsinθ，静摩擦力f=mgsinθ-Fcosθ，随F增大而减小；当Fcosθ=mgsinθ时，f=0；继续增大F，静摩擦力方向变为沿斜面向下，f=Fcosθ-mgsinθ，随F增大而增大。3.B*提示：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力：GMm/r²=mv²/r，解得v=√(GM/r)，故r越大，v越小。4.A*提示：物体匀速运动，水平方向受力平衡：f=Fcosθ，A对；竖直方向：N+Fsinθ=mg，N=mg-Fsinθ<mg，B错；滑动摩擦力f=μN=μ(mg-Fsinθ)，F增大时N减小，f不一定增大，C错；拉力功率P=Fvcosθ，D错。计算题5.（1）3m/s²；（2）8m/s*提示：（1）前2s内，F1=10N。摩擦力f=μmg=0.2×2×10=4N。由牛顿第二定律：F1-f=ma1，解得a1=(10-4)/2=3m/s²。（2）2s末的速度v1=a1t1=3×2=6m/s。2s后，F2=6N。由牛顿第二定律：F2-f=ma2，解得a2=(6-4)/2=1m/s²。第2s末到第4s末，历时t2=2s。第4s末速度v2=v1+a2t2=6+1×2=8m/s。6.m(√(2gH)+√(2gh))/Δt+mg*