2020年高三物理尖子生提升:数学与物理方法(下)(教师版)[浙江]

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尖子生·备战高考 精选资源·战胜高考 独孤九剑丨浙江2020高考物理尖子生核心素养提升 之数学与物理方法(下) 一、单项选择题(本题共7小题,每小题3分,共21分,每小题给出的四个选项中只有一个是符合题目要求的,不选,多选错选均不得分) 1.放在地面上的木块与一水平轻弹簧相连,弹簧处于自由伸长状态。现用手水平拉弹簧,拉力F的作用点移

动x1 = 0.2 m时,木块开始运动,继续拉弹簧,木块又缓慢移动了x2 = 0.4 m的位移,其F-x图象如图所示,则上述

过程中拉力所做的功为( )

A.12 J B.16 J C.20 J D.24 J 【答案】C 【解析】根据功的公式可知𝑊=𝐹𝐿,则类比于v-t图象可知,图象与横坐标所围成的面积表示拉力的功,则可知𝑊=0.4+0.62×40J=20J,C正确,ABD错误。 【方法技巧】求变力做功时需要用“微元法”—无限分割,化变为匀,每段功累加求解,与v-t图像中图线与t轴包围的面积为位移大小类似,F-x图像中图线与x轴包围的面积即为变力做功的大小。 2.用如图甲所示的圆弧-斜面装置研究平抛运动,每次将质量为m的小球从半径为R的四分之一圆弧形轨道不同位置静止释放,并在弧形轨道最低点水平部分处装有压力传感器测出小球对轨道压力的大小F,已知斜面与水平地面之间的夹角=45°,实验时获得小球在斜面上的不同水平射程x,最后作出了如图乙所示的F-x图像,210/gms,则由图像可求得圆弧轨道的半径R为( )

A.0.25m B.0.125m C.0.50m D.1.0m 【答案】A

【解析】设小球水位移:平抛出时的速度为v0,由牛顿运动定律得:20vFmgmR…① 尖子生·备战高考 精选资源·战胜高考 球作平抛运动,水平方向上:x= v0t…② 竖直方向上:h=12gt2…③

由几何关系有:h=xtanθ…④ 由②③④有:202vtanxg…⑤

由①⑤有:2mgFmgxRtan 由图象知:mg=5N,k=10,即105 20.5mgRtan 解得:R=0.25m;故选A。 【方法技巧】当物理量的关系以图像来表示时,先找出纵坐标与横坐标之间的函数关系式(F-x),并整理成y=kx+b的形式,如本题整理成𝐹=𝑚𝑔2𝑅𝑡𝑎𝑛𝜃𝑥+𝑚𝑔的形式,在图像中,求得直线的斜率和截距,对比列出方程,可以

解得最终结果。 3.(2019·山西太原市五中高二10月)均匀带电的球壳在球内空间任意一点产生的场强为零。如图所示,在半

球面AB上均匀分布正电荷,总电荷量为q,球面半径为R,CD为通过半球顶点与球心O的轴线,在轴线上有M、N两点,OM=ON=2

R。已知M点的场强大小为E,则N点的场强大小为( )

A.22kqER B.24kqR C.24kqER D.E 【答案】D 【解析】根据题意,把另外一半的球面补充完整,则整个球面带电量将为2q,由均匀带电的球壳在球内空间任意一点产生的场强为零知,整个球面在M点产生的场强为零,已知M点的场强为E,则右半部分在M的场强大小也为E,方向与E相反,根据对称性,左半部分在N点的场强和右半部分在M的场强大小相等,也为E.故A、B、C错误,D正确. 4.(自编)图所示为一个内外半径分别为R1和R2的圆环状均匀带电平面,其单位面积的带电量为σ.取环面中心O为原点,以垂直于环面的轴线为x轴.设轴上任意点P到O点的距离为x,P点的电场强度大小为E.下面给出E的四个表达式(式中k为静电力常量),其中只有一个是合理的.你可能不会求解此处的场强E,但是尖子生·备战高考 精选资源·战胜高考 你可以通过一定的物理分析,对下列表达式的合理性作出判断.根据你的判断,E的合理表达式应为 ( )

A.E=2πkσR1x2+R12-R2x2+R22x B.E=2πkσ1x2+R12-1x2+R22x C.E=2πkσR1x2+R12+R2x2+R22 D.E=2πkσ1x2+R12+1x2+R22x 【答案】B 【解析】采用特殊值法:若𝑅1=𝑅2则E=0,可以排除C、D选项。

A选项表达式可变形为:E=2πkσR11+(R1x)2-R21+(R2x)2,对于这一表达式,当R1=0时,E=-2πkσR21+(R2x)2,随x的增大,E的绝对值增大,这与客观事实不符合,故A错误,对于C选项中的表达式,当x=0时,E=4πkσ,而事实由对称性知应该为E=0,故C错误.对于D选项,E=2πkσ11+(R1x)2+11+(R2x)2同样E随x增大而增大,当x=∞时E>0,这与事实不符合,故D错误,只有B可能正确. 【疑难突破】本题由于带电体为圆环状,虽然可以由微分的方式可以求得合场强,但是过程很麻烦,并超过了高中学生的能力,故可采用极限的思想和特殊值代入的方法得出结论

5.(2019·河南六市第二次联考)如图所示,固定木板AB倾角θ=60°,板BC水平,AB、BC长度均为2m,小物块

从A处由静止释放,恰好滑到C处停下来.若调整BC使其向上倾斜,倾角不超过90°,小物块从A处由静止滑下再沿BC上滑,上滑的距离与BC倾角有关.不计小物块经过B处时的机械能损失,小物块与各接触面间的动摩擦因数均相同,则小物块沿BC上滑的最小距离为( )

A.23m B.1m C.2m D.3m 尖子生·备战高考

精选资源·战胜高考 【答案】B 【解析】BC段水平时,对小物块从释放到第一次速度为零的过程,由动能定理得:𝑚𝑔𝐿𝑠𝑖𝑛𝜃−𝜇𝑚𝑔𝐿𝑐𝑜𝑠𝜃−𝜇𝑚𝑔𝐿=0,代入数据得:𝜇=√33,设BC与水平方向之间的夹角为𝛼时,物块沿BC上滑的最小距离,由动能定理

得:𝑚𝑔𝐿𝑠𝑖𝑛𝜃−𝜇𝑚𝑔𝐿𝑐𝑜𝑠𝜃−𝜇𝑚𝑔𝑥𝑐𝑜𝑠𝛼−𝑚𝑔𝑥𝑠𝑖𝑛𝛼=0,变形得:𝑥=𝐿2cos(𝜑+𝛼),当cos(𝜑+𝛼)=1,即𝜑+𝛼=

90∘时,x有最小值,为𝑥=𝐿2=22𝑚=1𝑚,故ACD错误,B正确;故选B. 6.(2018黑龙江牡丹江期末)如图所示是某导体的IU图线,图中=45,下列说法错误的是( )

A.通过该导体的电流与其两端的电压成正比 B.此导体的电阻2.0R C.IU图线的斜率表示电阻的倒数,所以cot451.0R



D.在该导体两端加6.0V电压时,每秒通过导体截面的电荷量是3.0C 【答案】C 【解析】由图可知,通过该导体的电流随其两端电压的增大而增大,故电流与其两端的电压成正比,故A说法

正确;由UIR可知,IU图像的斜率表示电阻的倒数,则由图可知电阻2.0R,故B说法正确,C说法错

误;在该导体两端加6.0V的电压时,电路中的电流3.0AUIR,则每秒通过导体截面的电荷量为3.0CqIt,故D说法正确,本题要求选错误的,故C符合题意。

【方法技巧】数学中直线与x轴夹角的正切值即为该直线的斜率,但物理中横、纵坐标的刻度值可以不均匀的选取,单位可以不选择国际单位制,所以数学中的结论并不能直接代入物理中使用。 7.(2019·武汉市四月调研测试)如图所示,用两根长度均为l的轻绳将一重物悬挂在水平的天花板下,轻绳与天花板的夹角为θ,整个系统静止,这时每根轻绳中的拉力为T。现将一根轻绳剪断,当小球摆至最低点时,轻绳中

的拉力为T′。θ为某一值时,TT最大。此最大值为( ) 尖子生·备战高考 精选资源·战胜高考 A.94 B.2 C.322 D.5425

【答案】A 【解析】由受力分析可知,初始时,绳子拉力sin2mgT,当剪断其中一根轻绳后,小球做圆周运动到最低点时,

合外力提供小球做圆周运动的向心力lvmmgT2,又根据机械能守恒得221sin1mvmgl,联立两式可得sin2-3mgT;则4943sin4sin4sin622T

T,最大值为49TT,故选A。

【疑难突破】本题的物理情景非常熟悉,考查的知识点也是几乎每年必考的共点力的平衡、圆周运动的动力学关系和机械能守恒定律,要求能能够把一个较复杂问题分解为若干较简单的问题,找出起重要作用的因素及有关条件,找出它们之间的联系,运用物理知识综合解决所遇到的问题,重点考查学生的分析综合能力。另外运用函数配方法求极值也是一种重要的解决物理问题的数学方法,考查学生用数学方法解决物理问题的能力。备考后期要重视学生的能力培养,设置问题情境,培养学生提取信息、建立模型的能力,通过典型例题对应该掌握的数学知识和方法进行梳理总结,提高运用数学工具,包括函数求极值及利用几何图形求解物理问题的能力。

二、不定项选择题(本大题共3小题,每小题5分,共15分,在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项符合题目要求,有的有多个选项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得2分,有选错的得0分) 8.(2019·北京四中一模)如图所示,在纸面内半径为R的圆形区域中充满了垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一点电荷从图中A点以速度v0垂直磁场射入,速度方向与半径方向的夹角为30°。当该电荷离

开磁场时,速度方向刚好改变了180°。不计电荷的重力,下列说法正确的是( )

A.该点电荷离开磁场时速度方向的反向延长线通过O点 B.该点电荷的比荷为2𝑣0

𝐵𝑅

C.该点电荷在磁场中的运动时间为𝜋𝑅2𝑣0

D.该点电荷在磁场中的运动时间为𝜋𝑅3𝑣0