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专题02四类经典的直线运动模型(解析版)_04-物理-高考总复习_二轮复习_2024年_2024年高考物理二轮复习热点模型与方法备战高考_资料

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专题1.2 四类经典的直线运动模型
目录
【模型一】  “0-v-0”运动模型................................................................................................................................1
【模型二】“等位移折返”模型.............................................................................................................................. 4
【模型三】三倍加速度运动模型----等时间折返模型.............................................................................................7
【模型四】两类常见非匀变速直线运动模型........................................................................................................11
类型一:力随时间均匀变化............................................................................................................................ 11
类型二:力随位移均匀变化............................................................................................................................ 11
【模型一】  “0-v-0”运动模型
1.特点:初速度为零,末速度为v,两段初末速度相同,平均速度相同。三个比例式:
①速度公式
  
  推导可得:
②速度位移公式
  
  推导可得:
③平均速度位移公式
  
  推导可得:
2.
位移三个公式:
;
;
3.平均速度:
【模型演练1】【多选】(2021·全国·高考真题)水平桌面上,一质量为m 的物体在水平恒力F 拉动下从
静止开始运动,物体通过的路程等于
时,速度的大小为
,此时撤去F,物体继续滑行
的路程后停止
运动,重力加速度大小为g,则(  )
v0
a1
a2
t1
t2
v
O
t
1
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A.在此过程中F 所做的功为
B.在此过中F 的冲量大小等于
C.物体与桌面间的动摩擦因数等于
D.F 的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的2 倍
【答案】BC
【详解】CD.外力撤去前,由牛顿第二定律可知
 ①
由速度位移公式有
②
外力撤去后,由牛顿第二定律可知
 ③
由速度位移公式有
  ④
由①②③④可得,水平恒力
动摩擦因数
滑动摩擦力
可知F 的大小等于物体所受滑动摩擦力大小的3 倍,
故C 正确,D 错误;
A.在此过程中,外力F 做功为
2
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故A 错误;
B.由平均速度公式可知,外力F 作用时间
在此过程中,F 的冲量大小是
故B 正确。
故选BC。
【模型演练2】【多选】(2023·青海·统考二模)两带电的平行板A、B 水平放置,上极板A 的中央有一小
孔.如图甲所示,一带电油滴从小孔的正上方的O 点处自由下落,穿过上极板A 中央的小孔后,刚好不与
下极板B 相碰,在此过程中,油滴的速度v 随时间t 变化的关系如图乙所示.重力加速度为g,不计空气阻
力,可知(    )
A.在
时,油滴刚好穿过A 板的小孔
B.在
时,油滴刚好返回到O 点
C.油滴受到的重力与电场力之比为2 3∶
D.O 点到下极板B 的距离为
【答案】AC
【详解】AB.根据题意再结合甲乙两图分析可知,油滴先从O 点开始做自由落体运动,在
时,油滴
刚好穿过A 板的小孔,在
时,油滴在电场中速度减为零,刚好到达B 板(未与之相碰),故A 正确,
3
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B 错误;
C.速度-时间图像的斜率表示物体的加速度,设油滴进入电场时的速度为,由图乙可知,油滴做自由落
体运动时,由牛顿第二定律有
油滴进入电厂后,由牛顿第二定律有
联立以上两式可得
故C 正确;
D.
时间段内油滴做自由落体运动,则
时刻的速度为
而速度-时间图线与时间轴围成的面积表示位移,则可知O 点到下极板B 的距离为
故D 错误。
故选AC。
【模型二】“等位移折返”模型
(1)特点:初(或末)速度为零,两段运动位移大小相等为x。
(2)位移三个公式:位移公式
;速度位移公式
;
平均速度位移公式
(3)三个比例式:
①
 ;②
 ; ③
v2
v1
a1
a2
t1
t2
v
O
t
4
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【模型演练1】【多选】(2021·全国·高考真题)一质量为m 的物体自倾角为
的固定斜面底端沿斜面向
上滑动。该物体开始滑动时的动能为
,向上滑动一段距离后速度减小为零,此后物体向下滑动,到达斜
面底端时动能为
。已知
,重力加速度大小为g。则(  )
A.物体向上滑动的距离为
B.物体向下滑动时的加速度大小为
C.物体与斜面间的动摩擦因数等于0.5
D.物体向上滑动所用的时间比向下滑动的时间长
【答案】BC
【详解】AC.物体从斜面底端回到斜面底端根据动能定理有
物体从斜面底端到斜面顶端根据动能定理有
整理得
;
A 错误,C 正确;
B.物体向下滑动时的根据牛顿第二定律有
求解得出
B 正确;
D.物体向上滑动时的根据牛顿第二定律有
物体向下滑动时的根据牛顿第二定律有
5
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由上式可知
a 上 > a 下
由于上升过程中的末速度为零,下滑过程中的初速度为零,且走过相同的位移,根据公式
则可得出
D 错误。
故选BC。
【模型演练2】(2023 春·全国·高三专题练习)海洋馆中一潜水员把一质量为m 的小球以初速度
从手中
竖直抛出,从抛出开始计时,
时刻小球返回手中,小球始终在水中且在水中所受阻力大小不变,小球的
速度随时间变化的关系图像如图所示,重力加速度大小为g,则小球在水中竖直下落过程中的加速度大小
为(  )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【详解】根据小球的速度随时间变化的关系图像分析知,第一阶段加速度大,大小为
,第二阶段加速度
小,故小球先竖直向上做匀减速直线运动,再竖直向下做匀加速直线运动,从抛出开始计时,
时刻小球
返回手中
解得
6
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故球在水中竖直下落过程中的加速度大小
根据牛顿第二定律,先竖直向上做匀减速直线运动
再竖直向下做匀加速直线运动
联立解得,小球在水中竖直下落过程中的加速度大小为
故选B。
【模型三】三倍加速度运动模型----等时间折返模型
(1)特点:初速度为零,两段总位移为零。
(
2
)
位
移
两
个
公
式
:
;
(3)特殊结论:若
 ,则有
 , 
 
【证明】物体从A 点由静止开始做加速度大小为
的匀加速直线运动,经时间t 到达B 点,速度大小为
,
这时突然改为做加速度大小为
的匀减速直线运动,又经过时间t 回到A 点,速度大小为
,求:
和
。
根据题意,画出示意图如图所示
-v2
v1
a1
-a2
t1
t2
v
O
t
7
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以向右为正方向,
内总位移为零,由运动学公式
有
由运动学公式
有                 
联立解得                                       
【模型演练1】【多选】(2023·天津宁河·高三天津市宁河区芦台第一中学校考阶段练习)如图所示,倾角
为θ 的光滑斜面足够长,一质量为m 的小物体,在沿斜面向上的恒力F 作用下,由静止从斜面底端沿斜面
向上做匀加速直线运动,经过时间t,力F 做功为60J,此后撤去力F,物体又经过相同的时间t 回到斜面
底端,若以地面为零势能参考面,则下列说法中正确的是(  )
A.物体回到斜面底端的动能小于60J
B.恒力F=2mgsinθ
C.撤去力F 时,物体的重力势能是45J
D.动能与势能相等的时刻一定出现在撤去力F 之后
【答案】CD
【详解】A.物体静止开始从斜面底端开始运动直到最后返回斜面底端,此过程斜面光滑没有摩擦力做功,
重力做功为0,根据动能定理有
8
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选项A 错误;
B.撤去F 前,加速度
撤去F 后,加速度
根据力F 撤去前后位移等大反向,判断撤去前后平均速度等大方向,由于撤去前后都是匀变速所以有
整理得
即
选项B 错误;
C.撤去力F 前,力F 做功
重力做功
所以撤出力F 时,物体的重力势能是45J,选项C 正确;
D.力F 撤去前,合力
小于重力沿斜面的分力
,即合力做功小于克服重力做功,增加的动
能小于增加的重力势能,撤去力F 之前一定是重力势能大于动能,最后返回斜面时重力势能为0,小于动
能,所以动能与势能相等的时刻一定出现在撤去力F 之后,选项D 正确。
故选CD。
【模型演练2】(2023 春·山东威海·高三阶段练习)如图甲所示,两平行金属板A、B 水平放在真空中,板
间距为d,金属板长2d,OO'为板间中线,AB 板间的电势差U 随时间t 的变化情况如图乙所示。有一个
质量为m,电荷量为q 的带电小球,t=0 时刻从O 点以v0的速度水平沿OO'射入。T 时刻小球恰好从O'
点射出,小球运动过程中恰好未B 与极板相碰。已知重力加速度大小为g,则下列说法正确的是(  )
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A.小球所受的电场力大小等于重力大小
B.板间电压
C.
时,小球速度大小为
v0
D.
时,小球速度大小为v0
【答案】C
【详解】AB.取竖直向下为正方向,在
时间内,小球在竖直方向上做自由落体运动,竖直位移大小
为
时间内,在竖直方向上,小球先向下做匀减速直线运动,速度减至零后向上做匀加速直线运动,加
速度恒定,将这段时间内小球的运动看成一种匀减速直线运动,设
时间内小球的加速度大小为
,
根据牛顿第二定律有
竖直位移为
时刻小球恰好到达
点时,则有
联立解得
10
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故AB 错误;
C.设
时速度大小为
,根据题意则有
联立得到
所以
时,速度大小为
故C 正确;
D.
时,小球竖直分速度为
所以速度大小
故D 错误;
故选C。
【模型四】两类常见非匀变速直线运动模型
类型一:力随时间均匀变化
由物块的受力可知
由图像可知
解得
11
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故随时间的增大,物块先做加速度逐渐减小的加速运动,后做加速逐渐增大的减速运动,最后停止下滑,
静止后物块的加速度为零,处于平衡状态;当t=0 时,物块的加速度最大为g;当t=t0时,物块的加速度为
零,此时物块的速度最大。做出
图像根据图像的面积求得最大速度
类型二:力随位移均匀变化
变加速直线运动,初速度的平方与末速度的平方的差值等于a-x 图线与坐标轴围的面积的2 倍。
经典案例----小球弹簧模型
(1)下落的“三段四点”:
(2)四个图像
v-t 图
a-t 图
F-t 图
a-x 图
【模型演练1】(2023 秋·河北承德·统考期末)如图甲所示,质量为m 的物块在水平力F 的作用下可沿竖
12
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直墙面滑动,水平力F 随时间t 变化的关系图像如图乙所示,物块与竖直墙面间的动摩擦因数为μ,物块所
受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,竖直墙面足够高,重力加速度大小为g。下列说法正确的是(  )
A.物块一直做匀加速直线运动
B.物块先做加速度减小的加速运动,后做匀速直线运动
C.物块的最大加速度为g
D.
时,物块停止下滑
【答案】C
【详解】由物块的受力可知
由图像可知
解得
故随时间的增大,物块先做加速度逐渐减小的加速运动,后做加速逐渐增大的减速运动,最后停止下滑,
静止后物块的加速度为零,处于平衡状态;当
时,物块的加速度最大为
;当
时,物块的加速度
为零,此时物块的速度最大。
故选C。
【模型演练2】(2019·全国·高考真题)在星球M 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,P 由静止向下运动,物体的加速度a 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
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(  )
13
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A.M 与N 的密度相等
B.Q 的质量是P 的3 倍
C.Q 下落过程中的最大动能是P 的4 倍
D.Q 下落过程中弹簧的最大压缩量是P 的4 倍
【答案】AC
【详解】A.由
图像可知,加速度沿竖直向下方向为正方向,根据牛顿第二定律有
可得
则该
图像的斜率为
,纵轴截距为重力加速度
;根据图像的纵轴截距可知,两星球表面的重力加
速度之比为
又因为在某星球表面上的物体,所受重力和万有引力相等,即
即该星球的质量为
又
联立可得
故两星球的密度之比为
14
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故A 正确;
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,则有
即
结合
图像可知,当物体P 和物体Q 分别处于平衡位置时,弹簧的压缩量之比为
故物体P 和物体Q 的质量之比为
故B 错误;
C.物体P 和物体Q 分别处于各自的平衡位置(
)时,它们的动能最大;根据
结合
图像面积的物理意义可知,物体P 的最大速度满足
物体Q 的最大速度满足
则两物体的最大动能之比
故C 正确;
D.物体P 和物体Q 分别在弹簧上做简谐运动,由平衡位置(
)可知,物体P 和Q 振动的振幅A 分别
为
和
,即物体P 所在弹簧最大压缩量为
,物体Q 所在弹簧最大压缩量为
,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,故D 错误。
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故选AC。
1.(2023 春·贵州·高三统考阶段练习)如图甲所示,倾角为θ 的斜面与水平面在O 点通过一段小圆弧平滑
连接,一可视为质点的滑块从斜面上某处由静止释放,经过O 点滑到水平面上后减速至零,该过程中滑块
的速率随时间变化的规律如图乙所示。已知斜面和水平面由同种材料构成,则滑块与接触面间的动摩擦因
数为(  )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【详解】滑块在斜面上运动时有
滑块在水平面上运动时有
由题图乙知加速度大小满足
,解得
故选D。
2.(2023·安徽·校联考模拟预测)如图是一小物体先从倾角为θ1=53°斜面滑下后再滑上倾角为θ2=37°的斜
面运动过程的速度大小随时间变化的图像,两斜面动摩擦因数均为μ,图中v 未知,已知sin37°=0.6,
cos37°=0.8,取g=10m/s2,则(  )
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A.μ=0.5
B.v=8m/s
C.沿斜面下滑位移为8m
D.沿斜面上滑位移为10m
【答案】A
【详解】AB.小物体从倾角为53°斜面滑下时,由牛顿第二定律有
滑上倾角为37°的斜面时,由牛顿第二定律有
其中
,
解得
,
故A 正确,B 错误;
CD.v-t 图线与横轴所围区域的面积表示物体运动的位移,所以沿斜面下滑的位移为
上滑的位移为
故CD 错误。
故选A。
3.一名消防队员在模拟学习训练中,沿着长为12m 的竖立在地面上的钢管从顶端由静止先匀加速再匀减速
下滑,滑到地面时速度恰好为零.如果他加速时的加速度大小是减速时加速度大小的2 倍,下滑的总时间
为3s,那么该消防队员(  )
A. 下滑过程中的最大速度为4m/s              B. 加速与减速运动过程的时间之比为1:2
C. 加速与减速过程中的平均速度之比为2:1    D. 加速与减速运动过程的位移大小之比为1:4
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【答案】B
【解析】A:设下滑过程中的最大速度为v,则消防队员下滑的总位移:
1
2
2
2
v
v
t
t
x


即2
v t
x

总
,代入
数据解得:
8
/
v
m s

,故A 错误;
B:设加速与减速过程的时间分别为1t 、2t ,加速度大小分别为
1a 、
2a ,则
1 1
v
a t

、
2 2
v
a t

,解得:
1
2
2
1
:
:
1: 2
t
t
a
a


,故B 正确;
C:根据平均速度的推论知
0
2
v
v


,则平均速度之比为为1:1,故C 错误;
D:因为平均速度之比为1:1,加速和减速的时间之比为1:2,则加速和减速的位移之比为1:2,故D
错误。
4.(2023·北京东城·统考一模)如图甲所示,一物块以一定的初速度冲上倾角为30°的固定斜面,物块在斜
面上运动的过程中,其动能
与运动路程s 的关系如图乙所示。已知物块所受的摩擦力大小恒定,g 取10
。下列说法正确的是(   )
A.物块质量为0.7
B.物块所受摩擦力大小为0.4N
C.0~20m 过程中,物块克服摩擦力做功为40J
D.0~10m 过程中与10m~20m 过程中物块所受合力之比为3 4∶
【答案】A
【详解】AB.0~10m 内物块上滑,由动能定理得
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整理得
结合0~10m 内的图像得,斜率的绝对值
10~20 m 内物块下滑,由动能定理得
整理得
结合10~20 m 内的图像得,斜率
联立解得
,
故A 正确,B 错误;
C.0~20m 过程中,物块克服摩擦力做功为动能的减少量,即为10J,故C 错误;
D.由动能定理知0~10m 过程中与10m~20m 过程中物块所受合力之比即为动能改变量之比,等于4 3∶,D
错误。
故选A。
5.【多选】(2022·福建·高考真题)一物块以初速度
自固定斜面底端沿斜面向上运动,一段时间后回到
斜面底端。该物体的动能
随位移x 的变化关系如图所示,图中
、
、
均已知。根据图中信息可以
求出的物理量有(  )
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A.重力加速度大小
B.物体所受滑动摩擦力的大小
C.斜面的倾角
D.沿斜面上滑的时间
【答案】BD
【详解】ABC.由动能定义式得
,则可求解质量m;上滑时,由动能定理
下滑时,由动能定理
x0为上滑的最远距离;由图像的斜率可知
,
两式相加可得
相减可知
即可求解gsinθ 和所受滑动摩擦力f 的大小,但重力加速度大小、斜面的倾角不能求出,故AC 错误,B 正
确;
D.根据牛顿第二定律和运动学关系得
,
故可求解沿斜面上滑的时间,D 正确。
故选BD。
6.【多选】(2023 春·陕西延安·高三校考期末)有一物体由某一固定的长斜面的底端以初速度v0沿斜面上
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滑,斜面与物体间的动摩擦因数μ=0.5,其动能Ek随离开斜面底端的距离s 变化的图线如图所示,g 取
10m/s2,不计空气阻力,则以下说法正确的是(  )
A.物体在斜面上运动的过程机械能减小了30J
B.斜面与物体间的摩擦力大小f=4N
C.物体的质量为m=2kg
D.斜面的倾角θ=37°
【答案】BD
【详解】A.由图可知,物体从斜面底端上滑时动能为50J,返回斜面底端时动能为10J,所以物体在斜面
上运动的过程机械能减小了40J,故A 错误;
B.根据功能关系可得
所以
故B 正确;
CD.物块下滑过程,有
解得
,
故C 错误,D 正确。
故选BD。
7.(2023·浙江台州·高三统考)如图所示,静置于光滑斜面(倾角为
)的质量为m 的物块,受到沿斜面方
向的恒力F 的作用,作用时间t 后撤去F,再经时间
后刚好返回起点,则(  )
21
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A.F 与
的比应该为3 比7
B.F 与
的比应该为9 比5
C.F 与
的比应该为7 比3
D.F 与
的比应该为2 比3
【答案】B
【详解】向上运动过程有
撤去时物块速度为
向下运动过程有
解得
即有
由于
,
解得
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可知
故选B。
8.【多选】(2023 秋·安徽·高三校联考阶段练习)如图所示,在足够长光滑绝缘水平面的上方,存在着方
向水平向右、场强大小为
的匀强电场。一带正电小物块(可视为质点)从水平面上A 点由静止释放,经
时间t 到达B 点,小物块速度大小为v。此时水平面上方突然撤去原来电场,改加方向水平向左、场强大小
为
的匀强电场,小物块又经时间2t 恰好返回A 点。下列说法正确的是(  )
A.小物块返回A 点时速度大小为
B.小物块返回A 点时速度大小为2v
C.电场强度的大小关系是
D.电场强度的大小关系是
【答案】AC
【详解】设带电体在电场
中加速度为
,带电体在电场
中的加速度为
,第一阶段末速度为第二阶
段的初速度,因为从A 出发最后返回A 点,根据题意两个阶段的位移之和为零,则
解得
即
根据速度关系
返回A 点时速度
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故AC 正确,BD 错误。
故选AC。
9.(2023·浙江台州·统考模拟预测)蹦极是一项极限运动,现将运动简化为如下模型:小球从某高度处静
止下落到竖直放置的轻弹簧上并压缩弹簧,下降过程中小球的加速度随位移变化如图所示,图中
,不计空气阻力,弹簧始终处于弹性限度内且忽略小球与弹簧碰撞中的能量损失。下列说法
正确的是(  )
A.从x1到x2过程,小球做减速运动
B.从x2到
过程,小球处于失重状态
C.下降到
时,小球的速度为零
D.下降到
时,小球受到的弹力是重力的2 倍
【答案】D
【详解】A.由图可知从x1到x2过程,小球具有竖直向下的加速度,做加速运动。故A 错误;
B.同理,从x2到
过程,小球具有竖直向上的加速度处于超重状态。故B 错误;
C.根据a-t 图像中图线与横轴所围面积表示小球的速度变化,可知从开始到下降到
时,小球的速度不为
零。故C 错误;
D.由图可知下降到
时,有
又
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联立,解得
即小球受到的弹力是重力的2 倍。故D 正确。
故选D。
10.)如图所示,一轻质弹簧沿竖直方向放置在水平地面上,其下端固定,当弹簧的长度为原长时,其上
端位于O 点。现有一小球从O 点由静止释放,将弹簧压缩至最低点(弹簧始终处于弹性限度内)。在此过
程中,关于小球的加速度a 随下降位移x 的变化关系,下图中正确的是(  )
A.
B.
C.
D.
【答案】A
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【详解】小球受竖直向下的重力和竖直向上的弹力,下降位移x 为弹簧的形变量,设弹簧劲度系数为k,
根据牛顿第二定律
可得
可得a-x 为一次函数,简谐运动,根据对称性,得当压缩到最低点时,加速度等于g。
故选A。
11.(2023 上·辽宁锦州·高三校联考阶段练习)A、B 两物体同时受到同样的水平拉力后,分别在水平面
上从静止开始做匀加速直线运动,1s 后,同时撤去拉力,它们均做匀减速直线运动,直到停止,其v-t 图
像如图所示,重力加速度g 取
。在A、B 整个运动过程中,下列说法正确的是(  )
A.A、B 两物体质量之比为4:3
B.A、B 两物体受到摩擦力之比为3:2
C.A、B 两物体位移之比为2:3
D.A、B 两物体与水平面间动摩擦因数之比为1:2
【答案】BC
【详解】A.其v-t 图像可知,前1 秒,A、B 两物体做匀加速,加速度相等为
之后做匀减速,加速度大小分别是
,
根据牛顿第二定律,减速阶段
得
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,
加速阶段
整理解得
故A 错误;
B.A、B 两物体受到摩擦力之比为
故B 正确;
C.v-t 图像面积表示位移
A、B 两物体位移之比为
故C 正确;
D.A、B 两物体与水平面间动摩擦因数之比为
故D 错误。
故选BC。
12.(2023 上·吉林长春·高三校考阶段练习)如图(a),一物块在
时刻滑上一固定斜面,其运动的v-
t 图线如图(b)所示。若重力加速度及图中的
、
、
均为已知量,则可求出(  )
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A.斜面的倾角
B.物块的质量
C.物块与斜面间的动摩擦因数
D.物块沿斜面向上滑行的最大高度
【答案】ACD
【详解】由图可得上滑时加速度为
下滑时加速度为
对物块在斜面上滑行进行受力分析,上滑时由牛顿第二定律可得
下滑时有
故可联立求得斜面倾角及物块与斜面间的动摩擦因数,由于质量被消去,无法计算物块的质量;
又可由图求得上滑最大位移为
故可根据斜面倾角求得物体上滑最大高度;
故选ACD。
13.(2023 上·江苏无锡·高三统考期中)如图(a),将物块A 于P 点处由静止释放,B 落地后不反弹,最
终A 停在Q 点。物块A 的v t 图像如图(b)所示。已知B 的质量为0.3kg,重力加速度大小g 取10 
m /s2。求:
(1)物块A 与桌面间的动摩擦因数;
(2)物块A 的质量。
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【答案】(1)
;(2)0.8kg
【详解】(1)由v-t 图可知,物块A 在0~1s 其加速度大小
a1=
=2m/s2
1~3s 其加速度大小
a2=
=1m/s2
1~3s 内,对A 物块
所以
(2)0~1s 内,对A 物块
对B
解得
mA=0.8kg
14.(2023 上·甘肃兰州·高三兰州一中校考期中)如图所示,倾角为30°的光滑斜面固定在水平面上,质
量为m 的物块在沿斜面向上的恒力作用下由静止开始运动,经时间t 后撤去恒力作用,再经3t 时间后物块
恰好返回起点。已知重力加速度为g,试求:
(1)恒力的大小?
(2)撤去恒力时物块的速度的大小?
(3)物块沿斜面向上运动的最远点与起点间的距离是多少?
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【答案】(1)
;(2)
;(3)
【详解】物体在恒力作用下由牛顿第二定律得
(1)撤去恒力由牛顿第二定律得
由运动学公式得
联立解得
,
,
(2)撤去恒力时物块的速度大小为
(3)设撤去恒力后物块速度减为零所用的时间为t0,则
解得
则物块返回起点时的速度大小为
最远点与起点间的距离
15.(2024 上·云南昆明·高三昆明一中第二次月考)如图甲所示,A、B 两块金属板水平放置,间距为
,
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两板间加有一周期性变化的电压,A、B 板电势差随时间变化的情况如图乙所示。现有电量为
、质量为
的带负电微粒在
时刻从
板中央小孔射入电场,若该带电微粒受到的电场力为重力的3 倍,且射入电
场时的初速度可忽略不计,重力加速度为
,求:
(1)A、B 两板间电势差
的大小;
(2)
和
这两段时间内微粒的加速度大小之比;
(3)要使该微粒不与A 板相碰,求所加电压的最大周期。
【答案】(1)
;(2)
;(3)
【详解】(1)由题意可知
   
解得
   
(2)设
和
这两段时间内微粒的加速度大小分别为a1、a2,根据牛顿第二定律有
   
   
解得
   
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所以
   
(3)规定竖直向上为正方向,假设A、B 两极板间距离足够大,使微粒在运动过程中未与A 板相碰,则微
粒在t=T 时刻的位移为
   
速度为
   
t=T 时刻电压开始第二个周期的变化,此时微粒加速度方向向上,微粒在
时间内的位移为
   
所以微粒在
时间内的总位移为零,由上面分析可知若微粒在上升过程中不与A 板相碰即可满题意,设
所加电压的最大周期为Tm,微粒在t 时刻的位移为d 且速度恰好为零,则
   
解得
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