2020屆高考物理復(fù)習(xí)牛頓運動定律核心素養(yǎng)提升練九3.3牛頓運動定律的綜合應(yīng)用（含解析）新人教版.docx

牛頓運動定律的綜合應(yīng)用(45分鐘100分)(20分鐘50分)一、選擇題(本題共5小題，每小題7分，共35分，14題為單選題，5題為多選題)1.在靜止的小車內(nèi)，用細繩a和b系住一個小球，繩a處于斜向上的方向，拉力為Fa，繩b處于水平方向，拉力為Fb，如圖所示?，F(xiàn)讓小車從靜止開始向右做勻加速運動，此時小球相對于車廂的位置仍保持不變，則兩根細繩的拉力變化情況是()A.Fa變大，F(xiàn)b不變B.Fa變大，F(xiàn)b變小C.Fa變大，F(xiàn)b變大D.Fa不變，F(xiàn)b變小【解析】選D。以小球為研究對象，分析受力情況，作出受力分析圖，根據(jù)牛頓第二定律得水平方向：Fasin -Fb=ma 豎直方向：Facos -mg=0由題知不變，分析得Fa不變，F(xiàn)b=Fasin -maF2，當(dāng)運動達到穩(wěn)定時，關(guān)于彈簧的伸長量下列說法正確的是()A.若水平地面光滑，彈簧的伸長量為B.若水平地面光滑，彈簧的伸長量為C.若水平地面粗糙且兩個物體與地面動摩擦因數(shù)相同，彈簧的伸長量為D.若水平地面粗糙且兩個物體與地面動摩擦因數(shù)相同，彈簧的伸長量為【解析】選C。設(shè)兩個物體的質(zhì)量均為m，若水平地面光滑，以整體為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律得a=，再以A為研究對象，由牛頓第二定律得：F1-kx=ma，代入解得彈簧的伸長量為x=，選項A、B錯誤；若水平地面粗糙且兩個物體與地面動摩擦因數(shù)相同， 以整體為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律得 a=-g再以A為研究對象，由牛頓第二定律得：F1-kx-mg=ma，代入解得彈簧的伸長量為x=，選項C正確，D錯誤。2.在德國首都柏林舉行的世界田徑錦標賽女子跳高決賽中，克羅地亞選手弗拉希奇以2.04 m的成績獲得冠軍。弗拉希奇的身高約為1.93 m，忽略空氣阻力，g取10 m/s2，如圖所示。則下列說法正確的是()A.弗拉希奇在下降過程中處于失重狀態(tài)B.弗拉希奇起跳以后在上升的過程中處于超重狀態(tài)C.弗拉希奇起跳時地面對她的支持力等于她所受的重力D.弗拉希奇起跳時的初速度大約為3 m/s【解析】選A。在跳高過程中，弗拉希奇的加速度等于重力加速度，處于完全失重狀態(tài)，選項A正確，選項B錯誤；弗拉希奇起跳時地面對她的支持力大于她所受的重力，選項C錯誤；弗拉希奇在上升的過程中做豎直上拋運動，由運動學(xué)公式=2gh可得初速度v0= m/s4.6 m/s，選項D錯誤。3.質(zhì)量為m0=20 kg、長為L=5 m的木板放在水平面上，木板與水平面的動摩擦因數(shù)為1=0.15，將質(zhì)量m=10 kg 的小木塊(可視為質(zhì)點)，以v0=4 m/s的速度從木板的左端被水平拋射到木板上(如圖所示)，小木塊與木板面間的動摩擦因數(shù)為2=0.4(最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g=10 m/s2)。則下列判斷中正確的是()A.木板一定靜止不動，小木塊不能滑出木板B.木板一定靜止不動，小木塊能滑出木板C.木板一定向右滑動，小木塊不能滑出木板D.木板一定向右滑動，小木塊能滑出木板【解析】選A。木板與地面間的摩擦力為Ff1=1(m0+m)g=0.15(20+10)10 N=45 N，小木塊與木板之間的摩擦力為Ff2=2mg=0.41010 N=40 N，F(xiàn)f1Ff2，所以木板一定靜止不動；設(shè)小木塊在木板上滑行的距離為x，=22gx，解得x=2 mL=5 m，所以小木塊不能滑出木板，A正確。4.如圖所示，光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m、2m和3m的三個木塊，其中質(zhì)量為2m和3m的木塊間用一不可伸長的輕繩相連，輕繩能承受的最大拉力為T。現(xiàn)用水平拉力F拉其中一個質(zhì)量為3m的木塊，使三個木塊以同一加速度運動，則以下說法正確的是()A.質(zhì)量為2m的木塊受到四個力的作用B.當(dāng)F逐漸增大到T時，輕繩剛好被拉斷C.當(dāng)F逐漸增大到1.5T時，輕繩還不會被拉斷D.輕繩剛要被拉斷時，質(zhì)量為m和2m的木塊間的摩擦力為T【解析】選D。質(zhì)量為2m的木塊受到重力、質(zhì)量為m的木塊的壓力、m對其作用的向后的摩擦力，輕繩的拉力、地面的支持力五個力的作用，選項A錯誤；對整體，由牛頓第二定律可知，a=；隔離后面的疊加體，由牛頓第二定律可知，輕繩中拉力為F=3ma=。由此可知，當(dāng)F逐漸增大到2T時，輕繩中拉力等于T，輕繩才剛好被拉斷，選項B、C錯誤；輕繩剛要被拉斷時，木塊加速度a=，質(zhì)量為m和2m的木塊間的摩擦力為f=ma=，選項D正確。5.如圖甲所示，以速度v逆時針勻速轉(zhuǎn)動的足夠長的傳送帶與水平面的夾角為?，F(xiàn)將一個質(zhì)量為m的小木塊輕輕地放在傳送帶的上端，小木塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為，則乙圖中能夠正確地描述小木塊的速度隨時間變化關(guān)系的圖線可能是()【解析】選C、D。木塊放上后一定先向下加速，由于傳送帶足夠長，所以一定有木塊速度大小等于傳送帶速度大小的機會，此時若重力沿傳送帶向下的分力大小大于最大靜摩擦力，則之后木塊繼續(xù)加速，但加速度變小了；而若重力沿傳送帶向下的分力大小小于或等于最大靜摩擦力則木塊將隨傳送帶勻速運動，故C、D正確，A、B錯誤。二、計算題(本題共15分，需寫出規(guī)范的解題步驟)6.在傾角為的光滑斜面上端系有一勁度系數(shù)為k的彈簧，彈簧下端連一個質(zhì)量為m的小球，球被一垂直斜面的擋板A擋住，此時彈簧沒有形變，若A以加速度a(agsin)沿斜面向下勻加速運動，求：(1)從擋板開始運動到球板分離所經(jīng)歷的時間t。(2)從擋板開始運動到小球速度最大時，球的位移x?！窘馕觥?1)設(shè)球與擋板分離時位移為s，經(jīng)歷的時間為t，從開始運動到分離過程中，m受豎直向下的重力，垂直斜面向上的支持力FN，沿斜面向上的擋板支持力FN1和彈簧彈力f，據(jù)牛頓第二定律列方程：mgsin-f-FN1=ma，f=kx隨著x的增大，f增大，F(xiàn)N1減小，保持a不變，當(dāng)m與擋板分離時，x增大到等于s，F(xiàn)N1減小到零，則有：s=at2 ， mgsin-ks=ma聯(lián)立解得：mgsin-kat2=mat=(2)分離后小球繼續(xù)做加速度減小的加速運動，v最大時，小球受合力為零，即kx=mgsin，位移x=。答案：(1) (2)(25分鐘50分)7.(7分)如圖，斜面體的上表面除AB段粗糙外，其余部分光滑。一物體從斜面的頂端滑下，經(jīng)過A、C兩點時的速度相等，已知AB=BC，物體與AB段的動摩擦因數(shù)處處相等，斜面體始終靜止在地面上，則()A.物體在AB段和BC段運動的加速度大小不相等B.物體在AB段和BC段運動的時間不相等C.物體在AB段和BC段運動時，斜面體受到地面靜摩擦力的大小相等D.物體在AB段和BC段運動時，斜面體受到地面支持力的大小相等【解析】選C。A、C兩點速度相等，設(shè)B點速度為v，由于AB段和BC段都做勻變速直線運動，兩段的平均速度又相等，位移相同，則經(jīng)歷的時間相等，B項錯誤；根據(jù)位移與速度公式可知，AB段和BC段的加速度大小相等，A項錯誤；由此可知物體在AB段和BC段對斜面體的作用力大小相等，水平分量也相等，那么斜面體在水平面所受到的摩擦力大小也相等，C項正確；物體在AB段運動時，處于超重狀態(tài)，地面對物體和斜面體系統(tǒng)的支持力大于它們的重力；物體在BC段運動時，處于失重狀態(tài)，地面對物體和斜面體系統(tǒng)的支持力小于它們的重力。選項D錯誤。8.(7分)如圖所示，質(zhì)量為m的球置于斜面上，被一個豎直擋板擋住?，F(xiàn)用一個力F拉斜面，使斜面在水平面上做加速度為a的勻加速直線運動，忽略一切摩擦，以下說法中正確的是()A.若加速度足夠小，豎直擋板對球的彈力可能為零B.若加速度足夠大，斜面對球的彈力可能為零C.斜面和擋板對球的彈力的合力等于maD.斜面對球不僅有彈力，而且該彈力是一個定值【解析】選D。設(shè)球的質(zhì)量為m，斜面傾角為，斜面給球的彈力為F1，豎直擋板給球的彈力為F2，對球受力分析，如圖所示，由牛頓第二定律得：F1cos -mg=0，F(xiàn)2-F1sin =ma解得F1=是定值，F(xiàn)2=mgtan +ma，故A、B錯，D正確；球所受斜面、擋板的力以及重力的合力為ma，故C錯。9.(7分)(多選)如圖所示，斜面體靜置于水平地面上，小物塊恰好沿斜面勻速下滑。現(xiàn)分別對小物塊進行以下三種操作：施加一個沿斜面向下的恒力F；施加一個豎直向下的恒力F；施加一個垂直斜面向下的恒力F。則在小物塊后續(xù)的下滑過程中，下列判斷正確的是()A.操作中小物塊將做勻加速運動B.操作中小物塊仍做勻速運動C.操作中斜面體可能會發(fā)生滑動 D.三種操作中斜面體受到地面摩擦力均為0【解析】選A、B、D。初始時小物塊恰好沿斜面勻速下滑，小物塊受力平衡，設(shè)斜面傾角為，動摩擦因數(shù)為，小物塊在平行于斜面方向有mgsin =mgcos ，則有sin =cos 。當(dāng)施加一個沿斜面向下的恒力F時，小物塊的垂直于斜面方向受力情況不變，在平行于斜面方向由牛頓第二定律有F+mgsin -mgcos =ma，小物塊將做勻加速運動，故A項正確。施加一個豎直向下的恒力F時，mgcos +Fcos =mgsin +Fsin ，合力為零，小物塊仍做勻速運動，故B項正確。對小物塊施加一個垂直斜面向下的恒力，小物塊在后續(xù)下滑過程中，斜面體在水平方向的受力情況為：向左為物塊施加的滑動摩擦力的分力(mgcos +F)cos，向右為物塊施加的壓力的分力(mgcos +F)sin ，由sin =cos 知二者大小相等，斜面體水平方向合力為零，斜面體受到地面摩擦力為零，不會發(fā)生滑動，故C項錯誤。小物塊對斜面摩擦力與壓力的合力均豎直向下，斜面受到地面摩擦力為零，故D項正確。綜上所述，本題正確答案為A、B、D。10.(7分)(多選) 如圖所示，一只貓在桌邊猛地將桌布從魚缸下拉出，魚缸最終沒有滑出桌面，若魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)均相等，則在上述過程中()A.桌布對魚缸摩擦力的方向向左B.魚缸在桌布上的滑動時間和在桌面上的相等C.若貓增大拉力，魚缸受到的摩擦力將增大D.若貓減小拉力，魚缸有可能滑出桌面【解析】選B、D。桌布對魚缸摩擦力的方向向右，A項錯誤；各接觸面間的動摩擦因數(shù)為，魚缸的質(zhì)量為m，由牛頓第二定律可得魚缸在桌布和桌面上滑動的加速度大小相同，均為a=g，魚缸離開桌布時的速度為v，則魚缸在桌布上和在桌面上滑動時間均為t=，B項正確；貓增大拉力時，魚缸受到的摩擦力為f=mg不變，C項錯；若貓減小拉力，魚缸在桌布上加速運動的時間變長，離開桌布時的速度v=gt增大，加速運動的位移x1=gt2增大，且魚缸在桌面上減速滑行的位移x2=也增大，則魚缸有可能滑出桌面，D項對。11.(10分)如圖所示，可視為質(zhì)點的A、B兩物體置于一靜止長紙帶上，紙帶左端與A、A與B間距均為d =0.5 m，兩物體與紙帶間的動摩擦因數(shù)均為1=0.1，與地面間的動摩擦因數(shù)均為2=0.2?，F(xiàn)以恒定的加速度a=2 m/s2向右水平拉動紙帶，重力加速度g=10 m/s2。求：(1)A物體在紙帶上的滑動時間。(2)兩物體A、B停在地面上的距離?！窘馕觥?1)兩物體在紙帶上滑動時：1mg=ma1當(dāng)物體A滑離紙帶時a-a1=d，t1=1 s(2)物體A離開紙帶時的速度v1=a1t1物體A在地面上運動時有2mg=ma2物體A從開始運動到停在地面上的總位移s1=+當(dāng)物體B滑離紙帶時a-a1=2dv2=a1t2物體B從開始運動到停在地面上的總位移s2=+兩物體最終停止的間距x=s2+d-s1=1.25 m。答案：(1)1 s (2)1.25 m12.(12分)(2019宿州模擬)如圖所示，傾角=37的粗糙斜面的底端A與水平傳送帶相接觸，傳送帶正以v=4 m/s的速度順時針勻速轉(zhuǎn)動，質(zhì)量為2 kg的物體(可視為質(zhì)點)從斜面上O處由靜止下滑，經(jīng)過時間1.5 s滑到斜面底端A。已知O、A之間距離LOA=4.5 m，傳送帶左右兩端A、B間的距離LAB=10 m，物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)2=0.5，sin37=0.6，cos37=0.8，g=10 m/s2，不計物體經(jīng)過A時的動能損失。(1) 求物體沿斜面下滑的加速度大小。(2) 求物體與斜面間的動摩擦因數(shù)1。(3) 物體在