2017高中物理(人教版)高三備考 強化訓(xùn)練8. 牛頓運動定律的應(yīng)用(二)_第1頁
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PAGEPAGE15強化訓(xùn)練8牛頓運動定律的應(yīng)用(二)——’17備考綜合熱身教輔系列本套強化訓(xùn)練搜集近年來各地高中物理高考真題、模擬題及其它極有備考價值的習(xí)題等篩選而成。其主要目的在于進(jìn)一步理解和掌握牛頓運動定律。能熟練地運用牛頓定律、運動學(xué)公式、功能關(guān)系、機械能守恒、電磁學(xué)知識等等,解決力學(xué)綜合、力電綜合以及其他綜合問題,有利于培養(yǎng)和提高我們的審題能力和思維能力。一、破解依據(jù)欲順利解決此類問題,試歸納以下幾條“依據(jù)”:㈠⑴牛頓第一定律(略)⑵牛頓第二定律或,其中F、Fx、Fy分別表示物體所受合力及其分力;并且,以上各式中力、加速度的方向均時刻保持一致。注:若或,則或,牛二律轉(zhuǎn)化為平衡條件。平衡狀態(tài)是指物體處于靜上或勻速度直線狀態(tài),或者是勻速轉(zhuǎn)動。⑶牛頓第三定律(略)實際應(yīng)用:反沖運動。㈡利用牛頓定律與高中物理知識解決的力學(xué)、力電綜合題以及其他綜合題。二、精選習(xí)題㈠選擇題(每小題5分,共40分)1.(16上海)在今年上海的某活動中引入了全國首個戶外風(fēng)洞飛行體驗裝置,體驗者在風(fēng)力作用下漂浮在半空。若減小風(fēng)力,體驗者在加速下落過程中()(A)失重且機械能增加(B)失重且機械能減少(C)超重且機械能增加(D)超重且機械能減少2.(17新課標(biāo)=3\*ROMANIII)如圖-1,一固定容器的內(nèi)壁是半徑為R的半球面;在半球面水平直徑的一端有一質(zhì)量為m的質(zhì)點P。它在容器內(nèi)壁由靜止下滑到最低點的過程中,克服摩擦力做的功為W。重力加速度大小為g。設(shè)質(zhì)點P在最低點時,向心加速度的大小為a,容器對它的支持力大小為N,則圖-1圖-1A.B.C.D.3.(14日照一中二模)如圖-2甲所示,平行于光滑斜面的輕彈簧勁度系數(shù)為k,一端固定在傾角為的斜面底端,另一端與物塊A連接;兩物塊A、B質(zhì)量均為m,初始時均靜止。現(xiàn)用平行于斜面向上的力F拉動物塊B,使B做加速度為a的勻加速運動,A、B兩物塊在開始一段時間內(nèi)的關(guān)系分別對應(yīng)圖-2乙中A、B圖線(時刻A、B的圖線相切,時刻對應(yīng)A圖線的最高點),重力加速度為g,則()A.時刻,彈簧形變量為0B.時刻,彈簧形變量為C.從開始到時刻,拉力F逐漸增大圖-2D.從開始到時刻,拉力F做的功比彈簧彈力做的功少圖-24.(17江蘇)如圖-3所示,一小物塊被夾子夾緊,夾子通過輕繩懸掛在小環(huán)上,小環(huán)套在水平光滑細(xì)桿上,物塊質(zhì)量為,到小環(huán)的距離為,其兩側(cè)面與夾子間的最大靜摩擦力均為.小環(huán)和物塊以速度向右勻速運動,小環(huán)碰到桿上的釘子后立刻停止,物塊向上擺動.整個過程中,物塊在夾子中沒有滑動.小環(huán)和夾子的質(zhì)量均不計,重力加速度為.下列說法正確的是()(A)物塊向右勻速運動時,繩中的張力等于2(B)小環(huán)碰到釘子時,繩中的張力大于2(C)物塊上升的最大高度為(D)速度不能超過圖-3圖-37.(15安徽)圖示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運動軌跡,M、N、P、Q是軌跡上的四點,在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止不動。圖中所標(biāo)出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是()A.MB.NC.PD.Q圖-4圖-48.(14山西大學(xué)附中)如圖-6所示,水平光滑長桿上套有小物塊A,細(xì)線跨過O點的輕小定滑輪一端連接A,另一端懸掛小物塊B,C為O點正下方桿上一點,滑輪到桿距離OC=h.開始時A位于P點,PO與水平方向的夾角為30°.現(xiàn)將A、B由靜止釋放,則()圖-6圖-6A.物塊A由P點出發(fā)第一次到達(dá)C點過程中,加速度不斷增大B.物塊B從釋放到最低點過程中,動能不斷增大C.物塊A在桿上長為2h的范圍內(nèi)做往復(fù)運動D.物塊B的機械能最小時,物塊A的動能最大㈡填空題(共16分)⒐(14新課標(biāo)Ⅰ)(8分)某同學(xué)利用圖-7(a)所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖,如圖(b)所示.實驗中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200g,實驗時選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到,回答下列問題:(a)(b)圖-7圖-7(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果,小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成________(選填“線性”或“非線性”)關(guān)系.(2)由圖(b)可知,a-m圖線不經(jīng)過原點,可能的原因是________.(3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實驗中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是________,鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是________.10.(15浙江)(8分)甲同學(xué)準(zhǔn)備做“驗證機械能守恒定律”實驗,乙同學(xué)準(zhǔn)備做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗圖-9圖-9(1)圖-9中A、B、C、D、E表示部分實驗器材,甲同學(xué)需在圖中選用的器材_____________乙同學(xué)需在圖中選用的器材___________.(用字母表示)圖-10圖-10(2)乙同學(xué)在實驗室選齊所需器材后,經(jīng)正確操作獲得如圖-10所示的兩條紙帶①和②。紙帶__________的加速度大(填①或者②),其加速度大小為____________.㈢計算題(共44分)11.(16天津)(12分)我國將于2022年舉辦奧運會,跳臺滑雪是其中最具觀賞性的項目之一,如圖-15所示,質(zhì)量m=60kg的運動員從長直助滑道末端AB的A處由靜止開始以加速度勻加速滑下,到達(dá)助滑道末端B時速度,A與B的豎直高度差H=48m,為了改變運動員的運動方向,在助滑道與起跳臺之間用一段彎曲滑道銜接,其中最低點C處附近是一段以O(shè)為圓心的圓弧。助滑道末端B與滑道最低點C的高度差h=5m,運動員在B、C間運動時阻力做功W=-1530J,?。?)求運動員在AB段下滑時受到阻力的大小;(2)若運動員能夠承受的最大壓力為其所受重力的6倍,則C點所在圓弧的半徑R至少應(yīng)為多大。圖-15圖-1512(14長沙模擬)(12分)如圖-18所示,風(fēng)洞實驗室中能模擬產(chǎn)生恒定向右的風(fēng)力。質(zhì)量的小球穿在長的直桿上并置于實驗室中,球與桿間的動摩擦因數(shù)為0.5,當(dāng)桿豎直固定放置時,小球恰好能勻速下滑。保持風(fēng)力不變,改變固定桿與豎直線的夾角,將小球從O點靜止釋放。g取10m/s2,,,求:(1)小球受到的風(fēng)力大??;(2)當(dāng)時,小球離開桿時的動能。圖-18圖-1813.(15新課標(biāo)I)(20分).一長木板置于粗糙水平地面上,木板左端放置一小物塊;在木板右方有一墻壁,木板右端與墻壁的距離為,如圖-16(a)所示。時刻開始,小物塊與木板一起以共同速度向右運動,直至?xí)r木板與墻壁碰撞(碰撞時間極短)。碰撞前后木板速度大小不變,方向相反;運動過程中小物塊始終未離開木板。已知碰撞后時間內(nèi)小物塊的圖線如圖-16(b)所示。木板的質(zhì)量是小物塊質(zhì)量的15倍,重力加速度大小g取。求(1)木板與地面間的動摩擦因數(shù)及小物塊與木板間的動摩擦因數(shù);(2)木板的最小長度;(3)木板右端離墻壁的最終距離圖-16圖-16(四)選做題14.(14天津)如圖-17所示,水平地面上靜止放置一輛小車A,質(zhì)量mA=4kg,上表面光滑,小車與地面間的摩擦力極小,可以忽略不計.可視為質(zhì)點的物塊B置于A的最右端,B的質(zhì)量mB=2kg.現(xiàn)對A施加一個水平向右的恒力F=10N,A運動一段時間后,小車左端固定的擋板與B發(fā)生碰撞,碰撞時間極短,碰后A、B粘合在一起,共同在F的作用下繼續(xù)運動,碰撞后經(jīng)時間t=0.6s,二者的速度達(dá)到vt=2m/s.求:(1)A開始運動時加速度a的大??;(2)A、B碰撞后瞬間的共同速度v的大小;(3)A的上表面長度l.圖-17圖-1715.(16海南)水平地面上有質(zhì)量分別為m和4m的物A和B,兩者與地面的動摩擦因數(shù)均為μ。細(xì)繩的一端固定,另一端跨過輕質(zhì)動滑輪與A相連,動滑輪與B相連,如圖-19所示。初始時,繩出于水平拉直狀態(tài)。若物塊Z在水平向右的恒力F作用下向右移動了距離s,重力加速度大小為g。求(1)物塊B客服摩擦力所做的功;(2)物塊A、B的加速度大小。圖-19圖-19*16.(13全國)(19分)一電荷量為q(q>0)、質(zhì)量為m的帶電粒子在勻強電場的作用下,在t=0時由靜止開始運動,場強隨時間變化的規(guī)律如圖-20所示.不計重力.求在t=0到t=T的時間間隔內(nèi),(1)粒子位移的大小和方向;(2)粒子沿初始電場反方向運動的時間.圖-20圖-20*17.(17全國Ⅰ)真空中存在電場強度大小為E1的勻強電場,一帶電油滴在該電場中豎直向上做勻速直線運動,速度大小為v0.在油滴處于位置A時,將電場強度的大小突然增大到某值,但保持其方向不變.持續(xù)一段時間t1后,又突然將電場反向,但保持其大小不變;再持續(xù)同樣一段時間后,油滴運動到B點.重力加速度大小為g.(1)求油滴運動到B點時的速度;(2)求增大后的電場強度的大小;為保證后來的電場強度比原來的大,試給出相應(yīng)的t1和v0應(yīng)滿足的條件.已知不存在電場時,油滴以初速度v0做豎直上拋運動的最大高度恰好等于B、A兩點間距離的兩倍.18.(15天津)如圖-21所示,空間中存在著水平向右的勻強電場,電場強度大小為,同時存在著水平方向的勻強磁場,其方向與電場方向垂直,磁感應(yīng)強度大小B=0.5T。有一帶正電的小球,質(zhì)量,電荷量,正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線運動,當(dāng)經(jīng)過P點時撤掉磁場(不考慮磁場消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)取,求:(1)小球做勻速直線運動的速度v的大小和方向;(2)從撤掉磁場到小球再次穿過P點所在的這條電場線經(jīng)歷的時間t。圖-21圖-21三、參考答案㈠選擇題*1【答案】B.【解析】如圖所示,小鳥沿虛線斜向上加速飛行,說明合外力方向沿虛線斜向上。小鳥受兩個力的作用,空氣的作用力和重力。⒈【答案】B【解析】據(jù)題意,體驗者漂浮時:;在加速下降過程中,,即重力對體驗者做正功,風(fēng)力做負(fù)功,體驗者的機械能減??;加速下降過程中,加速度方向向下,體驗者處于失重狀態(tài),故選項B正確。⒉【答案】AC。【解析】質(zhì)點P下滑過程中,利用動能定理可得,在最低點由牛頓第二定律有,可得:,故B、D錯誤,A、C正確。⒊【答案】BD【解析】A、由圖知,t2時刻A的加速度為零,速度最大,根據(jù)牛頓第二定律和胡克定律得:mgsinθ=kx,則得:,故A錯誤;B、由圖讀出,t1時刻A、B開始分離,對A根據(jù)牛頓第二定律:kx-mgsinθ=ma,則,故B正確.C、從開始到t1時刻,對AB整體,根據(jù)牛頓第二定律得:F+kx-mgsinθ=2ma,得F=mgsinθ+2ma-kx,x減小,F(xiàn)增大;t1時刻到t2時刻,對B,由牛頓第二定律得:F-mgsinθ=ma,得F=mgsinθ+ma,可知F不變,故C錯誤.D、由上知:t1時刻A、B開始分離,開始時有:2mgsinθ=kx0從開始到t1時刻,彈簧釋放的勢能Ep=,從開始到t1時刻的過程中,根據(jù)動能定理得:WF+Ep-2mgsinθ(x0-x)=,2a(x0-x)=v12,解得:WF-Ep=-,所以拉力F做的功比彈簧釋放的勢能少,故D正確.故選:BD4.【答案】D【解略】⒎【答案】C【解析】同種電荷相排斥,庫侖力沿兩者連線指向受力物體,由牛頓第二定律知,加速度也沿兩者連線指向受力物體。⒏【答案】CD【解析】A、物塊A由P點出發(fā)第一次到達(dá)C點過程中,對A受力分析,根據(jù)力的分解,結(jié)合牛頓第二定律,則有加速度不斷減小,故A錯誤;B、物塊B從釋放到最低點過程中,動能先增大后減小,故B錯誤;C、由題意可知,結(jié)合受力與運動情況的分析,及運動的對稱性可知,A在桿上長為2h的范圍內(nèi)做往復(fù)運動,故C正確;D、B的機械能最小時,即為A到達(dá)C點,此時A的速度最大,即物塊A的動能最大,故D正確;故選:CD.【思路點撥】在繩子作用下,A先加速后減速,而B先加速后減速,當(dāng)A的速度最大時,B下降最低,根據(jù)能量守恒定律,結(jié)合力與運動的關(guān)系,即可求解.㈡填空題⒐【答案】(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量【解析】本題考查了驗證牛頓第二定律的實驗.(1)根據(jù)圖中描出的各點作出的圖像不是一條直線,故小車的加速度和鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系.(2)圖像不過原點,小車受到拉力但沒有加速度,原因是有摩擦力的影響.(3)平衡摩擦力之后,在滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下,可以得出在小車質(zhì)量不變的情況下拉力與加速度成正比的結(jié)論.⒑【答案】(1)AB;BDE(2)①,()紙帶②中前第1、2點與第2、3點的位移差為三個點的位移差為根據(jù)逐差法可得紙帶①的加速度大,大小為㈢計算題⒒【答案】(1)144N(2)12.5m【解析】(1)在AB段勻加速運動:;代入數(shù)據(jù)可得(2)BC段:C處:則R=12.5m12.【解析】(1)當(dāng)桿豎直固定放置時,解得:(2)當(dāng)時,小球受力情況如圖示,垂直桿方向上有: 得:小球受摩擦力小球沿桿運動的加速度為由得,小球到達(dá)桿下端時速度為球離開桿時的動能為13.【答案】(1)μ1=0.1μ1=0.1(2)木板的最小長度應(yīng)為6.0m(3)最終距離為6.5m【解析】(1)規(guī)定向右為正方向,木板與墻壁相碰前,小物塊和木板一起向右做勻變速運動,設(shè)加速度為a1,小物塊和木板的質(zhì)量分別為m和M,由牛頓第二定律有:-μ1(m+M)g=(m+M)a1eq\o\ac(○,1)由圖可知。木板與墻壁碰前瞬間的速度v1=4m/s,由運動學(xué)公式得:V1=v0+a1t1eq\o\ac(○,2)S0=v0t1+QUOTEa1t12eq\o\ac(○,3)式中t1=1s,s0=4.5m是木板碰前的位移,v0是小物塊和木板開始運動時的速度。聯(lián)立eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)式和題給條件得:μ1=0.1eq\o\ac(○,4)在木板與墻壁碰撞后,木板以-v1的初速度向左做勻變速運動,小物塊以v1的初速度向右做勻變速運動。設(shè)小物塊的加速度為a2,由牛頓第二定律有:-μ2mg=ma2eq\o\ac(○,5)由圖可得:a2=QUOTEeq\o\ac(○,6)式中t2=2s,v2=0,聯(lián)立eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)式和題給條件得:μ2=0.4eq\o\ac(○,7)(2)(8分)設(shè)碰撞后木板的加速度為a3,經(jīng)過時間Δt,木板和小物塊剛好具有共同速度v3,由牛頓第二定律及運動學(xué)公式得:μ2mg+μ1(m+M)g=(m+M)a1=Ma3eq\o\ac(○,8)V3=-v1+a3Δteq\o\ac(○,9)V3=v1+a2Δteq\o\ac(○,10)碰撞后至木板和小物塊剛好達(dá)到共同速度的過程中,木板運動的位移為:s1=QUOTEΔteq\o\ac(○,11)小物塊運動的位移為:s2=QUOTEΔteq\o\ac(○,12)小物塊相對木板的位移為:Δs=s2–s1eq\o\ac(○,13)聯(lián)立eq\o\ac(○,6)eq\o\ac(○,8)eq\o\ac(○,9)eq\o\ac(○,10)eq\o\ac(○,11)eq\o\ac(○,12)eq\o\ac(○,13)式,并代入數(shù)值得:Δs=6.0meq\o\ac(○,14)因為運動過程中小物塊沒有脫離木板,所以木板的最小長度應(yīng)為6.0m。(3)(5分)在小物塊和木板具有共同速度后,兩者向左做勻變速運動直到停止,高加速度為a4,此過程中小物塊和木板運動的位移為s3,由牛頓第二定律及運動學(xué)公式得:μ1(m+M)g=(m+M)a4eq\o\ac(○,15)0–v32=2a4s3eq\o\ac(○,16)磁碰后木板運動的位移為:s=s1+s3eq\o\ac(○,17)聯(lián)立eq\o\ac(○,6)eq\o\ac(○,8)eq\o\ac(○,9)eq\o\ac(○,10)eq\o\ac(○,11)eq\o\ac(○,15)eq\o\ac(○,16)eq\o\ac(○,17)式,并代入數(shù)值得:S=-6.5meq\o\ac(○,18)木板右端離墻壁的最終距離為6.5m。㈢選做題14.【答案】(1)2.5m/s2(2)1m/s(3)0.45m【解析】(1)以A為研究對象,由牛頓第二定律有F=mAa①代入數(shù)據(jù)解得a=2.5m/s2②(2)對A、B碰撞后共同運動t=0.6s的過程,由動量定理得Ft=(mA+mB)vt-(mA+mB)v③代入數(shù)據(jù)解得v=1m/s④(3)設(shè)A、B發(fā)生碰撞前,A的速度為vA,對A、B發(fā)生碰撞的過程,由動量守恒定律有mAvA=(mA+mB)v⑤A從開始運動到與B發(fā)生碰撞前,由動能定理有Fl=eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,A)⑥由④⑤⑥式,代入數(shù)據(jù)解得l=0.45m⑦⒖【答案】(1);(2),?!窘馕觥浚?)A、B受力如圖,物體A移動的距離為s,則物體B移動的距離為s1=s/2則(2)聯(lián)立解得,⒗【解析】解法一:(1)帶電粒子在0~eq\f(T,4)、eq\f(T,4)~eq\f(T,2)、eq\f(T,2)~eq\f(3T,4)、eq\f(3T,4)~T時間間隔內(nèi)做勻變速運動,設(shè)加速度分別為a1、a2、a3、a4,由牛頓第二定律得a1=eq\f(qE0,m)①a2=-2eq\f(qE0,m)②a3=2eq\f(qE0,m)③a4=-eq\f(qE0,m)④由此得帶電粒子在0~T時間間隔內(nèi)運動的加速度-時間圖像如圖(a)所示,對應(yīng)的速度-時間圖像如圖(b)所示,其中圖(a)圖(b)v1=a1eq\f(T,4)=eq\f(qE0T,4m)⑤由圖(b)可知,帶電粒子在t=0到t=T時的位移為s=eq\f(T,4)v1⑥由⑤⑥式得s=eq\f(qE0,16m)T2⑦它沿初始電場正方向.(2)由圖(b)可知,粒子在t=eq\f(3,8)T到t=eq\f(5,8)T內(nèi)沿初始電場的反方向運動,總的運動時間為t為t=eq\f(5,8)T-eq\f(3,8)T=eq\f(T,4)⑧解法二:(1)帶電粒子在0~eq\f(T,4)、eq\f(T,4)~eq\f(T,2)、eq\f(T,2)~eq\f(3T,4)、eq\f(3T,4)~T時間間隔內(nèi)做勻變速運動,設(shè)加速度分別為a1、a2、a3、a4,由牛頓第二定律得qE0=ma1①-2qE0=ma2②2qE0=ma3③-qE0=ma4④設(shè)帶電粒子在t=eq\f(T,4)、t=eq\f(T,2)、t=eq\f(3T,4)、t=T時的速度分別為v1、v2、v3、v4,則v1=a1eq\f(T,4)⑤v2=v1+a2eq\f(T,4)⑥v3=v2+a3eq\f(T,4)⑦v4=v3+a4eq\f(T,4)⑧設(shè)帶電粒子在t=0到t=T時的位移為s,有s=(eq\f(v1,2)+eq\f(v1+v2,2)+eq\f(v2+v3,2)+eq\f(v3+v4,2))eq\f(T,4)⑨聯(lián)立以上各式可得s=eq\f(qE0T2,16m)⑩它沿初始電場正方向.(2)由電場的變化規(guī)律知,t=eq\f(T,4)時粒子開始減速,設(shè)經(jīng)過時間t1粒子速度減為零.0=v1+a2t1將①②⑤代入上式,得t1=eq\f(T,8)eq\o(○,\s\up1(11))粒子從t=eq\f(T,2)時開始加速,設(shè)經(jīng)過時間t2速度變?yōu)榱悖?=v2+a3t2此式與①②③⑤⑥式聯(lián)立得t2=eq\f(T,8)eq\o(○,\s\up1(12))t=0到t=T內(nèi)粒子沿初始電場反方向運動的時間t為t=(eq\f(T,4)-t1)+t2eq\o(○,\s\up1(13))將eq\o(○,\s\up1(11))eq\o(○,\s\up1(12))式代入eq\o(○,\s\up1(13))式得t=eq\f(T,4)eq\o(○,\s\up1(14))17.【解析】(1)設(shè)油滴質(zhì)量和電荷量分別為m和q,油滴速度方向向上為正.油滴在電場強度大小為E1的勻強電場中做勻速直線運動,故勻強電場方向向上.在t=0時,電場強度突然從E1增加至E2時,油滴做豎直向上的勻加速運動,加速度方向向上,大小a1滿足qE2-mg=ma1①油滴在時刻t1的速度為v1=v0+a1t1②電場強度在時刻t1突然反向,油滴做勻變速運動,加速度方向向下,大小a2滿足qE2+mg=ma2③油滴在時刻t2=2t1的速度為v2=v1-a2t1④由①②③④式得v2=v0-2gt1⑤(2)由題意,在t=0時刻前有qE1=mg⑥油滴從t=0到時刻t1的位移為s1=v0t1+eq\f(1,2)a1teq\o\al(2,1)⑦油滴在從時刻t1到時刻t2=2t1的時間間隔內(nèi)的位移為s2=v1t1-eq

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