全國近三年高考物理沖刺演練及分類解析-【考點4】牛頓運動定律及其應(yīng)用 超重和失重

【考點4】牛頓運動定律及其應(yīng)用超重和失重1．（2022山東理綜，17，4分）某物體做直線運動的v–t圖象如圖甲所示，據(jù)此判斷圖乙（F表示物體所受合力，x表示物體的位移）四個選項中正確的是（）2．（2022廣東物理，8，4分）某人在地面上用彈簧秤稱得其體重為490N，他將彈簧秤移至電梯內(nèi)稱其體重，至?xí)r間段內(nèi)彈簧秤的示數(shù)如圖5所示，電梯運行的v—t圖可能是（取電梯向上運動的方向為正）3．（2022安徽理綜，16，6分）大爆炸理論認(rèn)為，我們的宇宙起源于137億年前的一次大爆炸。除開始瞬間外，在演化至今的大部分時間內(nèi)，宇宙基本上是勻速膨脹的。上世紀(jì)末，對1A型超新星的觀測顯示，宇宙正在加速膨脹。面對這個出人意料的發(fā)現(xiàn)，宇宙學(xué)家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量組成，它們的排斥作用導(dǎo)致宇宙在近段天文時期內(nèi)開始加速膨脹。如果真是這樣，則標(biāo)志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關(guān)系，大致是下面哪個圖像？4．（2022安徽理綜，17，6分）為了節(jié)省能量，某商場安裝了智能化的電動扶梯。無人乘行時，扶梯運轉(zhuǎn)得很慢；有人站上扶梯時，它會先慢慢加速，再勻速動轉(zhuǎn)。一顧客乘扶梯上樓，恰好經(jīng)歷了這兩個過程，如圖所示。那么下列說法中正確的是 A．顧客始終受到三個力的作用 B．顧客始終處于超重狀態(tài) C．顧客對扶梯作用力的方向先指向左下方，再豎直向下 D．顧客對扶梯作用力的方向先指向右下方，再豎直向下5．（2022江蘇物理，4，3分）在無風(fēng)的情況下，跳傘運動員從水平飛行的飛機上跳傘，下落過程中受到空氣阻力，下列描繪下落速度的水平分量大小、豎直分量大小與時間的圖像，可能正確的是ABCD6．（2022寧夏理綜，20，6分）如圖所示，一足夠長的木板靜止在光滑水平面上，一物塊靜止在木板上，木板和物塊間有摩擦?，F(xiàn)用水平力向右拉木板，當(dāng)物塊相對木板滑動了一段距離但仍有相對運動時，撤掉拉力，此后木板和物塊相對于水平面的運動情況為 A．物塊先向左運動，再向右運動B．物塊向右運動，速度逐漸增大，直到做勻速運動C．木板向右運動，速度逐漸變小，直到做勻速運動 D．木板和物塊的速度都逐漸變小，直到為零7．（2022廣東單科，1，4分）伽利略在著名的斜面實驗中，讓小球分別沿傾角不同、阻力很小的斜面從靜止開始滾下，他通過實驗觀察和邏輯推理，得到的正確結(jié)論有（）A．傾角一定時，小球在斜面上的位移與時間成正比B．傾角一定時，小球在斜面上的速度與時間成正比C．斜面長度一定時，小球從頂端滾到底端時的速度與傾角無關(guān)D．斜面長度一定時，小球從頂端滾到底端所需的時間與傾角無關(guān)8．（2022廣東理科基礎(chǔ)，12，2分）質(zhì)量為m的物體從高處靜止釋放后豎直下落，在某時刻受到的空氣阻力為f，加速度為，則f的大小是 A． B． C． D．9．（2022山東理綜，19，4分）直升機懸停在空中向地面投放裝有救災(zāi)物資的箱子，如圖所示，設(shè)投放初速度為零，箱子所受的空氣阻力與箱子下落速度的平方成正比，且運動過程中箱子始終保持圖示姿態(tài)。在箱子下落過程中，下列說法正確的是（） A．箱內(nèi)物體對箱子底部始終沒有壓力 B．箱子剛從飛機上投下時，箱內(nèi)物體受到的支持力最大 C．箱子接近地面時，箱內(nèi)物體受到的支持力比剛投下時大 D．若下落距離足夠長，箱內(nèi)物體有可能不受底部支持力而“飄起來”10．（2022寧夏理綜，20，6分）一有固定斜面的小車在水平面上做直線運動，小球通過細(xì)繩與車頂相連。小球某時刻正處于圖示狀態(tài)。設(shè)斜面對小球的支持力為N，細(xì)繩對小球的拉力為T，關(guān)于此時刻小球的受力情況，下列說法正確的是（） A．若小車向左運動，N可能為零 B．若小車向左運動，T可能為零 C．若小車向右運動，N不可能為零 D．若小車向右運動，T不可能為零11．（2022廣東文科基礎(chǔ)，56，2分）用輕繩系一質(zhì)量為m的砝碼并向上提起，當(dāng)繩中張力為T=mg時，砝碼勻速上升。若繩中張力變?yōu)?T，則砝碼勻加速上升，其加速度a的大小為（）A．a(chǎn)<g B．a(chǎn)=gC．g<a<2g D．a(chǎn)=2g12．（2022江蘇單科，7，4分）如圖所示，兩光滑斜面的傾角分別為30和45，質(zhì)量分別為2m和m A．質(zhì)量為2m B．質(zhì)量為m的滑塊均沿斜面向上運動 C．繩對質(zhì)量為m滑塊的拉力均大于該滑塊對繩的拉力 D．系統(tǒng)在運動中機械能均守恒13．（2022海南單科，1，3分）16世紀(jì)末，伽利略用實驗和推理，推翻了已在歐洲流行了近兩千年的亞里士多德關(guān)于力和運動的理論，開啟了物理學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。在以下說法中，與亞里士多德觀點相反的是（）A．四匹馬拉的車比兩匹馬拉的車跑得快；這說明，物體受的力越大，速度就越大B．一個運動的物體，如果不再受力了，它總會逐漸停下來；這說明，靜止?fàn)顟B(tài)才是物體長時間不受力時的“自然狀態(tài)”C．兩物體從同一高度自由下落，較重的物體下落較快D．一個物體維持勻速直線運動，不需要受力14．（2022江蘇單科，6，3分）如圖所示，光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m和2m的四個木塊，其中兩個質(zhì)量為m的木塊間用一不可伸長的輕繩相連，木塊間的最大靜摩擦網(wǎng)力是μmg，現(xiàn)用水平拉力F拉其中一個質(zhì)量為2m的木塊，使四個木塊以同一加速度運動，則輕繩對m的最大拉力為（）A． B．C． D．15．（2022年海南單科，10，4分）游樂園中，游客乘坐能加速或減速運動的升降機，可以體會超重或失重的感覺。下列描述正確的是（）A．當(dāng)升降機加速上升時，游客是處在失重狀態(tài)B．當(dāng)升降機減速下降時，游客是處在超重狀態(tài)C．當(dāng)升降機減速上升時，游客是處在失重狀態(tài)D．當(dāng)升降機加速下降時，游客是處在超重狀態(tài)16．（2022山東理綜，17，4分）下列實例屬于超重現(xiàn)象的是（） A．汽車駛過拱形橋頂端 B．蕩秋千的小孩通過最低點 C．跳水運動員被跳板彈起，離開跳板向上運動 D．火箭點火后加速升空二、非選擇題17．（2022海南單科，15，9分）一卡車拖掛一相同質(zhì)量的車廂，在水平直道上以v0=12m/s的速度勻速行駛，其所受阻力可視為與車重成正比，與速度無關(guān)。某時刻，車廂脫落，并以大小為a=2m/s2的加速度減速滑行。在車廂脫落t=3s后，司機才發(fā)覺并緊急剎車，剎車時阻力為正常行駛時的3倍。假設(shè)剎車前牽引力不變，求卡車和車廂都停下后兩者之間的距離。18．（2022安徽理綜，22，14分）在2022年北京殘奧會開幕式上，運動員手拉繩索向上攀登，最終點燃了主火炬，體現(xiàn)了殘疾運動員堅忍不拔的意志和自強不息的精神。為了探求上升過程中運動員與繩索和吊椅間的作用，可將過程簡化。一根不可伸縮的輕繩跨過輕質(zhì)的定滑輪，一端掛一吊椅，另一端被坐在吊椅上的運動員拉住，如圖所示。設(shè)運動員的質(zhì)量為65kg，吊椅的質(zhì)量為15kg，不計定滑輪與繩子間的摩擦，重力加速度取g=10m/s2。當(dāng)運動員與吊椅一起正以加速度上升時，試求（1）運動員豎直向下拉繩的力；（2）運動員對吊椅的壓力。19．（2022寧夏理綜，24，14分）冰壺比賽是在水平冰面上進(jìn)行的體育項目，比賽場地示意如圖。比賽時，運動員從起滑架處推著冰壺出發(fā)，在投擲線AB處放手讓冰壺以一定的速度滑出，使冰壺的停止位置盡量靠近圓心O．為使冰壺滑行得更遠(yuǎn)，運動員可以用毛刷擦冰壺運行前方的冰面，使冰壺與冰面間的動摩擦因數(shù)減小。設(shè)冰壺與冰面間的動摩擦因數(shù)為=0．008，用毛刷擦冰面后動摩擦因數(shù)減少至=0．004．在某次比賽中，運動員使冰壺C在投擲線中點處以2m/s的速度沿虛線滑出。為使冰壺C能夠沿虛線恰好到達(dá)圓心O點，運動員用毛刷擦冰面的長度應(yīng)為多少？（g取10m/s2）20．（2022江蘇物理，13，15分）航模興趣小組設(shè)計出一架遙控飛行器，其質(zhì)量m=2㎏，動力系統(tǒng)提供的恒定升力F=28N。試飛時，飛行器從地面由靜止開始豎直上升。設(shè)飛行器飛行時所受的阻力大小不變，g取10m/s2。（1）第一次試飛，飛行器飛行t1=8s時到達(dá)高度H=64m。求飛行器所阻力f的大??；（2）第二次試飛，飛行器飛行t2=6s時遙控器出現(xiàn)故障，飛行器立即失去升力。求飛行器能達(dá)到的最大寬度h；（3）為了使飛行器不致墜落到地面，求飛行器從開始下落到恢復(fù)升力的最長時間t3。21．（2022上海物理，22，12分）如圖（a），質(zhì)量m＝1kg的物體沿傾角＝37的固定粗糙斜面由靜止開始向下運動，風(fēng)對物體的作用力沿水平方向向右，其大小與風(fēng)速v成正比，比例系數(shù)用k表示，物體加速度a與風(fēng)速v的關(guān)系如圖（b）所示。求：（1）物體與斜面間的動摩擦因數(shù)；（2）比例系數(shù)k。（sin37°=，cos37°=，g=10m/s2）22．（2022上海單科，5，4分）在伽利略羊皮紙手稿中發(fā)現(xiàn)的斜面實驗數(shù)據(jù)如右表所示，人們推測第二、三列數(shù)據(jù)可能分別表示時間和長度。伽利略時代的1個長度單位相當(dāng)于現(xiàn)在的mm，假設(shè)1個時間單位相當(dāng)于現(xiàn)在的。由此可以推測實驗時光滑斜面的長度至少為＿＿m，斜面的傾角約為＿度。（g取10m/s2）表：伽利略手稿中的數(shù)據(jù)1132421309329816452625582436611924971600648210423．（2022上海綜合能力，43，2分）某汽車的部分參數(shù)如下表，請根據(jù)表中數(shù)據(jù)完成表的其他部分。整車行駛質(zhì)量1500kg最大功率92kW加速性能0~108km/h（即30m/s）所需時間平均加速度11sm/s2制動性能車輛以36km/h（即10m/s）行駛時的制動距離制動過程中所受合外力6．5mN24．（2022海南單科，15，8分）科研人員乘氣球進(jìn)行科學(xué)考察．氣球、座艙、壓艙物和科研人員的總質(zhì)量為990kg．氣球在空中停留一段時間后，發(fā)現(xiàn)氣球漏氣而下降，及時堵?。伦r氣球下降速度為1m/s，且做勻加速運動，4s內(nèi)下降了12m．為使氣球安全著陸，向艙外緩慢拋出一定的壓艙物．此后發(fā)現(xiàn)氣球做勻減速運動，下降速度在5分鐘內(nèi)減少3m/s．若空氣阻力和泄漏氣體的質(zhì)量均可忽略，重力加速度g＝9.89m/s2，求拋掉的壓艙物的質(zhì)量．25．（2022上海單科，21，12分）總質(zhì)量為80kg的跳傘運動員從離地500m的直升機上跳下，經(jīng)過2s拉開繩索開啟降落傘，如圖所示是跳傘過程中的v－t圖，試根據(jù)圖像求：（g取10m/s2）（1）t＝1s時運動員的加速度和所受阻力的大小。（2）估算14s內(nèi)運動員下落的高度及克服阻力做的功。（3）估算運動員從飛機上跳下到著地的總時間。26．（2022海南單科，16，11分）如圖所示，一輛汽車A拉著裝有集裝箱的拖車B，以速度進(jìn)入向下傾斜的直車道。車道每下降。為使汽車速度在的距離內(nèi)減到，駕駛員必須剎車。假定剎車時地面的摩擦阻力是恒力，且該力的作用于拖車B，作用于汽車A。已知A的質(zhì)量，B的質(zhì)量。求汽車與拖車的連接處沿運動方向的相互作用力。取重力加速度。27．（2022江蘇單科，15，14分）直升機沿水平方向勻速飛往水源取水滅火，懸掛著m=500kg空箱的懸索與堅直方向的夾角θ1=450，直升機取水后飛往火場，加速度沿水平方向，大小穩(wěn)定在a=1.5m/s2，懸索與豎直方向的夾角θ2=140。如果空氣阻力大小恒定不計懸索的質(zhì)量，試求水箱中水的質(zhì)量M。(取重力加速度g=10m/s2；sin140=；cos140=（）高考真題答案與解析物理【考點4】牛頓運動定律及其應(yīng)用超重和失重1．答案：B【解析】由圖甲可知前兩秒物體做初速度為零的勻加速直線運動，所以前兩秒受力恒定，2s-4s做正方向勻加速直線運動，所以受力為負(fù)，且恒定，4s-6s做負(fù)方向勻加速直線運動，所以受力為負(fù)，恒定，6s-8s做負(fù)方向勻減速直線運動，所以受力為正，恒定，綜上分析B正確。提示：在v-t圖象中傾斜的直線表示物體做勻變速直線運動，加速度恒定，受力恒定。速度——時間圖象特點：①因速度是矢量，故速度——時間圖象上只能表示物體運動的兩個方向，t軸上方代表的“正方向”，t軸下方代表的是“負(fù)方向”，所以“速度——時間”圖象只能描述物體做“直線運動”的情況，如果做曲線運動，則畫不出物體的“位移——時間”圖象；②“速度——時間”圖象沒有時間t的“負(fù)軸”，因時間沒有負(fù)值，畫圖要注意這一點；③“速度——時間”圖象上圖線上每一點的斜率代表的該點的加速度，斜率的大小表示加速度的大小，斜率的正負(fù)表示加速度的方向；④“速度——時間”圖象上表示速度的圖線與時間軸所夾的“面積”表示物體的位移2．答案：AD【解析】由圖5可知，在t0-t1時間內(nèi)，彈簧秤的示數(shù)小于實際重量，則處于失重狀態(tài)，此時具有向下的加速度，在t1-t2階段彈簧秤示數(shù)等于實際重量，則既不超重也不失重，在t2-t3階段，彈簧秤示數(shù)大于實際重量，則處于超重狀態(tài)，具有向上的加速度，若電梯向下運動，則t0-t1時間內(nèi)向下加速，t1-t2階段勻速運動，t2-t3階段減速下降，A正確；BD不能實現(xiàn)人進(jìn)入電梯由靜止開始運動，C項t0-t1內(nèi)超重，不符合題意。3．答案：C【解析】圖象中的縱坐標(biāo)宇宙半徑R可以看作是星球發(fā)生的位移x，因而其切線的斜率就是宇宙半徑增加的快慢程度。由題意，宇宙加速膨脹，其半徑增加的速度越來越大。故選C4．答案：C【解析】在慢慢加速的過程中顧客受到的摩擦力水平向左，電梯對其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上，由牛頓第三定律，它的反作用力即人對電梯的作用方向指向向左下；在勻速運動的過程中，顧客與電梯間的摩擦力等于零，顧客對扶梯的作用僅剩下壓力，方向沿豎直向下。5．答案：B【解析】跳傘運動員下落過程中受到的空氣阻力并非為恒力，與速度有關(guān)，且速度越大受到的阻力越大，知道速度與所受阻力的規(guī)律是解決本題的關(guān)鍵。豎直方向運動員受重力和空氣阻力，速度逐漸增大，阻力增大合力減小，加速度減小，水平方向只受阻力，速度減小，阻力減小，加速度減小。在v-t圖象中圖線的斜率表示加速度，B項正確。6．答案：BC【解析】解析對于物塊由于運動過過程中與木板存在相對滑動，且始終相對木板向左運動，因此木板對物塊的摩擦力向右，所以物塊相對地面向右運動，且速度不斷增大，直至相對靜止而做勻速直線運動，B正確；對于木板由作用力與反作用力可知受到物塊給它的向左的摩擦力作用，則木板的速度不斷減小，知道二者相對靜止，而做直線運動，C正確；由于水平面光滑，所以不會停止，D錯誤。7．答案：B【解析】由題可知，小球在斜面上做勻加速運動，知A、D錯；由知B對；由知C錯。8．答案：B【解析】由牛頓第二定律可得空氣阻力大小，B選項正確9．答案：C【解析】對于箱子和箱內(nèi)物體組成的整體，，隨著下落速度的增大，空氣阻力f增大，加速度a減小。對箱內(nèi)物體，將逐漸增大，故選C。10．答案：AB【解析】當(dāng)加速度向左時拉力T可能為零，向右時支持力N可能為零，兩種可能均與小車運動方向無關(guān)，故A、B正確，C、D錯誤。11．答案：B【解析】由牛頓第二定律可知，加速度故選B。12．答案：BD【解析】因下滑力是重力沿斜面向下的分力，在對2m進(jìn)行受力分析時不能把重力與“下滑力”重復(fù)地加在物體上，所以A項錯誤。兩種情況下2m的“下滑力”都比m的“下滑力”大，故m滑塊均向上運動，B項正確。由牛頓第三定律可知，C項錯誤。因斜面光滑，在運動過程中只有重力做功，故系統(tǒng)機械能守恒，D項正確。13．答案：D【解析】由牛頓運動定律可知，力是物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的原因，而不是維持物體運動的原因，故A、B錯誤。兩物體從同一高度自由下落，物體下落的速度與物體的質(zhì)量無關(guān)。由力的平衡知識可知，物體處于靜止或勻速直線運動時，所受合外力為零，故一個物體維持勻速直線運動，不需要外力，選項D正確。14．答案：B【解析】經(jīng)過受力分析，A、B之間的靜摩擦力給B、C、D組成的系統(tǒng)提供加速度，加速度達(dá)到最大值的臨界條件為A、B間達(dá)到最大靜摩擦力，即，而繩子拉力FT給C、D組成的系統(tǒng)提供加速度，因而拉力的最大值，故選B15．答案：BC【解析】當(dāng)物體的加速度向上時，處于超重狀態(tài)，而加速度方向向下時，處于失重狀態(tài)，由此判斷B、C正確。16．答案：BD【解析】物體運動時具有豎直向上的加速度，屬于超重現(xiàn)象。A、C兩個選項中的汽車和運動員都具有豎直向下的加速度，均不正確，B、D兩個選項中的小孩和火箭都具有豎直向上的加速度，處于超重狀態(tài)，均正確。二、非選擇題17．【解析】設(shè)卡車的質(zhì)量為M，車所受阻力與車重之比為；剎車前卡車牽引力的大小為，卡車剎車前后加速度的大小分別為和。重力加速度大小為g。由牛頓第二定律有設(shè)車廂脫落后，內(nèi)卡車行駛的路程為，末速度為，根據(jù)運動學(xué)公式有⑤⑥⑦式中，是卡車在剎車后減速行駛的路程。設(shè)車廂脫落后滑行的路程為有⑧卡車和車廂都停下來后相距⑨由①至⑨式得⑾帶入題給數(shù)據(jù)得⑿18．【解析】解法一:（1）設(shè)運動員和吊椅的質(zhì)量分別為M和m；繩拉運動員的力為F。以運動員和吊繩整體對象，受到重力的大小為，向上的拉力為2F，根據(jù)牛頓第二定律由牛頓第三定律，運動員拉繩的力大小為440N，方向豎直向下。（2）以運動員為研究對象，運動員受到三個力的作用，重力大小Mg，繩的拉力F，吊椅對運動員的支持力FN，根據(jù)牛頓第二定律由牛頓第三定律，運動員對吊椅的壓力大小為275N，方向豎直向下。解法二:設(shè)運動員和吊椅的質(zhì)量分別為M和m；運動員豎直向下的拉力為F，對吊椅的壓力大小為FN。根據(jù)牛頓第三定律，繩對運動員的拉力大小為F，吊椅對運動員的支持力為FN。分別以運動員和吊椅為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律①②由①②得19．【解析】設(shè)冰壺在未被毛刷擦過的冰面上滑行的距離為，所受摩擦力的大小為；在被毛刷擦過的冰面上滑行的距離為，所受摩擦力的大小為。則有 ① 式中S為投擲線到圓心O的距離。 ② ③ 設(shè)冰壺的初速度為，由功能關(guān)系，得 ④ 聯(lián)立以上各式，解得 ⑤ 代入數(shù)據(jù)得 ⑥20．【解析】（1）第一次飛行中，設(shè)加速度為勻加速運動由牛頓第二定律解得（2）第二次飛行中，設(shè)失去升力時的速度為，上升的高度為勻加速運動設(shè)失去升力后的速度為，上升的高度為由牛頓第二定律解得（3）設(shè)失去升力下降階段加速度為；恢復(fù)升力后加速度為，恢復(fù)升力時速度為由牛頓第二定律F+f-mg=ma4且V3=a3t3解得t3=（s）（或2．1s）21．【解析】（1）對初始時刻：mgsin－mgcos＝ma0eq\o\ac(○,1)，由右圖讀出a0=4m/s2代入eq\o\ac(○,1)式，解得：＝EQ\F(gsin－ma0,gcos)＝；（2）對末時刻加速度為零：mgsin－N－kvcos＝0eq\o\ac(○,2)，又N＝mgcos＋kvsin，由右圖得出此時v=5m/s，代入eq\o\ac(○,2)式解得：k＝EQ\F(mg（sin－cos）,v（sin＋cos)＝0.84kg/s。22．答案：【解析】由表中數(shù)據(jù)知，斜面長度至少應(yīng)為23．答案：×104【解析】由加速度公式得24．答案：101kg【解析】設(shè)堵住漏洞后，氣球的初速度為v0，所受的