高考物理一輪復(fù)習(xí)專題突破練習(xí)3動力學(xué)中的三類典型問題含解析新人教版

專題突破練習(xí)(三)(時間：40分鐘)1．(2020·江蘇高考)中歐班列在歐亞大陸開辟了“生命之路”，為國際抗疫貢獻(xiàn)了中國力量。某運(yùn)送防疫物資的班列由40節(jié)質(zhì)量相等的車廂組成，在車頭牽引下，列車沿平直軌道勻加速行駛時，第2節(jié)對第3節(jié)車廂的牽引力為F。若每節(jié)車廂所受摩擦力、空氣阻力均相等，則倒數(shù)第3節(jié)對倒數(shù)第2節(jié)車廂的牽引力為()A．FB．eq\f(19F,20)C．eq\f(F,19)D．eq\f(F,20)C[根據(jù)題意可知第2節(jié)車廂對第3節(jié)車廂的牽引力為F，因為每節(jié)車廂質(zhì)量相等，阻力相同，故第2節(jié)對第3節(jié)車廂根據(jù)牛頓第二定律有F－38f＝38ma，設(shè)倒數(shù)第3節(jié)車廂對倒數(shù)第2節(jié)車廂的牽引力為F1，則根據(jù)牛頓第二定律有F1－2f＝2ma，聯(lián)立解得F1＝eq\f(F,19)。故選C。]2.如圖所示，質(zhì)量為m2的物塊B放在光滑的水平桌面上，其上放置質(zhì)量為m1的物塊A，用通過光滑的定滑輪的細(xì)線將A與質(zhì)量為M的物塊C連接，釋放C，A和B一起以加速度大小a從靜止開始運(yùn)動，已知A、B間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g，則細(xì)線中的拉力大小為()A．Mg B．M(g＋a)C．(m1＋m2)a D．m1a＋μmC[以C為研究對象，有Mg－T＝Ma，解得T＝Mg－Ma，故A、B錯誤；以A、B整體為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律可知T＝(m1＋m2)a，故C正確；A、B間為靜摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律，對B可知f＝m2a≠μm1F拉一物體使其做豎直上升運(yùn)動，不計空氣阻力，加速度a隨外力F的變化關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是()A．物體的質(zhì)量為eq\f(F0,a0)B．地球表面的重力加速度為2aC．當(dāng)a>0時，物體處于失重狀態(tài)D．當(dāng)a＝a1時，拉力F＝eq\f(F0,a0)a1A[當(dāng)F＝0時a＝－a0，此時的加速度為重力加速度，故g＝a0，所以B錯誤。當(dāng)a＝0時，拉力F＝F0，拉力大小等于重力，故物體的質(zhì)量為eq\f(F0,a0)，所以A正確。當(dāng)a>0時，加速度方向豎直向上，物體處于超重狀態(tài)，所以C錯誤。當(dāng)a＝a1時，由牛頓第二定律得F－mg＝ma1，又m＝eq\f(F0,a0)、g＝a0，故拉力F＝eq\f(F0,a0)(a1＋a0)，所以D錯誤。]4.(多選)(2020·江蘇常州田家炳中學(xué)調(diào)研)如圖所示，小車上固定一水平橫桿，橫桿左端的固定斜桿與豎直方向成α角，斜桿下端固定一質(zhì)量為m的小球；橫桿右端用一根細(xì)線懸掛相同的小球。當(dāng)小車沿水平面做勻加速直線運(yùn)動時，細(xì)線與豎直方向間的夾角β(β≠α)保持不變。設(shè)斜桿、細(xì)線對小球的作用力分別為F1、F2，下列說法正確的是()A．F1、F2一定不相同B．F1、F2一定相同C．小車加速度大小為gtanαD．小車加速度大小為gtanβBD[以右邊的小球為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律，設(shè)其質(zhì)量為m，有mgtanβ＝ma，得a＝gtanβ；以左邊的小球為研究對象，設(shè)其加速度為a′，斜桿對小球的彈力方向與豎直方向夾角為θ，由牛頓第二定律得mgtanθ＝ma′；因為a＝a′，得θ＝β，則斜桿對小球的彈力方向與細(xì)線平行，即F1、F2方向相同，大小相等，故A錯誤，B正確；小車的加速度大小為a＝gtanβ，方向向右，故D正確，C錯誤。]5.如圖所示，水平地面上有一車廂，車廂內(nèi)固定的平臺通過相同的彈簧把相同的物塊A、B壓在豎直側(cè)壁和水平的頂板上。已知A、B與接觸面間的動摩擦因數(shù)均為μ，車廂靜止時，兩彈簧長度相同，A恰好不下滑，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g?，F(xiàn)使車廂沿水平方向加速運(yùn)動，為保證A、B仍相對車廂靜止，則車廂()A．速度可能向左，加速度可大于(1＋μ)gB．加速度一定向右，不能超過(1－μ)gC．加速度一定向左，不能超過μgD．加速度一定向左，不能超過(1－μ)gB[開始時A恰好不下滑，對A受力分析如圖所示，有FfA＝mg＝μFNA＝μF彈，解得F彈＝eq\f(mg,μ)，此時彈簧處于壓縮狀態(tài)。當(dāng)車廂沿水平方向做加速運(yùn)動時，為了保證A不下滑，側(cè)壁對A的支持力必須大于等于eq\f(mg,μ)，根據(jù)牛頓第二定律可知加速度方向一定向右。對B受力分析如圖所示，有FfBm＝μFNB＝μ(F彈－mg)≥ma，解得a≤(1－μ)g，故選項B正確，A、C、D錯誤。]6.(多選)如圖所示，質(zhì)量分別為m1、m2的A、B兩個物體放在斜面上，中間用一個輕桿相連，A、B與斜面間的動摩擦因數(shù)分別為μ1、μ2，它們在斜面上加速下滑。關(guān)于桿的受力情況，下列分析正確的是()A．若μ1＝μ2，m1<m2，則桿受到壓力B．若μ1<μ2，m1>m2，則桿受到拉力C．若μ1<μ2，m1<m2，則桿受到壓力D．若μ1＝μ2，m1＝m2，則桿無作用力BD[設(shè)斜面傾角為θ，A、B一起沿斜面下滑，以A、B及桿整體為研究對象，由牛頓第二定律得m1gsinθ＋m2gsinθ－μ1m1gcosθ－μ2m2gcosθ＝(m1＋m2)a，假設(shè)A對桿的作用力為拉力，大小為F′，則桿對A的作用力為拉力，其大小F＝F′，以A為研究對象，則m1gsinθ－F－μ1m1gcosθ＝m1a，聯(lián)立可得F＝eq\f(μ2－μ1m1m2gcosθ,m1＋m2)，若μ1＝μ2，m1<m2，則F＝F′＝0，即桿不受力，A項錯誤；若μ1<μ2，m1>m2，則F＝F′>0，即桿受到拉力，B項正確；若μ1<μ2，m1<m2，則F＝F′>0，即桿受到拉力，C項錯誤；若μ1＝μ2，m1＝m2，則F＝7.(2020·湖北荊州部分重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)質(zhì)量為4kg的雪橇在傾角θ＝37°的斜坡上向下滑，雪橇所受的空氣阻力與其速度大小成正比，但阻力系數(shù)未知?，F(xiàn)測得雪橇運(yùn)動的v-t圖象如圖所示，且AB是曲線最左端那一點(diǎn)的切線，sin37°＝0.6。(1)雪橇開始時做什么運(yùn)動？最后做什么運(yùn)動？(2)當(dāng)v0＝5m/s和v1＝10m/s時，雪橇的加速度大小各是多少？(3)空氣阻力系數(shù)k及雪橇與斜坡間的動摩擦因數(shù)各是多少？[解析](1)由圖可知，雪橇開始時做加速度減小的加速直線運(yùn)動，最后做勻速直線運(yùn)動。(2)根據(jù)v-t圖線的切線斜率表示加速度可知，當(dāng)v0＝5m/s時，加速度大小a0＝eq\f(15－5,4)m/s2＝2.5m/s2，當(dāng)v1＝10m/s時，加速度為零。(3)從t＝0時刻開始做加速運(yùn)動，此時對雪橇受力分析有mgsinθ－kv0－μmgcosθ＝ma0，勻速運(yùn)動時，對雪橇受力分析有mgsinθ＝kv1＋μmgcosθ，聯(lián)立各式并代入數(shù)據(jù)可得k＝eq\f(ma0,v1－v0)＝2kg/s，雪橇與斜坡間的動摩擦因數(shù)μ＝0.125。[答案](1)開始時做加速度減小的加速直線運(yùn)動，最后做勻速直線運(yùn)動(2)2.5m/s20(3)2kg8．如圖所示，兩傾斜的平行桿上分別套著兩個相同的圓環(huán)a、b，兩環(huán)上用輕繩懸吊著相同的小球c、d。當(dāng)環(huán)a、b都沿桿向下滑動且與對應(yīng)的小球保持相對靜止時，a、c間輕繩與桿垂直，b、d間輕繩沿豎直方向，下列說法正確的是()A．a(chǎn)環(huán)與桿之間有摩擦力B．d球處于失重狀態(tài)C．桿對a、b環(huán)的彈力大小相等D．輕繩對c、d球的彈力大小可能相等C[設(shè)桿的傾角為θ，小球的質(zhì)量為m，圓環(huán)的質(zhì)量為M。對c球受力分析如圖所示，c球在ac方向上受力平衡，與ac垂直的方向上，由牛頓第二定律有mgsinθ＝ma，得a＝gsinθ，因a環(huán)和c球相對靜止，故a環(huán)的加速度也為gsinθ，對a環(huán)有Mgsinθ＋f＝Ma，得f＝Ma－Mgsinθ＝0，即桿對a環(huán)的摩擦力為零，選項A錯誤；d球只受豎直向下的重力和豎直向上的拉力，說明d球處于平衡狀態(tài)，不是失重狀態(tài)，選項B錯誤；b環(huán)和d球相對靜止，故b環(huán)也做勻速直線運(yùn)動，則對b環(huán)和d球整體，桿對b環(huán)的彈力Nb＝(M＋m)gcosθ，對a環(huán)和c球整體，桿對a環(huán)的彈力Na＝(M＋m)gcosθ＝Nb，選項C正確；輕繩對c球的拉力Tc＝mgcosθ，輕繩對d球的拉力Td＝mg≠Tc，選項D錯誤。]9.(多選)如圖所示，輕彈簧的一端固定在傾角為θ＝30°的光滑斜面的底部，另一端和質(zhì)量為m的小物塊a相連，質(zhì)量為eq\f(3,5)m的小物塊b緊靠a靜止在斜面上，此時彈簧的壓縮量為x0，從某時刻開始，對b施加沿斜面向上的外力F，使b始終做勻加速直線運(yùn)動。經(jīng)過一段時間后，物塊a、b分離；再經(jīng)過同樣長的時間，b距其出發(fā)點(diǎn)的距離恰好也為x0，彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為g。則()A．彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(4mg,5x0)B．彈簧恢復(fù)原長時物塊a、b恰好分離C．物塊b的加速度為eq\f(g,5)D．拉力F的最小值為eq\f(4,25)mgAD[本題考查含彈簧系統(tǒng)的臨界問題。對整體分析，根據(jù)平衡條件可知，沿斜面方向上重力的分力與彈簧彈力平衡，則有kx0＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m＋\f(3,5)m))gsinθ，解得k＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m＋\f(3,5)m))gsinθ,x0)＝eq\f(4mg,5x0)，故A正確；由題意可知，b經(jīng)兩段相等的時間后位移為x0，設(shè)分離前位移為x1，由初速度為零的勻變速直線運(yùn)動在相鄰相等時間內(nèi)位移關(guān)系的規(guī)律可知eq\f(x1,x0)＝eq\f(1,4)，說明當(dāng)彈簧形變量為x2＝x0－x1＝eq\f(3x0,4)時二者分離，故B錯誤；對a分析，因分離時a、b間沒有彈力，則根據(jù)牛頓第二定律可知kx2－mgsinθ＝ma，聯(lián)立解得a＝eq\f(g,10)，故C錯誤；a、b分離前對整體分析，由牛頓第二定律有F＋kΔx－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m＋\f(3,5)m))gsinθ＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m＋\f(3,5)m))a，則知剛開始運(yùn)動時拉力F最小，F(xiàn)的最小值Fmin＝eq\f(4,25)mg；分離后對b分析，由牛頓第二定律有F－eq\f(3,5)mgsinθ＝eq\f(3,5)ma，解得F＝eq\f(9,25)mg，所以拉力F的最小值為eq\f(4,25)mg，故D正確。]10．(2020·浙江高考)如圖1所示，有一質(zhì)量m＝200kg的物件在電機(jī)的牽引下從地面豎直向上經(jīng)加速、勻速、勻減速至指定位置。當(dāng)加速運(yùn)動到總位移的eq\f(1,4)時開始計時，測得電機(jī)的牽引力隨時間變化的F-t圖線如圖2所示，t＝34s末速度減為0時恰好到達(dá)指定位置。若不計繩索的質(zhì)量和空氣阻力，求物件：(1)做勻減速運(yùn)動的加速度大小和方向；(2)勻速運(yùn)動的速度大??；(3)總位移的大小。圖1圖2[解析](1)由圖2可知0～26s內(nèi)物體勻速運(yùn)動，26s～34s物體減速運(yùn)動，在減速運(yùn)動過程根據(jù)牛頓第二定律有mg－FT＝ma根據(jù)圖2得此時FT＝1975N，則有a＝g－eq\f(FT,m)＝0.125m/s2方向豎直向下。(2)結(jié)合圖2根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式有v＝at2＝0.125×(34－26)m/s＝1m/s。(3)根據(jù)圖象可知勻速上升的位移h1＝vt1＝1×26m＝26m勻減速上升的位移h2＝eq\f(v,2)t2＝eq\f(1,2)×8m＝4m勻加速上升的位移為總位移的eq\f(1,4)，則勻速上升和減速上升的位移為總位移的eq\f(3,4)，則有h1＋h2＝eq\f(3,4)h所以總位移為h＝40m。[答案](1)0.125m/s2，豎直向下(2)1m/s(3)40m11.如圖所示，靜止在光滑水平面上的斜面體，質(zhì)量為M，傾角為α。其斜面上有一靜止的滑塊，質(zhì)量為m，兩者之間的動摩擦因數(shù)為μ，滑塊受到的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g?，F(xiàn)給斜面體施加水平向右的力F使斜面體加速運(yùn)動。(1)若要使滑塊與斜面體一起加速運(yùn)動，求力F的最大值；(2)若要使滑塊做自由落體運(yùn)動，求力F的最小值。[解析](1)當(dāng)滑塊與斜面體一起向右加速運(yùn)動時，力F越大，加速度越大，當(dāng)F最大時，斜面體對滑塊的靜摩擦力達(dá)到最大值Ffm，隔離滑塊作受力分析如圖所示。設(shè)滑塊與斜面體一起加速運(yùn)動的最大加速度為a，F(xiàn)Ncosα＋Ffmsinα＝mgFfmcosα－FNsinα＝ma由題意知Ffm＝μFN聯(lián)立解得a＝eq\f(μcosα－sinα,cosα＋μsinα)g對整體受力分析F＝(M＋m)a聯(lián)立解得F＝eq\f(m＋Mgμcosα－sinα,μsinα＋cosα)。(2)要使滑塊做自由落體運(yùn)動，滑塊與斜面體之間沒有力的作用，滑塊的加速度為g，設(shè)此時斜面體的加速度為aM，則對斜面體：F＝MaM當(dāng)水平向右的力F最小時，二者沒有相互作用但仍接觸，則有eq\f(\f(1,2)gt2,\f(1,2)aMt2)＝tanα，即eq\f(g,aM)＝tanα聯(lián)立解得F＝eq\f(Mg,tanα)。[答案](1)eq\f(m＋Mgμcosα－sinα,μsinα＋cosα)(2)eq\f(Mg,tanα)12.(2020·湖北名師聯(lián)盟月考)2020年5月隨著“疫情”管控的放開，許多餐廳生意火爆，為能服務(wù)更多的顧客，服務(wù)員需要用最短的時間將菜肴送至顧客處(設(shè)菜品送到顧客處速度恰好為零)。某次服務(wù)員用單手托托盤方式(如圖)給12m遠(yuǎn)處的顧客上菜，要求全程托盤水平。托盤和手、碗之間的動摩擦因數(shù)分別為μ1＝0.2、μ2＝0.1